|
Свойства жидкого азота

Жидкий азот это вещество азот N2 в жидком состоянии при экстремально низкой температуре -196C (77.35K) при давлении 101,3кПа. Зависимость температуры кипения жидкого азота от давления представлена в Таблице 2. Жидкий азот не обладает цветом и запахом. При контакте с воздухом жидкий азот поглощает из него кислород, образуя раствор кислорода в азоте в связи с чем температура кипения смеси постепенно меняется.
Температура жидкого азота может быть понижена до точки замерзания -210С (63К) при создании необходимого разряжения над его поверхностью. Разряжение достигают путем откачки емкости с жидким азотом вакуумным насосом соответствующей производительности.
Плотность жидкого азота при давлении при давлении 101,3кПа составляет 808кг/м3. Зависимость плотности жидкого азота от давления представлена в Таблице 3.
Жидкий азот получают путем ожижения атмосферного воздуха с дальнейшим его разделением на ректификационной колонне, либо ожижением газообразного азота, полученного с помощью мембранного, либо сорбционного метода разделения воздуха. В атмосферном воздухе содержание газообразного азота составляет 75,6 % (по массе) или 78,084 % (по объёму).
Таблица 1. Марки жидкого азота классифицируют в соответствии с ГОСТ 9293-74.
Марка азота / состав |
Особой чистоты (ОСЧ) |
Повышенной чистоты |
Технический |
1-й сорт |
2-й сорт |
1-й сорт |
2-й сорт |
1-й сорт |
2-й сорт |
Объемная доля азота, %, не менее |
99,999 |
99,996 |
99,99 |
99,95 |
99,6 |
99,0 |
Объемная доля кислорода, %, не более |
0,0005 |
0,001 |
0,001 |
0,05 |
0,4 |
1,0 |
 Для хранения жидкого азота используются специальные емкости с вакуумной изоляцией. Небольшие емкости для хранения жидкого азота емкостью менее 50л называют сосудами Дьюара, емкости большего объема называют криогенными сосудами, криогенными емкостями и цистернами. При хранении азот испаряется, наиболее качественные емкости характеризуется минимальным значением его испарения. Для криогенных сосудов типичные потери продукта составляют 1-2% в сутки, для сосудов Дьюара 0,2-0,3% в сутки.
Жидкий азот используют для охлаждения различных объектов и для газификации. Газификация жидкого азота позволяет существенно сократить издержки на доставку газообразного азота потребителю. Для газификации жидкого азота используются специальные сосуды газификаторы различных модификаций и азот марки ОСЧ. Для охлаждения достаточно технического азота, т.к. для охлаждения различных объектов как правило отсутствуют требования на чистоту азота. Под чистотой азота понимается степень содержания в нем кислорода.
Таблица 2. Давление насыщенных паров азота при температурах 20-126К
Т, К |
p, гПа |
Т, К |
p, МПа |
над кристаллом |
над жидкостью |
20,0 |
1,44×10-10 |
63,15* |
0,0125* |
21,2 |
1,47×10-10 |
64 |
0,0146 |
21,6 |
3,06×10-10 |
66 |
0,0206 |
22,0 |
6,13×10-10 |
68 |
0,0285 |
22,5 |
1,59×10-9 |
70 |
0,0386 |
23,0 |
3,33×10-9 |
72 |
0,0513 |
24,0 |
1,73×10-8 |
74 |
0,0670 |
25,0 |
6,66×10-8 |
76 |
0,0762 |
26,0 |
2,53×10-7 |
77,36** |
0,1013** |
26,4 |
4,26×10-7 |
80 |
0,1371 |
30,0 |
3,94×10-5 |
82 |
0,1697 |
37,4 |
1,17×10-2 |
84 |
0,2079 |
40,0 |
6,39×10-2 |
86 |
0,2520 |
43,5 |
1,40×10-1 |
88 |
0,3028 |
49,6 |
3,49 |
90 |
0,3608 |
52,0 |
7,59 |
92 |
0,4265 |
54,0 |
13,59 |
94 |
0,5006 |
56,0 |
23,46 |
96 |
0,5836 |
58,0 |
39,19 |
98 |
0,6761 |
60,0 |
69,92 |
100 |
0,7788 |
62,0 |
98,11 |
102 |
0,8923 |
|
|
104 |
1,0172 |
|
|
106 |
1,1541 |
|
|
108 |
1,3038 |
|
|
110 |
1,4669 |
|
|
116 |
2,0442 |
|
|
120 |
2,5114 |
|
|
124 |
3,0564 |
|
|
126,2 *** |
3,4000*** |
Примечание: * - тройная точка; ** - точка нормального кипения; *** - критическая точка
Таблица 3. Плотность жидкого азота в диапазоне температур 63-126К
Т, К |
ρ, кг/м3 |
63,15 |
868,1 |
70 |
839,6 |
77,35 |
807,8 |
80 |
795,5 |
90 |
746,3 |
100 |
690,6 |
110 |
622,7 |
120 |
524,1 |
126,25 |
295,2 |
Таблица 4. Приблизительный расход жидкого азота на охлаждение некоторых металлов
Хладагент |
Температурный интервал
охлаждения металла, К |
Расход хладагента, л на 1 кг металла |
Алюминий |
Нержавеющая сталь |
Медь |
При использовании теплоты парообразования |
Жидкий азот |
300 до 77 |
1,0 |
0,53 |
0,46 |
При использовании теплоты парообразования и теплоемкости пара |
Жидкий азот |
300 до 77 |
0,64 |
0,34 |
0,29 |
Таблица 5. Основные физические свойства жидкого азота
Параметр, свойство |
Азот |
Температура кипения, К |
77,36 |
Критическая точка |
-
Температура Ткр, К
-
Давление ркр, МПа
-
Плотность ρкр, кг/м3
|
|
Тройная точка |
-
Температура Ттр, К
-
Давление ртр, кПа
|
|
-
Плотность ρ, кг/м3: пара
-
жидкости
|
|
-
Уд. Теплоёмкость пара Ср, кДж/(кг°К):
-
жидкости
|
|
-
Теплота парообразования r, кДж/кг
-
кДж/л
|
|
Отношение разницы энтальпий газа при Т=300К и Т=4,2К к теплоте парообразования, Δi/r |
1,2 |
-
Коэф. теплопроводности λ, мВт/(м°К) пара
-
жидкости
|
|
Диэлектрическая постоянная жидкости |
1,434 |
Газ при нормальных условиях (t= 0 °C, p=101,325кПа) |
-
Плотность ρ, кг/м3
-
Уд. теплоёмкость Ср, кДж/(кг°К)
-
Коэф. теплопроводн. λ, мВт/(м°К)
-
Объем насыщенного пара из 1 л жидкости:
-
Объем газа из 1 л жидкости:
|
-
1,252
-
1,041
-
23,96
-
178
-
646
|
-
Молярная масса μ,кг/моль
-
Газовая постоянная R, Дж/(кг°К)
-
Показатель адиабаты γ= Cp/C
|
|
|