Was sind kryogene Flüssigkeiten und wie werden sie gewonnen?
Kryogene Flüssigkeiten sind stark gekühlte Gase mit einem Siedepunkt nahe -100º oder darunter. Das Abkühlen dieser Gase muss unterhalb der Umgebungstemperatur erfolgen.
Obwohl verschiedene kryogene Gase spezifische Eigenschaften haben und unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen flüssig werden, haben sie alle eines gemeinsam: Kleine Mengen ihrer Flüssigkeit können sich zu großen Gasmengen ausdehnen (die auch extrem kalt bleiben).
Klassifizierung von kryogenen Flüssigkeiten
Unabhängig von den individuellen Eigenschaften kryogener Flüssigkeiten lassen sich fast alle zur Klassifizierung in eine von drei Hauptgruppen einteilen:
- Inertgase: Diese Gase zeigen keine bedeutsame chemische Reaktion; sie brennen nicht und lassen keine Verbrennung zu. Einige davon sind Stickstoff, Helium, Neon, Argon und Krypton.
- Brennbare Gase: Das von diesen kryogenen Flüssigkeiten erzeugte Gas kann an der Luft brennen. Die häufigsten Beispiele sind Wasserstoff, Methan und verflüssigtes Erdgas.
- Sauerstoff: Viele der als „nicht brennbar“ geltenden Materialien können in Gegenwart von flüssigem Sauerstoff brennen. Organische Materialien können mit flüssigem Sauerstoff explosionsartig reagieren. Aus diesem Grund müssen die mit dem Umgang mit flüssigem Sauerstoff verbundenen Gefahren und Vorsichtsmaßnahmen gesondert betrachtet werden.
Die am häufigsten verwendeten kryogenen Flüssigkeiten
Die Anwendungen kryogener Flüssigkeiten sind in großen Industrien mit unterschiedlichen Anforderungen üblich; wie Medizin, Werkzeugbau, Luft- und Raumfahrt, Nuklearforschung und Laborarbeit.
Flüssiger Stickstoff
Eine der gebräuchlichsten Gefrierflüssigkeiten ist Stickstoff in reinem Zustand, bei einer Temperatur von gleich oder weniger als -196º. Seine Anwendungen sind sehr breit und vielfältig; Einige Beispiele sind die Verwendung in der Luftfahrtindustrie zur Herstellung sehr leichter und hochbeständiger Materialien oder die Verwendung in der Automobilindustrie zum Schweißen von Teilen, Rahmen und anderen wichtigen Komponenten im Automobilbau.
Im Gesundheitswesen wird es zum Einfrieren und Transportieren von Blutproben und anderen biologischen Proben verwendet, ohne die Gewebestruktur zu beschädigen, sowie zum Einfrieren von Eizellen und zur Zerstörung von erkranktem Gewebe in der Dermatologie. Weitere Anwendungen reichen von der Lebensmittel- und Haute Cuisine bis hin zur Metall- und Schweißindustrie.
Flüssiges Helium
Helium, das den niedrigsten bekannten Siedepunkt hat, wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie häufig als Druckmittel für Fluidsysteme am Boden und im Flug verwendet. Darüber hinaus wird es in der Automobilindustrie verwendet, um kritische Automobilkomponenten zu testen, und beim Tauchen, zusammen mit Sauerstoff, um Tauchern zu ermöglichen, tiefer zu tauchen, indem der Atemwiderstand in der Tiefe verringert wird.
Die Elektronikindustrie verwendet Helium auch zur Herstellung von Halbleitern und anderen Komponenten, um Teile schnell abzukühlen, um die Leistung zu verbessern. In der Krankenhausindustrie wird es verwendet, um hochauflösende Bilder in der Magnetresonanztomographie aufzunehmen.
Andere beliebte kryogene Flüssigkeiten
Gefrierflüssigkeiten wie flüssiger Sauerstoff oder flüssiges Kohlendioxid werden ebenfalls in großem Umfang für industrielle, medizinische und Lebensmittelzwecke verwendet. Flüssiges CO2 kann in Indoor-Kulturen zur Ertragssteigerung eingesetzt werden, während flüssiger Sauerstoff die Produktivität und Effizienz in industriellen Prozessen erhöht.
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So lagern Sie kryogene Flüssigkeiten
Kryogene Flüssigkeiten, die gelagert werden, sind Gase, die komprimiert und auf extrem niedrigen Temperaturen gehalten werden. Eine Gasdekompression würde eine so schnelle Expansion verursachen, dass der Behälter platzen und möglicherweise explodieren würde.
