Із чого складається судина дьюара. Судини дьюара та зберігання в них рідкого азоту

Посудина Дьюара - це дідусь сучасних термосів. Сьогодні немає проблем із збереженням необхідних продуктів тривалий час за певної температури. Причиною винаходу подібної судини послужило те, що у фізиків не було можливості протягом якогось часу зберігати гази в рідкому стані. Посудина Дьюара для рідкого азоту була саме тим винаходом, який успішно вирішив проблему. І, як це завжди буває, знахідка для наукових праць знайшла своє застосування у побуті.

Історія

Так званий посуд Дьюара починає свою історію з 1881 року. Німецький вчений Адольф Фердинанд Вейнхольд розробив перший контейнер, який використовувався для зберігання зрідженого газу.

Він був скляним ящиком, що має подвійні стінки. Особливістю конструкції було те, що з міжстінкового простору повітря відкачувалося. У такій посудині можна було зберігати рідкий кисень. Винахідник назвав посудину "пляшкою Вайнхольда".

У 1892 р. шотландський хімік і фізик сер Джеймс Дьюар вніс до конструкції А. Ф. Вейнхольда деякі вдосконалення. Скляна скринька змінила форму і стала колбою з вузьким горлом, що дозволило значно скоротити випаровування рідини. Крім того, за вказівкою Дьюара було посріблено міжстінковий простір. Вперше було отримано і збережено як рідкий, а й твердий водень.

Перша демонстрація відбулася на лекції в січні 1893 року, а масове виробництво судин було розпочато в 1904 році. Фірма Thermos GmbH (Німеччина) була заснована для виготовлення термосів, вона взялася за впровадження винаходу для комерційних цілей.

Принцип дії

Як же працює судина Дьюара? Пристрій апарата вражає своєю геніальною простотою: скляна або металева колба, що має подвійні стінки, між якими відкачано повітря. Така система значно зменшує теплопровідність стін.

Дуже незначна кількість молекул повітря, що залишилася, переносить до вмісту судини Дьюара температуру навколишнього середовища. Така залишкова теплопровідність провокує постійне та поступове випаровування рідкого газу.

Це, своєю чергою, призводить до збільшення тиску всередині ємності. Щоб уникнути неминучого вибуху, апарат постачають запобіжним клапаном або його нещільно закривають. На випаровування рідкого азоту нещільно закрита пробка мало впливає. Передача тепла знизу нагору відбувається повільно, а площа отвору в посудині мізерно мала.

Таким чином, газ потроху стравлюється. Втрати речовини незначні, наприклад, один кілограм рідкого повітря за 10 днів при зберіганні втратить лише 4 грами.

Такий пристрій дозволяє протягом тривалого часу зберігати та транспортувати газ у рідкому стані, що дуже важливо для сучасної промисловості.

Моделі

У багатьох галузях промисловості судину Дьюара застосовують для різних цілей. Існує кілька моделей:

• серія Х, ХТ, LD - алюмінієві, горловина склопластикова, застосовуються для перевезення та зберігання рідкого азоту та біоматеріалів;
• серія СК, СДП - зі склопластиковою горловиною, виготовлені з алюмінію, використовуються для транспортування, зберігання невеликої кількості рідкого азоту;
• серія СДС - алюмінієві, горловина склопластикова застосовуються для транспортування та зберігання біоматеріалів;
• вертикальні (об'єм 28-660 літрів) - виготовлені з нержавіючої сталі, застосовуються для транспортування та зберігання закису азоту рідкого азоту, вуглекислоти, аргону, кисню;
• горизонтальні - виготовлені з нержавіючої сталі, служать для зберігання рідкого азоту.

Крім того, освоєно випуск величезних залізничних та автомобільних цистерн. Є й спеціально обладнані кораблі, які перевозять великі партії зрідженого газу.

Застосування

Посудина Дьюара широко застосовується у сучасних галузях господарювання. Найчастіше апарат використовують:

• у побуті – для тривалого зберігання напоїв, продуктів харчування (термоси);
• у промисловості, лабораторіях - для збереження рідкого азоту та інших кріожидкостей;
• у ветеринарії та медицині - для зберігання біологічного матеріалу;
• в геофізиці - для роботи в гарячих свердловинах (в посудину поміщають кристали та електронні компоненти).

Вартість

В даний час на ринку представлені найрізноманітніші марки та різновиди термосів. Невеликі побутові вироби використовують для продуктів або рідин (чай, кава). Ціна залежно від обсягу, матеріалу та марки виробника може коливатися від 5 доларів до 50.

На порядок вищою є вартість тих судин, які використовуються в промислових масштабах і називаються судину Дьюара. Ціна визначається обсягом та якістю виготовлення. Гарний, на великий обсяг апарат може коштувати кілька сотень доларів:

• модель Х-40СП (Харківського заводу транспортного обладнання, Україна) – 650$;
• модель L2050 (Cryo Diffusion, Франція) - 1050$;
• модель ХТ-3 (Taylor-Wharton, Словаччина) - 220$.

