Как получают жидкий азот — как делают жидкий азот в промышленности

Автор статьи
Лебедев Юрий Агафонович

Дата публикации:

16.03.2021

Дата обновления:

17.01.2023

Заместитель директора

Работает в отрасли
c 1999 г.

Для того чтобы понимать основные критерии оценки качества жидкого азота, нужно хорошо знать, как его получают. Рассмотрим особенности производства, а также методы хранения.

Содержание статьи

1. Особенности получения азота
2. Основные области использования азота
3. Состояния вещества
4. Как делают жидкий азот
   • Криогенный метод
   • Мембранный метод
   • Адсорбционный метод
5. Важные характеристики готовой смеси
6. Хранение жидкого азота и техника безопасности
7. «Тантал-Д» — производитель качественного жидкого азота

Особенности получения азота

Азот всегда присутствует вокруг нас. Так в земной атмосфере этого газа не менее 75 %, он необходим организму человека для выполнения множества обменных процессов. Высокий процент этого вещества есть в белках, аминокислотах, гемоглобине.

В эпоху активного развития промышленности, азот получали из чилийской селитры. Но с уменьшением количества этого полезного ископаемого человечество использует неисчерпаемые атмосферные запасы.

В одной молекуле газа есть два атома. При этом они очень прочно соединены между собой. Нельзя получить соединение с другими элементами, пока атомная связь не разорвана. Сегодня вы можете купить жидкий азот, который получен из воздуха, доведен до жидкого или газообразного состояния.

Основные области использования азота

Азот очень востребован в промышленности. Он применяется для различных задач — от обработки металлов при высоких температурах до бурения скважин.

Ведется поставка для пищевой промышленности, в которой он применяется для упаковки. Активными заказчиками являются производители систем для пожаротушения, горнодобывающие компании.

Состояния вещества

Прежде чем переходить к рассмотрению того, как производится жидкий азот, нужно уточнить характеристики вещества. Если в процессе изготовления не было допущено нарушения, эти параметры будут соответствовать ГОСТ, а продукт можно будет эффективно использовать для всех поставленных целей.

Состояние для азота при нормальном атмосферном давлении газообразное:

• Нет запаха или цвета.
• Плохо растворяется в воде.
• Не наблюдается реакции с какими-либо химическими веществами, кроме лития.
• В нагретом состоянии значительно увеличивается способность к созданию химических соединений.
• Полная взрыво- и пожаробезопасность.
• Способность не допускать развития гниения, окислительных процессов.
• Отсутствие токсичности.

Покупатели используют газ для разных целей. Чаще всего встречается его соединение с водородом, которое помогает выработать аммиак. Он востребован во многих отраслях промышленности — от производства хладагента до изготовления удобрений.

Чтобы азот стал жидким, его нужно довести до температуры −195,8 °С. Важно учитывать особенность поведения азотно-кислородной смеси во время сильного прогрева. Именно второй элемент начинает быстрее испаряться.

На производстве часто чередуются циклы вскипания и последующего сжижения. Это помогает влиять на состав газов, получать смесь с необходимыми эксплуатационными качествами.

Также применяется свойство перехода газа между состояниями. Если нагреть один литр вещества в жидкой форме, то на выходе можно получить до 700 литров в газообразном варианте. Потому важно обеспечивать правильное хранение в герметичных баллонах без риска нагрева, с изоляцией.

Иногда может потребоваться также переход вещества в твердое состояние. Кристаллизация начинается при охлаждении до −209,86 °С. Полученные кристаллы начинают плавиться при контакте с кислородом.

Как делают жидкий азот

Процесс получения такого вещества в жидком состоянии хорошо отработан и помогает выработать нужный продукт. Рассмотрим основные подходы.

Криогенный метод

Использует в работе атмосферный воздух. В основе подхода лежит его сжижение. Процедура состоит из нескольких 3 этапов:

1. Сжатие в компрессоре до нужного состояния, передача в теплообменники.
2. Поступление в детандер, расширение.
3. Охлаждение, перевод в жидкое состояние.

Разница в температурах позволяет разделить кислород и азот. Для достижения нужной чистоты вещества такую процедуру нужно повторять несколько раз.

