Koolstofdioxide blusser en rijpen

[Nick86]

Beste lezers,
 
In een koolstofdioxide brandblusser (ook wel koolzuursneeuwblusser genoemd) zit koolstofdioxide welke onder druk vloeibaar is gemaakt. Als de blusser wordt gebruikt dan komt er uit de koker koolstofdioxide in de gasvrom en er ontstaat vaak een hoopje koolstofdioxide in de vaste vorm welke vervolgens sublimeert naar de gasvorm.
 
Nu is mijn vraag: kun je bij het vormen van het hoopje koolstofdioxide in vast vorm spreken van rijpen (ook wel desublimeren of vervasten genoemd)? Dus het onder druk vloeibaar gemaakte koolstofdioxide wordt bij vrijkomen eerst een gas (verdampen) en gaat vervolgens van de gasfase direct over in vaste toestand?
 
Of gaat de koolstofdioxide gelijk vanuit de vloeistoffase over in de vaste fase (stollen)?
 
 

[Jan van de Velde]

Koolstofdioxide kan volgens mij niet in gasvorm de blusser verlaten: het zit er in vloeibare vorm onder hoge druk in, en de verdampingswarmte is groot t.o.v. de soortelijke warmte van de vloeistof (200-300 x zo groot afhankelijk van de temperatuur). Gas aftappen bovenuit de cilinder zou dus snel leiden tot dusdanig afkoelen van de vloeistof in de cilinder dat er al snel nauwelijks meer wat zou verdampen, en de blusstroom dus héél snel zou ophouden, en de blusser niet verder leeg zou willen. Let ook op de "diptube" in onderstaande doorsnede:
 

CO2-type-portable-fire-extinguisher 2177 keer bekeken

bron
 
Bovendien zou je dan met een gevaarlijk koud (frostbite) blusapparaat in je handen staan. Echter, zo'n CO₂ blusser gaat binnen 30 seconden hélemaal leeg bij een blusactie, én wordt niet gevaarlijk koud.
 
In de spuitmond wordt dus volgens mij vloeibare CO₂ verneveld. Door verdamping van de buitenkant van die druppeltjes bij deze lage druk koelen de druppeltjes snel af, wat tot stollen/bevriezen van de rest van het druppeltje (koolzuursneeuw) leidt. Rijpen kan daarbij nauwelijks een rol spelen.

[Thionyl]

Oeps, lang geleden. Het is adiabatische decompressie. En het heeft niet voor niets een houten handvat, want de temperaturen worden echt tot onder -70 Gr in de rubber koker. 
Als die CO2 stroom langer zou duren dan 1 minuut, dan kleef( bevries) je er echt aan vast. Zal ook wel één van de redenen zijn dat ze zeggen er "in stoten" mee te werken?? 

[Jan van de Velde]

Het is adiabatische decompressie. 

Hoezo? Er decomprimeert toch geen gas? Als er feitelijk weinig anders gebeurt dan dat een vloeistof (nauwelijks comprimeerbaar) uitgespoten wordt en in het vrije verdampt? Ik zou het dan eerder adiabatische verdamping noemen, maar dat lijkt me een wat onzinnige term.

[Benm]

Het komt er inderdaad vloeibaar uit. Het CO2 gaat van een situatie met hoge druk en kamertemperatuur over naar een situatie met atmosferische druk. Gevolg is dat een deel ervan verdampt, en een deel ervan bevriest tot droogijs.

Bij normaal gebruik is dat niet zo evident, maar als je een CO2 blusser leegspuit in iets als een postzak of kussensloop zul je zien dat daarin een redelijke hoeveelheid droogijs ontstaat terwijl er een wolk gasvorming CO2 door het materiaal heen in de lucht verdwijnt.

Zou die 'dipvalve' niet in de blusser zitten dan zou de hele blusser afkoelen tot het punt waarop het CO2 vast wordt en er daarna slechts traag CO2 gas uit komen. Je zou dit probleem expres kunnen veroorzaken door de blusser ondersteboven te houden tijdens het legen. Dit is vergelijkbaar met het legen van een tank butaangas rechtop vs ondersteboven - die heeft geen dergelijke dip valve en zal afkoelen tot het kookpunt van butaan als je hem gewoon rechtop open zet en met rust laat.

[Thionyl]

Toch, in het begin v/d toeter verdampt vrijwel onmiddelijk het vloeibare CO2. Het is toch het Joule-Thomson(Kelvin) process? Misschien kun je het ook expansie ipv decompressie noemen. Maar het is zo ie zo adiabatisch en het expandeert, waardoor het super koud wordt.
Daarnaast dacht ik ook dat er geen (of vrijwel geen?) vast koolstofdioxide ontstaat, maar gewoon waterijs, uit de luchtvochtigheid. Maar het is al lang geleden dat ik Thermo-dynamica tentamens deed, dus corrigeer me maar als je er anders over denkt. 

