Для своих нужд, не все имеют представление об их устройстве. Сейчас расскажем, как устроена эта емкость и почему, находясь в ней, криогенные жидкости сохраняют свои свойства.
Прообраз современного сосуда
Первый резервуар для хранения криогенных жидкостей был изобретен в конце девятнадцатого века в Германии. Тогда он представлял собой стеклянный ящик с двойными стенками, между которыми создавался вакуум. Шотландский ученый Дж. Дьюар доработал изобретение, придав ему форму колбы с узким горлом.
Такая конструкция была выбрана неслучайно – узкое горло препятствует быстрому испарению криогенных жидкостей, а вакуум в межстеночном пространстве помогает поддерживать заданную температуру веществ. Стенки с внутренней стороны подвергались серебрению, что обеспечивало дополнительную термоизоляцию. С появлением новых технологий конструкция совершенствовалась, пока мы не получили изделие, которое используем сейчас.
Конструкция современных сосудов Дьюара
Современные изделия, к которым мы привыкли, несколько отличаются от своих предшественников. Если первые сосуды Дьюара изготавливались из стекла, то сейчас их производят из алюминия или нержавеющей стали. Важную роль при выборе материала играют прочность и вес.
Основные составляющие части сосуда Дьюара:
- внешний и внутренний сосуд;
- горловина;
- крышка;
- адсорбент для межстеночного пространства.
Внешний и внутренний сосуды соединяются в горловине. Из пространства между ними воздух откачивается до давления 10 −2 Па (создается вакуум). Стенки внутреннего сосуда с внешней стороны покрыты адсорбирующим веществом. Сделано это для удаления остаточных газов из вакуумного пространства.
Горловина соединяет обе части сосуда. В зависимости от модели горловина может быть узкой или достаточно широкой (до 210 мм в диаметре). Она выполняется из армированного пластика, для удешевления производства может использоваться нержавеющая сталь.
Крышка сосуда позволяет плотно (но не герметично) закрывать горловину. К ней дополнительно крепят пенопластовый цилиндр, который закрывает ее и способствует стравливанию излишков жидкого азота. От серебрения стенок сосуда отказались, заменив его полировкой.
Если вы ищете сосуды Дьюара с высокими техническими характеристиками, рекомендуем заказать их в нашем магазине. Все товары сопровождаются гарантией, а большой выбор продукции позволит подобрать оптимальный вариант.
Сосуды Дьюара помогают хранить вещество при температуре, имеющей пониженное либо повышенное значение. Одним из главных качеств подобного устройства является его низкая теплопроводность. За счет этого температура может сохранять свое исходное значение. Кроме того, активизации данного фактора способствуют также процессы разной направленности, протекающие в самом веществе.
Современная конструкция сосуда
Изготавливаются сосуды сосуды дьюара
так… Оба стакана - и тот, что находится внутри, и тот, что снаружи, выполняются из теплостойкого алюминия. Иногда в качестве основного компонента может выступать нержавеющая сталь. Главным свойством вещества для помещения его в сосуд является удельный вес. Между двумя стаканами располагается перемычка. Она должна быть достаточно прочной, но в то же время достаточно тонкой. Изготавливаться она может из нержавеющей стали или из прочнейшего пластика (новейшие тенденции).
Перед изготовителями постоянно встает вопрос об обеспечении вакуумного уплотнения благодаря имеющемуся креплению. Для этого тот сосуд, что находится снаружи, покрывается особым веществом - адсорбентом. Такое вещество способно поглощать излишние выделившиеся внутри сосуда газы. Чтобы снизить теплопотери, сосуд дополнительно покрывают теплоизоляционным материалом. Чтобы снизить возможный процесс конвекции, к крышке крепят цилиндр из пенопласта, который перекрывает перемычку, но делает это не полностью. Все те газы, которые имеют низкое давление, откачиваются из области вакуума. Поверхность изнутри тщательно отполирована.
