Кріогенна техніка і технологія

Июль 26, 2022

Главная
Медицина
Кріогенна техніка і технологія

Содержание

2. Основні кріогенні рідини Азот Кисень Аргон Неон Фтор Метан Водень Гелій-4 Гелій-3
3. Загальна інформація кріорідина під час кипіння при низькій температурі може швидко поглинути значну кількість теплоти за
4. Основні властивості кріорідин
5. Джерело кріорідин Дійсний склад може відрізнятися від стандартного. Зокрема вміст кисню поблизу екватора вищий, ніж у
6. Склад сухого атмосферного повітря поблизу поверхні Землі
7. Заходи безпеки Кріорідини, потрапляючи на відкриті ділянки шкіри, спричинюють обморожування, а також вражають слизову оболонку очей.
8. Рідкий азот (N2) Прозора рідина з нормальною температурою кипіння 77 К. Порівняно дешевий, нетоксичний, має низьку
9. Рідкий азот (N2) Найчастіше використовують у кріогенних системах заморожування (у тому числі харчових продуктів), а також
10. Рідкий азот (N2) Під час зберігання зрідженого азоту не слід допускати його контакту з повітрям, бо
11. Рідкий кисень (O2) Кисень також має істотну частку в повітрі (~21 об.%), добувають його розділенням повітря.
12. Рідкий кисень (O2) Рідкий кисень не горить, вибухобезпечний, але є сильним окисником, тому значно збільшує швид-кість
13. Рідкий кисень (O2) У технологіях, хімії, мета-лургії, машинобудуванні, будівництві, медицині та ін.) частіше використовують газоподібний кисень.
14. Рідкий кисень (O2) При концентраціях понад 60 % газоподібний кисень токсичний. Використовувати чистий кисень для дихання
15. Рідкий аргон (Ar) Прозора рідина, яку добувають з повітря (0,93 об.%); інертний, нетоксичний. Газоподібний аргон використовують
16. Рідкий неон (Ne) Прозора рідина, яку добувають з повітря (18⋅10-4 об.%); інертний, нетоксичний. Неон доцільно використовувати
17. Рідкий метан (СН4) Метан – основна складова природного газу. Горючий. З повітрям утворює вибухонебезпечні суміші. Метан
18. Рідкий фтор (F) Світло-жовта рідина. Високотоксичний. Дуже активний, реагує з усіма органічними речовинами, з вуглеводнями —
19. Рідкий водень (H2) Прозора рідина, найчастіше добувають з природного газу. Водень горючий за наявності кисню, вибухонебезпечний.
20. Рідкий водень (H2) У звичайному стані у 75 % молекул водню спіни ядер — двох протонів
21. Рідкий водень (H2) Теплота конверсії водню (706 кДж/кг) вища за теплоту його випаровування (447 кДж/кг), тому
22. Рідкий водень (H2) Вихід – прискорена конверсія у спеціальних реакторах за наявності твердих каталізаторів (активоване вугілля,
23. Рідкий водень (H2) 1 – резервуар рідкого ортоводню, 2 – насос, 3 – теплообмінник-регенератор, 4 –
24. Рідкий гелій-4 (4He) Прозора рідина, яку добувають з природного газу (0,2–2 об.%). Після охолодження відкачуванням пари
25. Рідкий гелій-4 (4He) Надплина компонента Не-ІІ практично не має в’язкості – вона «орга-нізовано» протікає в отвори
26. Рідкий гелій-4 (4He) Затоплений струмінь – надплинна компонента гелію «вповзає» у колбу Б назустріч потоку звичайної
27. Рідкий гелій-4 (4He) «Товсті» плівки –рідкий Не-ІІ утворює плівку завтовшки близько 100 атомів на стінках пробірки
28. Рідкий гелій-4 (4He) Фонтанування Нагріваючись, рідина втрачає надплинність, надплинна компонента надходить крізь поруватий матеріал ззовні для
29. Рідкий гелій-4 (4He) Рідкий Не-ІІ за рахунок низької в’язкості перетікає з холодніших ділянок до тепліших. Тому
30. Рідкий гелій-3 (3He) Прозора рідина. Є побічним продуктом розпаду радіоактивного тритію. Розглядається, як потенційне термоядерне паливо,
32. Скачать презентацию

Слайд 2

Основні кріогенні рідини
Азот
Кисень
Аргон
Неон
Фтор
Метан
Водень
Гелій-4
Гелій-3

Слайд 3

Загальна інформація
кріорідина під час кипіння при низькій температурі може швидко поглинути

значну кількість теплоти за високої тепловіддачі
кріорідини можна порівняно легко транспортувати та зберігати
кріорідини добре контактують з тілами складної форми.

