Сосуды под давлением жидкий азот

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

Правила эксплуатации криожидкости (жидкий азот), сосудов, переливных устройств и крионаборов

Жидким азотом называют криогенную жидкость без запаха и цвета. Температурный показатель криожидкости – 196 ºС.

Жидкий азот безопасен только в том случае, если при работе с данной криогенной жидкостью и емкостью, в которую она помещена, соблюдать определенные требования:

Хранение и перемещение сосуда (даже пустого) производится только в вертикальном положении.
При работе и перевозке сосуда избегать резких толчков и ударов по ёмкости.
Плотное закрытие горловины сосуда при помощи посторонних предметов и пробок – запрещено! Разрешено использование только штатных крышек, которые препятствуют образованию ледяной корочки на горлышке, на внешней поверхности сосуда.
Сосуд желательно заполнять используя специальное приспособление вроде гибкого металлорукава или спец. устройства для переливания. Период хранения жидкого азота от 54 до 213 суток.
Если вы заполняете теплый сосуд, то требуется переливать продукт медленно и соблюдая все правила, не допуская сильного испарения и брызг жидкости.
При переливе жидкого азота важно не допускать попадания капель жидкости на внешнюю поверхность сосуда. Если жидкий азот все-таки пролился, через 24ч необходимо проверить и убедиться, что на горловине отсутствует обледенение перед тем, как использовать сосуд снова, и перед установкой оборудования для перелива криогенного продукта.
Не рекомендуется располагать сосуд около обогревательных приборов и под солнечными лучами.
Кабинет, в котором находятся сосуды Дьюара с жидким азотом, должна регулярно проветриваться, т.к. азот постоянно испаряется и вытесняет кислород, что может привести к кислородной недостаточности и асфиксии.
Не следует заполнять азотом емкость, потерявшую вакуум. Вакуумную потерю можно обнаружить так: наблюдайте за тем, образуется ли иней на внешней части сосуда.
Если на внешней поверхности сосуда имеются повреждения или Вы обнаружили обмерзание, то важно очистить емкость от криопродукта. Запрещается самостоятельно заниматься ремонтом.
Запрещается опускать в сосуд посторонние предметы (вату, палочки для криомассажа и др.). Инородный предмет внутри сосуда – одна из причин его порчи.

При использовании жидкого азота запрещено:

1. Хранить криожидкость в ёмкостях, не предназначенных для криогенных жидкостей

Для малых объемов жидкого азота специалисты используют специальные термосы на 1 литр и Сосуды Дьюара объемом от 6 до 50 литров.

Если азот используется постоянно и в больших объёмах, то для этого него необходимы криогенные цистерны, ёмкости, резервуары.

2. Допускать продолжительного соприкосновения жидкого азота с кожей

Если криопродукт оказывается на участке кожи, то он пропадает и не приносит вреда.

Однако, при долгом контакте участков кожи с жидким азотом человек может получить сильный ожог.

В момент соприкосновения с азотом на коже формируется изолирующая защитная оболочка из пара на доли секунды. Следовательно, на представлениях и при организации экспериментов с продуктом, специалисты не допускают соприкасания кожи с жидким азотом дольше, чем на секунду.

Так же, нельзя, чтобы жидкий азот попадал на одежду или украшения, находящиеся на частях тела человеке. В этом случае человек получает моментальный ожог.

3. Пить криопродукт

Это может привести к внутренним ожогам и к летальному исходу.

Кроме того, когда жидкий азот переходит в газообразное состояние, то он увеличивается в 700 раз, и при попадании в организм человека, азот может привести к разрыву внутренних органов.

Работа с переливным устройством для Сосудов Дьюара “Диоксид”

Работа с переливным устройством типа ПУ

1. Перед установкой переливного устройства на сосуде Дьюара следует проверить надлежащий уровень зажима и правильную высоту установки резинового уплотнителя. Уплотнитель из резины должен быть выставлен нужной высоты, а также работник должен затянуть хомуты так, чтобы переливное устройство не смещалось.

2. При установке переливного устройства на сосуд Дьюара:

Теплообменники погружаются в жидкий азот;
Посредством резинового уплотнителя происходит герметизация горлышка сосуда,
Возникает давления из-за испарения криогенной жидкости;
Происходит рост давления в емкости, и осуществляется подача жидкого азота через переливную установку

Важно наблюдать за уровнем азота в емкости. В случае, если криожидкости мало и теплообменник не в азоте, то переливное оборудование действовать не станет.