Гелиевые сосуды Дьюара
Применение гелия для использования его в конструкции сосуда обусловлено низкими теплопотерями. Поэтому данный вид сосуда экранируют гелием, охлаждаемым при этом жидким азотом. Для экрана же применяют металлы, хорошо проводящие тепло. У такого сосуда Дьюара можно наблюдать две перемычки: одна делается для жидкого азота, другая - для гелия. Гелиевая перемычка снабжается также сбросовыми штуцерами, разъемами для подключения манометра и сифона. Такие методы контроля позволяют нагнетать определенное давление и контролировать производимые манипуляции.
Сфера применения сосудов Дьюара
Сосуды Дьюара любой человек применяет почти каждодневно в своем быту, порой об этом совершенно не подозревая. Обыкновенный термос является моделью сосуда, адаптированной для сохранения чая, кофе и других напитков. Сосуды Дьюара используются для экспериментальных исследований, помогая сохранять вещества в охлажденном состоянии. Кроме того, данное оборудование позволяет оставлять неизменными биологические образцы для их использования в медицине.
Цистерны Дьюара
Цистерны различных типов используются для транспортировки охлажденных веществ на некоторое расстояние. Принцип их изготовления идентичен, только увеличены объемы по сравнению с обычными сосудами. Основа, которая делает мобильные цистерны дьюара возможными к применению - стенки с двойным дном. Материалом для изготовления стаканов является сталь, из нее же выполняются перемычки. В качестве охлаждающей среды используется жидкий азот, экранироваться цистерна может гелиевым слоем. Цистерны Дьюара помогают сохранять качества охлажденного вещества в их изначальном состоянии.
Теплоизоляция сосудов Дьюара
Прежде использовались две модели обеспечения теплоизоляции сосуда: вакуумная, и экранирование сосуда гелием вкупе с охлажденным азотом. Обе модели были весьма действенными, но в обоих случаях могли наблюдаться очень незначительные некоторые моменты, требующие доработки. В частности, при возможной утечке газа и нарушении целостности оболочки обнаружить ее было практически невозможно. Использование криогенной жидкости различного рода позволяет увеличить безопасность при применении сосуда. Ведь в случае слишком большой потери исходного продукта сосуд способен взорваться из-за разницы давления внутренней и внешней среды.
Теплоизоляция трубопроводов для перекачивания азота
Азот относится к числу веществ, требующих постоянного контроля при перекачивании и транспортировке. Поэтому и теплоизоляция для трубопроводов, контактирующих с данным газом, должна быть соответствующая. Чаще всего
теплоизоляция трубопроводов
сегодня выполняется в виде жидкого керамического материала . Множество не видимых глазу силиконовых шариков, заполненных кислородом, непрерывно движутся внутри жидкой консистенции. Основой для такой жидкости служат полимеры акрила, синтетический каучук, элементы неорганики. Данная комбинация способствует большей гибкости, большей надежности материала. Такой жидкий материал обычно бывает белого цвета. Сохнет он достаточно быстро, образуя необходимую защитную пленку.
Новый метод теплоизоляции
Благодаря вводимым в эксплуатацию технологиям (применение жидкой теплоизоляции) по транспортировке и хранению азота и иных веществ производство сосудов Дьюара также должно стать гораздо дешевле. При этом польза от применения устройств в практических целях заметно возрастет. Это касается и цистерн, и малых сосудов изготовленных по одному тому же признаку.
Джеймс Дьюар (1842-1923) был шотландским физиком и химиком, жившим в Лондоне. За свою жизнь он успел удостоиться множества премий и медалей, сделать неимоверное количество открытий, многие из которых сыграли важную роль в развитии точных наук. Среди его достижений в физике примечательным считается вклад в изучение сохранения температуры при помощи созданного им устройства, которое носит название «сосуд Дьюара». Этот агрегат предназначен для хранения различных веществ при повышенных или пониженных температурах.
История создания
Сосуд Дьюара является модернизированной версией устройства, которое было разработано немецким ученым Вейнхольдом. При этом он имеет значительные отличия. Изобретение Вейнхольда имело вид стеклянного ящика с двойными стенками, а Дьюар значительно изменил такую конструкцию. По аналогии с ящиком, его устройство также было двустенным, между стенками этого устройства был создан вакуум, и они были посеребрены, а для того чтобы уменьшить испарение жидкости, горло устройства было сужено.
