Небольшой сосуд дьюара применяемый в быту. Сосуды Дьюара: применение и конструктивные особенности

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.

Термос изобретен усилиями трех человек на протяжении четверти века. В 1879 году физик профессор А. Вайнольд предложил использовать для сохранения жидких газов двустенный сосуд из стекла с вакуумом между стенками. В 1890 году английский химик профессор Джеймс Дьюар усовершенствовал «бутылку Вайнхольда», посеребрив стенки, что ослабило утечку тепла через стенки. Наконец, в 1904 году берлинский стеклодув Р. Бургер добавил к сосуду Дьюара защитную оболочку и стал продавать его как термос для горячего кофе или бульона.

Сосуд Дьюара представляет собой резервуар «сосуд в сосуде», межстенное пространство которого заполнено многослойной изоляцией (алюминиевая фольга АДI-М-0,011 и стеклобумага - стекловуаль ЭВТИ-7) и откачан воздух при изготовлении до остаточного давления 10 (-4) мм.рт.ст. Для поддержания глубокого вакуума в межстенном пространстве расположены адсорбент и поглотитель водорода. Материал сосуда - алюминиевый сплав АМц, благодаря этому температура в верхней зоне сосуда Дьюара не поднимается выше минус 170 градусов цельсия даже при наличии в нем 5 кг. (12%) жидкого азота.

В настоящее время промышленно выпускается криогенное оборудование (греч. криос – холод, генос - рождение) разных типов и марок: сосуды Дьюара промышленные – СДП: СДП-5, СДП-10, СДП-16, СДП-25, СДП-40 и др. (цифра означает емкость сосуда в литрах); СД –сельскохозяйственные: СДС-5, СДС-20, СДС-30, Х-30 (Харьков-30) и др.; стационарные хранилища – ХСЖА, КВ-6202, ХБ-0,5 (на 500 л.), ХБ-0,2 (на 240 л.) и др.

Важнейшей характеристикой Сосуда Дьюара является срок полного испарения жидкого азота, который для всех СДП и СДС составляет 30-35 суток, а в сосудах старого типа АТ-6 – до 20 суток. Испаряемость жидкого азота от СДП-5 до СДП-40 составляет от 10 до 24 г/ч (4,8-1,8% в сутки!), в СДС-20, СДС-35, СДС-50 соответственно 10,12,14 г/ч.

Сосуды Дьюара нового поколения «СДС-35М» и СДС-6М – имеет более совершенную многослойную теплоизоляцию и высокий вакуум; внутренний и наружный слои из алюминиевого сплава соединены стеклопластиковой горловиной, при этом время полного испарения жидкого азота доходит до 300 и 48 суток соответственно, а испаряемость жидкого азота составляет 3,9 и 4,6 г/час. (См. Рис. Схема сосуда Дьюара).

Жидкий азот – это бесцветная жидкость, по внешнему виду напоминает воду. Температура кипения его -196 °C, удельный вес 0,804 кг/л, теплота испарения -47,7 ккал/кг. Из всех криогенных жидкостей, получаемых путем сжижения атмосферного воздуха (жидкий воздух, жидкий кислород -183 °C) жидкий азот наименее опасен, химически инертен. Испаряясь, он превращается в газообразный азот, который бесцветен, не имеет запаха, не горюч, его удельный вес 1,16 кг/м3, молекулярная масса 28; в атмосферном воздухе он содержится в количестве 79%. При длительном вдыхании воздуха с повышенным содержанием азота (уменьшение содержание кислорода менее 16%) у человека наблюдается головная боль, а при больших концентрациях азота (например, выливание азота из упавшего Сосуда Дьюара) – обморочное состояние. Поэтому в помещениях, где работают с жидким азотом, должна быть принудительная вентиляция. На пункте Сосуды Дьюара хранят в манеже, в специально отгороженном решеткой месте или лаборатории, на таком расстоянии от окна или двери, чтобы до него мог достать шланг для заправки жидким азотом.

