Помещение для сосуда дьюара

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 июля 2020; проверки требуют 2 правки.

Сосу́д Дью́ара — сосуд, предназначенный для длительного хранения веществ при повышенной или пониженной температуре.
Перед помещением в сосуд Дьюара вещество необходимо нагреть или охладить.
Постоянная температура поддерживается пассивными методами, за счёт хорошей теплоизоляции и/или процессов в хранимом веществе (например, кипение).
В этом основное отличие сосуда Дьюара от термостатов, криостатов.

История изобретения[править | править код]

Первый контейнер для хранения сжиженных газов был разработан в 1881 году немецким физиком А. Ф. Вейнхольдом. Он представлял собой стеклянный ящик с двойными стенками с откачанным из межстеночного пространства воздухом и был использован физиками К. Ольшевским и С. Врублёвским для хранения жидкого кислорода[1][2].

Шотландский физик и химик сэр Джеймс Дьюар в 1892 году усовершенствовал стеклянный ящик Вейнхольда, превратив его в двустенную колбу с узким горлом для уменьшения испарения жидкости. Межстеночное пространство посеребрено и из него откачан воздух. Свой сосуд Дьюар впервые продемонстрировал перед аудиторией на публичной лекции 20 января 1893 года[3]. Всю эту хрупкую конструкцию Дьюар подвесил на пружинах в металлическом кожухе. Благодаря своей разработке Дьюар первым смог получить и сохранить жидкий (1898)[4] и даже пытался получить твёрдый (1899) водород[5].

Первые сосуды Дьюара для коммерческого использования были произведены в 1904 году, когда была основана немецкая фирма Thermos GmbH по производству термосов.

Устройство[править | править код]

Оригинальный сосуд Дьюара представлял собой стеклянную колбу с двойными стенками, из пространства между которыми выкачан воздух.
Для уменьшения потерь тепла через излучение обе внутренние поверхности колбы были покрыты отражающим слоем. Дьюар использовал в качестве отражающего покрытия серебро.
Подобная конструкция применяется и в современных дешёвых бытовых термосах.

Современные конструкции[править | править код]

Схема сосуда Дьюара
1 — подставка; 2 — вакуумированая полость; 3 — теплоизоляция; 4 — адсорбент; 5 — наружный сосуд; 6 — внутренний сосуд; 7 — горловина; 8 — крышка; 9 — трубка для вакуумирования

Современные сосуды Дьюара конструктивно выполнены несколько иначе.
Внутренний и внешний сосуды делают из алюминия или нержавеющей стали. Теплопроводность материала не важна, а прочность и вес играют большую роль.
Горловина соединяет внутренний и внешний сосуды. В дьюарах объёмом до 50 л внутренний сосуд крепится только на горловине и она испытывает большие механические нагрузки. Также к ней предъявляются высокие требования по теплопроводности. То есть горловина должна быть прочной, но тонкой. В обычных сосудах горловину делают из нержавеющей стали. В высококачественных сосудах Дьюара горловина изготовляется из прочного армированного пластика. При этом возникает проблема вакуумноплотного крепления металла и пластика.
Снаружи внутренний сосуд покрывается адсорбентом, который при охлаждении поглощает остаточные газы из вакуумной полости.
Для уменьшения теплопотерь внутренний сосуд покрывают дополнительной теплоизоляцией.
К крышке дьюара, для снижения конвекционной теплопередачи прикрепляют пенопластовый цилиндр, который негерметично закрывает горловину.
Вакуумную полость откачивают до давления 10−2 Па. От серебрения внутренних поверхностей отказались и заменили его полировкой.

Современные сосуды Дьюара имеют низкие потери от испарения: от 1,5 % в сутки для больших ёмкостей до 5 % в сутки для малых объёмов.

Гелиевые сосуды Дьюара[править | править код]

Схема сосуда Дьюара для гелия
1 — горловина для заливки азота; 2 — головка со штуцерами; 3 — горловина гелиевой ёмкости; 4 — ёмкость для жидкого азота; 5 — тепловые экраны; 6 — ёмкость для жидкого гелия; 7 — теплоизоляция; 8 — адсорбент

Гелий имеет очень маленькую теплоту испарения. Поэтому для снижения теплопотерь в гелиевых дьюарах применяются тепловые экраны, охлаждаемые жидким азотом. Экраны изготавливают из материалов, хорошо проводящих тепло (медь). Такой сосуд Дьюара имеет две горловины: для жидких азота и гелия. Гелиевая горловина оборудована специальными штуцерами для газосброса, подсоединения сифона, манометра, клапана. Гелиевый дьюар нельзя наклонять, он всегда должен находиться в вертикальном положении.

С развитием техники многослойной экранно-вакуумной термоизоляции на рынке появились предложения гелиевых сосудов Дьюара, в которых не используется охлаждение жидким азотом. По утверждениям производителей, в таких сосудах Дьюара потери на испарение составляют 1 % в день для ёмкостей на 100 л.