Если азота в Сосуде Дьюара достаточно, но процесс перелива прекратился, необходимо вынуть переливное устройство из сосуда Дьюара и дать теплообменнику отогреться до комнатной температуры. Отогрев теплообменника должен происходить естественным путем. Нельзя, чтобы теплообменник находился вблизи открытых источников тепла.

Строение переливного устройства типа ПУ

1. Корпус

2. Переливная трубка

3. Резиновый уплотнитель

4. Щиток

5. Рукоятка

6. Наконечник – переходник

7. Теплообменник

8. Фильтр

Работа с переливным устройством типа YDB

1. Перед установкой переливного устройства типа YDB на Сосуд Дьюара необходимо:

установить переливной металлорукав на переливное устройство и загерметизировать резьбовой соединение металлорукава фум-лентой во избежание потери криопродукта ;
проверить вентиль выдачи жидкости и клапан газосброса: вентиль выдачи криожидкости должен быть закрыт, а клапан газосброса – открыт;
выставить уплотнительный штуцер на нужную высоту и зафиксировать его путем закручивания верхней гайки;

2. При установке переливного устройства на сосуд Дьюара:

вы погружаете корпус переливного устройства в Сосуд Дьюара до уплотнительного штуцера;
закручиваете нижнюю гайку штуцера, чтобы осуществить герметизацию горловины;

3.Для осуществления перелива жидкого азота необходимо:

закрыть клапан газосброса и открыть вентиль выдачи жидкости;
начать качать помпу.

После захолаживания корпуса переливного устройства и металлорукава (обычно на это уходит до 1 минуты) начинается подача жидкого азота.

4. Чтобы поддерживать процесс перелива жидкого азота необходимо периодически подкачивать помпу.

5. Для остановки перелива: откройте клапан газосброса и, после того, как жидкость перестанет переливаться – закройте вентиль выдачи жидкости.

6. Если промежутки между переливами короткие (около 20 минут), Вы можете оставить переливное устройство на сосуде Дьюара в подготовленном состоянии (предварительно открыв клапан газосброса). Не рекомендуется оставлять YDB установленным на сосуде Дьюара на длительное время в связи увеличением потерь продукта.

Важно! При работе с переливным устройством следите за уровнем давления. Для определения уровня давления на переливном устройстве установлен манометр. Не допускайте рост давления выше 0,06 Мпа! Чрезмерное избыточное давление может привести к разрушению сосуда или даже к его взрыву!

Строение переливного устройства типа YDB

1. Помпа

2. Теплообменник

3. Манометр

4. Клапан газосброса

5. Вентиль выдачи жидкости

6. Корпус

7. Уплотнительный штуцер

8. Переливной металлорукав

Работа с крионабором

1. Термос

Термос для азота надлежит применять, чтобы сделать мед. и косметологические процедуры наиболее удобным. Из сосудов Дьюара жидкий азот переливают в термос при помощи переливного устройства.

Также применение термоса отличное решение для выступлений и экспериментов.

Запрещается! Во избежание взрывов вплотную закрывать крышку термоса и при нахождении в нем жидкого азота.

2. Криомассажная палочка

Предназначена для осуществления массажа жидким азотом. На конце палочки имеются насечки, которые позволяют плотно закреплять ватные тампоны. Перед проведением процедуры специалист опускает кончик аппликатора с ватным тампоном в азот, а затем проводит палочкой по массажным линиям лица.

3. Криохирургический инструмент Криостик

Необходим для проведения криодеструкции – удаления родинок, бородавок, папиллом.

Криохирургический инструмент имеет 3 вида наконечников различного вида. Специалист пользуется тем наконечником, который по диаметру оптимально подходит для удаления новообразования.

Для осуществления процесса криодеструкции, наконечники опускают в жидкий азот, и затем быстро прикладывают к нежелательному новообразованию. Внутриклеточные и межклеточные жидкости патологических тканей замораживаются, клетки гибнут, и происходит разрушение новообразования.

После процедуры постепенно на месте разрушенных патологических тканей появляются здоровые.

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.