При падении, ударах, резких толчках может произойти нарушение соединения внутреннего и наружного сосудов, так как они соединены только в области горловины, что сопровождается потерей вакуума, поэтому при транспортировке необходимо надежно закреплять Сосуд Дьюара в кузове машин. Первым признаком потери вакуума является обледенение, появление инея – образование «снеговой шубы» в области горловины кожуха Сосуда Дьюара, испарение жидкого при этом идет очень быстро. Категорически запрещается оставлять на отогрев такие сосуды Дьюара в помещение, где могут находится люди, так как увеличение давления в межстенном пространстве может привести к взрыву. Сосуды Дьюара, потерявшие вакуум, отогревают в течение не менее трех суток в изолированном помещении, а затем отправляют для ремонта на завод-изготовитель.

Особенности эксплуатации Сосудов Дьюара заключается в том, что оператор должен регулярно определять уровень жидкого азота в них. Первый замер производится через неделю, после доливки, второй – через неделю после первого. Результаты замеров фиксируются в журнале. Для обычных Сосудов Дьюара необходимо произвести третий замер, в течение третий недели после доливки, при этом необходимо записывать температуру окружающего воздуха, сколько раз открывался сосуд Дьюара. Определять уровень жидкого азота можно специальными металлическим щупом –мерной линейкой: её опускают в Сосуд Дьюара до дна и выдерживают 15-20 секунд, извлекают – замерзшая зона покажет количество азота в Сосуде Дьюара.

HVM - итальянская компания с главным офисом в городе Ливорно, - уже более 20 лет разрабатывает и производит широкий спектр криогенных сосудов Дьюара с различным рабочим давлением, разными системами отвода газов и жидкостей, вертикальных и горизонтальных, паллетизированным управлением и т.д. Продукция компании используется при хранении и транспортировке газов при низких температурах. Области использования:

• индустриальная
• научная
• пищевая
• рыбоводство
• криобиология
• животноводство
• борьба с вредителями

Также, компания разработала установки для кислородотерапии (стационарный “OXY-BLU” и компактный “OXY-LIGHT).

Вся продукция отвечает европейским требованиям ADR и TPED (Directive 2010/35/UE). Вестмедгрупп является официальным поставщиком криогенных сосудов на российский рынок медицинской техники.

Сосуд Дьюара - сосуд, предназначенный для длительного хранения веществ при повышенной или пониженной температуре. Постоянная температура поддерживается пассивными методами, за счет хорошей теплоизоляции и/или процессов в хранимом веществе (например, кипение). В этом основное отличие сосуда Дьюара от термостатов, криостатов.

Первый контейнер для хранения сжиженных газов был разработан в 1881 году немецким физиком А. Ф. Вейнхольдом. Он представлял собой стеклянный ящик с двойными стенками с откачанным из межстеночного пространства воздухом и был использован физиками К. Ольшевским и С. Врублёвским для хранения жидкого кислорода.

Шотландский физик сэр Джеймс Дьюар в 1892 году усовершенствовал стеклянный ящик Вейнхольда, превратив его в двустенную колбу с узким горлом для уменьшения испарения жидкости. Межстеночное пространство посеребрено и из него откачан воздух. Всю эту хрупкую конструкцию Дьюар подвесил на пружинах в металлическом кожухе. Благодаря своей разработке Дьюар первым смог получить и сохранить жидкий (1898) и даже твердый (1899) водород.

Первые сосуды Дьюара для коммерческого использования были произведены в 1904 году, когда была основана немецкая фирма Thermos GmbH по производству термосов. В лабораториях и в промышленности сосуд Дьюара используется для хранения криожидкостей, чаще всего жидкого азота.

В медицине и ветеринарии специальные сосуды Дьюара используются для длительного хранения биологических материалов при низких температурах.

В геофизике в сосуды Дьюара помещают электронные компоненты и кристаллы при работах в горячих скважинах (от 400К).

Криостаты различаются

по роду применяемого хладагента (азотные, гелиевые, водородные и т. д.);

по материалу, из которого они сделаны (стеклянные, металлические, пластмассовые);

по назначению (для радиотехнических, оптических, медицинских и др. исследований, для сверхпроводящих магнитов, приёмников излучения и т. д.).

Плюсом в использовании криогенных вертикальных емкостей является экономия площади по сравнению с горизонтальными криогенными емкостями. Однако вертикальные емкости требуют разработки проекта их установки и регистрации в органах Ростехнадзора, в отличие от транспортных криогенных емкостей.

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 .