Цистерни, автомобільні чи залізничні для транспортування кріогенних рідин коштують десятки тисяч доларів.

Кріогенна техніка – це таке спеціальне обладнання, яке дозволяє виробляти, довго зберігати та транспортувати різні гази. При цьому однією з головних складових цього обладнання вважається судина Дьюара.

Що це таке?

Цей предмет являє собою посудину особливого типу, необхідну для зберігання різних речовин, температура яких відрізняється від температури відкупного середовища (знижена або підвищена). Саме за допомогою таких судин і вдається тривалий час зберігати речовини із потрібними температурними показниками. Загалом, судина Дьюара діє на кшталт знайомого всім побутового термоса.

Будова судини Дьюара

Для забезпечення низької тепловодності посуд Дьюара виготовляється за особливою технологією. Складається він із 2 резервуарів:

• зовнішнього;
• внутрішнього.

Обидві ці ємності виготовлені з теплостійкого алюмінію, проте в деяких випадках основним матеріалом може виступати нержавіюча сталь. Між резервуарами передбачено перемички. Вони повинні бути одночасно тонкими та досить міцними. Такі характеристики може забезпечити нержавіюча сталь, але останнім часом її все частіше замінюють спеціалізованим міцним пластиком. Існують інші особливості, що дозволяють збільшити ефект від використання судини Дьюара.

Зовнішній резервуар покривається абсорбентом. Такий додатковий захист дозволяє ефективно поглинати гази, що виділяються речовиною із внутрішньої частини судин.

Шар теплоізоляції на зовнішній посудині дозволяє знизити теплопровідність до мінімальних показників.

Особливу підготовку проходить і внутрішня посудина - її ретельно полірують для надання ідеальної гладкості. На кришці встановлюється пінопластовий циліндр, що перешкоджає початку процесу конвекції.

Цистерни Дьюара

Розробка судин Дьюара помітно вплинула на зберігання та транспортування різних речовин, серед яких, та рідкий азот. Зберігати і транспортувати речовини у великих обсягах дозволяють великі ємності, які отримали назву «цистерни». Вони можуть мати різний об'єм, що досягає 50 л. Залежно від мети застосування, можна вибрати як зовсім маленький, так і великий резервуар.

Відмінною характеристикою цієї судини є максимально міцні стінки, наявність ручок для зручного перенесення. Транспортування цистерн за допомогою ручок максимально зручне і безпечне навіть з урахуванням низьких температур речовини, що транспортується - холодний опік рукам не загрожує.

Сфери застосування судин Дьюара

Цистерни, що дозволяють зберігати та транспортувати речовини з низькими температурами, набули широкого поширення. Особливо це стосується перевезення та зберігання в них рідкого азоту. Так, придбати посудину Дьюара можна абсолютно для різного застосування.

1. Медицина. Рідкий азот знайшов застосування у нейрохірургії, гінекології, оториноларингології, нейрохірургії, хірургії та інших напрямках. З його допомогою видаляють злоякісні та доброякісні пухлини та різні патологічні тканини. При цьому процедура проходить швидко і безболісно, ​​а після неї не залишається шрамів.
2. Косметологія У цьому напрямку азот набув не меншої популярності. З його допомогою вдається позбутися папілом та бородавок. Азотом проводиться кріомасаж, в результаті якого шкіра набуває здорового кольору, гладкості та молодості. Кріосауни - ще одне місце, де без судини Дьюара просто не обійтися. Усього за 2-3 хвилини перебування в кабінці з рідким азотом людина може почати ефективно худнути, омолодитися, покращити стан своєї шкіри.
3. Ветеринарія Цистерни Дьюара у цій сфері можуть бути контейнером для транспортування біоматеріалів (використовуються для штучного запліднення тварин).
4. лабораторії. Рідкий азот застосовується у наукових компаніях та лабораторіях. Крім того, такий контейнер необхідний для збереження багатьох речовин у певній температурі.
5. Машинобудування та промисловість. Досить часто азотом користуються задля досягнення підвищеної міцності металевих деталей.
6. Приготування їжі. Молекулярна кухня ... Для цих кулінарних вишукувань, заснованих на фізико-хімічному процесі, також доведеться купити судини Дьюара. Саме за участю рідкого азоту виникають хімічні реакції. Для ресторанів, які працюють у традиційному напрямку приготування їжі, азот теж стане в нагоді. Він допомагає миттєво охолодити продукти.
7. Розваги. Цистерни Дьюара - те, без чого неможливі багато розважальних шоу для дітей та дорослих.