Обычно криогенный метод используется, когда нужно получить большой объем продукции. Установки для разделения дорогие, имеют большие размеры. Чтобы разместить их, нужно отыскать большую площадь и подвести коммуникации.

Преимущество технологии заключается в чистоте получаемого вещества. В нем будет минимум примесей. При помощи установок можно также получать кислород и аргон в нужном объеме. Состояния разные — жидкое, газообразное.

Хотите получить консультацию?

Позвоните нам по телефону!

+7 (495) 532 17 17 Пн. -Пт. с 9:00 до 18:00, обед с 13:00 до 14.00, Сб. с 9.00 до 15:00

Мембранный метод

Достаточно старая, хорошо зарекомендовавшая себя технология. Названа так благодаря использованию специальной мембраны с очень небольшими порами. Когда на нее подается воздух, то он свободно проходит через такую преграду, в то время как азот остается и поступает в накопитель.

У метода есть несколько важных преимуществ:

• Чистота получаемого вещества.
• Высокий уровень энергоэффективности производства.
• Возможность быстрого развертывания процесса изготовления газа.

Установки можно легко разместить на предприятии, они не занимают много места. При этом при изготовлении больших объемов подход обычно оказывается нерентабельным.

Адсорбционный метод

Применение адсорбентов для создания газовых смесей также практикуется многими изготовителями. Подход дает возможность получать большие объемы готового продукта достаточно быстро.

Установка представляет собой две колонны. Вещество, применяемое в работе, есть в каждой их них. Воздух забирается напрямую из атмосферы и сжимается в компрессоре. Давление при этом стабилизируется до нужных показателей в ресивере.

Важно также обеспечить правильную фильтрацию. Она гарантирует, что в готовом продукте не будет различных примесей и загрязнений — от пыли и двуокиси углерода до паров воды, ацетилена, иных веществ, рассеянных в городской воздушной среде.

Когда смесь полностью очищена, наступает процесс адсорбционного разделения. Для этого воздух пропускается через колонну, внутри которой установлены углеродные молекулярные сита. Далее смесь поступает во вторую колонную, где происходит накопление азота в ресивере.

Среди важных преимуществ подобной технологии следующие:

• Чистота получаемой смеси достигает отметки в 99,9995 %.
• Весь процесс обработки занимает мало времени.
• Уровень потребления электроэнергии низкий.
• Процедура автоматизирована, что помогает стабилизировать получение важных показателей.
• Недорогое обслуживание оборудования.
• Качественная очистка воздушной смеси от различных атмосферных примесей.

В процессе большое значение имеет расчет уровня рентабельности. Нужно определить, подойдет ли для вас технология.

Важные характеристики готовой смеси

После того как азот был произведен, остается только охладить его до нужного уровня превращения в жидкость. Далее происходит перекачивание в герметичный баллон, отправка заказчикам.

Главной характеристикой готового продукта является степень чистоты. Она указывает на то, в какой области можно использовать такую смесь, не возникнет ли каких-либо непредвиденных проблем и химических реакций при нагреве, контакте с атмосферным воздухом и различными соединениями.

Хранение жидкого азота и техника безопасности

Хорошо понимая, как образуется жидкий азот, можно сделать выводы о его правильной перевозке, хранении и использовании. Важным требованием является поддержание герметичности тары. Потому баллоны, в которые закачивается смесь, должны регулярно проходить проверку, текущий ремонт и обслуживание.

Наша компания не только занимается продажей, но и проверяет баллоны, обеспечивает быструю перевозку продукции. Для транспортировки используется автотранспорт, в который помещаются цистерны, криогенные сосуды.

Чтобы обеспечить сохранность произведенного вещества, его нужно держать в вакууме. Используется закачивание в сосуды Дьюара с двойными стенками. Внутренняя поверхность проходит серебрение до зеркального состояния — это помогает значительно уменьшить теплопередачу.

Готовый продукт нужно использовать со строгим соблюдением техники безопасности. Лучше не допускать долговременного контакта вещества с незащищенной кожей. Если он все-таки произошел, нужно как можно быстрее промыть пораженную область.

