آشنایی با تانک ازت مایع
نیتروژن چیست؟
نیتروژن (Nitrogen) یا ازت گازی بی رنگ، بی بو، احتراق ناپذیر، غیر فلز، دو اتمی بی اثر است که ۷۸ درصد از اتمسفر ما را تشکیل میدهد. دانیل رادرفورد (Daniel Rutherford) کاشف نیتروژن بوده است. نیتروژن ترکیبات مهمی مانند آمونیاک، اسید نیتریک و سیانیدها را شکل میدهد.
از کاربرد های گاز نیتروژن میتوان به بازیابی ترکیبات آلی فرار از مخلوط ضایعات گازی،صنایع پتروشیمی، پاکسازی خطوط لوله، تولید مواد نیمه رسانا، تولید فیبرهای مصنوعی و… اشاره نمود.
نیتروژن مایع
نیتروژن
تقطیر جزء به جزء (Fractional distillation)
تقطیر جز به جز عبارت است از یکسری تبخیر و میعان که در سینی‌های یک برج استوانه‌ای صورت می‌گیرد. مایعات خالص در فشار محیط در دمایی به جوش می‌آیند که در آن دما فشار بخار آن برابر فشار محیط گردد. در صورتی که مایعات ناخالص در حدود دمایی که حاصل جمع فشارهای جزئی عوامل تشکیل دهنده آنها برابر فشار محیط گردد به جوش می‌آید.
در نقطه جوش فازهای بخار و مایع در حال تعادل می‌باشند. چنانچه فشار کاهش یابد تبخیر صورت می‌گیرد و در حالت معکوس میعان اتفاق می‌افتد. از فشار بخار برای محاسبه ترکیب گازهای مخلوط در حالت تعادل استفاده میشود. وقتی که اجزا تشکیل دهنده یک محلول در برج تقطیر بطور دائم جدا می‌شوند بخارهایی که به سمت بالا حرکت می‌کنند ترکیبات فرارتر با مایع برگشت کننده که به سمت پایین سرازیر است برخورد کرده و غلیظ‌تر میشود. یکی از کابردهای این روش بدست آوردن نیتروژن مایع یا همان ازت مایع می باشد.
تقطیر
نیتروژن مایع (Liquid Nitrogen)
نیتروژن مایع مانند گاز نیتروژن بی رنگ, بی بو (بسیار شبیه به آب)می باشد. همان طور که اشاره شد نیتروژن مایع از تقطیر جز به جزء هوا به دست می آید (به بیان دیگر تحت فشار زیاد به صورت مایع درآمده است). حجمی مشخص از نیتروژن مایع، تقریباً ۷۰۰ برابر فشرده تر از گاز نیتروژن در شرایط طبیعی می‌باشد. در فشار جو، نیتروژن مایع در ۷۷ کلوین که برابر با ۱۹۶- درجه سیلیسوس و ۳۲۱- درجه فارنهایت است، به جوش می‌آید و دوباره به گاز تبدیل می شود.
کاربرد نیتروژن مایع
- در پزشکی برای سرد کردن موضعی پوست پیش از بیرون کشیدن زگیل یا بافتهای ناسالم بکار می‌رود.
- چون نیتروژن از لحاظ شیمیایی بی‌اثر است، به‌عنوان ایجاد جو بی‌اثر مثلا در جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- نیتروژن مایع بدلیل برودت زیاد ، کاربرد وسیعی در تهیه مواد غذایی منجمد و حفاظت آنها در مواقع حمل و نقل دارد.
- هر بیمارستانی از تانک ازت مایع برای ذخیره سازی تخمک ها، نطفه، خون و حتی اعضای بدنی اهدا شده، استفاده می کند. در حقیقت، بیمارستان ممکن است بزرگترین مصرف کننده ی مخزن های ازت مایع باشند.
- “فریزر ازت مایع” که با نام فریزر آزمایشگاهی نیز شناخته می شود به منظور نگه داشتن مواد مهم در یک دمای ثابت است.
- تعلیق، پاکسازی و سرمایش رآکتورها و تانکرها
- سایش برودتی مواد پلاستیکی
- انجماد خاک جهت تخته کوبی تونل‌های زیرزمینی
- خنک سازی بتن
- جایگزین گاز و بخار جهت انفجار‌ها و آتش سوزی‌ها
- میعان حلال‌ها
- انتقال اسپرم ها جهت تلقیح مصنوعی در دامداری ها
چرا از تانک یا (Liquid Nitrogen Storage Tanks) برای نگهداری ازت مایع استفاده میکنیم؟
- با توجه به دلایل زیر از تانک برای نگهداری نیتروژن مایع استفاده می کنیم
- دمای بسیار پایین نیتروژن مایع
- با کمترین تماسی با جسم گرمتر از دمای ۱۹۶- درجه سیلیسوس (نقطه جوش ازت مایع) دوباره به حالت گازی شکل خود تبدیل می شود. به همین علت باید از هرگونه تماس آن با اجسام دیگر ممانعت به عمل آورد (این جسم حتی می تواند هوا باشد) هوای عادی تقریبا ۲۲۰ درجه سانتی گراد گرمتر از نیتروژن مایع می باشد.
