Наука, стоящая за контейнерами жидкого азота: как они поддерживают сверхнизкие температуры

Жидкий азот (LN2) представляет собой криогенную жидкость, что означает, что это вещество, которое существует при чрезвычайно низких температурах. Жидкий азот широко используется в различных отраслях, включая медицинское применение, сохранение пищевых продуктов, тестирование на материалы и даже криоконсервацию. Для безопасного хранения и транспортировки жидкого азота используются специализированные контейнеры, известные как жидкие контейнеры азота (или Dewars). Эти контейнеры спроектированы для поддержания сверхнизких температур и обеспечения безопасной обработки жидкого азота.

Наука, стоящая за контейнерами жидкого азота, включает в себя несколько принципов термодинамики, изоляции и материальной науки. Эти контейнеры предназначены для поддержания азота в жидком состоянии, предотвращая въезд тепла и вызывая испарение жидкости. Поддержание сверхнизких температур в этих контейнерах имеет решающее значение для отраслей, которые полагаются на азот для ряда применений, от криогенного замораживания до систем охлаждения.

В этой статье мы рассмотрим науку, стоящую за жидкими контейнерами азота , как они работают, чтобы поддерживать сверхнизкие температуры, и почему они необходимы для широкого спектра применений.

Что такое жидкий азот?

Прежде чем погрузиться в науку, стоящие за контейнерами из жидкого азота , важно понять, что такое жидкий азот и почему его нужно хранить в специализированных контейнерах.

Жидкий азот -это азот, который охлаждался до температуры ниже его температуры кипения -196 ° C (-321 ° F), после чего он превращается из газа в жидкость. В своей жидкой форме азот чрезвычайно холод, что делает его высокоэффективным охлаждающей жидкостью для широкого спектра применения. Однако из -за крайней простуды, жидкий азот должен храниться и обрабатываться с осторожностью, поскольку он может вызвать тяжелые обморожения или повреждение оборудования.

Чтобы безопасно хранить и транспортировать жидкий азот, его необходимо хранить в контейнерах, которые могут эффективно поддерживать его сверхнизкую температуру и предотвратить его испаривание.

Как работают жидкие контейнеры азота?

Контейнеры с жидким азотом, также известные как Dewars, специально разработаны для обработки уникальных свойств жидкого азота. Эти контейнеры работают по принципу минимизации теплопередачи между жидким азотом и окружающей средой. Проще говоря, контейнер должен предотвратить его тепло, так как даже небольшое количество тепла может привести к испарениям азота и увеличить давление внутри контейнера.

Вот ключевые особенности контейнеров из жидкого азота, которые помогают поддерживать сверх низкие температуры:

1. Изоляция и вакуумная технология

Наиболее важной особенностью контейнеров из жидкого азота является их изоляция. Эти контейнеры обычно изготовлены из конструкции с двойной или тройной стенкой, чтобы минимизировать теплопередачу. Между стенами часто есть вакуум или слой изоляционного материала. Вакуум служит тепловым барьером, который уменьшает теплообмен посредством проводимости и конвекции.

Вакуум является отличным изолятором, потому что он предотвращает передачу тепла по воздуху. При отсутствии молекул воздуха тепло не может перемещаться из внешней среды в контейнер, что позволяет азоту оставаться в своем жидком состоянии в течение длительного периода времени. Этот метод похож на то, как бутылка термос держит жидкости горячими или холодными, используя вакуумные слои.

В дополнение к вакуумной изоляции, многие контейнеры из жидкого азота также имеют усовершенствованные изоляционные материалы, такие как полиуретан или перлит, которые еще больше уменьшают теплопередачу.

2. Термодинамические принципы

Процесс поддержания сверхнизких температур в контейнере с жидким азотом включает в себя несколько термодинамических принципов, в первую очередь второй закон термодинамики, который утверждает, что тепло всегда течет от горячих объектов к холодным объектам. Чтобы сохранить азотную жидкость, контейнер должен свести к минимуму тепло, поступающее в контейнер из окружающей среды. Это достигается с использованием высокоэффективной изоляции и обеспечения оптимизированной конструкции контейнера для минимизации теплового потока.

