液氮

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液氮(英文名称:Liquidnitrogen)即液体氮气(N2),是一种单质,为无色透明、无味无臭、微溶于水且易流动的极冷液体。无毒性和刺激性,化学性质稳定。其沸点为-196℃,熔点为-210℃。 1883年4月15日在雅盖隆大学由波兰物理学家齐格蒙特·弗罗布莱夫斯基(ZygmuntWr_Blewski)和卡罗尔·奥尔谢夫斯基(KarolOlszewski)首次将氮气液化。液氮作为冷源用于冷藏工业...

液氮(英文名称:Liquid nitrogen)即液体氮气(N2),是一种单质,为无色透明、无味无臭、微溶于水且易流动的极冷液体。无毒性和刺激性,化学性质稳定。其沸点为-196℃,熔点为-210℃。

相关历史

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1883年4月15日在雅盖隆大学由波兰物理学家齐格蒙特·弗罗布莱夫斯基(Zygmunt Wr_Blewski)和卡罗尔·奥尔谢夫斯基(Karol Olszewski)首次将氮气液化。液氮作为冷源用于冷藏工业在已有几十年的历史。美国在1960年正式将液氮用于冷藏运输。1961年,欧文·库珀(Irving Cooper)发明了用液氮作为冷冻装置,从而迎来了冷冻手术的新时代。1987年2月我国科学家赵忠贤等得到在液氮以上温度的Y-Ba-Cu-O系超导体。

液氮

理化性质

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液氮是无色透明、无味无臭、微溶于水且易流动的极冷液体,液氮无毒性和刺激性,化学性质稳定(只在高温和放电条件下才能与金属或非金属化合生成氮化物,具体详见条目氮气)。但液氮在接触高温物体时,高温物体表面会快速形成一层蒸汽绝热层,这就是“莱顿弗罗斯特效应”——当低温液体与高温固体间存在巨大的温度差时,低温液体不会润湿高温的固体表面,在高温固体表面与液体之间形成一层蒸汽层,减缓高温固体与低温液体间的传热和液体的气化速度。液氮的密度为0.808 g/cm,熔点为-210℃,沸点为-196℃。

应用领域

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医学领域

液氮冷冻保存动物精液、人体组织、皮肤有很高的成活率。用液氮保存奶牛精液,可以大大减少种牛数量,并可以最大限度地利用良种。用液氮灼烧除去脑、眼及皮肤异物的外科手术,有出血少、不痛苦、不易感染等优点。

液氮

液氮冷冻治疗

工业领域

在纯化氦时用液氮冷却装有大吸附表面的活性炭指状冷阱可以吸收主要的混杂气体液氢、液氦生产过程中用作预冷剂;低温吸附、溶剂回收时作冷源。在原油管道更换时,可用液氮浇注两端的物料,使之固化封堵。液氮用于金属的过渡配合或静配合的装配,可以不用高温就能保持零件表面的光洁度。使用液氮泡过的零件经过加工后可延长磨损寿命。金属切削时用液氮冷却具有刀具寿命长,表面光洁度高等优点。用液氮冷却粉碎回收废橡胶塑料制品,可减少环境污染。

液氮

化学家进行液氮实验

食品领域

鱼、肉等用液氮冷冻,由于温差大,冻结速度快,组织内的水分未形成玻璃体,组织细胞不受损坏,复热后味道鲜美。液氮速冻技术是通过液氮与食品接触所吸收大量的潜热和显热致使食品冻结。液氮从容器内喷射出来,环境突变到常温常压,液态向气态转化,在这个相变过程中可以吸收大量热量。在食品冷冻过程中,由于瞬间带走大量热量而致使食品由外向内迅速降温至冻结。液氮还可以用来做喷气冰激凌等。

液氮

液氮处理三文鱼

建筑领域

在大体积混凝土构筑物(如大坝)施工时,因固化时放热,内部出现裂缝而降低强度。以前用冰作冷冻剂,缺点是用量大,冰融化后增加了混凝土的水分,现用液氮作冷却剂,大大提高了混凝土的强度。用液氮可冷冻土壤,开竖井。还可用作各种冷阱、冷泵及低温超导的冷源。

灭火领域

液氮可以用于灭火。灭火时直接喷注液氮,液氮气化吸收大量的热,可以使高温煤体以及高温燃烧煤体的温度迅速下降到着火点以下,达到防灭火的目的。同时,液氮气化随着空气中氮气含量的增加,氧气含量会降低。 当氧气含量低于5%~10%时,也会抑制燃烧

其他领域

由于液氮气化后能产生压力,现已有人把液氮注入汽车缸内作动力以驱动汽车。将液氮快速充入沉船的舱内,由于温差大,液氮气化迅速,可以在很短的时间内产生很大的压力,将海水排出,沉船浮起以打捞沉船。

制备方法

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液氮可以用深度冷冻法直接分离空气制取,或与分离空气制氧结合制取,也可以采用将其它方法生产的气体氮在液化装置中液化制取。

深度冷冻法

深空冷分制液氮的原理是通过压缩、膨胀循环降低大气温度并使其成为液态,利用大气中组分沸点不同,从而得到液氮。该方法最大的优点是能够制取大量液氮。

氮液化装置

氮液化装置可分为带膨胀机和不带膨胀机的两大类流程。以带膨胀机的为例,带膨胀机的流程能耗较低。先将干燥的氮气在压缩机中加压到所需的压力,然后将气体冷却至约-120℃并进入换热器中。进入换热器中的氮气分为两部分:一部分进入液化器液化,再经节流后在气液分离器中分离掉氮蒸气后得到液氮;另一部分进入膨胀机,在此放出热量,同时自身温度降低。降温的低压氮气汇同由气液分离器返回的氮气流经液化器和换热器进行冷交换后进入压缩机循环使用。

液氮

带膨胀机的氮液化流程

安全事宜

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危险性

火/爆炸:容器遇火易爆。

侵入途径:眼睛及皮肤接触。

健康危害:没有明显的毒性作用,具有窒息性。由于无色、无味,故空气中含量高时无法发觉,如果氧含量低于18%则威胁生命,缺氧症状为恶心、困倦、皮肤眼睑变青、无知觉直至死亡,液氮对眼、皮肤、呼吸道会造成冻疮。

急救措施

眼睛接触:首先用大量水冲洗几分钟,然后就医。

皮肤接触:冻伤时,用大量水冲洗,不要脱掉衣服。然后转诊就医。

吸入:呼吸新鲜空气,休息。若人员发生昏迷需立即人工呼吸,然后转诊就医。

泄露处理

液氮发生泄露时,操作人员须穿戴防护用具(带自给正压式呼吸器,穿防寒服,带防寒手套等)进入现场,并保持现场通风。在安全情况下尽量堵漏或将容器移到安全地带使液体蒸发。

储存运输

由于液氮的沸点低,必需在绝热性良好的容器中贮存和输送。最常用的液氮容器是以粉末真空绝热的双层容器,内筒为不锈钢制成,外筒为钢。几十平方米的容器其日蒸发损失在0.5-1%,容器越大损失率越小。上述容器可以制成公路或铁路槽车供运送液氮,容器一般不超过100m。液氮运至使用地后可用自压或低温泵注入用户的容器中。

液氮

液氮储存罐

参考资料

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词条目录
  1. 相关历史
  2. 理化性质
  3. 应用领域
  4. 医学领域
  5. 工业领域
  6. 食品领域
  7. 建筑领域
  8. 灭火领域
  9. 其他领域
  10. 制备方法
  11. 深度冷冻法
  12. 氮液化装置
  13. 安全事宜
  14. 危险性
  15. 急救措施
  16. 泄露处理
  17. 储存运输
  18. 参考资料

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