Какое давления азота при нормальных условиях
Содержание статьи
Свойства жидкого азота
| Жидкий азот это вещество азот N2 в жидком состоянии при экстремально низкой температуре -196C (77.35K) при давлении 101,3кПа. Зависимость температуры кипения жидкого азота от давления представлена в Таблице 2. Жидкий азот не обладает цветом и запахом. При контакте с воздухом жидкий азот поглощает из него кислород, образуя раствор кислорода в азоте в связи с чем температура кипения смеси постепенно меняется. Температура жидкого азота может быть понижена до точки замерзания -210С (63К) при создании необходимого разряжения над его поверхностью. Разряжение достигают путем откачки емкости с жидким азотом вакуумным насосом соответствующей производительности. Плотность жидкого азота при давлении при давлении 101,3кПа составляет 808кг/м3. Зависимость плотности жидкого азота от давления представлена в Таблице 3. Жидкий азот получают путем ожижения атмосферного воздуха с дальнейшим его разделением на ректификационной колонне, либо ожижением газообразного азота, полученного с помощью мембранного, либо сорбционного метода разделения воздуха. В атмосферном воздухе содержание газообразного азота составляет 75,6 % (по массе) или 78,084 % (по объёму). Таблица 1. Марки жидкого азота классифицируют в соответствии с ГОСТ 9293-74.
Жидкий азот используют для охлаждения различных объектов и для газификации. Газификация жидкого азота позволяет существенно сократить издержки на доставку газообразного азота потребителю. Для газификации жидкого азота используются специальные сосуды газификаторы различных модификаций и азот марки ОСЧ. Для охлаждения достаточно технического азота, т.к. для охлаждения различных объектов как правило отсутствуют требования на чистоту азота. Под чистотой азота понимается степень содержания в нем кислорода. Таблица 2. Давление насыщенных паров азота при температурах 20-126К
Примечание: * — тройная точка; ** — точка нормального кипения; *** — критическая точка Таблица 3. Плотность жидкого азота в диапазоне температур 63-126К
Таблица 4. Приблизительный расход жидкого азота на охлаждение некоторых металлов
Таблица 5. Основные физические свойства жидкого азота
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Для хранения жидкого азота используются специальные емкости с вакуумной изоляцией. Небольшие емкости для хранения жидкого азота емкостью менее 50л называют сосудами Дьюара, емкости большего объема называют криогенными сосудами, криогенными емкостями и цистернами. При хранении азот испаряется, наиболее качественные емкости характеризуется минимальным значением его испарения. Для криогенных сосудов типичные потери продукта составляют 1-2% в сутки, для сосудов Дьюара 0,2-0,3% в сутки.Источник
Какое давления азота при нормальных условиях
Плотность азота, свойства жидкого и газообразного N2
Плотность азота N2 и его теплофизические свойства
В таблице указана плотность азота и его теплофизические свойства в газообразном состоянии в зависимости от температуры и давления. Теплофизические свойства азота даны при температуре от 0 до 1000°С и давлении от 1 до 100 атмосфер.
Как видно по данным таблицы, такие свойства азота, как температуропроводность и кинематическая вязкость сильно зависят от температуры. При увеличении давления эти свойства азота уменьшают свои значения, при этом значительно возрастает плотность азота. Например, при атмосферном давлении и температуре 0°С плотность азота равна 1,21 кг/м 3 , а при росте давления в 100 раз плотность азота увеличивается до значения 122,8 кг/м 3 при этой же температуре.
Удельная теплоемкость азота с ростом температуры этого газа увеличивается. При увеличении давления удельная теплоемкость азота также растет. Например, при температуре 0°С и атмосферном давлении удельная теплоемкость азота равна 1039 Дж/(кг·град), а при сжатии этого газа до давления в 100 атмосфер, она составит величину 1242 Дж/(кг·град) при той же температуре .
Следует отметить, что при высоких температурах (около 1000°С ) влияние давления на величину удельной теплоемкости азота снижается. Так, при температуре 1000°С и давлении 1 и 100 атм. значение теплоемкости будет соответственно равно 1215 и 1219 Дж/(кг·град) .
В таблице даны следующие свойства азота:
- плотность азота γ, кг/м 3 ;
- удельная теплоемкость Cp, кДж/(кг·град);
- коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·град);
- динамическая вязкость μ, Па·с;
- температуропроводность a, м 2 /с;
- кинематическая вязкость ν, м 2 /с;
- число Прандтля Pr.
Плотность диссоциированного азота при высоких температурах.
В таблице даны значения плотности азота в диссоциированном и ионизированном состоянии при давлении от 0,2 до 100 атмосфер при высоких температурах. Плотность азота в газообразном состоянии приведена в диапазоне температур 5000…40000 К в размерности кг/м 3 .
