In veel verschillende industrieën wordt stikstof in vloeibare vorm gebruikt, want dan heeft de stof de grootste koelcapaciteit. Om vloeibaar te blijven, moet de cryogene vloeistof echter op -196°C worden gehouden. Warmt het op, dan verliest het de vloeibare vorm.
Welke opslagmethoden houden vloeibare stikstof zo lang mogelijk op temperatuur? In deze blog kijken we naar de opslag van vloeibare stikstof. We gaan in op veiligheid en isolatie, en leggen uit welke infrastructuren voor vloeibare stikstof Demaco biedt.
Het belang van veilige vloeibare stikstof opslag
Net als voor alle andere vloeibare gassen, is veilige opslag essentieel voor de productie, het behoud en de toepassing van vloeibare stikstof. Dit zijn de belangrijkste redenen waarom gebruikers van vloeibare stikstof in cryogene vacuüm geïsoleerde bewaarvaten en de bijbehorende vacuüm geïsoleerde cryogene infrastructuren investeren:
Veiligheidsrisico's
- Een eerste risico is drukopbouw in de tank of container en het explosiegevaar dat hierdoor ontstaat. Als de cryogene vloeistof opwarmt door slechte isolatie, wordt hij gasvormig. Eén liter vloeibare stikstof neemt in volume tot ongeveer 694 keer toe wanneer dit gasvormig wordt bij kamertemperatuur en atmosferische druk. Als een tank of gesloten opslagvat wordt gebruikt voor vloeibare stikstof, is er niet genoeg opslagcapaciteit om het gas in te sluiten. Het gas moet daarom vrijgelaten worden om een té hoge druk en eventuele explosies te voorkomen.
- Een tweede veiligheidsrisico bij de toepassing van vloeibare stikstof is verstikking door zuurstofverdringing in slecht geventileerde ruimtes. Bij verdamping zet vloeibare stikstof namelijk uit, waardoor het zuurstofgehalte in de lucht razendsnel daalt. Dit kan leiden tot bewustzijnsverlies of verstikking zonder voorafgaande waarschuwing.
- Als laatste kunnen onvoldoende isolatie en defecte opslagtanks leiden tot lekkage van extreme kou. Dit kan zuurstof uit de lucht laten condenseren tot vloeibare zuurstof. Vloeibare zuurstof is een krachtige oxidator, die de brandbaarheid van materialen verhoogt. Hierdoor kan brand of zelfs een explosie ontstaan.
Economisch verlies
Een lekkende of slecht geïsoleerde opslagtank of container voor vloeibare stikstof is niet alleen gevaarlijk, maar ook financieel nadelig. Lekt een infrastructuur of is de isolatie onvoldoende, dan kun je per dag zeker tientallen liters aan vloeibare stikstof verliezen. Bij een grote opslagtank is hier vaak weinig van te merken, maar bij kleinere containers blijft er al snel niets meer over.
Onzuiver gas en stabiele gastoevoer
De meeste toepassingen die vloeibare stikstof gebruiken, zijn afhankelijk van een cryogene vloeistof in goede kwaliteit. Denk aan koelsystemen in de voedselindustrie of toepassingen voor cryopreservatie. Is de vloeistof over zijn kookpunt en zijn er dus gasbelletjes ontstaan? Dan kan dit problemen in de werking van de toepassing veroorzaken. De toepassing heeft immers vloeibare stikstof (koelcapaciteit) nodig in plaats van een mix van vloeibaar en gas om goed te kunnen functioneren.
Opslagapparatuur voor vloeibare stikstof
Hoe bewaar je vloeibare stikstof dan? Om de hierboven beschreven risico’s te beperken, zijn veiligheid en isolatie cruciaal voor het opslaan van vloeibare stikstof. Hoe de cryogene vloeistof echter wordt opgeslagen, hangt af van het doel hiervan. Dit zijn de bekendste opslagapparaten van vloeibare stikstof:
Vloeibare stikstof (bulk) tank
Voor de opslag van vloeibare stikstof op grote schaal wordt gebruikgemaakt van cryogene opslagtanks. Deze tanks, variërend van honderden tot duizenden liters, zijn geoptimaliseerd voor langdurige opslag met minimale opwarming en geven afkookverliezen van vaak minder dan 0.05% van de inhoud per dag. Ook zijn ze goed bestand tegen de wisselende buitenomstandigheden, extreme inwendige kou en uitgerust met de allerbeste isolatie.
