Z čoho pozostáva Dewarova banka? Dewarove nádoby a skladovanie tekutého dusíka v nich

Dewarova banka je starým otcom moderných termosiek. Dnes nie sú problémy s uchovaním potrebných produktov po dlhú dobu pri určitej teplote. Dôvodom na vynájdenie takejto nádoby bolo, že fyzici nemali možnosť nejaký čas uchovať plyny v kvapalnom stave. Dewarova banka na tekutý dusík bola práve vynálezom, ktorý problém úspešne vyriešil. A ako to vždy býva, nález pre vedeckú prácu našiel uplatnenie v každodennom živote.

Príbeh

Takzvaná Dewarova banka pochádza z roku 1881. Nemecký vedec Adolf Ferdinand Weinhold vyvinul úplne prvú nádobu, ktorá sa používala na skladovanie skvapalneného plynu.

Bola to presklená skrinka s dvojitými stenami. Zvláštnosťou návrhu bolo, že vzduch bol odčerpávaný z medzistenového priestoru. V takejto nádobe by sa dal skladovať tekutý kyslík. Vynálezca nazval nádobu „Weinholdova fľaša“.

V roku 1892 urobil škótsky chemik a fyzik Sir James Dewar niekoľko vylepšení dizajnu A. F. Weinholda. Sklenená krabica zmenila tvar a stala sa z nej banka s úzkym hrdlom, čím sa výrazne znížilo vyparovanie kvapaliny. Okrem toho bol podľa Dewarových pokynov intersticiálny priestor postriebrený. Prvýkrát sa podarilo získať a uskladniť nielen kvapalný, ale aj pevný vodík.

Prvá demonštrácia sa konala na verejnej prednáške v januári 1893 a sériová výroba plavidiel sa začala v roku 1904. Spoločnosť Thermos GmbH (Nemecko) bola založená na výrobu termosky a implementáciu vynálezu prevzala na komerčné účely.

Princíp fungovania

Ako funguje Dewarova banka? Dizajn zariadenia zaujme svojou dômyselnou jednoduchosťou: sklenená alebo kovová banka s dvojitými stenami, medzi ktorými sa odsáva vzduch. Tento systém výrazne znižuje tepelnú vodivosť stien.

Zvyšné veľmi malé množstvo molekúl vzduchu prenáša teplotu okolia na obsah Dewarovej banky. Táto zvyšková tepelná vodivosť vyvoláva neustále a postupné odparovanie kvapalného plynu.

To zase vedie k zvýšeniu tlaku vo vnútri nádoby. Aby sa predišlo nevyhnutnému výbuchu, zariadenie je vybavené bezpečnostným ventilom alebo nie je tesne uzavreté. Voľne uzavretá zátka má malý vplyv na odparovanie kvapalného dusíka. Prenos tepla zdola nahor nastáva pomaly a plocha otvoru v nádobe je zanedbateľná.

Plyn sa tak postupne uvoľňuje. Strata látky je nepatrná, napríklad jeden kilogram tekutého vzduchu stratí počas 10 dní skladovania len 4 gramy.

Toto zariadenie umožňuje dlhodobo skladovať a prepravovať plyn v kvapalnom stave, čo je pre moderný priemysel veľmi dôležité.

Modelky

V mnohých priemyselných odvetviach sa Dewarove banky používajú na rôzne účely. Existuje niekoľko modelov:

• séria X, XT, LD - hliník, sklolaminátové hrdlo, používané na prepravu a skladovanie tekutého dusíka a biomateriálov;
• séria SK, SDP - s hrdlom zo sklenených vlákien, vyrobený z hliníka, používa sa na prepravu a skladovanie malého množstva tekutého dusíka;
• Séria SDS - hliník, sklolaminátové hrdlo používané na prepravu a skladovanie biomateriálov;
• vertikálna (objem 28-660 litrov) - vyrobená z nehrdzavejúcej ocele, používa sa na prepravu a skladovanie oxidu dusného, ​​kvapalného dusíka, oxidu uhličitého, argónu, kyslíka;
• horizontálne - vyrobené z nehrdzavejúcej ocele, slúžiace na skladovanie tekutého dusíka.

Okrem toho je zvládnutá výroba obrovských železničných a cestných cisterien. Existujú aj špeciálne vybavené lode prepravujúce veľké množstvá skvapalneného plynu.