Применение
На сегодняшний день производство сосудов Дьюара достигло промышленных масштабов, поскольку они используются повсеместно не только в различных индустриях, но и в быту. Мало кому известно, что термос также является сосудом Дьюара. Что касается промышленности, то здесь чаще всего используются сосуды Дьюара для и других криожидкостей. Также это устройство часто применяется в ветеринарии и медицине для хранения различных биологических материалов.
Поскольку у различных видов сосуда разные цели, то и используются они по-разному, хотя во всех случаях перед тем как поместить содержимое в сосуд, необходимо довести его до соответствующей температуры, т. е. нагреть или охладить. Температура вещества, которое находится внутри устройства, сохраняется благодаря двум факторам: теплоизоляции и происходящим с ним процессам.
Термос
Самым известным и популярным видом сосуда Дьюара является термос. В начале XX века Рейнольд Бургер немного видоизменил это устройство, чтобы сделать его пригодным для бытового использования. Стеклянную колбу поместили в металлический корпус, сделав ее тем самым безопасной и более долговечной, а заглушку, которая устанавливалась на сосуд Дьюара, заменили пробкой и крышкой.
Изначально изобретатель рассчитывал, что такое устройство будет использоваться для хранения пищи, но в результате термос стал популярным именно благодаря тому, что он мог продолжительное время сохранять температуру напитков. Днем рождения термоса можно считать 30 сентября 1903 года, поскольку именно в этот день Бургер получил патент на свое изобретение и приступил к производству.
Хотя на этом история не заканчивается. Дьюар, который узнал о том, что модернизированная версия его устройства получила коммерческий успех и помогла Бургеру прилично заработать, подал иск в суд. Но поскольку его устройство не было запатентовано, суд не удовлетворил его требований.
Сосуд Дьюара, изобретенный шотландским ученым, обрел широкую популярность почти сразу после своего появления на свет и не теряет ее по сей день. Он широко применяется как в промышленности, так и в быту, что делает его одним из самых важных
Криогенная техника - это такое специальное оборудование, которое позволяет производить, долго хранить и транспортировать различные газы. При этом, одной из главных составляющих этого оборудования считается сосуд Дьюара.
Что это такое?
Этот предмет представляет собой сосуд особого типа, необходимый для хранения различных веществ, температура которых отличается от температуры откупающей среды (пониженная или повышенная). Именно с помощью таких сосудов и удается долгое время хранить вещества с нужными температурными показателями. В целом, сосуд Дьюара действует по типу знакомого всем бытового термоса.
Строение сосуда Дьюара
Для обеспечения низкой тепловодности сосуд Дьюара изготовляется по особой технологии. Состоит он из 2 резервуаров:
- внешнего;
- внутреннего.
Обе эти емкости изготовлены из теплостойкого алюминия, однако в некоторых случаях в качестве основного материала может выступать нержавеющая сталь. Между резервуарами предусмотрены перемычки. Они должны быть одновременно тонкими и достаточно прочными. Такие характеристики может обеспечить нержавеющая сталь, но в последнее время ее все чаще заменяют специализированным прочным пластиком. Существуют и другие особенности, позволяющие увеличить эффект от использования сосуда Дьюара.
Внешний резервуар покрывается абсорбентом. Такая дополнительная защита позволяет эффективно поглощать газы, которые выделяются веществом из внутренней части сосудов.
Слой теплоизоляции на внешнем сосуде позволяет снизить теплопроводность до минимальных показателей.
Особую подготовку проходит и внутренний сосуд - его тщательно полируют для придания идеальной гладкости. На крышке устанавливается пенопластовый цилиндр, препятствующий началу процесса конвекции.