Скорость испарения азота внутри контейнера зависит от разности температур между азотом и окружающей средой. Чем больше разность температуры, тем быстрее азот испарится. Следовательно, уменьшение количества тепла, попадающего в контейнер, имеет важное значение для продления периода, в течение которого жидкий азот остается в своем жидком состоянии.

3. Клапаны с снятиями давления

Другим важной особенностью контейнеров с жидким азотом является включение клапанов сброса давления. По мере того, как жидкий азот испаряется, он превращается в газ, что увеличивает давление внутри контейнера. Чтобы обеспечить безопасность, контейнеры из жидкости азота оснащены клапанами для сброса давления, которые предназначены для высвобождения избыточного давления, когда оно превышает определенный порог.

Эти клапаны не позволяют контейнеру стать чрезмерным давлением, что может привести к опасным ситуациям, таким как разрыв контейнера или утечка. Клапаны для снятия давления необходимы для поддержания как безопасности, так и целостности контейнера, гарантируя, что жидкий азот можно хранить при сверхнизких температурах без риска повреждения.

4. Flameproof и прочные материалы

Контейнеры с жидким азотом обычно изготавливаются из материалов, которые могут противостоять чрезвычайно низким температурам, не становясь хрупкими и не теряя прочность. Используемые общие материалы включают алюминиевую и нержавеющую сталь, которые являются долговечными, устойчивыми к коррозии и способны поддерживать свою целостность даже при криогенных температурах.

В дополнение к долговечности материалы, используемые в этих контейнерах, часто являются огнестрельным, что имеет решающее значение в средах, где существует риск пожара или воздействия легковоспламеняющихся веществ. Это гарантирует, что контейнеры поддерживают безопасность даже в сложных или опасных условиях.

5. Конструктивные соображения для переносимости и простоты использования

В то время как поддержание сверхнизких температур является критическим, контейнеры из жидкости азота также должны быть практичными для использования в различных условиях. Многие контейнеры из жидкого азота предназначены для портативных, с колесами и ручками для легкого транспорта. Меньшие контейнеры часто используются в лабораторных средах, где в промышленных условиях используется жидкий азот.

Конструкция также обеспечивает простоту использования, с такими функциями, как простые для чтения датчики, температурные индикаторы и индикаторы уровня жидкого азота. Эти функции позволяют пользователям контролировать содержимое контейнера и гарантировать, что он остается безопасным и функциональным.

Почему жидкие контейнеры азота необходимы

Контейнеры с жидким азотом необходимы для промышленности и исследовательских лабораторий, которые требуют криогенного хранения и охлаждения. Способность поддерживать сверх низкие температуры позволяет применять такие приложения, как:

• Криоконсервация : хранение биологических образцов, таких как сперма, эмбрионы или кровь, при сверхнизких температурах, чтобы сохранить их для будущего использования.

• Испытание на материалы : обнаружение материалов криогенным температурам для проверки их свойств и производительности в экстремальных условиях.

• Сохранение пищи : быстро замораживание пищи, чтобы поддерживать текстуру, вкус и питательную ценность.

• Промышленное охлаждение : использование жидкого азота в качестве охлаждающей жидкости в промышленных процессах, таких как сварка, упространение металлов и производство электроники.

Универсальность и важность контейнеров из жидкого азота делают их важными инструментами в ряде отраслей, обеспечивая безопасность, эффективность и эффективность в операциях.

Заключение

Наука, лежащая в основе контейнеров из жидкого азота, заключается в эффективном применении термодинамики, технологии изоляции и материалов. Минимизируя теплопередачу и используя прочные, хорошо изолированные конструкции, эти контейнеры способны поддерживать сверх низкие температуры, необходимые для того, чтобы жидкий азот оставался в стабильной жидкой форме.

Для промышленности и исследовательских лабораторий, которые полагаются на жидкий азот, выбор правильного контейнера имеет важное значение для обеспечения безопасного хранения, транспортировки и обработки. Будь то медицинские применения, криоконсервацию, тестирование материала или промышленное охлаждение, контейнеры жидкого азота являются незаменимыми для поддержания безопасности и функциональности криогенных систем.

Для высококачественных жидких азотных контейнеров и индивидуальных растворов рассмотрите возможность работы с Qingdao Aucma Global Medical Co., Ltd. Их опыт в области криогенных технологий гарантирует, что у вас есть лучшие инструменты для обработки жидкого азота в вашем применении.