Aplikácia

Dewarove banky sú široko používané v modernom priemysle. Najčastejšie sa zariadenie používa:

• v každodennom živote - na dlhodobé skladovanie nápojov, potravín (termosky);
• v priemysle, laboratóriách - na konzervovanie tekutého dusíka a iných kryokvapalín;
• vo veterinárnej medicíne a medicíne - na skladovanie biologického materiálu;
• v geofyzike - na prácu v horúcich vrtoch (kryštály a elektronické súčiastky sú umiestnené v nádobe).

cena

V súčasnosti trh ponúka širokú škálu značiek a typov termosiek. Malé výrobky pre domácnosť sa používajú na potraviny alebo tekutiny (čaj, káva). Cena v závislosti od objemu, materiálu a značky výrobcu sa môže pohybovať od 5 do 50 dolárov.

Náklady na tie plavidlá, ktoré sa používajú v priemyselnom meradle a nazývajú sa Dewarove plavidlá, sú rádovo vyššie. Cena je určená objemom a kvalitou spracovania. Dobré veľkoobjemové zariadenie môže stáť niekoľko stoviek dolárov:

• model X-40SP (Charkov Transport Equipment Plant, Ukrajina) - 650 dolárov;
• model L2050 (Cryo Diffusion, Francúzsko) - 1050 dolárov;
• model XT-3 (Taylor-Wharton, Slovensko) - 220 dolárov.

Cisterny, cestné alebo železničné, na prepravu kryogénnych kvapalín stoja desiatky tisíc dolárov.

Kryogénna technológia je špeciálne zariadenie, ktoré umožňuje výrobu, dlhodobé skladovanie a prepravu rôznych plynov. Zároveň sa za jednu z hlavných súčastí tohto zariadenia považuje Dewarovo plavidlo.

Čo to je?

Táto položka je špeciálnym typom nádoby potrebnej na skladovanie rôznych látok, ktorých teplota sa líši od teploty výkupného média (nižšia alebo vyššia). Práve pomocou takýchto nádob je možné dlhodobo skladovať látky pri požadovanej teplote. Vo všeobecnosti sa Dewarova banka správa ako známa termoska pre domácnosť.

Štruktúra Dewarovej nádoby

Pre zabezpečenie nízkej tepelnej vodivosti je Dewarova nádoba vyrobená špeciálnou technológiou. Pozostáva z 2 nádrží:

• vonkajší;
• interné.

Obe tieto nádoby sú vyrobené zo žiaruvzdorného hliníka, no v niektorých prípadoch môže byť hlavným materiálom nehrdzavejúca oceľ. Medzi nádržami sú prepojky. Musia byť tenké a dostatočne pevné. Takéto vlastnosti môže poskytnúť nehrdzavejúca oceľ, ale v poslednej dobe sa čoraz viac nahrádza špecializovaným odolným plastom. Existujú aj ďalšie funkcie, ktoré môžu zvýšiť účinok používania Dewarovej nádoby.

Vonkajšia nádrž je pokrytá absorbentom. Táto dodatočná ochrana umožňuje efektívne absorbovať plyny, ktoré látka uvoľňuje z vnútra nádob.

Vrstva tepelnej izolácie na vonkajšej nádobe umožňuje znížiť tepelnú vodivosť na minimum.

Vnútorná nádoba tiež prechádza špeciálnou prípravou - je starostlivo vyleštená, aby získala dokonalú hladkosť. Aby sa zabránilo spusteniu procesu konvekcie, na veku je nainštalovaný penový valec.

Dewarove tanky

Vývoj Dewarových baniek mal významný vplyv na skladovanie a prepravu rôznych látok vrátane tekutého dusíka. Veľké nádoby, ktoré sa nazývajú „nádrže“, umožňujú skladovať a prepravovať látky vo veľkých objemoch. Môžu mať rôzny objem, až 50 litrov. V závislosti od účelu použitia si môžete vybrať buď veľmi malú alebo veľkú nádrž.

Charakteristickým znakom tohto plavidla sú mimoriadne odolné steny a držadlá pre ľahké prenášanie. Preprava cisterien pomocou držadiel je maximálne pohodlná a bezpečná, a to aj s prihliadnutím na nízke teploty prepravovanej látky – nehrozí tak popálenie rúk chladom.

Oblasti použitia Dewarových nádob

Rozšírili sa nádrže, ktoré umožňujú skladovanie a prepravu látok pri nízkych teplotách. To platí najmä pre prepravu a skladovanie tekutého dusíka. Takže si môžete kúpiť Dewarovu banku pre úplne iné aplikácie.

