Путь к IT у всех бывает очень тернистый. Я например в детстве хотел быть сварщиком — это же так красиво, когда вокруг летят брызги расплавленного металла! Но как-то не сложилось: мне начали выписывать журнал «Юный техник», где на последней странице одного из номеров рассказывали про робота, управляемого компьютером БК-0010… Но пунктик-то остался…
Также кто-то наверняка помнит передачу «Очумелые ручки», где из пластиковых бутылок делали различные креативные (как бы сказали сейчас) вещи.
Под катом — я покажу, как из пластиковой бутылки, инсулинового шприца, нескольких метров резинового шланга, клеевого пистолета (куда же без него) и некоторых других вещей, которые можно найти в каждом доме* сделать самую настоящую кислородно-ацетиленовую сварку.
* В каждом доме BarsMonster .
Теория
Температура пламени зависит от теплоты сгорания топлива и теплоемкости продуктов реакции. Когда мы сжигаем что-то в воздухе — нагревать приходится и азот (которого почти 80%), потому температура пламени в воздухе обычно не высокая (~1500-2000C и ниже). А вот в чистом кислороде, при правильном соотношении объема горючего и кислорода — греть нужно только продукты реакции, и достижимы намного более высокие температуры.
Как топливо обычно рассматривают углеводороды. Углерод при сгорании дает углекислый газ, а водород — воду. Вода имеет очень большую теплоемкость (4.183 против 1.4 кДж/(кг*К) ), соответственно, чем больше в горючем будет углерода, и меньше водорода — тем выше в первом приближении потенциально достижимая температура.
Наилучшее сочетание — у ацетилена C2H2, а например у метана CH4 и пропана C3H8 — это соотношение намного хуже.
Но существуют и другие соединения с равным количеством углерода и водорода — например бензол, C6H6. Помимо токсичности бензола, при его сгорании выделяется меньше энергии, т.к. в ацетилене «лишняя» энергия запасена в нестабильной тройной углеродной связи, что и обеспечивает ему одну из наибольших температур горения в кислороде — 3150 °C.
Эта лишняя энергия (~16%) может выделится во время самопроизвольной детонации сжатого ацетилена даже без доступа воздуха (продуктом реакции будет как раз бензол и винилацетилен). Wikipedia утверждает, что для этого нужно давление всего в 2 атмосферы — но я в шприце сжимал ацетилен до 4-5 атмосфер и ничего не происходило (видимо нужны катализаторы, удар или повышенная температура). В любом случае, из-за этого эффекта ацетилен в сжатом виде не хранят, а растворяют его в баллонах в ацетоне. Но есть и более простой и безопасный при маленьких объемах способ получения ацетилена — реакция карбида кальция с водой. Именно этот способ и будет использоваться.
Что примечательно, достигнуть бОльшей температуры можно — если использовать как топливо вещества, не содержащие водорода вообще: cyanogen (привет Android), (CN)2 — горит при 4525 °C и dicyanoacetylene C2N2, горит при 4990 °C (опять благодаря тройным углеродным связям). Но практически с этой целью их не используют из-за токсичности.
Безопасность
Сжатые кислород и ацетилен в баллонах — могут быть очень опасны при малейших нарушениях правил эксплуатации, потому их я конечно использовать не буду.
Ацетилен будет генерироваться из небольшого количества карбида кальция (~100г на одну сессию), в бутылке объемом 0.5л. Изначально я хотел использовать 2л, чтобы давление было более равномерное — но посмотрев на YouTube как взрывается литр ацетилена с кислородом — решил урезать осетра. Чтобы не создавалось опасного давление в генераторе — выход ацетилена на горелке никогда нельзя перекрывать. Генератор ацетилена нужно охлаждать — иначе будет «саморазгон» реакции из-за нагрева.
Кислород — будет генерироваться медицинским концентратором кислорода, что относительно безопасно.
Могла быть еще опасность накачать кислорода в генератор ацетилена с последующим хлопком — но для этого нужно, чтобы не сработал защитный клапан в генераторе кислорода, и был заблокирован (грязью например) выход газа из горелки.
Конструкция
Итак, нам понадобится генератор кислорода. В моем случае — кислородный концентратор Atmung. Может генерировать порядка 1 литра в минуту 95% кислорода, и большие объемы при снижении концентрации. Работает по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции — за счет различной скорости прохождения газов через поры цеолита:
Далее — стандартная ацетиленовая горелка «Малютка», у неё самое маленькое сопло, куплена в интернет-магазине (цена 960 рублей):
Мой генератор ацетилена работает следующим образом: вода из банки, стоящей на высоте 1-2 метра (для создания давления) через иглу инсулинового шприца маленькими каплями капает на карбид кальция в бутылке. Как только давление вырастает из-за выделившегося газа — вода капать перестает, до тех пор пока давление не снизится. Таким образом система стабилизирует сама себя. Тем не менее, генератор в банке с холодной водой — чтобы не допустить излишнего нагрева:
Результат
Пламя ацетилена в воздухе сильно коптит, и выглядит вполне заурядно:
С включением кислорода все меняется:
Можно плавить и поджигать сталь, резать все-таки не хватает мощности (надо брать более толстый наконечник, увеличивать давление):
Оказалось, гибкое стеклянное «оптоволокно» получается автомагически — когда расплавленное стекло капает, как только толщина шейки становится достаточно маленькой, оно очень быстро остывает и дальше не утончается.
Можно плавить стекло как масло, запаивать капсулы из стеклянных трубок:
Задача жизни выполнена, надеюсь и вам было интересно :-)
Автор: BarsMonster