Плотность азота уменьшается с увеличением его температуры и увеличивается при росте давления газа. Значение удельного веса азота (его плотность) в таблице находится в пределах от 0,00043 до 6,83 кг/м 3 . Например, при атмосферном давлении и температуре 5000 К (4727°С) плотность азота составляет величину 0,0682 кг/м 3 . При нагревании азота до температуры 40000 К его плотность снижается до величины 0,00213 кг/м 3 .
Примечание: Будьте внимательны! Плотность азота в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000.
Теплопроводность азота в жидком и газообразном состояниях
В таблице приведены значения теплопроводности азота в жидком и газообразном состояниях в зависимости от температуры и давления.
Теплопроводность азота (размерность Вт/(м·град)) указана в диапазоне температуры от -193 до 1127 °С и давления от 1 до 600 атмосфер.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность азота в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000.
Теплопроводность диссоциированного азота при высоких температурах.
В таблице даны значения теплопроводности диссоциированного азота при давлении от 0,001 до 100 атмосфер и высоких температурах.
Теплопроводность азота в газообразном состоянии приведена в диапазоне температур 2000…6000 К в размерности Вт/(м·град).
Значение коэффициента теплопроводности азота увеличивается с ростом его температуры и в основном уменьшается при увеличении давления этого газа. Теплопроводность диссоциированного азота в рассмотренных в таблице условиях изменяется в пределах от 0,126 до 6,142 Вт/(м·град).
Будьте внимательны! Теплопроводность азота в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить табличное значение на 1000.
Теплопроводность жидкого азота на линии насыщения.
В таблице представлены значения коэффициента теплопроводности жидкого азота на линии насыщения при низких температурах.
Теплопроводность жидкого азота указана при температурах 90…120 К (-183…-153°С).
По данным таблицы видно, что теплопроводность азота в жидком состоянии уменьшается с ростом его температуры.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность азота в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000.
Динамическая вязкость азота в зависимости от температуры и давления
В таблице даны значения коэффициента динамической вязкости азота в зависимости от температуры и давления.
Динамическая вязкость азота (размерность Па·с) указана в диапазоне температуры от 80 до 6000 К и давлении от 1 до 400 атмосфер и от 0,001 до 100 атмосфер.
При температуре азота от 3600 К он начинает частично диссоциировать. С ростом температуры газообразного азоат его динамическая вязкость возрастает. При повышении температуры жидкого азота, значение его динамической вязкости также увеличивается.
Примечание: Будьте внимательны! Вязкость азота в таблице указана в степени 10 6 . Не забудьте разделить на 10 6 .
Источник
Свойства жидкого азота
| Марка азота / состав | ||||||
| Особой чистоты (ОСЧ) | Повышенной чистоты | Технический | ||||
| 1-й сорт | 2-й сорт | 1-й сорт | 2-й сорт | 1-й сорт | 2-й сорт | |
| Объемная доля азота, %, не менее | 99,999 | 99,996 | 99,99 | 99,95 | 99,6 | 99,0 |
| Объемная доля кислорода, %, не более | 0,0005 | 0,001 | 0,001 | 0,05 | 0,4 | 1,0 |
Таблица 2. Давление насыщенных паров азота при температурах 20-126К
| Т, К | p, гПа | Т, К | p, МПа |
| над кристаллом | над жидкостью | ||
| 20,0 | 1,44×10 -10 | 63,15* | 0,0125* |
| 21,2 | 1,47×10 -10 | 64 | 0,0146 |
| 21,6 | 3,06×10 -10 | 66 | 0,0206 |
| 22,0 | 6,13×10 -10 | 68 | 0,0285 |
| 22,5 | 1,59×10 -9 | 70 | 0,0386 |
| 23,0 | 3,33×10 -9 | 72 | 0,0513 |
| 24,0 | 1,73×10 -8 | 74 | 0,0670 |
| 25,0 | 6,66×10 -8 | 76 | 0,0762 |
| 26,0 | 2,53×10 -7 | 77,36** | 0,1013** |
| 26,4 | 4,26×10 -7 | 80 | 0,1371 |
| 30,0 | 3,94×10 -5 | 82 | 0,1697 |
| 37,4 | 1,17×10 -2 | 84 | 0,2079 |
| 40,0 | 6,39×10 -2 | 86 | 0,2520 |
| 43,5 | 1,40×10 -1 | 88 | 0,3028 |
| 49,6 | 3,49 | 90 | 0,3608 |
| 52,0 | 7,59 | 92 | 0,4265 |
| 54,0 | 13,59 | 94 | 0,5006 |
| 56,0 | 23,46 | 96 | 0,5836 |
| 58,0 | 39,19 | 98 | 0,6761 |
| 60,0 | 69,92 | 100 | 0,7788 |
| 62,0 | 98,11 | 102 | 0,8923 |
| 104 | 1,0172 | ||
| 106 | 1,1541 | ||
| 108 | 1,3038 | ||
| 110 | 1,4669 | ||