1. Liek. Kvapalný dusík našiel uplatnenie v neurochirurgii, gynekológii, otorinolaryngológii, neurochirurgii, chirurgii a ďalších oblastiach. S jeho pomocou sa odstraňujú malígne a benígne nádory a rôzne patologické tkanivá. Zákrok je zároveň rýchly a bezbolestný a nezostávajú po ňom žiadne jazvy.
2. Kozmetológia. V tomto smere si dusík získal nie menšiu popularitu. S jeho pomocou je možné zbaviť sa papilómov a bradavíc. Kryomasáž sa vykonáva dusíkom, v dôsledku čoho pokožka získava zdravú farbu, hladkosť a mladosť. Kryosauny sú ďalším miestom, kde sa bez Dewarovej banky jednoducho nezaobídete. Už za 2-3 minúty pobytu v kabínke s tekutým dusíkom môže človek začať efektívne chudnúť, omladzovať a zlepšovať stav pokožky.
3. Veterinárna medicína Dewarove cisterny v tomto priestore môžu slúžiť ako kontajner na prepravu biomateriálov (používaných na umelú insemináciu zvierat).
4. Laboratóriá. Kvapalný dusík sa používa vo vedeckých spoločnostiach a laboratóriách. Okrem toho je takáto nádoba potrebná na uchovanie mnohých látok pri určitej teplote.
5. Strojárstvo a priemysel. Pomerne často sa dusík používa na dosiahnutie zvýšenej pevnosti kovových častí.
6. Varenie. Molekulárna kuchyňa... Pre tieto kulinárske lahôdky založené na fyzikálnom a chemickom procese si budete musieť kúpiť aj Dewarove banky. Chemické reakcie prebiehajú za účasti kvapalného dusíka. Pre reštaurácie pracujúce v tradičnom smere prípravy jedál je užitočný aj dusík. Pomáha okamžite schladiť jedlo.
7. Zábava. Dewarove tanky sú niečo, bez čoho sa nezaobídu mnohé zábavné predstavenia pre deti i dospelých.

Po zvážení všetkých vyššie uvedených skutočností môžeme konštatovať: Kryogénne vybavenie, ako je Dewarova banka, je rozšírené v mnohých odvetviach priemyslu a vedy. Navyše dopyt po ňom neustále rastie.

Nemecký fyzik A. Weinhold si v roku 1879 lámal hlavu nad čisto vedeckým problémom: ako skladovať tekutý alebo dokonca pevný vodík v laboratóriách s teplotou topenia až -259,2 °C. Potrebná bola nádoba, ktorá by udržala takú nízku teplotu aj v teplej miestnosti. Našlo sa riešenie. Vedec prišiel s nápadom spojiť dve tenkostenné sklenené nádoby, umiestniť jednu do druhej, hermeticky spojiť hrdlá a odčerpať vzduch z priestoru medzi nimi. Vákuum teda udržiavalo teplotu vnútornej nádoby a nedovolilo jej zahriať sa ani ochladiť (rovnaký princíp platí pre konvenčné zasklenie okien). Fyzik, ktorý je tiež skúseným sklárom, ľahko podrobne opísal výsledok vo svojej knihe „Demonstration Experiments in Physics“, pričom vynález skromne nazval „Weinholdova fľaša“. O niekoľko rokov neskôr jeho škótsky kolega James Dewar vylepšil produkt postriebrením vnútorných stien nádoby, aby sa lepšie zachovala teplota. A „fľaša“ sa zmení na „Dewarovu banku“.

Tým sa však vylepšenia nezastavili. nemecký sklár Burger, ktorý už dlhší čas vyrábal banky pre laboratóriá, poznamenal, že Dewarova banka môže byť užitočná nielen vo vede, ale aj v každodennom živote.

V roku 1903 Burger mierne upravil škótsku vákuovú nádobu, vložil krehké sklo do kovovej škrupiny, opatril ho funkčným viečkom pohára a prvého z troch vývojárov napadlo patentovať vynález. Čoskoro bola vyhlásená súťaž o najlepšie meno nové položky. Nemci aktívne navrhovali pre plavidlo rôzne zložité názvy. Víťazom sa však stal obyvateľ Mníchova, ktorý si zapamätal grécke slovo therme (horúce). Čiže termonádoba, presne ako firma, ktorá ju vyrobila našiel tvoje meno. V roku 1904 začala nemecká spoločnosť THERMOS GMBH sériovú výrobu Dewarových nádob, od tohto momentu označovaných len ako termosky.

