Temperatuur vloeibare stikstof in een afgesloten drukvat

[Bartsel]

Op mijn werk ontspon zich een discussie waar we niet uitkwamen.

We zijn daar allemaal biomedici en hebben van natuurkunde niet erg veel kaas gegeten.

We slaan patientenmateriaal op in vloeibare stikstof (190 celsius of daaromtrent. Laten we het op dat getal houden). Deze vloeibare stikstof verdampt en daarom vullen we de stikstof in de containers met patientenmateriaal regelmatig bij.

Dit bijvullen doen we vanuit geisoleerde, afgesloten drukvaten met een kraan die open kan als het moet (handig om het spul eruit te krijgen, nietwaar). Altijd een spectaculair gezicht, zoals veel van jullie wel zullen weten. Maar nu komt het.

Iemand zei dat de vloeibare stikstof in dit vat -190 celsius was, en dat het dat voor altijd zou blijven. Ik vond dit een beetje dubieus, want hoe oneindig goed moet je iets wel niet isoleren om het voor altijd op -190 celsius te houden. Mijns inziens slechts in theorie mogelijk.

Ik dacht zelf dat de stikstof wel degelijk opwarmt, en dat de druk in het vat hierdoor simpelweg oploopt. Maar ik weet niet hoe groot de druk van vloeibare stikstof bij kamertemperatuur is. Ik geloof dat op de vaten een druk van max 10 atm staat; en dat lijkt mij te weinig om de stikstof vloeibaar te houden (lucht, toch voor zo'n 80% stikstof, wordt andersom gezien voor mijn gevoel niet vloeibaar bij 10 atm).

Mijn meest waarschijnlijke verklaring was dat de vaten goed isoleren, maar dat de temperatuur binnenin wel degelijk en onvermijdelijk oploopt. Hierdoor zal de druk ook oplopen, en tzt zal een overdrukventiel bij een bepaalde druk damp aflaten. Dit zou de zaak weer een beetje koelen, juist door verdamping van de stikstof. Maar uiteindelijk zou dat betekenen dat de vaten onherroepelijk leeglopen op de lange duur. Probleem is dat we nooit merken dat de vaten druk aflaten.

Mijn vraag is dus: is kan vloeibare stikstof in een afgesloten vat onder redelijke druk kamertemperatuur bereiken terwijl het vloeibaar blijft?

[Jan van de Velde]

Mijn vraag is dus: is kan vloeibare stikstof in een afgesloten vat onder redelijke druk kamertemperatuur bereiken terwijl het vloeibaar blijft?

Nee. Kritieke temperatuur van stikstof is 126 K (-147°C), en daarboven kan, onder geen enkele druk (en daarmee bedoel ik dus niet alleen practisch haalbare, maar gewoon letterlijk geen enkele druk), vloeibare stikstof voorkomen.

En ja, die containers zijn bijzonder goed geïsoleerd, maar zullen altijd gas lekken. Het is mogelijk dat je dat niet merkt (als het goed is hebben die drukvaten naast een aflaatventiel maar ook nog een overdrukventiel dat pas inkomt als het aflaatventiel het niet bijhoudt. Ik denk dat je dat aflaatventiel niet hoort, want een klein beetje verdamping is al genoeg om weer lekker te koelen.). Wat ook mogelijk is, is dat jullie zóveel vloeibare stikstof aftappen dat er steeds voldoende binnen in de tank kan verdampen om de temperatuur voldoende laag te houden.

Dus nee, die stikstof blijft niet -190 °C tenzij er steeds verdamping kan plaats vinden om de warmte-opname doorheen de isolerende wand te compenseren.

No way.

Maar uiteindelijk zou dat betekenen dat de vaten onherroepelijk leeglopen op de lange duur.

inderdaad.

[Bartsel]

Jan, bedankt. Ik zat er niet zo ver naast, dat is fijn.

Morgen zal ik met mijn colega's gaaan wedden om geld 8)

[Jan van de Velde]

Jan, bedankt. Ik zat er niet zo ver naast, dat is fijn.

Morgen zal ik met mijn collega's gaan wedden om geld  8)

Doe een donatie  

Je kan ons ook financieel steunen door middel van een donatie. Dat kan je op 2 manieren doen:

PayPal  

Druk simpelweg op de button die je onderaan iedere pagina ziet  

Overmaken  

Maak wat je wil geven over naar ons gironummer 1078417 ten name van Wetenschapsforum te Eindhoven onder vermelding van "donatie"

[Dalton]

Mijn ervaring is inderdaad ook dat die vaten langzaam leeglopen.

[Techneut]

De 10 bar waarover je praat, is dat een maximale druk (in de zin van een overdruk beveiliging), of is het de bedrijfsdruk?

Als die 10 bar de bedrijfsdruk is, dan zal de temperatuur van de stikstof in het vat rond de -170 graden liggen.

De -190 graden geldt voor bijna atmosferische druk.

Ik ga er vanuit dat die 10 bar niet je bedrijfsdruk is, dan zou de stikstof bij het aftappen je om de oren spuiten......

De bedrijfsdruk zal geregeld zijn en zal hierdoor normaal gesproken redelijk constant zijn. Wordt de bedrijfsdruk niet geregeld, dan zal de druk oplopen tot de maximale druk, waarna de veiligheid de druk zal aflaten.

Bij een grote afname van de LIN zal het langer duren voordat de druk weer op de oude waarde is. Dit geldt ook als je een aftap maakt terwijl de tank bijna leeg is, de gasruimte is op dat moment groter dan op het moment dat de tank vol is.

Bij een gelijkblijvende verdampingsgraad zal de druk bij een lege tank minder snel oplopen.

De isolatie van de tank is erg goed, meestal zijn ze vacuumgeisoleerd, maar de isolatie is nooit volledig (helaas). Laat je het vat lang genoeg staan dan zal je tank uiteindelijk helemaal leeg verdampt zijn.

Groeten

Techneut