Враховуючи все вищесказане, можна зробити висновок: Таке кріогенне обладнання, як судина Дьюара, широко поширений у багатьох галузях промисловості та науки. Більше того, попит на нього невпинно зростає.

В 1879 німецький фізик А. Вайнхольд був спантеличений суто науковою проблемою: як зберігати в лабораторіях рідкий або навіть твердий водень з температурою плавлення аж -259,2 °С. Потрібен був посудина, що зберігає таку низьку температуру навіть у теплому приміщенні. Вихід було знайдено. Вченому прийшла ідея з'єднати дві тонкостінні скляні посудини, помістивши один в інший, спаяти герметично шийки, а з простору між ними відкачати повітря. Таким чином, вакуум зберігав температуру внутрішньої ємності, не дозволяючи їй нагріватися або охолоджуватися (за таким же принципом діють звичні віконні склопакети). До того ж ще й досвідченим склодувом, фізик легко, а результат докладно описав у своїй книзі «Демонстраційні досліди з фізики», скромно назвавши винахід «пляшкою Вайнхольда». Через кілька років його шотландський колега Джеймс Дьюар удосконалює виріб, посрібнувши внутрішні стінки судини, для кращого збереження температури. І «пляшка» перетворюється на «судину Дьюара».

Але на цьому удосконалення не скінчилися. Німецькасклодув Бюргер, який тривалий час виробляв колби для лабораторій, зазначив, що судина Дьюара може бути корисною не тільки в науці, а й у побуті.

У 1903 році Бюргер трохи доопрацював вакуумний посуд шотландця, одягнувши тендітне скло в металеву оболонку, забезпечивши його функціональною кришкою-чашкою і першим із трьох розробників здогадався запатентувати винахід. Незабаром був оголошений конкурс на найкращу назву для новинки. Німці активно пропонували різні хитромудрі назви для судини. Однак переможцем виявився житель Мюнхена, який згадав грецьке слово therme (гарячий). Так термо-посудина, так само як і фірма, що зайнялася його виробництвом знайшли своє ім'я. У 1904 році німецька фірма THERMOS GMBH розпочинає серійний випуск судин Дьюара, з цього моменту іменованих не інакше, як термоси.

Звичайно, автор термоса, Джеймс Дьюар, намагався довести права на винахід, що на той час вже приносило серйозний дохід. На жаль, справедливості вчений так і не досяг, єдиним розробником, зазначеним у патенті, так і залишився Рейнгольд Бюргер.

З того часу минуло понад сто років. Зараз можна вибрати термос будь-якої ємності та забарвлення, у металевому, пластиковому і навіть скляному корпусі. А, наприклад, за радянських часів практично у кожній сім'їбув великий бляшаний термос червоного чи синього кольору, прикрашений квітамиабо зображенням сонця, що сходить. Яскравий і блискучий, на радянській кухні він зберігався на очах як предмет інтер'єру. Німецькі термоси до Союзу не доїжджали, зате легко можна було купити китайський аналог. Більшість термосів, що привозилися в країну, вироблялася на пекінській фабриці «Олень». Взагалі іноземні назви фірм зазвичай транскрибують, а не перекладають, але «Олень» вирішив залишити в тіні своє китайськаназва, увійшовши на західний ринок як Bejiing Deer (пекінський олень). Таким чином бляшаний китаєць із німецьким ім'ям увійшов у наше життя.

За великим рахунком, відтоді конструкція термоса не змінилася, за винятком маленької, але дуже важливої ​​деталі – пробки. Вона, на відміну верхньої кришки-чашки, не загвинчувалася. Справа в тому, що внутрішня посудина китайського термоса складалася зі скла і не мала різьблення. Так що використовувалася виключно кришка-затичка, як правило, дерев'яна. Звичайно, таку посудину не можна було перевертати, що не завжди можливо на природі або у далеких поїздках.

Зараз існує величезна різноманітність марок та різновидів термосів: для їжі, напоїв, термокухлі. Одним словом, прогрес не стоїть на місці. Втім, для багатьох це не просто предмет, а тепле нагадування про приємні події: поїздку на природу з друзями, далеку подорож або зимову прогулянку.

Відео Що таке термос?

При штучному заплідненні тварин все ширше використовують сперму, заморожену при -196°, яку зберігають у рідкому азоті в спеціальних ємностях. судинах Дьюара.

У тваринництві використовують різні типи судин вітчизняного та імпортного виробництва. Найбільшого поширення набула посудина вітчизняного виробництва ЦД 50 ємністю 52 л.

При роботі персоналу з рідким азотом та судинами Дьюара можливі:

• обморожування відкритих ділянок тіла при контакті з охолодженими поверхнями або потрапляння рідкого азоту;
• запаморочення, непритомність чи ядуха в результаті зниження концентрації кисню в повітрі при випаровуванні великої маси рідкого азоту;
• вибух судини Дьюара внаслідок раптової втрати вакууму, швидкої десорбції газів при відігріванні судини, а також через випаровування азоту при герметично закритій горловині;
• конденсація на охолоджених рідким азотом поверхнях кисню повітря та займання при контакті з горючими матеріалами.

