Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Kryogenní kapaliny KFY/FNTEP Bc. Roman Witasek. Přehled kryokapalin vzduchvzduch kyslík (Liquid oxygen LO 2 nebo LOX)kyslík (Liquid oxygen LO 2 nebo LOX)

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Kryogenní kapaliny KFY/FNTEP Bc. Roman Witasek. Přehled kryokapalin vzduchvzduch kyslík (Liquid oxygen LO 2 nebo LOX)kyslík (Liquid oxygen LO 2 nebo LOX)"— Transkript prezentace:

1 Kryogenní kapaliny KFY/FNTEP Bc. Roman Witasek

2 Přehled kryokapalin vzduchvzduch kyslík (Liquid oxygen LO 2 nebo LOX)kyslík (Liquid oxygen LO 2 nebo LOX) dusík (LN 2 )dusík (LN 2 ) argon (LAr)argon (LAr) krypton (LKr)krypton (LKr) xenon (LXe)xenon (LXe) neon (LNe)neon (LNe) vodík (LH 2 )vodík (LH 2 ) helium (LHe)helium (LHe)

3 Složení suchého vzduchu složka% obj.% hm.parc. tlak (Pa) dusík78,08575,527, kyslík20,94723,152, argon0,9341,2889, oxid uhličitý0,03 – 0,130,04620 – 40 neon1, , ,86 helium5, , , krypton1, , ,2 vodík , xenon8, , methan1, , ozon10 -6 – radon ,

4 Složení atmosféry v závislosti na výšce

5 Fázový diagram směsi O 2 a N 2

6 Kapalný vzduch – bezpečnostní předpisy a výhody  bezpečnostní předpisy platné pro LO 2  ekonomické výhody (odpadá rektifikace)

7 Kyslík- vlastnosti  2. hlavní složka atmosféry (≈ 21 % obj.)  16 O (99,76 %), 17 O ( %), 18 O ( %)  T v (90,19 K), T k ( 154,75 K), p k (4,98 MPa)  ρ t.v. = 1140 kg.m -3 legenda: T v …teplota varu za normálního tlaku T k /p k …kritická/ý teplota/tlak ρ t.v …hustota LO 2 při teplotě varu

8 Kyslík ( LO 2 ) – zajímavé vlastnosti  polymer O 4 – modravé zbarvení LO 2  silně paramagnetická kapalina ( χ m = 1,003) - separace LO 2 od O 2 v beztížném stavu - separace LO 2 od O 2 v beztížném stavu - podle změn χ m lze měřit koncentraci O 2 - podle změn χ m lze měřit koncentraci O 2 ve směsi diamagnetických plynů ve směsi diamagnetických plynůlegenda: χ m …magnetická susceptibilita při bodu varu

9 Kyslík ( LO 2 ) – reaktivita, bezpečnostní předpisy  oxidující, podporuje hoření  přísné bezpečnostní předpisy, „ kyslíková čistota ” („LOX clean ” ) „ kyslíková čistota ” („LOX clean ” ) - zabránit styku s org. l. (oleje, tuky, asfalt) – nebezpečí exploze!!! - zabránit styku s org. l. (oleje, tuky, asfalt) – nebezpečí exploze!!! - další nevhodné materiály – Al, Ti, ocel - další nevhodné materiály – Al, Ti, ocel  nepříznivé účinky na zdraví člověka: - kontakt s LO 2 způsobuje těžké omrzliny a vážné poškození očí - kontakt s LO 2 způsobuje těžké omrzliny a vážné poškození očí

10 Materiály vhodné pro práci s kapalným kyslíkem  materiály z mědi, mosazi (Cu+Sn), bronzu (Cu+Zn), monelu (Ni+Cu), čistého azbestu bronzu (Cu+Zn), monelu (Ni+Cu), čistého azbestu  nádoby před použitím opískovány, omývány kyselinou a detergentem, oplachovány demineralizovanou vodou

11 Vznik kapalného kyslíku při práci s jinými kryokapalinami  LO 2 resp. kapalina s vysokým obsahem O 2 může vznikat kondenzací vzduchu na tepelně neizolovaných trubicích, jimiž prochází odpařované He nebo LN 2

12 Výroba LO 2  frakční destilace zkapalněného vzduchu (99 %) - O 2 je méně těkavější (90,19 K) než N 2 (77,3 K), - O 2 je méně těkavější (90,19 K) než N 2 (77,3 K), tedy jeho koncentrace v parách nad vroucím tedy jeho koncentrace v parách nad vroucím kapalným vzduchem je nižší, naopak se jím kapalným vzduchem je nižší, naopak se jím postupně obohacuje fáze kapalná postupně obohacuje fáze kapalná - LO 2 se získává z horní nízkotlaké kolony, kam - LO 2 se získává z horní nízkotlaké kolony, kam přichází ve formě par ze spodní vysokotlaké přichází ve formě par ze spodní vysokotlaké kolony (viz. schéma na snímku 14) kolony (viz. schéma na snímku 14)  (elektrolýza vody – 1%)

13 Kapalný dusík (LN 2 )  bezbarvá kapalina, ρ t.v. = 804 kg.m -3  T v (77,3 K), T k (126,1 K), p k (3,4 MPa)  Δ H výp = 199 kJ.kg -1 legenda: Δ H výp …výparné teplo

14 Výroba LN 2  destilace zkapalněného vzduchu - N 2 je těkavější než O 2, získává - N 2 je těkavější než O 2, získává se jako destilát se jako destilát