Кріогенна рідина (кріорідина) – це речовина, що перебуває у рідкому стані за кріогенних температур
Кріорідини – основні робочі тіла, холодоносії, холодоагенти у кріогенних технологіях, бо:

Слайд 4

Основні властивості кріорідин

Слайд 5

Джерело кріорідин
Дійсний склад може відрізнятися від стандартного. Зокрема вміст кисню поблизу

екватора вищий, ніж у полярних областях.

Більшість кріорідин добувають з повітря, що є сумішшю багатьох газів. Стандартний склад повітря поблизу поверхні Землі наведено у таблиці.

Слайд 6

Склад сухого атмосферного повітря поблизу поверхні Землі

Слайд 7

Заходи безпеки
Кріорідини, потрапляючи на відкриті ділянки шкіри, спричинюють обморожування, а також

вражають слизову оболонку очей. Проби кріорідин відбирають у захисних окулярах і рукавицях.

Слайд 8

Рідкий азот (N2)
Прозора рідина з нормальною температурою кипіння 77 К.
Порівняно дешевий,

нетоксичний, має низьку хімічну активність.
Добувають з повітря
(~78 об.%)

Слайд 9

Рідкий азот (N2)
Найчастіше використовують у кріогенних системах заморожування (у тому числі

харчових продуктів), а також у медицині.

Слайд 10

Рідкий азот (N2)
Під час зберігання зрідженого азоту не слід допускати його

контакту з повітрям, бо з повітря може сконденсуватися кисень і змішатися з азотом, змінивши його властивості. З цих самих міркувань небажаний контакт з вуглеводнями.

Слайд 11

Рідкий кисень (O2)
Кисень також має істотну частку в повітрі (~21 об.%),

добувають його розділенням повітря. Зріджений кисень — блакитна рідина (колір дає полімер О4), що має слабкі магнітні властивості. Завдяки останній властивості можна визначати наявність кисню у сумішах.

Слайд 12

Рідкий кисень (O2)
Рідкий кисень не горить, вибухобезпечний, але є сильним окисником,

тому значно збільшує швид-кість горіння інших мате-ріалів. Органічні матеріа-ли (деревина, папір, асфальт, вугілля тощо), просочені рідким киснем, можуть детонувати. Для роботи з киснем використовують лише дозволені матеріали.

Спроба прискорити смаження барбекю додавши рідкого кисню призвела до вибуху

Слайд 13

Рідкий кисень (O2)
У технологіях, хімії, мета-лургії, машинобудуванні, будівництві, медицині та ін.)

частіше використовують газоподібний кисень. Його отримують за рахунок випаровування рідкого кисню, а для зберігання та транспортування закачують у балони (2, 4, 5, 10, 40 л) під тиском до 200 кгс/см2 (19,6 МПа).

Слайд 14

Рідкий кисень (O2)
При концентраціях понад 60 % газоподібний кисень токсичний. Використовувати

чистий кисень для дихання можна лише за зниженого тиску.

Слайд 15

Рідкий аргон (Ar)
Прозора рідина, яку добувають з повітря (0,93 об.%); інертний,

нетоксичний. Газоподібний аргон використовують у техніці для створення інертних середовищ (наприклад, під час електрозварювання).

Слайд 16

Рідкий неон (Ne)
Прозора рідина, яку добувають з повітря (18⋅10-4 об.%); інертний,

нетоксичний. Неон доцільно використовувати у кріорефрижераторах, бо маючи нормальну темпера-туру кипіння, порівнянну з воднем (27 ↔ 20), неон має вищу теплоту випаровування (880 ↔ 447).

