In vielen Industriezweigen wird Stickstoff in flüssiger Form verwendet; in diesem Zustand hat er die höchste Kühlkapazität. Um flüssig zu bleiben, muss die kryogene Flüssigkeit jedoch bei -196 °C gelagert werden. Wenn er sich erwärmt, verliert er seine flüssige Form.
Welche Lagerungsmethoden halten Flüssigstickstoff so lange wie möglich auf der erforderlichen Temperatur? In diesem Blog befassen wir uns mit der Lagerung von Flüssigstickstoff. Wir befassen uns mit Sicherheit und Isolierung und stellen die von Demaco angebotenen Infrastrukturen für Flüssigstickstoff vor.
Die Bedeutung einer sicheren Lagerung von Flüssigstickstoff
Wie bei allen anderen Flüssiggasen ist eine sichere Lagerung für die Herstellung, Konservierung und Anwendung von Flüssigstickstoff unerlässlich. Dies sind die Hauptgründe, warum Anwender von Flüssigstickstoff in vakuumisolierte Kryo-Lagertanks und damit verbundene vakuumisolierte Kryo-Infrastrukturen investieren:
Sicherheitsrisiken
Die Lagerung von Flüssigstickstoff birgt mehrere Sicherheitsrisiken:
- Ein erstes Risiko ist der Druckaufbau im Tank oder Behälter und die daraus resultierende Explosionsgefahr. Wenn sich die kryogene Flüssigkeit aufgrund einer schlechten Isolierung erwärmt, wird sie gasförmig Ein Liter Flüssigstickstoff vergrößert sein Volumen um das 694-fache, wenn er bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck gasförmig wird. Wird ein Tank oder ein geschlossenes Lagergefäß für Flüssigstickstoff verwendet, so reicht die Speicherkapazität nicht aus, um das Gas einzuschließen. Das Gas muss daher entlüftet werden, um einen Überdruckaufbau und mögliche Explosionen zu verhindern.
- Ein zweites Sicherheitsrisiko bei der Anwendung von Flüssigstickstoff ist die Erstickung aufgrund von Sauerstoffverdrängung in schlecht belüfteten Räumen. Wenn flüssiger Stickstoff verdampft, dehnt er sich schnell aus, wodurch der Sauerstoffgehalt in der Umgebungsluft mit Rekordgeschwindigkeit sinkt. Ohne Vorwarnung kann dies zu Bewusstlosigkeit oder Erstickung führen.
- Schließlich können unzureichende Isolierung und defekte Lagertanks extreme Kältelecks verursachen. Dies kann dazu führen, dass der Sauerstoff in der Luft zu flüssigem Sauerstoff kondensiert. Flüssiger Sauerstoff ist ein starkes Oxidationsmittel, das die Entflammbarkeit von Materialien erhöht. Dies kann einen Brand oder eine Explosion verursachen.
Wirtschaftlicher Verlust
Ein undichter oder schlecht isolierter Flüssigstickstoff-Lagertank oder Dewar ist nicht nur gefährlich, sondern auch finanziell ungünstig. Wenn eine Infrastruktur undicht oder die Isolierung unzureichend ist, kann der Verlust von Flüssigstickstoff bis zu mehreren zehn Litern pro Tag betragen. Ist der Lagertank groß, fällt dies vielleicht nicht auf, aber wenn kleinere Behälter verwendet werden, ist bald nichts mehr da.
Unreines Gas und stabile Gasversorgung
Die meisten Anwendungen, bei denen Flüssigstickstoff zum Einsatz kommt, sind auf eine hochwertige kryogene Flüssigkeit angewiesen. Beispiele hierfür sind Kühlsysteme in der Lebensmittelindustrie und Anwendungen zur Kryokonservierung. Wenn die Flüssigkeit ihren Siedepunkt überschreitet, bilden sich Gasblasen, die Probleme mit dem Betrieb und der Leistung der Anwendung verursachen können. Jede kryogene Anwendung benötigt hochwertigen Flüssigstickstoff (Kühlleistung) und kann mit einer Mischung aus Flüssigkeit und Gas nicht optimal funktionieren.
Ausrüstung für die Lagerung von Flüssigstickstoff
Wie lagert man Flüssigstickstoff? Um die oben beschriebenen Risiken zu verringern, sind Sicherheit und Isolierung bei der Lagerung von Flüssigstickstoff von entscheidender Bedeutung. Die beste Art der Lagerung der kryogenen Flüssigkeit hängt jedoch von ihrem Zweck ab. Dies sind die bekanntesten Vorrichtungen zur Lagerung von Flüssigstickstoff:
Flüssigstickstofftank (lose)
Die Lagerung von Flüssigstickstoff in großem Maßstab erfolgt in kryogenen Lagertanks. Diese Tanks mit einem Fassungsvermögen von Hunderten bis Tausenden von Litern sind für die Langzeitlagerung mit minimaler Erwärmung optimiert, sodass die Verdampfungsverluste oft weniger als 0,05 % des Inhalts pro Tag betragen. Sie sind außerdem sehr widerstandsfähig gegenüber wechselnden äußeren Bedingungen und extremer innerer Kälte und sind mit der besten Isolierung ausgestattet.