Aus diesem Grund müssen Behälter für kryogene Flüssigkeiten speziell für diesen Zweck gebaut werden und höchsten Qualitäts- und Sicherheitsstandards entsprechen.
Kryobehälter: Arten der Lagerung
Die sehr niedrigen Temperaturen, die in diesen Flüssigkeiten gehandhabt werden, führen dazu, dass die meisten Feststoffe beschädigt und spröde werden, sodass Materialien wie Kohlenstoffstahl, alle Arten von Kunststoffen oder Gummi für den direkten Kontakt mit der Substanz ausgeschlossen sind.
Druckbehälter zur Speicherung dieser Flüssigkeiten werden je nach Verbrauchsbedarf in den unterschiedlichsten Größen gebaut. Von Laborflaschen bis hin zu Dewars mit großem Fassungsvermögen oder sogar Kryotanks.
Materialien für Lagerbehälter
Obwohl Kryobehälter je nach Inhaltsstoff unterschiedliche Formen und Konstruktionsmerkmale aufweisen, bestehen Behälter für den industriellen Einsatz aus einer Struktur, die in drei grundlegende Teile unterteilt ist:
- Ein Innenbehälter aus austenitischem Edelstahl / Aluminium, der für sehr niedrige Temperaturen vorbereitet ist.
- Ein äußerer Behälter, normalerweise aus Kohlenstoffstahl.
- Eine Isolationsschicht zwischen beiden Behältern, in der Regel mit einer Kombination aus Hochvakuum und Isolationsmaterial versehen.
Zusätzlich zu den beiden isolierten Behältern sind die Behälter mit größerem Fassungsvermögen mit einer weiteren Schlüsselkomponente für ihren korrekten Betrieb ausgestattet: einem Druckregulierungssystem, das so konzipiert ist, dass der Druck immer konstant und den Bedürfnissen des Benutzers angepasst ist.
Für das Design und die Berechnung der Tanks müssen sehr strenge Sicherheitsanforderungen und Protokolle befolgt werden, und ein international anerkannter Designcode (je nach Land) wird verwendet, um eine millimetergenaue Fertigung sicherzustellen.
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Gefahren beim Arbeiten mit kryogenen Flüssigkeiten
Operationen mit kryogenen Flüssigkeiten sind extrem heikel; Jeder kleine Fehler kann zu einem schweren Unfall führen. Deshalb können scheinbar harmlose Handlungen eine Katastrophe auslösen.
Hauptrisiken beim Arbeiten mit kryogenen Flüssigkeiten
Eines der größten Risiken bei der Arbeit mit kryogenen Flüssigkeiten ist die extrem hohe Geschwindigkeit, mit der sie verdampfen können (700 I); im Handumdrehen Explosion und Erstickung verursachen können.
Der von diesen Gasen abgegebene Dampf kann schneller abkühlen als die Flüssigkeit selbst, sodass der Kontakt damit Erfrierungen an den Bronchien und Augen verursachen kann.
Darüber hinaus kann der direkte Kontakt mit der Flüssigkeit zu Gefrierverbrennungen ersten Grades führen, weshalb es so wichtig ist, eine angemessene Schutzausrüstung (in Bezug auf Augen, Hände und Kleidung) zu verwenden und immer die entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen mit besonderer Sorgfalt zu befolgen die Augen.
Anweisungen beim Arbeiten mit kryogenen Flüssigkeiten
Isolierbehälter (Dewars), die für den Transport und die Lagerung von kryogenen Flüssigkeiten verwendet werden, müssen speziell nach den festgelegten Richtlinien gehandhabt werden. Werden sie beispielsweise hermetisch verschlossen oder verschlossen, besteht eine hohe Explosionsgefahr durch Sauerstoffkondensation.
Die Arbeit mit dieser Art von Flüssigkeit muss an offenen Orten erfolgen oder zumindest ausreichend belüftet sein, um Sauerstoffmangel und Schwindelgefahr zu vermeiden. Beim Umfüllen ist besondere Vorsicht geboten, was niemals in geschlossenen Räumen geschehen sollte, und es müssen strenge Maßnahmen befolgt werden, wie z.B. das Verwenden eines Lufttransfers, eine Augenspülung und eine Dusche in der Nähe haben oder alles fettfrei halten.
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