Суміш азоту з неоном при проходженні електричного розряду світиться помаранчевим кольором (її використовують у газорозрядних лампах)

Слайд 17

Рідкий метан (СН4)
Метан – основна складова природного газу. Горючий. З повітрям

утворює вибухонебезпечні суміші. Метан використовують у хімічній промисловості, а також як паливо. Для зберігання та перевезень його зріджують. Зріджений метан — прозора рідина

Слайд 18

Рідкий фтор (F)
Світло-жовта рідина. Високотоксичний. Дуже активний, реагує з усіма органічними

речовинами, з вуглеводнями — зі спалахом. У середовищі фтору горить більшість неорганічних речовин.

При контакті з більшістю металів на поверхні утворює тонку плівку фториду, що захищає метал, проте при зберіганні у металевій тарі за певних умов можливе загоряння контейнера

Слайд 19

Рідкий водень (H2)
Прозора рідина, найчастіше добувають з природного газу. Водень горючий

за наявності кисню, вибухонебезпечний. Для зрідженого водню додаткова небезпека вибуху виникає через можливість утворення детонуючих сумішей «твердий кисень – рідкий водень» та «тверде збагачене киснем повітря – рідкий водень».

Слайд 20

Рідкий водень (H2)
У звичайному стані у 75 % молекул водню спіни

ядер — двох протонів — спрямовані в один бік (ортоводень), а у 25% молекул — у протилежні боки (параводень). У рідкому водні відбувається повільний орто-пара-перехід (конверсія), ортоводень перетворюється на параводень, (у рідкому водні 99,8% параводню).

При цьому виділяється теплота конверсії. У діапазоні 15–70 К вона ≈ 706 кДж/кг

Слайд 21

Рідкий водень (H2)
Теплота конверсії водню (706 кДж/кг) вища за теплоту його

випаровування (447 кДж/кг), тому внаслідок поступового проходження конверсії зріджений водень може повністю випаруватися.

Слайд 22

Рідкий водень (H2)
Вихід – прискорена конверсія у спеціальних реакторах за наявності

твердих каталізаторів (активоване вугілля, оксиди металів, гідроксиди заліза, мангану, хрому, нікелю) на кількох температурних рівнях – найчастіше 65–70 К та 20 К

Слайд 23

Рідкий водень (H2)
1 – резервуар рідкого ортоводню, 2 – насос, 3

– теплообмінник-регенератор, 4 – ре-зервуар, 5 – конвер-тор з каталізатором, 6 – детандер, 7 – дросель, 8 – резервуар рідкого параводню, 9 – вентиль видачі рідкого параводню, 10 – генератор.

Схема установки каталітичної конверсії рідкого водню:

Слайд 24

Рідкий гелій-4 (4He)
Прозора рідина, яку добувають з природного газу (0,2–2

об.%). Після охолодження відкачуванням пари нижче за 2,17 К у рідкому гелії відбувається λ-перехід до Не-II — суміші звичайної та надплинної компонент.

Надплинна компонента Не-ІІ складається з атомів гелію, що мають нульову енергію, її вміст зростає зі зменшенням температури.

Слайд 25

Рідкий гелій-4 (4He)
Надплина компонента Не-ІІ практично не має в’язкості – вона

«орга-нізовано» протікає в отвори діаметром до 0,5 мкм, непроникні навіть для газу, бо у газі молекули рухаються хаотично.

Теплопровідність надплинної компоненти дуже висока (до 105 кВт/(м⋅К). Насправді теплота у ній переноситься за рахунок дуже інтенсивної конвекції та хвиль. Тому кипіння після λ-переходу припиняється – йде лише випаровування з поверхні

Слайд 26

Рідкий гелій-4 (4He)
Затоплений струмінь – надплинна компонента гелію «вповзає» у колбу

Б назустріч потоку звичайної рідини, що після нагрівання у колбі втрачає надплинність. При цьому надплинний потік не відхиляє крильце Г.

Слайд 27

Рідкий гелій-4 (4He)
«Товсті» плівки –рідкий Не-ІІ утворює плівку завтовшки близько 100

атомів на стінках пробірки і тече без в’язкісного опору, в тому числі вгору

Слайд 28

Рідкий гелій-4 (4He)
Фонтанування
Нагріваючись, рідина втрачає надплинність, надплинна компонента надходить крізь поруватий

матеріал ззовні для вирівнювання концентрації, а звичайна компонента не може пройти крізь пори, тому в посудині зростає тиск і рідина фонтанує на висоту до 30 см.