Prirodzene, tvorca termosky James Dewar sa pokúsil preukázať práva na vynález, ktorý už v tom čase generoval vážne príjmy. Bohužiaľ, vedec nikdy nedosiahol spravodlivosť; Reinhold Burger zostal jediným vývojárom uvedeným v patente.

Odvtedy ubehlo viac ako sto rokov. Teraz si môžete vybrať termosku akejkoľvek kapacity a farby, v kovovom, plastovom a dokonca aj sklenenom obale. A napríklad v sovietskych časoch takmer v každej rodine bola tam veľká plechová termoska, červená alebo modrá, zdobené kvetmi alebo obraz vychádzajúceho slnka. Svetlý a lesklý, v sovietskej kuchyni bol udržiavaný na očiach ako kus nábytku. Nemecké termosky sa do Únie nedostali, no kúpiť čínsky ekvivalent bolo jednoduché. Väčšina termosiek privezených do krajiny bola vyrobená v továrni Olen v Pekingu. V skutočnosti sa názvy zahraničných spoločností zvyčajne prepisujú a nie prekladajú, ale „Olen“ sa rozhodol nechať svoje vlastné v tieni. čínsky názov, ktorý vstupuje na západný trh ako Bejiing Deer (pekinský jeleň). Do nášho života tak vstúpil plechový Číňan s nemeckým menom.

Celkovo sa dizajn termosky od tých čias nezmenil, s výnimkou malého, ale veľmi dôležitého detailu - zátky. Na rozdiel od vrchného veka pohára sa neskrutkoval. Faktom je, že vnútorná nádoba čínskej termosky pozostávala zo skla a nemala závit. Používalo sa teda iba veko zástrčky, zvyčajne drevené. Prirodzene, takáto nádoba sa nedala prevrátiť, čo nie je vždy možné v prírode resp na dlhých cestách.

Teraz existuje obrovské množstvo značiek a druhov termosiek: na jedlo, nápoje, termálne hrnčeky. Jedným slovom pokrok nestojí. Pre mnohých to však nie je len predmet, ale vrelá pripomienka príjemných udalostí: výlet do prírody s priateľmi, dlhá cesta alebo zimná prechádzka.

Video Čo je termoska?

Pri umelom oplodnení zvierat sa čoraz viac využívajú spermie zmrazené na -196°, ktoré sa skladujú v tekutom dusíku v špeciálnych nádobách - Dewarove banky.

V chove hospodárskych zvierat sa používajú rôzne druhy domácich a dovážaných plavidiel. Najpoužívanejšou nádobou je domáca výroba SD 50 s objemom 52 litrov.

Pri práci personálu s tekutým dusíkom a Dewarovými nádobami je možné:

• zmrazenie exponovaných oblastí tela pri kontakte s chladenými povrchmi alebo vystavení kvapalnému dusíku;
• závraty, mdloby alebo dusenie v dôsledku zníženia koncentrácie kyslíka vo vzduchu, keď sa odparí veľké množstvo kvapalného dusíka;
• výbuch Dewarovej nádoby v dôsledku náhlej straty vákua, rýchlej desorpcie plynov pri zahrievaní nádoby, ako aj v dôsledku vyparovania dusíka pri hermeticky uzavretom hrdle;
• kondenzácia vzdušného kyslíka chladeného kvapalným dusíkom na povrchoch a horenie pri kontakte s horľavými materiálmi.

V tomto ohľade sa s Dewarovými nádobami musí zaobchádzať opatrne, v prísnom súlade s pokynmi na ich použitie. V prípade pádu, nárazu alebo náhleho nárazu môže dôjsť k poškodeniu celistvosti vonkajšieho obalu alebo vnútornej nádoby, čo je sprevádzané stratou vákua. Znakom takejto poruchy je rýchle vyparovanie tekutého dusíka a námraza vonkajšieho obalu. Je prísne zakázané prevádzkovať alebo zahrievať chybné Dewarove nádoby v pracovných priestoroch. Dewarova banka, ktorá stratila vákuum, musí byť zbavená uskladnených spermií a tekutého dusíka a potom umiestnená na tri dni na ohrievanie v miestnosti, kde je prístup ľudí zakázaný.

Dewarove banky by sa mali uzatvárať iba viečkami na to určenými. Je zakázané tesne uzavrieť hrdlo plavidla; Odparovanie časti tekutého dusíka vytvára pretlak vo vnútri nádoby, takže kyslík z vonkajšieho vzduchu nemôže vstúpiť do nádoby. Okrem toho zvýšený tlak vytvára riziko poškodenia nádoby alebo úniku tekutého dusíka.

