Как получить жидкий азот. Где взять жидкий азот в домашних условиях

Содержание

Чтобы стать жидким, азот должен иметь температуру -195,8 °C. Важно рассмотреть поведение азотно-кислородной смеси при высоких температурах. Это второй элемент, который начинает быстро испаряться.

Как получить азот в домашних условиях

Технический азот в жидком и газообразном состоянии получают из атмосферного воздуха. Это вещество является довольно распространенным химическим элементом. 75% атмосферы Земли состоит из азота, который в чистом виде не пригоден для дыхания. Однако в организме человека происходят сотни процессов, на скорость и качество которых влияет это вещество. Например, азот входит в состав гемоглобина, аминокислот и белков. Он также присутствует в клетках растений и животных.

В газообразных молекулах есть два атома, которые очень плотно связаны друг с другом. Для того чтобы включить азот в соединения, эту связь необходимо разорвать или ослабить, что довольно сложно. Обратный процесс высвобождения азота из различных соединений гораздо проще. Реакции горения всегда протекают с выделением свободного газа.

Богатым источником азота является хилое стекло (нитрит натрия), которое в начале 19 века использовалось для производства удобрений и взрывчатых веществ. В конце концов, запасы минералов иссякли, а потребность в нитратах только возросла; в начале 20-го века азот стали извлекать из атмосферы и превращать в аммиак. Это требовало высоких температур, высокого давления и добавления катализаторов в реакцию. С тех пор проблема получения азота получила новое решение благодаря использованию атмосферы как неисчерпаемого источника.

Этот газ используется для различных целей благодаря своей инертности и другим свойствам.

Добыча угольных месторождений
Бурение скважин
Упаковка продукции
Тушение пожара
Высокотемпературная обработка металлов и других материалов

Физические характеристики вещества

При нормальных условиях (атмосферное давление 760 мм рт. ст., температура 0°C) он представляет собой газ без запаха и цвета и нерастворим в воде. Он не реагирует с другими элементами, кроме лития. При нагревании азот приобретает способность диссоциировать на атомы, образуя различные соединения. Наиболее распространенной реакцией является реакция с водородом с образованием аммиака, который используется в производстве удобрений, хладагентов и синтетических волокон. Азотный газ устойчив к огню и взрывам, а также предотвращает гниение и окисление. Вещество нетоксично и поэтому не наносит вреда окружающей среде. Однако при длительном вдыхании он вызывает кислородную недостаточность и удушье.

Когда азот охлаждается до -195,8°C, он превращается в жидкость, похожую на обычную воду. Температура кипения этого вещества немного ниже, чем у кислорода. Поэтому при нагревании жидкого воздуха первым начинает испаряться азот. Это свойство лежит в основе современных принципов химического производства. Путем многократного сжижения и кипячения можно получить желаемую концентрацию азота и кислорода. Этот процесс называется ректификацией.

Статья по теме: Как работает 3D-принтер. 3д принтер для чего нужен.

При нагревании жидкого азота объемом 1 литр до 20 °C он испаряется с образованием 700 литров газа. Поэтому его хранят в специальных открытых контейнерах с вакуумной изоляцией или в сосудах с низкой температурой и высоким давлением.

Когда азот затем охлаждается до -209,86°C, он переходит в твердое агломератное состояние. Образуются крупные белые кристаллы. Впоследствии, при контакте с воздухом, снежные комки поглощают кислород и тают.

Компания не только продает, но и проверяет цилиндры, чтобы обеспечить быструю транспортировку продукции. Транспортные средства используются для перевозки цистерн и криогенных контейнеров.

Инструкция

1. Важно соблюдать правильные меры предосторожности при приготовлении жидкого азота. Носите узкие джинсы, рубашки с длинными рукавами и рабочие перчатки. Также используйте защиту для глаз и держите волосы подальше от радиуса эксперимента. Это позволит избежать допустимых травм.