Цистерны Дьюара
Разработка сосудов Дьюара заметно повлияла на хранение и транспортировку различных веществ, среди которых, и жидкий азот. Хранить и транспортировать вещества в больших объемах позволяют большие емкости, которые и получили название «цистерны». Они могут иметь разный объем, достигающий 50 л. В зависимости от цели применения, можно выбрать, как совсем маленький, так и большой резервуар.
Отличительной характеристикой этого сосуда являются максимально прочные стенки наличие ручек для удобной переноски. Транспортировка цистерн с помощью ручек максимально удобна и безопасна даже с учетом низких температур транспортируемого вещества - холодный ожог рукам не грозит.
Сферы применения сосудов Дьюара
Цистерны, позволяющие хранить и транспортировать вещества с низкими температурами, получили широкое распространение. Особенно это касается перевозки и хранения в них жидкого азота. Так, купить сосуд Дьюара можно совершенно для разного применения.
- Медицина. Жидкий азот нашел применение в нейрохирургии, гинекологии, оториноларингологии, нейрохирургии, хирургии и других направлениях. С его помощью удаляют злокачественные и доброкачественные опухоли и разные патологические ткани. При этом, процедура проходит быстро и безболезненно, а после нее не остается шрамов.
- Косметология. В этом направлении азот получил не меньшую популярность. С его помощью удается избавиться от папиллом и бородавок. Азотом проводится криомассаж, в результате которого кожа приобретает здоровый цвет, гладкость и молодость. Криосауны - еще одно место, где без сосуда Дьюара просто не обойтись. Всего за 2-3 минуты нахождения в кабинке с жидким азотом, человек может начать эффективно худеть, омолодиться, улучшить состояние своей кожи.
- Ветеринария. Цистерны Дьюара в этой сфере могут послужить контейнером для транспортировки биоматериалов (используются для искусственного оплодотворения животных).
- Лаборатории. Жидкий азот применяется в научных компаниях и лабораториях. Кроме того, такой контейнер необходим для сохранения многих веществ в определенной температуре.
- Машиностроение и промышленность. Довольно часто азотом пользуются для достижения повышенной прочности металлических деталей.
- Приготовление еды. Молекулярная кухня… Для этих кулинарных изысков, основанных на физико-химическом процессе, тоже придется купить сосуды Дьюара. Именно с участием жидкого азота возникают химические реакции. Для ресторанов, работающих в традиционном направлении приготовления еды, азот тоже пригодится. Он помогает моментально охладить продукты.
- Развлечения. Цистерны Дьюара - то, без чего невозможны многие развлекательные шоу для детей и взрослых.
Учитывая все вышесказанное, можно заключить: Такое криогенное оборудование, как сосуд Дьюара, широко распространен во многих отраслях промышленности и науки. Более того, спрос на него неуклонно растет.
При искусственном осеменении животных все шире используют сперму, замороженную при -196°, которую хранят в жидком азоте в специальных емкостях - сосудах Дьюара .
В животноводстве используют различные типы сосудов отечественного и импортного производства. Наибольшее распространение получил сосуд отечественного производства СД 50 емкостью 52 л.
При работе персонала с жидким азотом и сосудами Дьюара возможны:
- обмораживание открытых участков тела при контакте с охлажденными поверхностями или попадании жидкого азота;
- головокружение, обморок или удушье в результате снижения концентрации кислорода в воздухе при испарении большой массы жидкого азота;
- взрыв сосуда Дьюара вследствие внезапной потери вакуума, быстрой десорбции газов при отогревании сосуда, а также из-за испарения азота при герметично закрытой горловине;
- конденсация на охлажденных жидким азотом поверхностях кислорода воздуха и возгорание при контакте с горючими материалами.
В связи с этим обращаться с сосудами Дьюара необходимо осторожно, в строгом соответствии с инструкцией по их эксплуатации. При падении, ударах, резких толчках может произойти нарушение целостности наружного кожуха или внутреннего сосуда, что сопровождается потерей вакуума. Признаком такой неисправности является быстрое испарение жидкого азота и обледенение наружного кожуха. Эксплуатировать или отогревать в рабочих помещениях неисправные сосуды Дьюара категорически запрещается. Потерявший вакуум сосуд Дьюара надо освободить от хранимой спермы и жидкого азота, а затем поставить на отогревание в течение трех суток в помещение, куда запрещен доступ людей.
