Stikstof(gas) onder hoge druk.

[Hembrug]

Hallo iedereen,

Hier een vraag over stikstofgas.

Wat ik mij al een tijdje af vraag, als je 1 liter vloeibaar stikstof (ik meen -160 a -196 graden C) in een 2-liter vat giet,

en deze hermetisch afsluit,hoe hoog de druk (Bar) boven het gas wordt.

Na verloop van tijd neemt het vat en de inhoud de omgevingstemperatuur aan (zeg 20 graden C), zodat de druk langzaam oploopt.

Hoe hoog wordt de druk uiteindelijk?

Even voor het gemak,het vat kan niet kapot...

Heb overal gezocht maar kan nergens antwoord vinden op mijn vraag. :eusa_whistle:

Vandaar mijn vraag op dit forum,ik hoop dat deze hier mag staan (en in de juiste rubriek staat) omdat ik geen natuurkundige/chemicus ben.

Alvast hartelijk dank.

Hembrug.

[Jan van de Velde]

Liquid density (1.013 bar at boiling point) : 808.607 kg/m3

1 m³ = 1000 L

bereken g/L

molmassa 28 g/mol

bereken mol/L, dan weet je hoeveel mol N₂-moleculen in die ene liter vloeibare stikstof zaten.

vul in p=nRT/V

n= aantal mol dat je eerder vond

R= 8,3145 J/kg·mol

T=293 K

V=0,002 m³

de druk zal eruit rollen in Pa (pascal) . Deel door 100 000 om een antwoord in bar te krijgen.

[Hembrug]

Tot zover kom ik,als ik het tenminste goed begrepen heb.

Maar van dat mol-verhaal snap ik niets.(heb het wel opgezocht)

bereken g/L

(omzetten)

808607 kg/m3

808607000 g/1000 L

808607 g/L

En dan:

808607g : 28 g = 28878,821 mol

p=nRT/V

p=28878,821x8,3145x293

p=70353096

p=70353096 : 0.002

p=3,5177 10 (geeft calculator aan) Pascal

Delen door 100.000 = 351765.49 Bar!!!

1 liter vloeibaar stikstof bevat ca 700 gasliter,gevoelsmatig zou ik zeggen 700 Bar in zo'n klein vatje.

De rekenuitkomst lijkt mij wel heel erg veel,ik zal dus iets verkeerd gedaan hebben.

Zijn R en V vaste waarden?

[Jan van de Velde]

Maar van dat mol-verhaal snap ik niets.(heb het wel opgezocht)

[microcursus] het begrip "MOL"

maar overigens ben je daar goed mee omgegaan

808607 kg/m3

hier zit de enige misser: de data komen van een Engelstalige site. De punt in mijn quote is dan ook een decimal point, onze komma dus. 800 tón vloeibare stikstof in een kuubsvaatje, heavy stuff :eusa_whistle:

(stof met grootst bekende dichtheid op aarde bij mijn weten iridium, met 22,65 ton/m³)

Delen door 100.000 = 351765.49 Bar!!!

Vanwege die kommafout, nog eens door duizend dus, 352 bar. Ik weet overigens niet of we dat helemaal halen, bij hogere drukken geldt die algemene gaswet pV=nRT niet helemaal perfect meer. Maar dit geeft minstens een nette orde van grootte.

Zijn R en V vaste waarden?

R wel (gasconstante), V had je zelf gekozen (2 liter).

[Hembrug]

Vanwege die kommafout, nog eens door duizend dus, 352 bar. Ik weet overigens niet of we dat helemaal halen, bij hogere drukken geldt die algemene gaswet pV=nRT niet helemaal perfect meer. Maar dit geeft minstens een nette orde van grootte.

Hoe groot zou de afwijking dan zijn,en is deze lineair?

De uiteindelijke druk wordt dus lager?