Počas prepravy musia byť Dewarove nádoby a blízke predmety bezpečne zaistené, aby nedošlo k pádu a poškodeniu.

Kvapalný dusík sa musí naliať do Dewarovej nádoby cez pružnú kovovú hadicu s priemerom 18 mm, tlak na manometri v prepravnej nádrži by nemal byť väčší ako 0,5 atm. Pružná kovová hadica musí byť spustená do nádoby na dno, aby prúd dusíka hadicu nevymrštil z hrdla, pretože by sa mohli zraniť ľudia pracujúci v blízkosti. Z Dewarovej banky a nádoby sa plnenie uskutočňuje cez široký kovový lievik.

Počas procesu plnenia je prísne zakázané pozerať sa do nádoby na určenie hladiny kvapaliny. Doplnenie sa považuje za dokončené, keď sa z krku objavia prvé striekance tekutiny. Osobitná pozornosť by sa mala venovať plneniu teplých Dewarových baniek, teda nových alebo zohriatych. Neplňte Dewarove banky samotným tekutým dusíkom.

Pinzetu, kanistre a iné predmety vkladajte do tekutého dusíka pomaly, aby ste predišli striekaniu spôsobenému „varením“ tekutiny pri kontakte s teplými predmetmi. Aby sa zabezpečilo, že spermie budú vždy v tekutom dusíku, Dewarove nádoby určené na ich uskladnenie sa pravidelne dopĺňajú, keď hladina tekutého dusíka klesne na 1/2 kapacity nádoby. Hladina dusíka sa monitoruje periodickým ponorením kovového alebo dreveného pravítka do dusíka.

Kvapalný dusík ako prchavejšia zložka je obohatený o kyslík ako nečistotu a technický produkt. Je neprijateľné, aby zmes obsahovala viac ako 15 % kvapalného kyslíka, pretože takáto zmes sa môže pri kontakte s organickými produktmi vznietiť. Obsah kyslíka sa monitoruje pomocou analyzátora plynu typu GKhP-4. Pri absencii analyzátora plynu sa po každých 12 naplneniach kvapalina z Dewarovej nádoby vypustí a nádoba sa naplní čerstvým dusíkom. Vypúšťanie sa vykonáva v špeciálnom otvorenom priestore na bezpečnom mieste. V blízkosti odtokových plôch by sa nemali nachádzať stromy, papier, asfalt ani iné organické produkty.

Aby sa zabránilo kontaminácii nádoby, flexibilné kovové hadice a lieviky sú uložené v krytoch. Na odstránenie „kalu“ alebo pevných častíc je potrebné vypustiť obsah nádoby, opláchnuť nádobu čistým tekutým dusíkom a zahriať. Nie skôr ako tri dni po vypustení sa nádoba umyje teplým (do +30°) vodným roztokom čistiaceho prostriedku OP-7 a potom sa opláchne vodou (nie vyššou ako +70°). Umývanie a čistenie nádob sa vykonáva v štátnych šľachtiteľských podnikoch a štátnych šľachtiteľských staniciach. Nádoby nezohrievajte. Táto operácia môže spôsobiť výbuch.

Personál pracujúci s Dewarovými bankami a tekutým dusíkom musí používať ochranné okuliare (najlepšie plexi štíty), rukavice alebo palčiaky. Oblečenie nesmie mať vrecká, nohavice nesmú mať manžety a musia zakrývať vrchnú časť topánok. Rukavice by mali byť voľné, aby sa dali v prípade potreby ľahko vybrať. Ak sa vám tekutý dusík dostane na pokožku, okamžite postihnuté miesto umyte veľkým množstvom vody.

Miestnosť, kde sa pracuje s tekutým dusíkom alebo chrápacími Dewarovými bankami, musí byť vybavená núteným prívodom a odvodom vzduchu, ktorý zabezpečí obsah kyslíka vo vzduchu najmenej 19 %.

Pri prirodzenom vetraní je práca s tekutým dusíkom povolená v miestnosti, ktorej objem je 7000-krát väčší ako objem tekutého dusíka, ktorý sa tam nachádza.

Pokles koncentrácie kyslíka vo vzduchu pod 16 % vedie k závratom, mdlobám alebo duseniu bez akýchkoľvek predbežných príznakov. Postihnutého treba vyviesť na čerstvý vzduch.

Ak nájdete chybu, zvýraznite časť textu a kliknite Ctrl+Enter.