При утечках азот начинает накапливаться на уровне пола. При этом он быстро испаряется, в помещении становится меньше кислорода. Потому если протечка сосуда все-таки произошла, нужно как можно быстрее обеспечить правильное проветривание.

«Тантал-Д» — производитель качественного жидкого азота

Наша компания поставляет большое количество газовых смесей. Вы можете заказать азот любого типа с быстрой доставкой.

Также проверяем баллоны, организуем постоянное снабжение, даем официальные гарантии. Чтобы узнать больше про представленные смеси, условия работы и доставки, оставьте заявку на сайте или звоните.

Источники:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Жидкий_азот
2. ГОСТ 9293-74 Азот газообразный и жидкий

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Как получают жидкий азот?

Криогенным, мембранным или адсорбционным методами.

Какими свойствами обладает жидкий азот?

При нормальном давлении вещество принимает газообразную форму. Он не имеет запаха и вкуса, плохо растворяется в воде, не токсичен.

Где используют жидкий азот?

Во многих направлениях медицины, косметологии, ветеринарии, пищевой промышленности и других сферах.

Если вам понравилась статья, поделитесь ей в социальных сетях

Как получают азота из воздуха: технология производства

Производство азота из воздуха необходимо для использования газа в различных сферах деятельности, например, металлургии, горнодобывающей и нефтехимической отраслях, медицине, пищевой промышленности. В атмосфере планеты присутствует 75% азота, что делает технологию выделения газа эффективной и выгодной.

Основные технологии производства азота

Вопрос, как получают азот из воздуха, имеет три варианта ответа. Инертный газ для промышленного применения на крупных предприятиях или практического использования в лабораторных условиях получают с помощью следующих методик:

• Криогенное разложение воздуха, основанное на разнице в температуре кипения составляющих компонентов.
• Адсорбционная технология, при которой разделение воздуха на азот и кислород осуществляется за счет разницы размеров молекул.
• Мембранные установки также работают за счет разделения сжатого воздуха на составные компоненты.

Криогенная технология применяется более 100 лет. В основе процесса лежит сжатие поступающего атмосферного воздуха до необходимого уровня давления. Из полученной смеси удаляются влага, различные твердые примеси и углекислый газ. После обратного расширения очищенный воздух постепенно охлаждается и переходит в жидкое состояние. При температуре -196 градусов из смеси извлекается азот.

Использование криогенной установки экономически обосновано при большой потребности в инертном газе. Высокая стоимость и сложность оборудования позволяют устанавливать технику только на крупных предприятиях. Часто подобные установки используются для генерации кислорода, а азот в таких случаях является побочным продуктом.

Адсорбционные установки состоят из емкостей, наполненных молекулярными ситами с диаметром ячейки от 1 до 3 мм. При подаче в емкости воздушной смеси, большая часть молекул азота проходит через абсорбент, а кислорода — оседает на молекулярных ситах. Дополнительное осушение позволяет получить инертный газ, очищенный до уровня 99,9 процента. Чем меньший уровень очистки азота требуется, тем проще и дешевле будет оборудование в обслуживании.

Производство азота из воздуха мембранным способом похоже на адсорбционную технологию. В емкостях цилиндрической формы размещаются фильтры из специальных полимерных материалов. При подаче сжатого воздуха в систему сквозь волокна проходят молекулы воды, водорода и гелия. Кислород также проникает сквозь полимерные материалы, но с меньшей скоростью. На внутренних поверхностях волокон концентрируются молекулы азота, которые впоследствии осушаются и используются по назначению.

Достоинства адсорбционных установок для изготовления азота

Выделение азота из воздуха любым из указанных методов позволяет добиться высокого качества смеси, применимой в производственных целях. Наиболее востребованными на рынке являются установки адсорбционного типа. К преимуществам данной технологии и устанавливаемого оборудования можно отнести:

• Простота эксплуатации, оперативный запуск и отключение, а также функция дистанционного управления.
• Высокое качество разделения воздушного потока на молекулы азота и кислорода.
• Небольшое потребление электроэнергии, а также минимальные эксплуатационные расходы.
• Возможность регулировки работы в автоматическом режиме, оперативная перенастройка оператором.

