دليل الموضوع

المقدمة

ما هو النيتروجين السائل؟

حقائق عن النيتروجين السائل

استخدامات النيتروجين السائل

مخاطر النيتروجين السائل

المقدمة:

كل شيء في الحياة ذو حدين، فالنيتروجين السائل مادة خطيرة، ومع ذلك فإن له العديد من الاستخدامات في مُختلف المجالات سنتعرف معاً على ماهية النيتروجين السائل واستخداماته والمخاطر الناتجة عن استخدامه بشكل خاطئ وأيضاً سنذكر بعض الحقائق عنه

ما هو النيتروجين السائل:

النيتروجين السائل هو الشكل المسال لعنصر النيتروجين.

تماما كغاز النيتروجين، فإن النيتروجين السائل يتكون من ذرتي نيتروجين تشتركان في روابط تساهمية (N2) .

حقائق عن النيتروجين السائل

-   النيتروجين السائل هو الشكل السائل لعنصر النيتروجين يتم إنتاجه تجاريًا عن طريق التقطير التجزيئي للهواء السائل، النيتروجين السائل مثل غاز النيتروجين يتكون من ذرتين من النيتروجين تتشاركان في الروابط التساهمية (N2) ، يُشار أحيانًا إلى النيتروجين السائل على أنه LN2 أو LN أو LIN.

-   عند الضغط العادي يغلى النيتروجين السائل عند 77 كلفن (195.8 درجة مئوية أو −320.4 درجة فهرنهايت).

-   نسبة تمدد النيتروجين من السائل إلى الغاز تصل إلى 1 إلى 694وهذا يعني أن غليان النيتروجين السائل لملء حجم بغاز النيتروجين يكون بسرعة كبيرة .

-   النيتروجين السائل غير قابل للاشتعال كما أنه عنصر خامل نسبياً وغير سام وعديم اللون والرائحة.

-   النيتروجين السائل يتم تخزينه في حاويات خاصة وتكون معزولة وهذه الحاويات تُنفذ حتى تمنع الضغط، ويمكن تخزين النيتروجين السائل لساعات أو حتى بضعة أسابيع.

-   مما يعني أنه يغلي LN2 تأثير لايدنفروست بسرعة كبيرة ويقوم بإحاطة السطح بطبقة من غاز النيتروجين تكون عازلة و هذا هو سبب انسكاب قطرات النيتروجين على الأرض.

-   غاز النيتروجين يكون أخف قليلاً من الهواء وذلك عند وصوله إلى درجة حرارة الغرفة ولكنه قليل الذوبان في الماء .

-   تم صنع النيتروجين السائل لأول مرة في 15 أبريل 1883 بواسطة الفيزيائيين البولنديين “زيجمونت وروبليوسكي” و “كارول أولزيفسك.

النيتروجين المعبأ في زجاجات

-   الاختيار الأول المذكور هو شراء زجاجات نيتروجين من مرفق إنتاج. هذه العملية بسيطة للغاية؛ حيث تطلب كمية النيتروجين اللازمة لاستعمالك، وسيسلمها إليك المورد في زجاجات كبيرة ثقيلة.

-   يتم تحويل غاز ثاني أكسيد النيتروجين ورمزه N2O2 ، الذي يتم توليده في مصنع النيتروجين المبرّد إلى غاز وتعبئته في زجاجات تحت ضغط عالٍ للغاية (300 بار). ونتيجةً لذلك، يتم تخزين الكثير من غاز النيتروجين في زجاجات صغيرة نسبيًا. ومع ذلك، يجب أن تكون جدران الحاوية سميكة للغاية من أجل تحمل الضغط العالي، الأمر الذي يضيف وزنًا.

-   بعد الاستخدام، يتم وضع هذه الزجاجات في رف، حيث يتم تخزينها للجمع - الأمر الذي يتطلب مساحة تخزين إضافية.

المزايا:

● حل سهل للمرافق ذات معدل الاستهلاك المنخفض من النيتروجين .

● يوفر نيتروجينًا متاحًا بسهولة استعدادًا للتدفقات القصوى .

● تركيب يتسم بالبساطة .

العيوب:

● عملية النقل ضارة بالبيئة نظرًا إلى حجم الزجاجات ووزنها .

● يجب أن يكون الضغط التشغيلي أكبر من ضغط الزجاجة، وإلا سيتم هدر النيتروجين .

● السعر مرتفع نسبيًا بسبب تكاليف الإنتاج والشحن .

● يتطلب نظام تبديل أرفف زجاجات خاصًا لتجنب انقطاع سير العمل .

● توجد مخاوف تتعلق بالسلامة (مناولة الفولاذ الثقيل، الضغط العالي ( .

● يؤدي إلى الاتكالية على موردي النيتروجين .

● غير مناسب لمعدل استهلاك الغاز المرتفع .

إمداد النيتروجين السائل غير المعبّأ

أما الخيار الثاني الذي يتضمن إشراك جهة خارجية فهو تركيب صهريج تخزين النيتروجين السائل الذي تملؤه شركة الغاز بشكل دوري. يمكن استئجار هذه الصهاريج من المورّد أو شراؤها. بالإضافة إلى ذلك، يلزم وجود مبخّر لاستخدام النيتروجين الغازي .