[Jan van de Velde]

Nee, die afwijking is niet lineair, en bovendien temperatuursafhankelijk. Hier zou je de (overigens achterhaalde) Vanderwaalsvergelijking op kunnen loslaten, waarmee je die ideale gasvergelijking kunt ombouwen naar een redelijk toepasbare échtegasvergelijking voor stikstofgas.

http://itl.chem.ufl.edu/2041_f97/lectures/lec_e.html

Laten we ons de wiskunde besparen en er een grafiek bij pakken. Op een andere site vond ik er een die ook die samendrukbaarheidsfactor van N₂ geeft bij "kamertemperatuur":

[attachment=4785:samnedru...dsfactor.gif]

Bij deze drukken zal de werkelijke druk dus al niet meer lager liggen dan door de ideale gaswet voorspeld, maar hoger. En wel een factor van ongeveer 1,25. Reken dus op 430-440 bar eigenlijk.

[Fred F.]

808 gram N2 gas in 2 liter komt overeen met een dichtheid van 404 kg/m3 bij 20 oC.

Met de NIST calculator kan men exact bepalen dat deze dichtheid (Density) bereikt wordt bij een druk van 467 bar bij 20 oC.

zie hier het resultaat in tabelvorm

[Hembrug]

Vloeibare gassen zoals propaan/butaan in een drukvat zetten uit bij verwarming.

Geldt dit voor alle vloeibare gassen in deze conditie,dus ook stikstof?

En is deze uitzetting lineair en is dit ook begrenst?

De term supercritical kom ik vaak tegen zoals in de NIST tabel,wat bedoelen ze hier precies mee?

[Emveedee]

Ja, alle stoffen (voor zover ik weet) zetten uit bij toenemende temperatuur.



In dit plaatje zie je een grafiekje van de druk uitgezet tegen de temperatuur, met de fasen aangegeven.

Linksboven (dus hoge druk, lage temperatuur) staan vaste stoffen, onderin (lage druk) de gassen, en in het midden boven de vloeistoffen. (dat is ook logisch).

Bij het kritische punt en hoger, dus vanaf een combinatie van bepaalde druk en temperatuur, is er niet echt meer onderscheid te maken tussen een vloeistof en een gas (ik weet niet precies hoe het zit). Dit wordt dan ook wel de superkritsche fase genoemd.

[Hembrug]

1 liter vloeibaar stikstof in een 2liter-drukvat,de temperatuur stijgt van 20 naar 40 graden Celsius,hoeveel zet de vloeistof uit?

Volgens de grafiek gaat dit niet lineair omdat het ook weer van de temperatuur en druk afhangt.

[Jan van de Velde]

20°C is al ruim boven de kritische temperatuur van stikstof, dus zal er van vloeistof geen sprake meer zijn. En dat een en ander niet lineair verloopt komt omdat stikstof geen ideaal gas is; dat is de hoofdreden dat we uiteindelijk flink hoger uitkwamen dan de oorspronkelijke ideale-gaswetberekening van 350 bar.

[Hembrug]

Wat testberekeningen:

Een vat van 1 liter inhoud vullen met vloeibaar stiksof. (bij 20 graden C)

De vulling bedraagt 80%

Vervolgens 60%

50%

25%

10%

5%

1%

................................................................................

.................................

Liquid density (1.013 bar at boiling point) : 808,607 kg/m3

molmassa 28 g/mol

R= 8,3145 J/kg·mol

T=293 K

V=0,001 m³

................................................................................

...................................