| 116 | 2,0442 | ||
| 120 | 2,5114 | ||
| 124 | 3,0564 | ||
| 126,2 *** | 3,4000*** | ||
Примечание: * — тройная точка; ** — точка нормального кипения; *** — критическая точка
Таблица 3. Плотность жидкого азота в диапазоне температур 63-126К
| Т, К | ρ, кг/м3 |
| 63,15 | 868,1 |
| 70 | 839,6 |
| 77,35 | 807,8 |
| 80 | 795,5 |
| 90 | 746,3 |
| 100 | 690,6 |
| 110 | 622,7 |
| 120 | 524,1 |
| 126,25 | 295,2 |
Таблица 4. Приблизительный расход жидкого азота на охлаждение некоторых металлов
| Хладагент | Температурный интервал охлаждения металла, К | Расход хладагента, л на 1 кг металла | ||
| Алюминий | Нержавеющая сталь | Медь | ||
| При использовании теплоты парообразования | ||||
| Жидкий азот | 300 до 77 | 1,0 | 0,53 | 0,46 |
| При использовании теплоты парообразования и теплоемкости пара | ||||
| Жидкий азот | 300 до 77 | 0,64 | 0,34 | 0,29 |
Таблица 5. Основные физические свойства жидкого азота
| Параметр, свойство | Азот | |
| Температура кипения, К | 77,36 | |
| Критическая точка |
|
|
| Тройная точка |
|
|
|
| |
|
| |
|
| |
| Отношение разницы энтальпий газа при Т=300К и Т=4,2К к теплоте парообразования, Δi/r | 1,2 | |
|
| |
| Диэлектрическая постоянная жидкости | 1,434 | |
| Газ при нормальных условиях (t= 0 °C, p=101,325кПа) | ||
|
| |
|
| |
125367, г.Москва,
Полесский проезд, д. 14а
Источник
Источник
Свойства азота
Азот относится к одним из самых биогенных элементов, так как он встречается в составе нуклеиновых кислот и белков. Также это самый распространенный газ в земной атмосфере, так как в составе воздуха на его долю выпадает 78%. Это двухатомное вещества, которое не обладает ни вкусом, ни цветом, ни запахом. Химические свойства азота определяют его как инертный газ, но в то же время он реагирует вместе с комплексными соединениями переходных металлов. Чаще всего данный газ добывают из воздуха, так как там содержится его большое количество. В сварке он применяется как инертная среда, но не очень активно используется.
Молекула азота
Помимо газообразного состояния в промышленности применяют жидкий азот. Это очень распространенный хладагент. В природе он образует множество изотопов. Для транспортировки и хранения материала используют баллоны черного цвета. Они должны выдерживать, как минимум, 150 атмосфер, так как именно под таким давлением хранится вещество. Азот в нормальном состоянии легче воздуха, так как в воздухе еще имеется кислород и другие, более тяжелые примеси.
Использование азота снижает у получаемого шва ударную вязкость. В это же время он повышает температуру перехода наплавленного металла в хрупкое состояние и делает их более прочными. Азот вызывает старение швов. Чтобы применять данный газ относительно безвредно, нужно использовать дополнительные легирующие элементы, которыми выступают бор и кислород в баллонах. Это сохраняет механические свойства металла на шве.
Область применения при сварке
Применение азота в сварке не очень широко. Он значительно уступает по количеству общего количества операций другим газам, несмотря на то, что его легче добывать, и он обходится довольно дешево для индустрии. Это обусловлено тем, что азот активно взаимодействует со многими различными металлами. При контакте со сплавами нитриды и эти химические соединения могут навредить крепости и надежности шва. Из-за того, что прочность сварных соединений сильно страдает, приходится заменять его на другие, более нейтральные газы. При сварке сталей, различных сплавов и даже нержавейки азот не нашел должного применения, так как химические свойства азота обеспечивают слишком высокую активность по отношению к ним.
Баллон с азотом для сварки
Азотодуговая сварка лучше всего проявляет свои свойства при работе с медью. Именно с медью данный газ не образует ни каких соединений и практически не взаимодействует. Если сравнивать этот способ с аргонодуговой сваркой, то здесь лишь потребуется увеличить количество расходуемого газа, так как он не столь экономичен и потребуется, примерно, на треть больше вещества. С учетом того, что он стоит значительно ниже аргона, то в экономическом плане это выходит даже выгоднее. Помимо меди, другие металлы профессионалы предпочитают варить остальными инертными газами.