يحوّل المبخّر النيتروجين السائل إلى غاز النيتروجين. وكما هو الحال مع النيتروجين المعبأ في زجاجات، فإن النقل مطلوب لتوفير النيتروجين السائل. ولكن، في هذه الحالة، يتم نقله في شاحنة بصهريج معزول حراريًا. وبعد ذلك يتم ضخ النيتروجين السائل من الشاحنة إلى صهريج التخزين المعزول حراريًا

من الممكن أيضًا طلب النيتروجين السائل في عبوات صغيرة لحالات الاستهلاك الأصغر، ويُطلق على هذه الصهاريج الصغيرة اسم ديوار. وكما هو الحال كذلك في النيتروجين المعبأ في زجاجات، يتم إنتاج النيتروجين السائل في مصنع نيتروجين مبرّد

المزايا:

● يوفر نيتروجينًا متاحًا بسهولة استعدادًا للتدفقات القصوى .

● بشكل عام، أكثر فعالية من حيث التكلفة من النيتروجين المعبأ في زجاجات .

● سهولة عمليات تعديل السعة لتوافق احتياجات النيتروجين المتغيرة .

العيوب :

● عزل الصهريج غير مثالي. من الممكن أن يسخن الغاز السائل ويتبخر، في العملية المعروفة باسم مفقودات الغليان .

● تشكل العقود طويلة الأجل المبرمة مع شركات الغاز ممارسة شائعة (تتراوح عادةً ما بين 5-7 سنوات).

● يتطلب إعدادًا إضافيًا بما في ذلك قاعدة أرضية خاصة ومبخّر .

● ضار بالبيئة .

● مخاوف تتعلق بالسلامة (تبلغ درجة حرارة النيتروجين السائل -196 درجة مئوية، وهناك احتمال للإصابة بقضمة الصقيع عند التعامل مع النيتروجين السائل).

● يمكن أن يتجمد المبخّر عندما تكون كمية استهلاكك للنيتروجين أعلى من القيمة الاسمية أو عندما يكون الطقس باردًا في الخارج .

* تمثّل مفقودات الغليان قيمةً ضائعة. وكلما استخدمت كمية نيتروجين أقل من سعة الصهريج، ارتفع الضغط وأدى إلى مفقودات الغليان. إذا لم يتم استهلاك أي غاز على الإطلاق، فإن هذه النفايات تصل إلى 1% من الحجم المتبقي في الصهريج، في اليوم الواحد. للتصدي لهذه الخسائر، تلزم تعبئة الصهريج بشكل منتظم (بمعدل مرة واحدة كل أسبوع عادةً.

استخدامات النيتروجين السائل:

النيتروجين السائل له استخدامات عديدة، تعتمد بشكل أساسي على درجة حرارته الباردة وتفاعله المنخفض، يستخدم في:

1.تجميد ونقل المنتجات الغذائية.

2.يستخدم كمبرد للمواد والمعدات الصناعية.

3. يستخدم في العلاج بالتبريد لإزالة تشوهات الجلد.

4. التجميد السريع للمياه والأنابيب للعمل عليها عندما تكون الصمامات غير متوفرة.

5.  مشاريع علمية، مثل صناعة آيس كريم النيتروجين السائل.

6. تم استخدام النيتروجين السائل في الجراحة البردية لإزالة بعض السرطانات والآفات الجلدية.

7. يتم استخدام النيتروجين السائل في تخزين الأنسجة والخلايا والدم في درجات الحرارة شديدة البرودة وذلك لتجنب أكسدة العينات، وحفظ العينات البيولوجية مثل الحيوانات المنوية   والبويضات والعينات الوراثية الحيواني.  

8.يستخدم النيتروجين في الصناعة الكهربائية لمنع الأكسدة والتفاعلات الكيميائية الأخرى وضغط أغطية الكابلات ولحماية المحركات.

مخاطر النيتروجين السائل:

-   النيتروجين السائل بارد بدرجة كافية لتجميد الأنسجة الحية، فعند التعامل معه يجب اتخاذ احتياطات سلامة بالغة الأهمية، فيجب ارتداء معدات السلامة لمنع ملامسته او استنشاق البخار شديد البرودة.

-   شرب النيتروجين السائل قد يكون مميتا، فهو يجمد الخلايا، وبالإضافة الى ذلك فهو يتوسع الى غاز سريعا فيمزق الجهاز الهضمي.

-    عند العمل بالنيتروجين السائل فإن اتخاذ احتياطات السلامة أمر بالغ الأهمية.

-   النيتروجين السائل بارد بدرجة حرارة لا تقل عن (-196 درجة مئوية) لذلك يمكن أن يحدث عضة صقيع شديدة عند ملامسة النيتروجين السائل أي أنسجة حية، عند التعامل مع النيتروجين السائل لمنع ملامسة أو استنشاق البخار شديد البرودة يجب ارتداء معدات السلامة المناسبة قم بتغطية الجلد وعزله لتجنب التعرض .

-   نظرًا لأن النيتروجين السائل يغلي بسرعة كبيرة فإن انتقال الطور من السائل إلى الغاز يمكن أن يولد الكثير من الضغط بسرعة كبيرة، لذلك تجنب وضع النيتروجين السائل في حاوية مغلقة لأنه يمكن أن يؤدي إلى انفجارها.

-   إضافة كميات كبيرة من النيتروجين السائل الى الهواء في غرفة مغلقة يؤدي إلى تقليل نسبية للأكسجين وهذا يعني أن خطر الإصابة باختناق كبير لأن غاز النيتروجين السائل البارد أثقل من الهواء بكثير لذا فإنه هناك خطر كبير فيجب استخدام النيتروجين السائل في منطقة جيدة التهوية.

-   تراكم حاويات من النيتروجين السائل يجعل الأكسجين يتكثف من الهواء ويتم تبخر النيتروجين في الهواء ويكون هناك خطر على المواد العضوية لأنها يمكن أن تتأكسد.

  هل أعجبك الموضوع؟ شاركنا برأيك.

  المراجع:

ThoughtCo,BBC

Almrsal

atlascopco