Азот испаряется из сосуда Дьюара

Назначение и применение[править | править код]

Для сохранения температуры еды и напитков используются бытовые сосуды Дьюара — термосы.
В лабораториях и в промышленности сосуд Дьюара используется для хранения криожидкостей, чаще всего жидкого азота.
В медицине и ветеринарии специальные сосуды Дьюара используются для длительного хранения биологических материалов при низких температурах.
В геофизике в сосуды Дьюара помещают электронные компоненты и кристаллы при работах в горячих скважинах (от 400К).
В космонавтике. Детектор прибора NICMOS, установленного на космический телескоп Хаббл, был помещён в сосуд Дьюара с использованием в качестве хладагента азота в твёрдом состоянии.

См. также[править | править код]

Термос
Криогеника
Криостат

Примечания[править | править код]

↑ Хранить тепло и холод: Термос, Популярная механика — 2005, № 3.
↑ А. ВАСИЛЬЕВ, Университеты Польши, КВАНТ, 2005, № 4
↑ К. Мендельсон. На пути к абсолютному нулю. — Рипол Классик. — С. 52. — ISBN 9785458327268.
↑ Classic Kit: Dewar’s flask, Chemistry World, August 2008, Vol 5, No 8
↑ Annales de chimie et de physique

Источники[править | править код]

Burger, R., U.S. Patent 872 795, «Double walled vessel with a space for a vacuum between the walls», December 3, 1907.
Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1975. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 519 с.

Ссылки[править | править код]

Технические характеристики сосудов Дьюара для хранения азота
Техника безопасности при работе с жидким азотом и Сосудами Дьюара
Взрыв сосуда Дьюара при наливании жидкого азота (нарушение ТБ)

Источник

Работа с сосудами Дьюара: подготовка, техника безопасности, дезинфекция

Сосуд Дьюара – это специальное устройство для хранения веществ и материалов в условиях постоянно поддерживаемой температуры (высокой или низкой). В 1892 году Джеймс Дьюар усовершенствовал стеклянный ящик Вейнхольда, таким образом, мир получил двустенный сосуд с высокими теплоизоляционными свойствами, который используется поныне.

Как работать с сосудом Дьюара, рассказано ниже.

Виды

Сегодня сосуд Дьюара предназначен для хранения различных криогенных и других материалов. Он состоит из алюминиевого корпуса и алюминиевой или стальной колбы. Между стенками колбы расположена дополнительная теплоизоляция и откачан воздух. Здесь могут храниться жидкости и вещества, оставаясь в исходном температурном состоянии (до одного месяца и более). Срок службы изделия – более 10 лет.

Устройство сосуда Дьюара

Криогенные дьюары могут принимать несколько различных форм:

открытые;
с неплотно закрывающимися пробками;
самогерметизирующиеся резервуары под давлением.

В зависимости от материала изготовления они подразделяются на:

алюминиевые;
стальные нержавеющие;
комбинированные.

Техника безопасности

Прежде чем начинать работу с сосудом Дьюара, следует внимательно изучить правила эксплуатации и техники безопасности при обращении с емкостью!

Общие положения

К использованию резервуаров для хранения низкотемпературных жидкостей допускаются лица старше 18 лет. Персонал, ответственный за их эксплуатацию, должен обеспечиваться спецодеждой, включая рукавицы и очки, соответствующие требованиям ГОСТ.
Не допускается касаться открытыми частями тела металлических элементов прибора, которые подвергались охлаждению жидким азотом, другими низкотемпературными веществами.
Помещение, предназначенное для работы с сосудами Дьюара, должно оборудоваться системой вентиляцией.
Хранить емкости необходимо вдали от нагревательных приборов, элементов систем отопления. Не допускается попадание прямых солнечных лучей на изделие.
При обнаружении любого повреждения резервуара необходимо перелить криогенную жидкость в исправный сосуд и отогреть неисправную ёмкость в течение 2 суток в месте, недоступном для посторонних людей.

Подготовка к работе с сосудами Дьюара

Перед заправкой ёмкости криогенной жидкостью или размещения в ней материалов на хранение, необходимо произвести наружный осмотр, обращая внимание на целостность всех элементов конструкции, наличие вмятин, трещин. Обмерзание корпуса не допускается!

Заправлять сосуд нужно с помощью специального устройства. Заправка осуществляется небольшими порциями, без перелива жидкости и перекрытия её потоком горловины прибора. После заправки ёмкость выдерживают 5 часов (для стабилизации жидкости). После загрузки в сосуд материалов на хранение производят дозаправку, горловину закрывают вставкой, устанавливают крышку.

Технические работы

При работе с сосудами Дьюара, нужно придерживаться следующих правил:

В заправленных сосудах необходимо периодически проверять уровень жидкости. Используют щуп или специальную измерительную линейку.
Сливать жидкий азот нужно с использованием специального опрокидывающего приспособления или посредством крионасоса.
Дозаправка производится, когда объём вещества составляет 15-25 % от номинального. Работа с сосудами Дьюара организовывается так, чтобы открывать их как можно реже.

Как правильно использовать переливное устройство можно посмотреть в нашем видео:

Дезинфекция

Обслуживание рассматриваемых устройств, включая и дезинфекцию, должно осуществляться минимум 1 раз в год. В случаях, когда ёмкость используют для биоматериалов – минимум 2 раза в год.

Дезинфекция предполагает:

Вынимание из сосуда контейнеров, слив жидкости.
Отогревание прибора в течение 3 суток при комнатной температуре в проветриваемом помещении.
Промывка всех частей сосуда водой, нагретой до температуры 75 Со и выше.
Обработка перекисью водорода. Сосуды объемом менее 30 литров полностью погружаются в перекись, большие емкости заполняются спецраствором для дезинфекции. В таком состоянии изделия выдерживаются 2 часа, затем жидкость сливается, и резервуар прополаскиваются чистой водой с температурой от 75 Со. Сухое устройство готово к дальнейшему использованию.

Транспортировка

При перемещении сосуда основная нагрузка рабочего материала приходится на горловину. Поэтому перемещать ёмкость нужно с особой осторожностью, заранее продумав алгоритм процесса. Нельзя без надобности наклонять её и перемещать волоком, даже в незаполненном состоянии. Рекомендуется использовать специальные тележки, предназначенные для перемещения сосудов. Во время транспортировки сосудов нужно соблюдать требования ГОСТ и ведомственные нормативы.

Заправка сосуда Дьюара

Заправка сосуда Дьюара производится при помощи специального переливного устройства. Жидкий азот переливают из сосуда в сосуд через широкую воронку. Устройство переливного шланга основано на эффекте «газ-лифт». При заправке никаких дополнительных устройств не требуется.

Для сосуда определенного объема используют шланг соответствующего размера. Он должен доходить до дна емкости. Для заправки емкостей одинакового объема, но с разным диаметром горловины, можно использовать одно переливное устройство и дополнительные уплотнители.

Брызги жидкого азота могут обжечь кожу при заправке, поэтому соблюдайте меры предосторожности:

Не заглядывайте в емкость, чтобы определить степень заполнения. Воспользуйтесь специальной линейкой. Сосуд считается заполненным, если появились первые брызги жидкости.
Используйте специальные перчатки.
С особой осторожностью заправляйте теплые или отогретые сосуды Дьюара.
Вводить линейку или другие инструменты в емкость нужно крайне аккуратно, чтобы жидкость не «закипела», соприкасаясь с теплыми предметами.

Заправка и хранение Сосудов Дьюара

Заправленные и пустые сосуды необходимо максимально аккуратно перемещать и транспортировать, чтобы не допустить их разгерметизации.

Правила транспортировки

Если вы планируете перевозить сосуды Дьюара, заполненные жидким азотом, то первым делом нужно обратиться к Приказу Минтранса РФ № 73 от 08.08.1995 г. Согласно данному закону, объемы жидкого азота, не превышающие 333 кг, не относятся к опасным грузам, и ограничений по их перевозке нет.

Помимо этого, есть элементарные правила безопасности, которыми нельзя пренебрегать во время перевозки жидкого азота в сосудах Дьюара:

перевозимые сосуды должны быть надежно закреплены в вертикальном положении;
все емкости должны быть изолированы друг от друга;
запрещено курить и пользоваться открытым огнем вблизи транспорта, перевозящего жидкий азот;
перед транспортировкой важно убедиться, что криогенная жидкость стравливается из сосуда;
изделия нельзя ронять или подвергать механическому воздействию.

Если вы будете соблюдать меры предосторожности при заправке емкостей, то избежите травм и ожогов, а также продлите эксплуатационный ресурс сосуда.

Транспортировка и перевозка Сосудов Дьюара

Как правильно хранить сосуд Дьюара

Считается, что оптимальные условия для хранения заполненного промышленного термоса создаются в морозильной камере. Все верно, ведь при таком хранении проще всего поддерживать нужную температуру, уровень влажности и циркуляцию воздуха. Если такая возможность отсутствует, подойдет неотапливаемое производственное помещение с искусственным освещением, но без доступа прямых солнечных лучей. Важно, чтобы в выбранном помещении работала система приточной вентиляции, обеспечивающая постоянную подачу чистого воздуха, так как в большой концентрации испарения жидкого азота могут быть токсичны.

На что обратить внимание при хранении

Любой сосуд Дьюара должен быть закрыт специальной крышкой, которая обеспечивает необходимое стравливание излишков азота. Не допускается плотно закупоривать емкости инородными пробками или предметами.

Если выявлено образование снежной корки на горловине, это может свидетельствовать о разгерметизации сосуда. В таком случае его необходимо срочно опорожнить, отогреть и вызвать мастера для консультации.

Соблюдайте технику безопасности при хранении, заправке и транспортировке сосудов Дьюара. Так вы продлите срок их службы и избежите травм при контакте с криогенными жидкостями.