Вопрос, как получают азот из воздуха, имеет три варианта решения. Оптимальным решением по совокупности затрат и качеству полученного вещества является покупка адсорбционной установки. Приобрести оборудование можно в компании Оксимат, сотрудники которой выполнят монтаж и пусконаладку, а также предоставят гарантию на работы и установленную технику.

Читайте также

Азот в нефтяной промышленности

Зачем покупать осушитель сжатого воздуха?

Продажа мембранных азотных станций с доставкой по всей России

Как получают водород в промышленности?

У вас остались вопросы?

Оставьте заявку на бесплатную консультацию у наших менеджеров!

Нажимая кнопку, Вы даете согласие на обработку персональных данных.

Самодельный генератор жидкого азота Joule Thomson Throttle

Я решил, что не существует хорошего руководства о том, как обычный человек может сжижать азот или воздух. Существует несколько ссылок на криокулеры, в которых используется внутренний гелиевый двигатель Стирлинга для создания холодной головы, и я даже видел, как один человек использовал это как средство для сжижения азота, позволяя газу конденсироваться, когда он проходит над головой. Этот метод является обманом, поскольку он основан на автономной холодильной установке. Я хотел сделать это с помощью регенеративного охлаждения, как Карл Линде в 189 году.5.

В этом уроке будет рассмотрена базовая теория криогенного сжижения. В этом руководстве будут рассмотрены все шаги, необходимые для того, чтобы воспроизвести мою работу и построить ожижитель газообразного азота. Каждая страница посвящена отдельной теме, необходимой для процесса, включая измерения температуры, компрессор, предварительный охладитель, охладитель, дроссель и резервуар.

В основном существует три метода производства жидкого азота. Во-первых, вы можете использовать криокулер. Вам нужно приобрести криогенную холодильную установку и снять холодную головку. Во-вторых, вы можете использовать турбоэспандер. Это устройство, которое забирает сжатый газ и извлекает из него работу во время фаз изоэнтропического расширения. Это действительно самый эффективный метод, но стоимость непомерно высока для домашнего строителя. Наконец, можно дросселировать сжатый газ. Хотя верно то, что идеальный газ сохраняет ту же температуру при расширении в вакуум, реальные газы из-за трения и других потерь действительно понижают свою температуру. Я считаю, что оно падает на 1/4 градуса по Цельсию на каждую атмосферу перепада давления. Именно этот метод с использованием эффекта Джоуля-Томсона заслуживает внимания.

Простое JT-расширение приведет к падению температуры на 50F, если мы сожмем наш газ до 200 атмосфер (2900 psi). Перед расширением необходимо охладить газ, чтобы выход газа из сопла был достаточно низким для конденсации и сжижения газа. Linde использовала регенеративное охлаждение. Выходящий холодный газ проходит обратно по находящимся под давлением змеевикам противотоком. Это охлаждает поступающий газ; расширенный газ на следующем проходе немного холоднее, чем раньше. После многих циклов газ станет достаточно холодным, чтобы сжижаться и собираться в резервуаре.

Теперь все, что я упомянул, уже доступно в книгах и в Интернете. Итак, зачем этот урок? В то время как теория проста, фактическое применение теории и создание работающего устройства не так просто. Я успешно сжижал воздух в достаточном количестве и планирую показать вам, как это можно сделать для домашнего строителя.

Генератор получает азот от моего собственного самодельного адсорбера с переменным давлением. Это совершенно отдельный проект, который вы можете просмотреть здесь, когда закончите с этим.

Видео всего проекта:

Я построил надежный криогенный термометр за небольшую часть стоимости других продаваемых моделей. Он имеет диапазон от -400F до 250F с шагом 0,1F. Он может измерять Фаренгейты и Цельсия. Температурный дрейф составляет не более 0,005F/F, что дает очень стабильные показания. Дисплей ЖК, поэтому вы можете читать его в любых условиях освещения. Он работает от 120 В переменного тока с использованием адаптера переменного тока в постоянный и использует датчик RTD длиной 6 футов. Все это включено. Ниже представлено изображение устройства. Я скоро буду продавать их примерно за 150 долларов, что намного ниже стоимости других коммерческих товаров. Пожалуйста, зайдите еще раз.