2 Используйте 2-литровые пластиковые бутылки. Они должны быть пустыми, чистыми и сухими. Снимите этикетки, чтобы определить содержание эксперимента. Острыми ножницами отрежьте 7,5-8 см от верхней части бутылки. Отбросьте излишки.

3. заполните подготовленную бутылку объемом 2 л наполовину сухим льдом. При работе с сухим льдом всегда надевайте перчатки, так как прикосновение к нему может привести к серьезным травмам.

4. изопропиловый спирт (т.е. докторский спирт) должен быть добавлен к сухому льду для получения жидкого азота. Чтобы безвредно добавить спирт, проколите несколько отверстий в дне и стенках пластиковой бутылки объемом 500 мл огромной иглой. Поместите его внутрь 2-литровой бутылки и аккуратно поместите между сухим льдом. Большинство бутылок меньшего размера должны быть покрыты сухим льдом. При необходимости добавьте еще сухого льда. Убедитесь, что отверстие маленькой бутылки открыто и что плотные частицы не препятствуют доступу.

5. осторожно вылейте небольшое количество спирта из большой бутылки на сухой лед — два соединения соединяются, образуя жидкий азот, который стекает в меньшую бутылку через только что просверленное отверстие и конденсируется.

6. как только значительное количество жидкого азота окажется в меньшей бутылке, быстро удалите его из 2-литровой бутылки. Поместите жидкий азот в подходящий контейнер и промаркируйте его. Для дальнейшего использования его можно хранить при комнатной температуре в течение 30 дней.

Совет 2: Как сделать жидкий азот

Жидкий азот (N2) — это прозрачная жидкость, плотность которой немного меньше плотности воды. В этом состоянии азот имеет аномально низкую температуру (примерно -196°C). Как производится жидкий азот?

На одну молекулу газа приходится два атома. В то же время они очень сильно связаны друг с другом. До тех пор, пока связи между атомами не разорваны, невозможно получить соединения с другими элементами. Сегодня можно купить жидкий азот, который из воздуха превращается в жидкость или газ.

Ректификационная колонна для получения азота

Сжиженный воздух затем преобразуется в N₂ и О₂называется ректификационной колонной, а число лотков — числом стадий, на которых конденсируется кислород и испаряется азот. Чем больше количество лотков в ректификационной колонне, тем выше чистота конечного продукта, разделяющего жидкий воздух на составляющие его элементы.

Статья по теме: Конфорка wok что это. Конфорка wok что это.

Ректификационная колонна состоит из ряда перегородок, в которые вмонтированы разгрузочные стаканы. Сжиженная газовая смесь медленно подается в верхние отсеки (тарелки). Она постепенно стекает из разгрузочных чаш и заполняет все лотки колонны.

1 — Корпус колонны, 2 — Латунная перегородка, 3 — Сливной стакан, 4 — Сливной кран.

Схема модифицированной колонны.

Латунная пластина с маленькими отверстиями диаметром 0,8-0,9 мм, просверленными в шахматном порядке с интервалом около 3 мм. Газообразный азот, смешанный с кислородом, образующийся при испарении жидкого воздуха, проходит через отверстия в нижней части пластины под небольшим давлением, не позволяя жидкости просочиться наружу. Газы, прошедшие через слой жидкости, всплывают вверх, хорошо перемешиваясь с жидким слоем. При смешивании газообразный кислород конденсируется в жидкость. В качестве компенсации за тепло, выделяемое при конденсации кислорода, азот вновь испаряется и вместе с поступающим азотом движется вверх к следующей пластине, где он все больше лишается кислорода. В результате чистый жидкий кислород собирается в нижней части колонны, а азот, который должен соответствовать требованиям ГОСТ 9293, поступает на выход в верхней части колонны.

Вот видео, показывающее, как производится, используется и транспортируется азот.

Во времена бурного промышленного развития азот можно было получать из чилийских нитратов. Однако, поскольку количество этого минерала уменьшилось, человечеству пришлось использовать неисчерпаемые ресурсы атмосферы.