- نیتروژن مایع به قدری سرد می‌باشد که دراثر تماس با بافت زنده موجب یخ زدگی و سرمازدگی و در کل صدمات جدی آن بافت میشود.
- ویال های یخ زده ممکن است در معرض دمای اتاق منفجر شوند.
با این تفاسیر تنها راه حل استفاده از تانک ازت مایع (Liquid Nitrogen Storage Tanks) می باشد که دارای جداره خلاء هستند و برخورد با فضای اطراف را تقریبا به صفر می رسانند. این تانک ها گران قیمت بوده و بسیار حساس و آسیب پذیر هستند. این تانک ها می توانند بسته به طراحی خود و عوامل دیگر از چند ساعت تا حتی یک سال نیتروژن مایع را نگهداری کنند.
مخازن سرد (Cool Tanks)
مخازن سرد جهت نگهداری گازهای مایع و موادی با نقطه جوش پایین و غالبا زیر صفر درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به پایین بودن دمای جوش این مواد، اغلب آنها در دمای عادی محیط به شکل گاز می‌باشند، لذا باید این دسته از مواد را در دمای پایین نگهداری نمود.
اقتصادی ترین و ایمن ترین دما برای نگهداری این گازها، کمی پایین تر از دمای جوش آنها و در حالت مایع می باشد. به عنوان مثال گاز بوتان در صفر درجه سانتیگراد، بوتادین در ۴- ، آمونیاک در ۳۳- ، پروپان در۴۲- ، اتیلن در ۱۰۳- ، آرگون در ۱۸۶- ، نیتروژن در ۱۹۶- ، هیدروژن در ۲۵۳- و … درجه سانتیگراد نگهداری می‌گردند.
برای مایع نگهداشتن این گازها می توان آنها را در فشارهای بالا و دمای محیط نیز نگهداری نمود ولی دلایل متعددی باعث شده‌اند که ذخیره سازی در دمای پایین و فشار اتمسفریک بر ذخیره سازی در فشار بالا و دمای محیط مزیت داشته باشد، از جمله این دلایل می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
- وجود فشار پایین تر از دید ایمنی بسیار مناسب تر می‌باشد.
- هرچه فشار مخزن افزایش یابد، ناچارا باید ظرفیت ذخیره سازی را برای ایمنی و هزینه‌های ساخت کاهش داد. لذا کارکردن در فشار پایین تر سبب می شود تا ظرفیت بیشتری برای ذخیره سازی با هزینه مناسب تر استفاده نمود.
- مخازن دارای فشار زیاد از نقطه نظر ایمنی نیاز به محافظ های زیاد و غالبا دور بودن از سایر تجهیزات و واحد های فرایندی دارند، لذا کار کردن در فشار پایین تر سبب استفاده بهینه تری از زمین می‌گردد.
- عملیات بهره برداری در فشار کم راحت تر و سازگار با سیستم حمل و نقل می باشد.
مخازن سرد غالباً به شکل استوانه‌ای با کف صاف هستند که به مخازن تبرید (میعان) نیز موسوم می‌باشند. این نوع مخازن اشکال روزمینی و زیرزمینی دارند.
مخازن متداول برای انبارهای بزرگ از نوع روزمینی، کف‌صاف و سقف‌گنبدی و دو جداره مــــی‌باشند، که از یک جدار داخلی از جنس فولاد نیکل‌دار و یک پوشش خارجی از فولاد و یک ماده عایق‌کننده وسطی تشکیل شده است. سیستم عایق‌بندی آن متشکل از دانه‌های پودری پرلایت است که در فضای بین دوجداره و با استفاده از فشار مثبت نیتروژن نگهداری میشود. این نوع از مخازن را اصطلاحا تانک‌های نگهداری کامل نیز می‌گویند.
نوع دیگری از این مخازن به شکل زیرزمینی است. یکی از مسائل مهمی که در مخازن زیرزمینی پیش می‌آید، مشکل تشکیل یخ در خاک اطراف و زیر مخزن است که باعث ایجاد فشارهای فوق‌العاده به مخزن و فونداسیون میشود. برای کنترل و رفع این مشکل، زیر و اطراف مخزن را با شن درشت پر می‌نمایند و در بعضی موارد از سیستم‌های گرمایشی در فونداسیون زیر مخزن استفاده می‌نمایند.
مزیت مخازن زیرزمینی در مقابل مخازن روزمینی این است که در صورت اشکال در مخزن، مایع در سطح زمین اطراف پخش نمی‌شود ولی عیب عمده آنها این است که در صورت بروز نشتی در زیر خاک، یافتن نشتی مشکل است.
سیستم های کاهش دهنده فشار در مخازن سرد نیز مورد استفاده قرار می گیرند و در صورت بالا رفتن فشار از حد مجاز، مقداری از گاز را از مخزن تخلیه کرده تا فشار در حد مجاز قرار گیرد.