Vulling 80%

N2=808,607 kg/m3

=808,607 g/L --->0.8 liter = 646,8856 gram (80% van 808.607)

646,8856:28 (molmassa) = 23,103057 mol

p=nRT/V

p=23,103057x8,3145x293

p=56282,478

p=56282,478 : 0.001

p=56282478 Pascal Delen door 100.000 = 562.82 bar ---> factor 1.25 = 703 bar

Vulling 60%

N2=808,607 kg/m3

=808,607 g/L --->0.6 liter = 485,1642 gram (60% van 808.607)

485,1642 :28 (molmassa) = 17,327293 mol

p=nRT/V

p=17,327293x8,3145x293

p=42211,858

p=42211,858 : 0.001

p=42211858 Pascal Delen door 100.000 = 422.12 bar ---> factor 1.25 = 527 bar

Vulling 50%

N2=808,607 kg/m3

=808,607 g/L --->0.5 liter = 404,3035 gram (50% van 808.607)

404,3035 :28 (molmassa) = 14,439411 mol

p=nRT/V

p=14,439411x8,3145x293

p=35176,549

p=35176,549 : 0.001

p=35176549 Pascal Delen door 100.000 = 351,77 bar ---> factor 1.25 = 440 bar

Vulling 25%

N2=808,607 kg/m3

=808,607 g/L --->0.25 liter =202,15175 gram (25% van 808.607)

202,15175 :28 (molmassa) = 7,2197054 mol

p=nRT/V

p= 7,2197054x8,3145x293

p=17588,274

p=17588,274 : 0.001

p=17588274 Pascal Delen door 100.000 = 175,88 bar ---> factor 1.25 = 220 bar

Vulling 10%

N2=808,607 kg/m3

=808,607 g/L --->0.10 liter =80,8607 gram (10% van 808.607)

80,8607 :28 (molmassa) = 2,8878821 mol

p=nRT/V

p= 2,8878821x8,3145x293

p=7035,3098

p=7035,3098 : 0.001

p=7035309,8 Pascal Delen door 100.000 = 70,35 bar ---> factor 1.25 = 88 bar

Vulling 5%

N2=808,607 kg/m3

=808,607 g/L --->0.05 liter =40,43035 gram (5% van 808.607)

40,43035 :28 (molmassa) = 1,4439411 mol

p=nRT/V

p= 1,4439411x8,3145x293

p=3517,6549

p=3517,6549 : 0.001

p=3517654,9 Pascal Delen door 100.000 = 35,17 bar ---> factor 1.25 = 44 bar

Vulling 1%

N2=808,607 kg/m3

=808,607 g/L --->0.01 liter =8,08607 gram (1% van 808.607)

8,08607 :28 (molmassa) =0,2887882 mol

p=nRT/V

p= 0,2887882x8,3145x293

p=703,53097

p=703,53097 : 0.001

p=703530,97 Pascal Delen door 100.000 = 7,035 bar ---> factor 1.25 = 8,8 bar

Volgens mij moeten de berekeningen zo kloppen.

Als ik het zo even snel bekijk daalt de druk evenredig met het afnemend N2 volume.

Dus als N2 halveert,doet de druk dat ook.

[Raspoetin]

[intermezzo]

Hier wordt m.i. te makkelijk overheen gelezen:

Ja, alle stoffen (voor zover ik weet) zetten uit bij toenemende temperatuur.

Dit geldt voor alle stoffen, behalve voor water onder de 4 °C (3.984 °C)

[/intermezzo]

[Hembrug]

Heb ik de berekeningen goed uitgevoerd?

En stel dat het vat 100% (meer kan niet) gevuld zou worden,dan zou de druk maximaal 880 bar zijn.(bij deze temperatuur dan)

Ik weet overigens niet of we dat helemaal halen, bij hogere drukken geldt die algemene gaswet pV=nRT niet helemaal perfect meer. Maar dit geeft minstens een nette orde van grootte.

Bij deze drukken zal de werkelijke druk dus al niet meer lager liggen dan door de ideale gaswet voorspeld, maar hoger. En wel een factor van ongeveer 1,25.

Tot wat voor,of vanaf welke waarden moet de factor 1,25 ingezet worden?

[Fred F.]

Die factor Z is afhankelijk van temperatuur en druk, dus niet altijd 1,25

Ruwweg kloppen je getallen maar als je het precies wilt weten zul je die NIST calculator moeten gebruiken die ik eerder noemde.