[Pinokkio]

Er ontstaat wel degelijk een heleboel vast CO₂, theoretisch ongeveer 30 %.
 
Dat heeft te maken met de positie van het tripelpunt van CO₂ wat bij 5,2 bar (en -56 ^oC) ligt.
Boven 5,2 bar is er vloeistof-damp evenwicht, onder 5,2 bar is er alleen vast-damp evenwicht.
Dus als de vloeibare CO₂ in de brandblusser van 20 ^oC en 57 bar naar atmosferische druk stroomt dan ontstaat er in eerste instantie een mengsel van ongeveer 30 % vast en 70 % gasvormig CO₂

[Thionyl]

Ook het actieve gebruik van CO2-blussers ligt al lang achter me. Maar de witte korrels die achter bleven voelden echt niet aan als droogijs. Maar sluit het niet uit, is te lang geleden. Tenslotte was het blussen niet echt iets wat leek op wetenschappelijk onderzoek, maar gewoon dat er geblust moest worden.
Maar kan het ook niet zijn dat "de witte rook" uit de toeter, toch nog gewoon fijne vernevelde druppels CO2 zijn?  Vind 30% vast CO2 toch wel een erg groot % in deze, maar dat is gevoelsmatig.
 
Daarnaast, gooi wat droogijs in water of aceton en de damp erboven lijkt toch echt op dezelfde als dat er uit een blustoeter komt. Dat kan zeker geen vast CO2 zijn, eerder kleine waterdruppeltjes.
 
Vind er ook niets op terug op internet. Een link zou dus prettig zijn, in deze. 

[Pinokkio]

Maar kan het ook niet zijn dat "de witte rook" uit de toeter, toch nog gewoon fijne vernevelde druppels CO2 zijn?

Nee, er bestaat geen vloeibaar CO₂beneden 5,2 bar.
CO₂ is vrij uniek wat betreft zijn hoge tripelpuntdruk.
 

Vind 30% vast CO2 toch wel een erg groot % in deze, maar dat is gevoelsmatig.

Die 30 % volgt gewoon uit het p-h diagram van CO₂
 
[attachment=19229:CO2 p-h diagram.jpg]
 
Probeer het zelf eens te berekenen.
 
[youtube][/youtube]

[Benm]

Maar kan het ook niet zijn dat "de witte rook" uit de toeter, toch nog gewoon fijne vernevelde druppels CO2 zijn?

De 'witte rook' die je ziet, zowel bij het blussen als wanneer je vast CO2 in water gooit, zijn waterdruppeltjes. Gasvormig CO2 is in lucht onzichtbaar.

Wat er feitelijk gebeurt is dat het koude CO2 water uit de lucht doet condenseren en dat zie je als druppeltjes. Als het heel kleine druppeltjes zijn heeft het iets weg van rook.

Bij het gebruik van een CO2 blusser zul je normaliter geen vast CO2 opmerken, hooguit is het even zichtbaar als het uit de toeter komt. Voor het overige sublimeert het zo snel dat het waarschijnlijk verdwenen is voordat het de grond raakt. Maar water dat uit de lucht condenseert verdampt niet zo snel, en het kan dus zijn dat je een natte plek overhoudt als gevolg van gebruik van zo'n blusser.

[Thionyl]

OK bedankt allemaal. Diagram is me deels duidelijk, maar laat het berekenen aan anderen over en het filmpje was klasse. 
Toch is er nog een ding wat me dan puzzelt. Nl de witte kleur v/d gasstroom uit de toeter. Lijkt me dat dat toch op z'n minst dan voor een deel kleine partikels droogijs moeten bevatten en niet alleen veroorzaakt zal worden door waterdamp, via luchtvochtigheid. 
Van een natte plek heb ik ook nooit iets bemerkt, lijkt me ook wat vreemd omdat deze blussers ook gebruikt mogen worden bij elekticiteits-branden, of in mijn geval, meestal bij oververhitte oliepannetjes enz..
Wat ik me wel kan herinneren is condens op de cylinder en de toeter, na gebruik. 

[Pinokkio]

Die 30 % is te berekenen uit de enthalpien van de vloeibare CO₂ bij 20 ^oC en 5700 kPa (475 kJ/kg) en van vast CO₂ (85 kJ/kg) en gasvormig CO₂ (640 kJ/kg) bij 1 atm (100 kPa) en -78 ^oC.
 
Gedeelte vast CO₂ = (640 - 475)/(640 - 85) = 0,30 = 30 %
Volgt uit de hefboomregel.
 
Er komen beslist zichtbare vaste deeltjes CO₂ uit de toeter, zoals trouwens ook blijkt uit het filmpje, want anders zou er immers niets afgevangen worden in het kussensloop.
 
Maar zonder kussensloop zal dat vaste CO₂ uit de toeter binnen een paar meter verdampen (sublimeren) door turbulent contact met de relatief warme omgevingslucht.

[Thionyl]

Helemaal duidelijk, bedankt P.