Слайд 29

Рідкий гелій-4 (4He)
Рідкий Не-ІІ за рахунок низької в’язкості перетікає з холодніших

ділянок до тепліших. Тому в ньому виникає «другий звук», що є місцевими коливаннями температури та ентропії, а не тиску, як для звичайного звуку. Хвилі другого звуку можуть утворювати стоячі хвилі, відбиватися. Теплота у надплинній фазі передається хвилеподібним рухом – це ще одна причина її високої теплопровідності

Слайд 30

Рідкий гелій-3 (3He)
Прозора рідина. Є побічним продуктом розпаду радіоактивного тритію.
Розглядається,

як потенційне термоядерне паливо, але для початку реакції потрібна температура порядку 109 К
Суміш рідких 3Не і 4Не за T<0,827 К сама розділяється на дві фази — надплинну і нормальну — з поглинанням теплоти. Цей ефект використовують у рефрижераторах розчинення.

Кріогенна техніка і технологія

Содержание

Основні кріогенні рідини АзотКисеньАргонНеонФторМетанВодень Гелій-4Гелій-3

Загальна інформаціякріорідина під час кипіння при низькій температурі може швидко поглинути

Основні властивості кріорідин

Джерело кріорідинДійсний склад може відрізнятися від стандартного. Зокрема вміст кисню поблизу

Склад сухого атмосферного повітря поблизу поверхні Землі

Заходи безпекиКріорідини, потрапляючи на відкриті ділянки шкіри, спричинюють обморожування, а також

Рідкий азот (N2)Прозора рідина з нормальною температурою кипіння 77 К. Порівняно дешевий,

Рідкий азот (N2)Найчастіше використовують у кріогенних системах заморожування (у тому числі

Рідкий азот (N2)Під час зберігання зрідженого азоту не слід допускати його

Рідкий кисень (O2)Кисень також має істотну частку в повітрі (~21 об.%),

Рідкий кисень (O2)Рідкий кисень не горить, вибухобезпечний, але є сильним окисником,

Рідкий кисень (O2)У технологіях, хімії, мета-лургії, машинобудуванні, будівництві, медицині та ін.)

Рідкий кисень (O2)При концентраціях понад 60 % газоподібний кисень токсичний. Використовувати

Рідкий аргон (Ar)Прозора рідина, яку добувають з повітря (0,93 об.%); інертний,

Рідкий неон (Ne)Прозора рідина, яку добувають з повітря (18⋅10-4 об.%); інертний,

Рідкий метан (СН4)Метан – основна складова природного газу. Горючий. З повітрям

Рідкий фтор (F)Світло-жовта рідина. Високотоксичний. Дуже активний, реагує з усіма органічними

Рідкий водень (H2)Прозора рідина, найчастіше добувають з природного газу. Водень горючий

Рідкий водень (H2)У звичайному стані у 75 % молекул водню спіни

Рідкий водень (H2)Теплота конверсії водню (706 кДж/кг) вища за теплоту його

Рідкий водень (H2)Вихід – прискорена конверсія у спеціальних реакторах за наявності

Рідкий водень (H2)1 – резервуар рідкого ортоводню, 2 – насос, 3

Рідкий гелій-4 (4He) Прозора рідина, яку добувають з природного газу (0,2–2

Рідкий гелій-4 (4He)Надплина компонента Не-ІІ практично не має в’язкості – вона

Рідкий гелій-4 (4He)Затоплений струмінь – надплинна компонента гелію «вповзає» у колбу

Рідкий гелій-4 (4He)«Товсті» плівки –рідкий Не-ІІ утворює плівку завтовшки близько 100

Рідкий гелій-4 (4He)ФонтануванняНагріваючись, рідина втрачає надплинність, надплинна компонента надходить крізь поруватий

Рідкий гелій-4 (4He)Рідкий Не-ІІ за рахунок низької в’язкості перетікає з холодніших

Рідкий гелій-3 (3He)Прозора рідина. Є побічним продуктом розпаду радіоактивного тритію. Розглядається,

Похожие презентации