در مورد گازهای آتش‌گیر باید برای آن از سیستمی ایمنی استفاده نمود تا گازهای حاصل از تخلیه فشار مایع سرد را به نقطه ای بیرون از قسمت های حساس واحد عملیاتی منتقل نماید و در یک flare آن را بسوزانند و در ضمن به خاطر مسایل محیط زیستی نیز باید کلیه شیرهای ایمنی به مشعل flare تخلیه گردند.
ملاحظات ایمنی ایجاب می‌کند که به منظور جلوگیری از خطرات در هنگام شکافت احتمالی، مخازن به وسیله دیواره‌ها و یا حصارهایی (dike) محصور شوند. این مخازن دارای سیستم تبرید می‌باشند.
از جمله مخازن سرد میتوان از مخازن LNG، مخازن اتیلن، اکسیژن، نیتروژن، آرگون، هیدروژن و … نام برد.
اجزای تانک ازت
هنگام استفاده از تانک ازت مایع به موارد زیر توجه کنید:
- تانک ازت نیتروژن شما باید حتما در محیطی خلوت انبار شود.
- سرما آسیبی به تانک نخواهد زد اما مکانهایی که ممکن است گرم شوند مثل اتاق های ژنراتور می توانند باعث تسریع در تبخیر نیتروژن مایع شوند.
- تانک نیتروژن شما نباید روی سیمان قرار گیرد چون ممکن است به تانک آسیب بزند. تانک شما حتما باید روی قطعه یا پایه ی چوبی قرار گیرد تا از هرگونه صدمه به کف تانک جلوگیری شود.
- همیشه حمل تانک ازت باید به صورت عمودی صورت گیرد.
- به جهت اینکه تانک های ازت یک جداره خلاء دارد،دقت و مواظبت کامل باید صورت گیرد.
تانک ازت
پرکردن مجدد تانک های نیتروژن مایع
تانک های نیتروژن مایع عایق بندی خوبی دارند تا از دمای نیتروژن و محتویات ویال سرم که بسیار دمای پایینی دارد محافظت کند. با اینکه تانک عایق بندی شده اما نیتروژن درون آن در آخر گرم شده و دوباره به گاز تبدیل شده و سپس تبخیر می شود و وارد هوا میشود. سرعت تبخیر نیتروژن به عوامل زیر بستگی دارد:
- چه مدت زمانی در تانک باز بوده
- تعداد ویال هایی که در داخل تانک بوده و به دمای منفی°F ۳۲۱ رسیده است.
- مدت زمان طی شده
پس به این نتیجه می رسیم که در آخر میزان نیتروژن کم خواهد شد و شما باید داخل تانک را دوباره پر از نیتروژن مایع کنید. تانکها باید بطور پیوسته هر ۳ماه یکبار پر شوند و هر ماه باید آنها را چک کرد تا مطمئن شویم میزان نیتروزن مطلوب است. میزان تانک نیتروژن در مقیاس اینچ سنجیده میشود، شایان ذکر است که این مقیاس باید با توجه به درخواست متقاضیان این کالا انتخاب شود.
- مراحلی که باید برای بررسی مقدار نیتروژن مایع در درون تانک ها طی شود عبارتند از:
- در تانک را باز کرده و درب فومی تانک را بیرون میکشیم.
- خط کش مخصوص را داخل تانک قرار می دهیم و به مدت ۱۰ ثانیه نگه می داریم
- خط کش مخصوص را بیرون کشیده و به مقدار سرما نگاه می کنیم. این همان اندازه نیتروژن است.
- برای میزان کمتر از ۴ اینچ تانک را باید خیلی زود پر کنیم
- برای میزان کمتر از ۳ اینچ به تانک باید سریع رسیدگی شود.
نکات ایمنی هنگام کار با نیتروژن مایع
محافظت از چشم
- از عینکهای ایمنی یا محافظ صورت باید حتما در هنگام کار با نیتروژن مایع استفاده شود.
- عینکهای معمولی محافظ مناسبی نیستند و حتما باید از عینک های ایمنی مخصوص استفاده نمایید.
محافظت از دست
- حتما هنگام کار با مواد شیمیایی از دستکشهای یکبار مصرف نیتریل استفاده کنید و حتما به نمودار سازگاری و ترکیبات شیمیایی مخرب آن در هنگام استفاده از نیتروژن مایع توجه کنید.
- کارکنان آزمایشگاه حتما دستان خود را باید قبل و بعد از کار با نیتروژن مایع با آب و صابون شستشو دهند.
لباس آزمایشگاهی
توجه داشته باشید که هنگام کار با نیتروژن مایع حتما دکمه ها ی لباس و بندهای کفش بسته باشند و از شلوار بلند و لباس آستین بلند استفاده نمایید. روپوش آزمایشگاهی نیز حتما باید پوشیده شود تا از احتمال برخورد نیتروژن مایع با پوست جلوگیری شود.
سلام ممنون از مطلب کامل و جامعی که تهیه کردید.البته استفاده از کاور عایق تانک نیتروژن هم تا حدود ۱۰ درصد در دیرتر تبخیر شدن نیتروژن تاثیر داره
باسپاس از توجه شما همراه گرامی