Состояния вещества

Прежде чем рассматривать вопрос о том, как производить жидкий азот, необходимо выяснить характеристики этого вещества. Если в производственном процессе нет нарушений, то эти параметры соответствуют ГОСТу и продукт можно эффективно использовать по назначению.

Состояние азота при нормальном давлении — газообразное.

Он не имеет ни запаха, ни цвета.
Растворимость в воде плохая.
Реакций с другими химическими веществами, кроме лития, не наблюдается.
При нагревании его способность производить химические вещества значительно возрастает.
Полностью взрывобезопасны и пожаробезопасны.
Способность предотвращать возникновение процессов гниения и окисления.
Отсутствие токсичности.

Клиенты используют газы для различных целей. Чаще всего его соединяют с водородом для получения аммиака. Он востребован во многих отраслях промышленности, от производства хладагентов до изготовления удобрений.

Чтобы стать жидким, азот должен иметь температуру -195,8 °C. Важно рассмотреть поведение азотно-кислородной смеси при высоких температурах. Это второй элемент, который начинает быстро испаряться.

Производство часто чередует циклы кипения и последующего сжижения. Это влияет на состав газов и приводит к получению газовой смеси с требуемыми характеристиками.

Используется также природа перехода газа из одного состояния в другое: нагревание одного литра твердого вещества в жидком состоянии может привести к образованию до 700 литров газа. Поэтому важно, чтобы вещество хранилось надлежащим образом в герметичном баллоне с изоляцией и без риска нагрева.

Статья по теме: Что такое оптический привод. Оптический привод что это.

Также может потребоваться перевести вещество в твердое состояние: охлаждение до 209,86°C приведет к кристаллизации. Образовавшиеся кристаллы начинают растворяться при контакте с кислородом.

Как делают жидкий азот

Процессы получения таких веществ в жидком состоянии хорошо разработаны и помогают получить желаемый продукт. Рассмотрим основные подходы.

Криогенный метод

Используется атмосферный воздух. При таком подходе используется его сжижение. Процедура состоит из нескольких трех этапов.

Сжатие до нужного состояния в компрессоре и передача в теплообменник.
Попадание в расширитель и расширение.
Охлаждение и переход в жидкое состояние.

Такая разница температур позволяет разделить кислород и азот. Эта процедура повторяется несколько раз для получения вещества нужной чистоты.

Криогенные методы обычно используются для массового производства. Сепарационные установки дороги и имеют большие размеры. Для развертывания необходимо иметь большую площадь и обеспечить доступ к необходимым коммуникациям.

Преимуществом этой технологии является высокая чистота продукта. Примеси сведены к минимуму. Кислород и аргон также могут производиться в достаточных количествах. Можно использовать различные состояния, включая жидкости и газы.

Хотите получить консультацию?

Мембранный метод

Это довольно старая и трудоемкая технология. Он называется так потому, что в нем используется специальная мембрана с очень маленькими порами. Когда в него вводится воздух, он свободно проходит через его барьер, а азот остается и стекает в резервуар для хранения.

Этот метод имеет несколько важных преимуществ

Чистота полученного вещества.
Высокий уровень энергоэффективности производства.
Возможность быстрого развертывания процесса производства газа.

Растения легко устанавливаются в нем и не занимают много места. Однако этот метод обычно неэкономичен для массового производства.

Адсорбционный метод

Многие производители также практикуют использование адсорбентов для получения газовых смесей. Этот метод позволяет быстро получать большие объемы готовой продукции.

Установка состоит из двух колонн. Вещества, используемые в работах, содержатся в каждой из них. Воздух забирается непосредственно из атмосферы и сжимается компрессором. Он стабилизируется до необходимого давления в ресивере.

Также важна правильная фильтрация. Это может быть выполнено путем устранения различных примесей и загрязняющих веществ, таких как пыль, углекислый газ, водяной пар и ацетилен, которые рассеяны в городской атмосфере.

После того как смесь полностью очищена, начинается процесс адсорбционного разделения. Для этого воздух проходит через колонну с углеродным молекулярным ситом. Затем смесь поступает во вторую колонну, где азот накапливается в приемнике.