Die meisten Lagertanks sind überwiegend aus rostfreiem Stahl gefertigt und verfügen über qualitätsverbessernde Techniken zur Entlüftung von Gasen. Außerdem verfügen sie über Überdruck-Sicherheitsventile und Geräte zur Überwachung von Druck und Flüssigkeitsstand. Zu Kontrollzwecken sind große Tanks gelegentlich mit Leitern und Zugangssystemen ausgestattet, die eine einfache Bedienung und Kontrolle der einzelnen Komponenten ermöglichen.
Behälter für Flüssigstickstoff
Lagerbehälter werden zur Lagerung von Flüssigstickstoff in kleinerem Maßstab verwendet. Lagerbehälter gibt es in nahezu unendlich vielen Formen und Größen. Von kleinen, tragbaren Dewars (1-15 Liter), die in Labors aufgestellt werden, bis hin zu größeren mobilen Behältern für den Transport oder die lokale Lagerung in Krankenhäusern oder bei Lebensmittelherstellern (bis zu 400 Liter).
Lagerbehälter unterscheiden sich nicht nur in der Größe, sondern auch in Form und Material. Sie können z. B. aus Aluminium oder Edelstahl bestehen, haben aber eines gemeinsam: Isolierung ist unerlässlich. Vakuumisolierung wird oft in Kombination mit Aluminiumfolie und Glaspapier verwendet, um das Eindringen von Wärme zu minimieren.
Flüssigstickstoff-Dewar
Ein spezieller Typ von Kryolagerbehältern ist der Dewar, benannt nach James Dewar, dem Wissenschaftler, der diese Technologie im 19. Jahrhundert entwickelte. Dewar-Behälter sind für die Lagerung und den Transport kleinerer Mengen an kryogenen Flüssigkeiten ausgelegt. Sie enthalten daher oft einige Liter flüssigen Stickstoffs, obwohl es auch Dewars mit Platz für Dutzende oder sogar Hunderte von Litern gibt.
Dewars sind fast immer zylindrisch und haben einen sich verjüngenden Hals, um das Eindringen von Wärme und damit die Verdampfung zu verhindern. Wie bei jeder Methode zur Lagerung von Flüssigstickstoff ist auch bei Dewars die Isolierung von größter Bedeutung. Dewars werden häufig aus rostfreiem Stahl hergestellt, wobei die Isolierung ähnlich wie bei anderen kryogenen Systemen erfolgt: Vakuumisolierung mit einer Schicht aus Aluminiumfolie und Glaspapier.
Aufgrund ihrer enormen Vielseitigkeit werden Dewars in vielen verschiedenen Branchen eingesetzt. In der medizinischen Industrie werden sie verwendet, um kleine Mengen flüssigen Stickstoffs für Behandlungen zu transportieren. Auch in Forschungslabors und in der Lebensmittelindustrie sind Dewars weit verbreitet. Seit dem 19. Jahrhundert ist der Dewar beliebt und wird es zweifellos auch bleiben.
Vakuum-Isolierung
Wie bereits beschrieben, ist die Vakuumisolierung für die sichere Lagerung und den Transport von kryogenen Flüssigkeiten bei extrem niedrigen Temperaturen unerlässlich. Wie genau funktioniert diese Technologie?
Die Vakuumdämmung ist eine Technik, bei der eine doppelwandige Struktur mit einem Vakuum zwischen den Wänden verwendet wird, um die Wärmeübertragung durch Konvektion zu minimieren. Durch das Herausziehen der Luft zwischen den Innen- und Außenwänden entsteht ein Vakuum, das eine wirksame Barriere gegen äußere Hitze und innere Kälte bildet. Dadurch wird sichergestellt, dass die kryogenen Gase innerhalb des Systems weniger wahrscheinlich sieden und folglich ihre flüssige Form länger beibehalten.
Die Dämmleistung eines vakuumgedämmten Systems ist deutlich höher als die von Systemen mit herkömmlichen Dämmstoffen. Tatsächlich dämmt Vakuum 8 bis 25 Mal besser als andere üblicherweise verwendete Materialien wie PIR/PUR-Schaum oder Armaflex. Wenn dann noch mehrschichtige Dämmstoffe wie Aluminiumfolie und Glaspapier hinzukommen, wird praktisch die gesamte Wärme aus dem System herausgehalten.
Demacos Flüssigstickstoff-Infrastrukturen
Demaco hat sich unter anderem auf die Entwicklung fortschrittlicher kryogener Infrastrukturen für Flüssigstickstoff spezialisiert. Unser Fachwissen umfasst die Planung und den Bau von vakuumisolierten Rohrleitungen (VIP), Phasentrennern, Abfüllstationen, Kühlwannen und vieles mehr. Alle unsere Systeme sind so konzipiert, dass sie den spezifischen Anforderungen verschiedener Branchen gerecht werden, z. B. dem Gesundheitswesen, der Lebensmittelindustrie und der wissenschaftlichen Forschung. Bei Demaco sind wir nicht nur bestrebt, die Bedürfnisse unserer Kunden zu erfüllen, sondern auch die Messlatte in der Kryotechnik immer höher zu legen. Es dreht sich alles um Cryogenius!
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