У зв'язку з цим звертатися з судинами Дьюара необхідно обережно, у суворій відповідності до інструкції з їх експлуатації. При падінні, ударах, різких поштовхах може статися порушення цілісності зовнішнього кожуха або внутрішньої судини, що супроводжується втратою вакууму. Ознакою такої несправності є швидке випаровування рідкого азоту та зледеніння зовнішнього кожуха. Експлуатувати або відігрівати у робочих приміщеннях несправні судини Дьюара категорично забороняється. Втрату вакуум судину Дьюара треба звільнити від сперми і рідкого азоту, що зберігається, а потім поставити на відігрівання протягом трьох діб в приміщення, куди заборонено доступ людей.

Закривати судини Дьюара можна лише призначеними для них кришками. Забороняється щільно закривати горловину судини; випаровування частини рідкого азоту створює всередині судини надлишковий тиск, тому всередину судини не може потрапити кисень із зовнішнього повітря. Крім того, підвищення тиску створює небезпеку пошкодження судини або викиду рідкого азоту.

При транспортуванні судини Дьюара і предмети, що знаходяться поруч, необхідно надійно закріплювати, щоб уникнути падінь, пошкоджень.

Заливати рідкий азот у посудину Дьюара треба через гнучкий металорукав діаметром 18 мм, тиск за манометром у транспортній цистерні має бути не більше 0,5 атм. Гнучкий металорукав має бути опущений у посудину до дна, щоб струмінь азоту не викинув рукав з горловини, оскільки можуть постраждати люди, що працюють поруч. З судини Дьюара і посуд заливку ведуть через широку металеву вирву.

У процесі заливання категорично забороняється заглядати в посуд для визначення рівня рідини. Заправка вважається закінченою з появою з горловини перших бризок рідини. Особливої ​​обережності слід дотримуватись під час заповнення теплих судин Дьюара, тобто нових або відігрітих. Заповнювати судини Дьюара рідким азотом поодинці забороняється.

Вводити пінцет, каністри та інші предмети в рідкий азот треба повільно, щоб уникнути розбризкування, викликаного кипінням рідини при контакті з теплими предметами. Щоб сперма завжди знаходилася в рідкому азоті, судини Дьюара, призначені для її зберігання, періодично дозаправляють при зниженні рівня рідкого азоту до 1/2 ємності судини. Контроль над рівнем азоту проводять періодичним зануренням в азот металевої чи дерев'яної лінійки.

Рідкий азот як більш леткий компонент збагачується киснем домішкою та технічним продуктом. Неприпустимо у суміші понад 15% рідкого кисню, оскільки така суміш може спалахнути при контакті з органічними продуктами. Вміст кисню контролюють газоаналізатором типу ГХП-4. За відсутності газоаналізатора після кожних 12 дозаправок рідину з судини Дьюара зливають, заповнюють посудину свіжим азотом. Злив проводять на відкритому спеціальному майданчику у безпечному місці. Поблизу місць зливу не повинно бути дерев, паперу, асфальту та інших органічних продуктів.

Щоб запобігти забрудненню судини, гнучкі металорукави та лійки зберігають у чохлах. Для видалення «мулу» або твердих частинок необхідно злити вміст судини, промити посуд чистим рідким азотом і поставити на відігрів. Не раніше ніж через три доби після зливу промивають посудину теплим (до +30°) водним розчином миючого засобу ОП-7, а потім обполіскують водою (не вище +70°). Промивку та очищення судин проводять на держплемпідприємствах та держплемстанціях. Не можна нагрівати судини. Така операція може призвести до вибуху.

Персонал, що працює з судинами Дьюара та рідким азотом, зобов'язаний одягати захисні окуляри (краще щитки з органічного скла), рукавички або рукавиці. Одяг має бути без кишень, штани - без манжет і закривати верх взуття. Рукавиці мають бути вільними, щоб за потреби їх можна було легко скинути. У разі потрапляння рідкого азоту на шкіру уражену ділянку негайно рясно обмити водою.

Приміщення, де працюють з рідким азотом або хропуть судини Дьюара, має бути обладнане припливно-витяжною примусовою вентиляцією, що забезпечує вміст кисню в повітрі не менше 19%.

При природній вентиляції робота з рідким азотом допускається в приміщенні, обсяг якого в 7000 разів більше обсягу рідкого азоту, що знаходиться там.

Зниження концентрації кисню в повітрі нижче 16% призводить до запаморочення, непритомності або задухи без будь-яких попередніх симптомів. Потерпілого слід винести на свіже повітря.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.