Kryogenn kapaliny
Download
1 / 31

Kryogenní kapaliny - PowerPoint PPT Presentation


  • 196 Views
  • Uploaded on

Kryogenní kapaliny. KFY/FNTEP Bc. Roman Witasek. Přehled kryokapalin. vzduch kyslík (Liquid oxygen LO 2 nebo LOX) dusík (LN 2 ) argon (LAr) krypton (LKr) xenon (LXe) neon (LNe) vodík (LH 2 ) helium (LHe). Složení suchého vzduchu. Složení atmosféry v závislosti na výšce.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Kryogenní kapaliny' - alma


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Kryogenn kapaliny

Kryogenní kapaliny

KFY/FNTEP

Bc. Roman Witasek


P ehled kryokapalin
Přehled kryokapalin

  • vzduch

  • kyslík (Liquid oxygen LO2 nebo LOX)

  • dusík (LN2)

  • argon (LAr)

  • krypton (LKr)

  • xenon (LXe)

  • neon (LNe)

  • vodík (LH2)

  • helium (LHe)





Kapaln vzduch bezpe nostn p edpisy a v hody
Kapalný vzduch – bezpečnostní předpisy a výhody

  • bezpečnostní předpisy platné pro LO2

  • ekonomické výhody (odpadá rektifikace)


Kysl k vlastnosti
Kyslík- vlastnosti

  • 2. hlavní složka atmosféry (≈ 21 % obj.)

  • 16O (99,76 %), 17O (4.10-4 %), 18O (2.10-3 %)

  • Tv (90,19 K), Tk ( 154,75 K), pk (4,98 MPa)

  • ρt.v.= 1140 kg.m-3

    legenda:

    Tv…teplota varu za normálního tlaku

    Tk/pk…kritická/ý teplota/tlak

    ρt.v…hustota LO2 při teplotě varu


Kysl k lo 2 zaj mav vlastnosti
Kyslík (LO2) – zajímavé vlastnosti

  • polymer O4 – modravé zbarvení LO2

  • silně paramagnetická kapalina (χm = 1,003)

    - separace LO2 od O2 v beztížném stavu

    - podle změn χmlze měřit koncentraci O2

    ve směsi diamagnetických plynů

    legenda:

    χm…magnetická susceptibilita při bodu varu


Kysl k lo 2 reaktivita bezpe nostn p edpisy
Kyslík (LO2) –reaktivita, bezpečnostní předpisy

  • oxidující, podporuje hoření

  • přísné bezpečnostní předpisy,

    „ kyslíková čistota ”(„LOX clean”)

    - zabránit styku s org. l. (oleje, tuky, asfalt) – nebezpečí exploze!!!

    - další nevhodné materiály – Al, Ti, ocel

  • nepříznivé účinky na zdraví člověka:

    - kontakt s LO2 způsobuje těžké omrzliny a vážné poškození očí


Materi ly vhodn pro pr ci s kapaln m kysl kem
Materiály vhodné pro práci s kapalným kyslíkem

  • materiály z mědi, mosazi (Cu+Sn),

    bronzu (Cu+Zn), monelu (Ni+Cu), čistého azbestu

  • nádoby před použitím opískovány, omývány kyselinou a detergentem, oplachovány demineralizovanou vodou


Vznik kapaln ho kysl ku p i pr ci s jin mi kryokapalinami
Vznik kapalného kyslíku při práci s jinými kryokapalinami

  • LO2 resp. kapalina s vysokým obsahem O2 může vznikat kondenzací vzduchu na tepelně neizolovaných trubicích, jimiž prochází odpařované He nebo LN2


V roba lo 2
Výroba LO2

  • frakční destilace zkapalněného vzduchu (99 %)

    -O2 je méně těkavější (90,19 K) než N2 (77,3 K),

    tedy jeho koncentrace v parách nad vroucím

    kapalným vzduchem je nižší, naopak se jím

    postupně obohacuje fáze kapalná

    - LO2 se získává z horní nízkotlaké kolony, kam

    přichází ve formě par ze spodní vysokotlaké

    kolony (viz. schéma na snímku 14)

  • (elektrolýza vody – 1%)


Kapaln dus k ln 2
Kapalný dusík (LN2)

  • bezbarvá kapalina, ρt.v.= 804 kg.m-3

  • Tv (77,3 K), Tk (126,1 K), pk (3,4 MPa)

  • Δ Hvýp = 199 kJ.kg-1

    legenda:

    Δ Hvýp…výparné teplo


V roba ln 2
Výroba LN2

  • destilace zkapalněného vzduchu

    - N2je těkavější než O2, získává

    se jako destilát


Srovn n ln 2 s lo 2 z hlediska bezpe nosti
Srovnání LN2 s LO2 z hlediska bezpečnosti

  • LN2 není klasifikován z hlediska vzniku výbuchu na rozdíl od LO2 jako látka nebezpečná (zákon č. 356/2003 Sb. – zákon o chemických látkách a chem. přípravcích)

  • kontrola znečištění LN2 (max. 2.10-3 % O2)

    - jaderné reaktory (vznik nebezpečné směsi O3

    a NOx ozářením)

  • nepříznivé účinky na zdraví člověka:

    - při vyšších koncentracích působí dusivě, potřísnění

    může způsobit omrzliny


Vyu it ln 2 v laborato ch
Využití LN2v laboratořích

  • tepelný štít mezi nechlazenými stěnami na pokojové teplotě a částmi na nižší teplotě (např. na teplotě LHe)

  • v laboratoři texturních parametrů – např. adsorpce plynu na vhodném sorbentu v aparatuře ponořené v LN2


Argon vlastnosti
Argon - vlastnosti

  • inertní a netoxický plyn

    LAr:

  • v kap. stavu jen v úzkém rozmezí několika K

  • bezbarvá kapalina, ρt.v.= 1390 kg.m-3

  • Tv (87,27 K), Tk (150,8 K), pk (4,83 MPa)

  • Δ Hvýp = 160 kJ.kg-1


Lar aplikace v hody
LAr – aplikace, výhody

  • hlavně svařování (ochranná atmosféra)

  • výroba neželezných kovů

  • elektronika

  • poměrně snadno získáván destilací zkapalněného vzduchu (1 % obj.)


Krypton vlastnosti
Krypton - vlastnosti

  • bezbarvý plyn, téměř inertní

    LKr:

  • bezbarvá kapalina, ρt.v.= 2413 kg.m-3

  • Tv (121,3 K), Tk (210 K), pk (5,4 MPa)


Krypton vyu it
Krypton - využití

  • plynný v elektronickém průmyslu (kryptonky)

    - velká Ar (83,8) snižuje vypařování a tep.

    ztráty vláken – vyšší teploty, větší svítivost

  • plynová encefalografie

  • detekce netěsností – radioaktivní 85Kr


Xenon vlastnosti
Xenon- vlastnosti

  • inertní, netoxický, bezbarvý plyn

  • ze složek vzduchu nejtěžší a nejvzácněji zastoupen

    LXe:

  • ρt.v.= 2987 kg.m-3

  • Tv (164 K), Tk (289,7 K), pk (5,83 MPa)


Xenon aplikace
Xenon - aplikace

  • žárovky automobilů

  • plazmové obrazovky TV

  • moderní narkotizační plyn

    - možnost přesného řízení doby uspání

    - bez nežádoucích vedlejších účinků


Neon

  • inertní, netoxický plyn

    LNe:

  • bezbarvá kapalina, ρt.v.= 1206 kg.m-3

  • Tv (27,1 K), Tk (44,4 K), pk (2,6 MPa)

  • Δ Hvýp = 86 kJ.kg-1


Neon aplikace
Neon - aplikace

  • velmi používaná kryokapalina pro mechanické zkoušky vlastností materiálů

  • chlazení infrasnímačů


Vod k vlastnosti izotopy
Vodík – vlastnosti, izotopy

  • bezbarvý, nejlehčí plyn (Mr = 2,01588)

  • přísné bezpečnostní předpisy při práci s H2 a LH2

    -výbušná směs (4-77 % obj. H2 ve vzduchu)

  • deuterium - 0,0156 % - molekuly HD, (D2)

  • tritium - radioaktivní,

    - emise částic β- (t1/2 =12,35 let)


Vod k izotopy
Vodík - izotopy

legenda:

Ttb…teplota trojného bodu


Orthovod k paravod k
Orthovodík, paravodík

  • 2 formy molekul H2 lišících se orientací jaderného spinu

  • orthovodík – spiny stejného směru (paralelní)

    - výsledný jaderný spin je 1 (1/2 +1/2)

  • paravodík – spiny opačného směru (antiparalelní)

    - výsledný jaderný spin je 0


Sm s ortho a paravod ku
Směs ortho- a paravodíku

  • každé teplotě odpovídá jiné rovnovážné složení směsi ortho- a paravodíku

  • za nízkých teplot převažuje paravodík (nižší energie) ,,0 K (100 % para-)”

    - 20 K (99,79 % para-)- směs e-H2

    - 77 K srovnatelné množství obou forem

  • normální vodík (n-H2) = směs 75 % ortho- a 25 % paravodíku za běžné teploty

  • při n. b.v.(20,28 K) – pomalá spontánní konverze LH2 (ortho- → para-)


Helium
Helium

  • 1868 (Lockyer) – objev ve slunečním spektru (Helios – Slunce)

  • vzácný, nejobtížněji zkapalnitelný plyn

  • zdrojem je zemní plyn

    LHe: (normální kapalné 4He)

  • bezbarvá kapalina, ρt.v.= 125 kg.m-3

  • Tv (4,215 K), Tk (5,20 K), pk (0,226 MPa)

  • Δ Hvýp = 23,5 kJ.kg-1, n=1,02 (těžko pozorovatelná)


Helium izotopy
Helium - izotopy

4He – nejčetnější

  • plynná fáze je od tuhé fáze oddělena širokou oblastí kapalného stavu – He I (normální) a He II (supratekuté), kapalná fáze je protažena až k 0 K a tuhá fáze může existovat při tlaku nad 2,5 MPa

    3He – vzácný, získává se při jaderné reakci:

  • L3He – nejnižší známý bod varu (3,2 K)

  • 1972 – experiment. potvrzena supratekutost (2,6 mK)

  • užití v aparaturách pro dosahování teplot pod 1 K