Если вам нравится по-настоящему холодно, вам может понравиться по-настоящему горячо. У меня есть отличный учебник по индукционному нагреву, а также много видео на Youtube под ручкой «imsmooth». Ниже одна из ссылок на ранний обогреватель.

Руководство по индукционному нагреву

Простой индукционный нагреватель мощностью 3 кВт

Левитация индукционного нагревателя

Следующий обзор

Политика конфиденциальности

3 эксперимента с жидким азотом, которые можно провести дома

Жидкий азот отлично подходит для того, чтобы увлечь детей химией. Мало того, что все будут любить вас на следующей вечеринке по случаю дня рождения, вы также можете использовать ее, чтобы классно научить основам химии. Недавно мы сделали видео с GoPro, где показали три основных эксперимента с жидким азотом. В этой статье более подробно объясняется, как их реализовать. Но сначала вы должны посмотреть видео; если это не вдохновит вас попробовать это самостоятельно, я не знаю, что вдохновит вас.

Как следует из названия, жидкий азот представляет собой азот в жидкой форме. Азот (в форме N2) составляет большую часть воздуха, которым мы дышим. Он растворяется в наших тканях; усваивается растениями; и является важным элементом строительных блоков нашей ДНК. Большую часть времени он существует как N2. Аммиак и аммоний являются другими распространенными формами. Азот в виде газа может фактически стать жидкостью при правильных условиях, а именно при низких температурах. Мы говорим очень холодно. Температура кипения жидкого азота -196 градусов Цельсия. Чтобы помочь нам лучше объяснить основы, мы сняли это видео:

Замораживание и разбивание цветка

Одна из первых вещей, которую люди используют, чтобы продемонстрировать экстремальный холод жидкого азота, — это замораживание цветка. Однако не все цветы одинаковы. Вам нужен цветок с очень тонкими лепестками. Особенно хорошо работают розы. Однако вы могли заметить, что даже в нашем эксперименте с видео GoPro внутренние лепестки все еще не разбились. Они были изолированы внешними лепестками и, таким образом, не сломались полностью.

Взрыв бутылки

Предупреждение: Будьте очень осторожны с этим! Убедитесь, что рядом с вами есть взрослый, который будет проводить все эксперименты, и наденьте защитную одежду и очки. Мы не имеем дело с горючими веществами, но бутылки взрываются, что может быть очень опасно.

Процесс: Заполните маленькую пластиковую бутылку примерно на 10 процентов жидким азотом. Наденьте кепку и отойдите на безопасное расстояние, чтобы посмотреть, как она взорвется.

Наука: Поскольку температура кипения жидкого азота составляет -196 градусов по Цельсию, при комнатной температуре жидкость мгновенно начинает превращаться в газ. Газ заполняет больший объем, чем жидкость, и начинает повышать давление внутри сосуда. На самом деле скорость расширения составляет 1 к 696. Это означает, что один литр жидкого азота расширится, чтобы заполнить 696 литров. В конце концов давление становится больше, чем может выдержать пластик, и бутылка взрывается. Обратите внимание, что некоторый пластик взорвется раньше. Мы рекомендуем более жесткие пластиковые контейнеры, так как это дает вам немного больше времени, чтобы добраться до безопасного места.

Для большего удовольствия во время демонстрации вы можете положить пластиковую бутылку в мусорное ведро и наполнить его шариками для пинг-понга, листьями или другим материалом, который взлетит в воздух во время взрыва. Это делает зрелище.

Бутылочная ракета

Вы также можете использовать жидкий азот для создания очень мощной бутылочной ракеты. Для этого вам нужно заполнить пластиковую бутылку водой на треть. Затем влейте еще 10 процентов жидкого азота. Надев перчатку, слегка положите большой палец сверху и переверните его вверх дном. Это предотвратит выливание всей воды. Когда вы это сделаете, жидкий азот будет быстро расширяться, создавая мощную бутылочную ракету.

Долгое время мы понятия не имели, где взять жидкий азот. Правда в том, что его действительно легко получить.