15 Srovnání LN 2 s LO 2 z hlediska bezpečnosti  LN 2 není klasifikován z hlediska vzniku výbuchu na rozdíl od LO 2 jako látka nebezpečná (zákon č. 356/2003 Sb. – zákon o chemických látkách a chem. přípravcích)  kontrola znečištění LN 2 (max % O 2 ) - jaderné reaktory (vznik nebezpečné směsi O 3 - jaderné reaktory (vznik nebezpečné směsi O 3 a NO x ozářením) a NO x ozářením)  nepříznivé účinky na zdraví člověka: - při vyšších koncentracích působí dusivě, potřísnění - při vyšších koncentracích působí dusivě, potřísnění může způsobit omrzliny může způsobit omrzliny

16 Využití LN 2 v 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 LN 2

17 Argon - vlastnosti  inertní a netoxický plyn LAr :  v kap. stavu jen v úzkém rozmezí několika K  bezbarvá kapalina, ρ t.v. = 1390 kg.m -3  T v (87,27 K), T k (150,8 K), p k (4,83 MPa)  Δ H výp = 160 kJ.kg -1

18 LAr – aplikace, výhody  hlavně svařování (ochranná atmosféra)  výroba neželezných kovů  elektronika  poměrně snadno získáván destilací zkapalněného vzduchu (1 % obj.)

19 Krypton - vlastnosti  bezbarvý plyn, téměř inertní LKr:  bezbarvá kapalina, ρ t.v. = 2413 kg.m -3  T v (121,3 K), T k (210 K), p k (5,4 MPa)

20 Krypton - využití  plynný v elektronickém průmyslu (kryptonky) - velká Ar (83,8) snižuje vypařování a tep. - velká Ar (83,8) snižuje vypařování a tep. ztráty vláken – vyšší teploty, větší svítivost ztráty vláken – vyšší teploty, větší svítivost  plynová encefalografie  detekce netěsností – radioaktivní 85 Kr

21 Xenon - vlastnosti  inertní, netoxický, bezbarvý plyn  ze složek vzduchu nejtěžší a nejvzácněji zastoupen LXe:  ρ t.v. = 2987 kg.m -3  T v (164 K), T k (289,7 K), p k (5,83 MPa)

22 Xenon - aplikace  žárovky automobilů  plazmové obrazovky TV  moderní narkotizační plyn - možnost přesného řízení doby uspání - možnost přesného řízení doby uspání - bez nežádoucích vedlejších účinků - bez nežádoucích vedlejších účinků

23 Neon  inertní, netoxický plyn LNe:  bezbarvá kapalina, ρ t.v. = 1206 kg.m -3  T v (27,1 K), T k (44,4 K), p k (2,6 MPa)  Δ H výp = 86 kJ.kg -1

24 Neon - aplikace  velmi používaná kryokapalina pro mechanické zkoušky vlastností materiálů  chlazení infrasnímačů

25 Vodík – vlastnosti, izotopy  bezbarvý, nejlehčí plyn (Mr = 2,01588)  přísné bezpečnostní předpisy při práci s H 2 a LH 2 - výbušná směs (4-77 % obj. H 2 ve vzduchu) - výbušná směs (4-77 % obj. H 2 ve vzduchu)  deuterium - 0,0156 % - molekuly HD, (D 2 )  tritium - radioaktivní, - emise částic β - (t 1/2 =12,35 let) - emise částic β - (t 1/2 =12,35 let)

26 Vodík - izotopy vlastnost H2H2H2H2 D2D2D2D2 T2T2T2T2 T v (K) 20,3923,6725,04 T k (K) 33,1938,3540,6 (vypočteno) (vypočteno) T tb (K) 13,9618,7320,6 P k (MPa) 1,3151,665 1,834 (vypočteno) Δ H výp (kJ.mol -1 ) 0,9041,2261,393 legenda: T tb …teplota trojného bodu

27 Orthovodík, paravodík  2 formy molekul H 2 lišících se orientací jaderného spinu  orthovodík – spiny stejného směru (paralelní) - výsledný jaderný spin je 1 (1/2 +1/2) - výsledný jaderný spin je 1 (1/2 +1/2)  paravodík – spiny opačného směru (antiparalelní) - výsledný jaderný spin je 0 - výsledný jaderný spin je 0

28 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-H K (99,79 % para-)- směs e-H K srovnatelné množství obou forem - 77 K srovnatelné množství obou forem  normální vodík (n-H 2 ) = směs 75 % ortho- a 25 % paravodíku za běžné teploty  při n. b.v.(20,28 K) – pomalá spontánní konverze LH 2 (ortho- → para-)

29 Helium  1868 (Lockyer) – objev ve slunečním spektru (Helios – Slunce)  vzácný, nejobtížněji zkapalnitelný plyn  zdrojem je zemní plyn LHe: (normální kapalné 4 He)  bezbarvá kapalina, ρ t.v. = 125 kg.m -3  T v (4,215 K), T k (5,20 K), p k (0,226 MPa)  Δ H výp = 23,5 kJ.kg -1, n=1,02 (těžko pozorovatelná)

30 Helium - izotopy 4 He – 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 3 He – vzácný, získává se při jaderné reakci:  L 3 He – nejnižší známý bod varu (3,2 K)  1972 – experiment. potvrzena supratekutost (2,6 mK)  užití v aparaturách pro dosahování teplot pod 1 K

31 Fázové diagramy helia


Stáhnout ppt "Kryogenní kapaliny KFY/FNTEP Bc. Roman Witasek. Přehled kryokapalin vzduchvzduch kyslík (Liquid oxygen LO 2 nebo LOX)kyslík (Liquid oxygen LO 2 nebo LOX)"

Podobné prezentace


Reklamy Google