Закрывать сосуды Дьюара можно только предназначенными для них крышками. Запрещается плотно закрывать горловину сосуда; испарение части жидкого азота создает внутри сосуда избыточное давление, поэтому внутрь сосуда не может попасть кислород из наружного воздуха. Кроме того, повышение давления создает опасность повреждения сосуда или выброса жидкого азота.
При транспортировке сосуды Дьюара и находящиеся рядом предметы необходимо надежно закреплять во избежание падений, повреждений.
Заливать жидкий азот в сосуд Дьюара надо через гибкий металлорукав диаметром 18 мм, давление по манометру в транспортной цистерне должно быть не более 0,5 атм. Гибкий металлорукав должен быть опущен в сосуд до дна, чтобы струя азота не выбросила рукав из горловины, так как могут пострадать работающие рядом люди. Из сосуда Дьюара и сосуд заливку ведут через широкую металлическую воронку.
В процессе заливки категорически запрещается заглядывать в сосуд для определения уровня жидкости. Заправка считается законченной при появлении из горловины первых брызг жидкости. Особую осторожность следует соблюдать во время заполнения теплых сосудов Дьюара, то есть новых или отогретых. Заполнять сосуды Дьюара жидким азотом в одиночку запрещается.
Вводить пинцет, канистры и другие предметы в жидкий азот надо медленно во избежание разбрызгивания, вызванного «кипением» жидкости при контакте с теплыми предметами. Чтобы сперма всегда находилась в жидком азоте, сосуды Дьюара, предназначенные для ее хранения, периодически дозаправляют, при понижении уровня жидкого азота до 1/2 емкости сосуда. Контроль за уровнем азота проводят периодическим погружением в азот металлической или деревянной линейки.
Жидкий азот как более летучий компонент обогащается кислородом примесью и техническом продукте. Недопустимо в смеси свыше 15% жидкого кислорода, так как такая смесь может воспламениться при контакте с органическими продуктами. Содержание кислорода контролируют газоанализатором типа ГХП-4. При отсутствии газоанализатора после каждых 12 дозаправок жидкость из сосуда Дьюара сливают, сосуд заполняют свежим азотом. Слив проводят на открытой специальной площадке в безопасном месте. Вблизи мест слива не должно быть деревьев, бумаги, асфальта и других органических продуктов.
Чтобы предотвратить загрязнение сосуда, гибкие металлорукава и воронки хранят в чехлах. Для удаления «ила» или твердых частиц необходимо слить содержимое сосуда, промыть сосуд чистым жидким азотом и поставить на отогрев. Не ранее чем через трое суток после слива сосуд промывают теплым (до +30°) водным раствором моющего средства ОП-7, а затем ополаскивают водой (не выше +70°). Промывку и очистку сосудов проводят на госплемпредприятиях и госплемстанциях. Нельзя нагревать сосуды. Такая операция может привести к взрыву.
Персонал, работающий с сосудами Дьюара и жидким азотом, обязан надевать защитные очки (лучше щитки из органического стекла), перчатки или рукавицы. Одежда должна быть без карманов, брюки - без манжет и закрывать верх обуви. Рукавицы должны быть свободными, чтобы при необходимости их можно было легко сбросить. При попадании жидкого азота на кожу пораженный участок немедленно обильно обмыть водой.
Помещение, где работают с жидким азотом или храпят сосуды Дьюара, должно быть оборудовано приточно-вытяжной принудительной вентиляцией, обеспечивающей содержание кислорода в воздухе не менее 19%.
При естественной вентиляции работа с жидким азотом допускается в помещении, объем которого в 7000 раз больше объема находящегося там жидкого азота.
Снижение концентрации кислорода в воздухе ниже 16% приводит к головокружению, обморокам или удушью без каких-либо предварительных симптомов. Пострадавшего следует вынести на свежий воздух.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .