Ämne: Vakuum för förångning

[GDS-Jan]

Hur beräknar man hur lågt vakuum det krävs för att få en vätska att koka vid rumstemperatur?

Exempel:

Vatten kokar vid 100 ºC och 1ATM, för att få det att koka vid 20 ºC, hur lågt vakuum krävs?

Aceton kokar vid 56 ºC och 1ATM, för att få det att koka vid 20 ºC, hur lågt vakuum krävs?

Edit:
Jag får fram 17 torr för vatten och 110 torr för Aceton.
Kan det stämma?

Och om vi vänder på frågeställningen:
Om jag kokar vatten i burk, när den kokar, skruvar på locket och låter den kallna,
Sjunker trycket i burken då och så pass mycket så att det kvarvarande vattnet kommer att koka igen vid en lägre temperatur?

[purjo__]

http://sv.wikipedia.org/wiki/Clausius%E2%80%93Clapeyron-ekvationen

[Roland]

Och om vi vänder på frågeställningen:
Om jag kokar vatten i burk, när den kokar, skruvar på locket och låter den kallna,
Sjunker trycket i burken då och så pass mycket så att det kvarvarande vattnet kommer att koka igen vid en lägre temperatur?

När burken svalnar kommer trycket att sjunka så att det motsvarar ångtrycket för vatten vid aktuell temperatur. Men för att det skall koka på så sätt att det bildas bubblor i vätskan, att man ser att det kokar, måste trycket ovanför vattenytan vara lägre än vätskans ångtryck. Kokning kräver alltså att man pumpar bort ångan ovanför vätskeytan. Det kan man göra genom att kyla locket med is så att ångan kondenserar mot det kalla locket. Det blir då som en vakuumpump som drivs av temperaturdifferensen vätska/lock.

[xxargs]

Hur beräknar man hur lågt vakuum det krävs för att få en vätska att koka vid rumstemperatur?

Exempel:

Vatten kokar vid 100 ºC och 1ATM, för att få det att koka vid 20 ºC, hur lågt vakuum krävs?

Aceton kokar vid 56 ºC och 1ATM, för att få det att koka vid 20 ºC, hur lågt vakuum krävs?

Edit:
Jag får fram 17 torr för vatten och 110 torr för Aceton.
Kan det stämma?

Och om vi vänder på frågeställningen:
Om jag kokar vatten i burk, när den kokar, skruvar på locket och låter den kallna,
Sjunker trycket i burken då och så pass mycket så att det kvarvarande vattnet kommer att koka igen vid en lägre temperatur?

Rent vatten vid 20 grader har 23.4 mBar ångtryck (17.55 torr)

Om det kokar eller bara dunstar på ytan beror hur fort ångorna bortforslas - det krävs lite lägret tryck ovanför ytan om det skall koka i själva vätskan då tex. 1 cm vatten och dess tyngd en cm ner gör att trycket måste vara 1 mBar lägre ovan ytan än vattnets ångtryck vid aktuell temperatur om det skall bli en ångblåsa i vattnet. Ett sätt att åstadkomma sug med hög kapacitet är tex. med is på locket i fallet med burk med tätande lock och  kokande vatten som svalnar - förutsätter dock att det är helt luftfritt i utrymmet när man vill att det skall koka även vid lägre temperaturer.

har man någon cm lager med olja och några doppar vatten i botten i flaskan så är det svårt att med vakum få bort vattnet ur oljan  även om man pumpar djupt till några enstaka mBar och när bubblan väl kommer så är det närmast explosivt ungefär samma som om man droppar ned vatten i en het frityrgryta. första gången man pumpar ned så kommer man också upptäcka hur mycket luft oljan har absorberat och det kan ta  åtskillig tid innan bubbelskummet till slut lagt sig och innan man kommer till nivå att vattendropparna i oljan vill explosionskoka
   

[GDS-Jan]

Tackar för svaren.
Anledningen till att jag frågar är för heatpipes och FTX som mål för experimenten.

[GDS-Jan]

När burken svalnar kommer trycket att sjunka så att det motsvarar ångtrycket för vatten vid aktuell temperatur. Men för att det skall koka på så sätt att det bildas bubblor i vätskan, att man ser att det kokar, måste trycket ovanför vattenytan vara lägre än vätskans ångtryck. Kokning kräver alltså att man pumpar bort ångan ovanför vätskeytan. Det kan man göra genom att kyla locket med is så att ångan kondenserar mot det kalla locket. Det blir då som en vakuumpump som drivs av temperaturdifferensen vätska/lock.

Så i princip så kan jag blåsa ut varm rumsluft över botten på burken och blåsa in kall uteluft över toppen/locket på burken som då värms upp när vattnet kondenserar och få en heatpipe FTX?

Burken är bara en metafor.

[Roland]

Det skall fungera, det gäller bara att all luft är avlägsnad från burken så att det inte bildas ett skikt med icke kondenserbara gaser närmast den kalla ytan som hindrar värmeövergången.

[xxargs]

hetapipes som man har i datorer för CPU och grafikkortskylning är oftast basera på just vatten som köldmedie - och som redan nämnt så är det viktig att det inte finns någon annan gas som lägger sig i vägen och tjockna till i området där kondensationen sker.

om man tittar på transportegenskaper så är vatten helt överlägset det mesta när det gäller att transportera mycket värme med relativt liten mängd vatten och ånga som skall transporteras mellan kalla och varma ändan - dock passar det inte så bra för 25 grader eller minusgrader utan kommer till sin rätt när man är 60 grader och varmare.

näst bästa soppan att hälla in i en sådan rör för lite lägre temperatur är torr ammoniak då substansmängden som skall transporteras är typ en halv gång till mer än vatten medans med sedvanliga köldmedie ala R134a,R410A, propan, butan etc. så blir det bokstavligen stockning i röret med stora gasvolymer och höga gashastigheter som skall i ena riktningen samtidigt med vätskevolymer som samtidigt skall rinna/sugas mot gasströmmen tillbaka mellan punkterna och är svår att få till utan hjälp av pumpar mm.

[GDS-Jan]

Jag testade med en glasburk fylld med 1/4 vatten (bara för att kunna se vad som händer) kokade upp vattnet i mikron med locket löst och drog därefter igen locket.

Och ta mig sjutton, det fungerar precis som ni beskriver.

Så fort jag bara rör i burkens nedre del så kondenserar massor med vatten i toppen direkt.

Roliga leksaker.

Tack för matnyttiga svar.

[GDS-Jan]

Om man lägger en isbit på locket på burken och håller nedre delen i handen så kokar vattnet och det blir så förbenat kallt att man måste släppa efter ett tag.

Jag är imponerad av detta och det faktum att det bara är kranvatten.

Glas är inte så bra värmeledare så koppar skulle nog göra ett bättre jobb och kanske med Aceton som vätska.

[xxargs]

Inte säkert - vatten har sanslös förångningsvärme vilket innebär att det bara behövs bara lite ånga och därmed kondenserad vatten för att få över avsevärd mängd värme

Med andra ämnen så kanske man behöver mellan 5-10 ggr mer substansmängd för samma värme och då blir det lätt stockning med mycket gas som skall över och tjocka lager vätskor där det kondenseras och snabbt blir svårt att värma igenom om det inte rinner av fort.

Ren metanol ligger nästan i samma klass som ammoniak som i sin tur har knappt halva vattnets förångningsvärme, aceton ligger på ca hälften av metanolets förångningsvärme, isobutan har ca 2/3-del av acetonets förångningsvärme medans HFO1234yf har bara 44% av isobutanets förångningsvärme relativt vikt.

för samma värmemängd som behövs för att koka 1 kg vatten ( 1 liter och 2453.5 kJ/kg, 23.3 mBar abs. vid 20 grader) så behövs det:
 
ammoniak 2.06 kg eller 3.4 liter kondensat (7.57 Bar vid 20 grader)
metanol 2.08 kg eller 2.64 liter kondensat (130.3 mBar abs. vid 20 grader)
aceton 4.56 kg eller 5.76 liter kondensat (ca 185 mBar abs. vid 20 grader)
dimetyleter (DME) 6.083 kg eller 11.95 liter kondensat (4.09 Bar vid 20 grader)
isobutan (R600a) 7.33 kg eller 13.18 liter kondensat (2.01 Bar vid 20 grader C)
R32 8.73 kg eller 8.9 liter kondensat (13.7 Bar vid 20 grader C och är den kyltekniskt den bra delen i R410A - men brandfarlig) 
R134a 13.46 kg eller 10.98 liter kondensat (4.7 Bar vid 20 grader C)
HFO1234yf 16.43 kg eller 14.8 liter kondensat (4.92 Bar vid 20 grader C, nya kölmediet som är tänkt att ersätta R134a i bilar - den är riktigt ursel ur termodynamisk synvinkel...)
R125 21.23 kg eller 17.42 liter kondensat ( 11.5 Bar vid 20 grader - en riktigt ursel köldmedie och tom. sämre än HFO1234yf och R410A består till 50% av detta)


alla vid 20 grader dock med viss osäkerhet på aceton som är tagna mha. google

Bar avser övertryck över standardatmosfärstryck som referens medans mBar avser absoluttryck med fullständig vakum som referens

---

Skulle jag prova med alternativ till vatten så skulle det vara metanol - är det kallt, torr ammoniak.
 

[GDS-Jan]

Ok, så vatten är bäst då.

Vad anser du om fyllnadsmängden vätska?
Om det är för lite förstår jag att allt kan förångas och inget mer latent värme kan överföras.

Men om det är för mycket?

I mitt test har jag 1/4 vätska i burken.
Finns det några fördelar med mer eller mindre vätska?

[JNilsson]

Man kan tänka sig att det är bra om allt får plats som ånga utan att trycket smäller burken.

[xxargs]

lämplig mängd har nog ganska mycket med hur man får till flödena - för ångavgivning och kondensering vill man ha så stor yta som möjligt med god avrinning så att det inte blir några tjocka lager vatten på kondessidan, sedan skall avkoknigssidan vara vätt med vatten på hela ytan för att göra nytta.

heat-pipes brukar ha veken, strumpa eller fina spår med mer eller mindre listigt uppbyggt så att det kapillärt hela tiden drar vatten från sidan som det kondenserar till den sidan som dunstar/kokar - är det stående rör så är det lättare att få till men i laptops så brukar hetatpipes användas liggande och då gäller det att veken i röret arbetar för att transportera tillbaka kondesatet till där det kokar upp.

just transportbiten av den flytande delen är en begränsande del i heatpipe och därför vill man ha vätska med så hög förångningsvärme som möjligt då om man använder tex HFO1234yf istället för vatten så skulle man behöva  transportera 17.2 gånger mer vätska i veken/kappillären för samma värmekapacitet som med vatten... medans med metanol så behövs det bara 2.6 ggr mer i mängd, vilket är besvärligt nog bara det att få till.
 

 
 

[GDS-Jan]

Jag försökte återanvända min testburk till ett annat projekt men jag får inte av locket 

Jag ställde den på spisplattan och innehållet kokar men den vägrar att öka trycket.
I stället blir locket hett som fan.

Men att öppna den är lögn i h-lvete.