De meeste opslagtanks zijn gemaakt van grotendeels roestvrij staal en voorzien van kwaliteitsverbeterende technieken om eventuele gassen af te voeren. Overdruk-veiligheidsventielen bijvoorbeeld, maar ook apparatuur om de druk en het vloeistofniveau te monitoren. Voor het beheer zijn de grootste tanks soms voorzien van ladders en toegangssystemen, zodat ieder onderdeel makkelijk bediend en gecontroleerd kan worden.
Vloeibare stikstofcontainer
Voor de opslag van vloeibare stikstof op kleinere schaal wordt gebruikgemaakt van opslagcontainers. Opslagcontainers komen in bijna eindeloos veel vormen en maten voor. Van kleine, draagbare containers (1-15 liter) die in een laboratorium worden geplaatst tot grotere verrijdbare containers voor bijvoorbeeld transport of lokale opslag bij een ziekenhuis of voedselproducent (tot 400 liter).
Net als in grootte, variëren opslagcontainers ook in vorm en materiaal. Ze zijn gemaakt van bijvoorbeeld aluminium of roestvrij staal en hebben één ding gemeen: ook hier staat isolatie centraal. Vaak wordt vacuüm isolatie gebruikt in combinatie met een aluminiumfolie en glaspapier om warmteinlek zo veel mogelijk te beperken.
Vloeibare stikstof dewar
Een specifiek type cryogene opslag container is het dewar-vat. Dit vat werd vernoemd naar James Dewar, de wetenschapper die deze technologie in de 19e eeuw ontwikkelde. Dewar-vaten zijn ontworpen voor het opslaan en vervoeren van kleinere hoeveelheden cryogene vloeistoffen. Vaak bevatten ze dus enkele liters vloeibare stikstof, maar er bestaan ook dewars met ruimte voor tientallen of zelfs honderden liters.
Dewars zijn vrijwel altijd cilindervormig, met een smallere hals om warmteinlek (en dus verdamping) te voorkomen. Net als bij iedere opslagmethode voor vloeibare stikstof staat ook bij dewars isolatie centraal. Vaak zijn de vaten gemaakt van roestvast staal, met een isolatiemethode vergelijkbaar met die van andere cryogene systemen: vacuüm isolatie met een laag van aluminiumfolie en glaspapier.
Vanwege de enorme veelzijdigheid worden dewars ingezet in veel verschillende sectoren. Denk bijvoorbeeld aan de medische industrie om kleine hoeveelheden vloeibare stikstof mee te nemen voor behandelingen, maar ook aan onderzoekslaboratoria en de voedselindustrie. Al sinds de 19e eeuw is de dewar populair, en dit zal zeker zo blijven.
Vacuüm isolatie
Zoals al eerder beschreven is vacuüm isolatie essentieel voor het veilig opslaan en vervoeren van cryogene vloeistoffen op extreem lage temperaturen. Maar hoe werkt deze methode nu precies?
Vacuümisolatie is een techniek die gebruik maakt van een dubbelwandige structuur met een vacuüm tussen de wanden om de warmteoverdracht door convectie te minimaliseren. Door alle lucht tussen de binnen- en buitenwand weg te zuigen, ontstaat een vacuüm dat een effectieve barrière vormt tegen warmte van buitenaf en kou van binnenuit. Dit zorgt ervoor dat de cryogene gassen binnen het systeem minder gaan koken en hierdoor hun vloeibare vorm beter behouden.
De isolatiewaarde van een vacuüm geïsoleerd systeem is aanzienlijk hoger dan die van systemen met traditionele isolatiematerialen. Vacuüm isoleert zelfs 8 tot 25 keer beter dan andere veelgebruikte materialen, zoals PIR/PUR-schuim of Armaflex. Voeg je hier meerlaagse isolatiematerialen zoals aluminiumfolie en glaspapier aan toe, en bijna alle warmte wordt buiten het systeem gehouden.
Demaco’s infrastructuren voor vloeibare stikstof
Demaco is gespecialiseerd in het ontwikkelen van geavanceerde cryogene infrastructuren voor onder meer vloeibare stikstof. Onze expertise omvat het ontwerp en de bouw van vacuüm geïsoleerde leidingen (VIP), fasenscheiders, vulstations, koelbakken en meer. Al onze systemen zijn ontworpen om te voldoen aan de specifieke eisen van diverse sectoren, zoals de gezondheidszorg, voedselindustrie en wetenschappelijk onderzoek. Bij Demaco streven we ernaar om niet alleen aan de behoeften van onze klanten te voldoen, maar ook om de standaard in cryogene technologie te blijven verhogen. It’s all about Cryogenius!
Meer weten over de vacuüm geïsoleerde- en kwaliteitsverbeterende producten van Demaco? Neem gerust contact met ons op of blader door onze producten en projecten
voor meer informatie.