Преимущества
Несмотря на то, что сфера применения газа в сварке довольно узкая, физические и химические свойства азота все же дают ему некоторые преимущества. Среди них стоит отметить:
- Большая распространенность и легкость получения;
- Относительно низкая стоимость;
- Удобство хранения и транспортировки;
- Безвредность для организма, если его концентрация в воздухе начнет повышаться, то это не так страшно, как с другими веществами.
Недостатки
К негативным факторам использования относятся следующие:
- Невозможность применения со всеми видами сплавов и металлов;
- Активное образование нуклидов при контакте с металлами;
- Ограниченность применения только при сварке меди.
Виды азота
В промышленности используется две основные разновидности. Первой является газообразный. Он используется преимущественно в сварке газовой и при использовании полуавтомата. Для своей области он не сильно распространен, но все же занимает уверенное место в мастерских, коммунальных учреждениях, в разнообразных мастерских и производственных цехах. Он хранится в баллонах под большим давлением, что позволяет получить концентрированную долю вещества.
Вторым видом является жидкий азот, который хранится в таком состоянии при очень низкой температуре. Это делает его отличным хладагентом. В промышленности он встречается очень часто.
Физические свойства азота
В нормальных физических условиях азот является бесцветным газом, у которого нет цвета и запаха. Он очень плохо распространяется в воде. Плотность азота составляет 1,2506 кг/м кубический. Темпе6ратура кипения вещества составляет – 195,8 градусов Цельсия. В жидком состоянии он также остается бесцветным. В этом состоянии плотность будет 808 кг/м кубический. Если азот будет констатировать с воздухом, то он поглощает из него кислород. В твердом состоянии элемент может пребывать при -209,86 градусах Цельсия. Физически это выглядит как большие белые кристаллы или снегоподобная масса. Существует три основные кристаллические модификации вещества в твердом состоянии.
Химические свойства азота
В свободном состоянии газ существует как образование двухатомных молекул. Атомы азота обладают тройной связью. Молекула вещества оказывается очень прочной для диссоциации, так данная реакция проходит не так просто. В нормальных условиях диссоциация практически отсутствует. При нормальных условиях молекулы азота неплохо поляризуются и не полярные. Взаимодействующие силы между ними оказываются очень слабыми.
Даже при условиях в 3000 градусов Цельсия степень диссоциации составляет только 1%. При 5000 градусов этот показатель повышается до нескольких процентов. Атомарный азот оказывается намного более активным, чем молекулярным. По причине того, что молекулы вещества оказываются очень прочными, многие его соединения оказываются эндотермичными. Они без проблем разлагаются при нагревании. Ковалентные радиус элемента составляет 75 пм. Электроотрицательность по шкале Полинга составляет 3,04 пункта.
Молярная масса и удельная теплоемкость
Удельная теплоемкость азота при различных температурных условиях будет отличаться. Этот параметр в нормальных условиях вычисляется для недиссоциированного газа, так как диссоциация оказывает влияние только при температуре около 1500 градусов Цельсия. При температуре 27 градусов Цельсия удельная теплоемкость будет 1,04 кДж/(кг*градусы Цельсия).
Молярная масса азота составляет 28 г/моль. Если брать в расчет исключительно химический элемент, то этот показатель будет равен 14 г/моль. С учетом того, что формула газа азота – это N2, так как вещество состоит из двух атомов, то и значение на практике умножается на два.
Давление в баллонах с азотом при различных температурах
Как и любой другой газ, при изменении температуры азот начинает сжиматься или расширяться. Это касается не только того состояния, когда он свободно находится в атмосфере, но и тогда, когда в баллоне под давлением. Соответственно, давление баллона также будет иметь различные отличия, если будут наблюдаться резкие перепады температур.
Давление, | Давление, МПа | Температура, градусы Цельсия | |||||
| -50 | -25 | 20 | 25 | 50 | |||
| Коэффициент сжимаемости газа при определенном давлении | |||||||
100 | 10 | 0,905 | 0,918 | 0,985 | 1,001 | 1,005 | 1,018 |
| 145 | 14,5 | 0,93 | 0,95 | 1,001 | 1,02 | 1,023 | 1,037 |
204 | 20,4 | 0,958 | 0,968 | 1,035 | 1,053 | 1,06 | 1,076 |
Инструкция по применению
Перед использованием газа металлическую поверхность нужно очистить и желательно использовать дополнительные легирующие материалы. В качестве флюса применяется бор. Он помогает снизить негативное воздействие газа на металл. Дополнительным элементом выступает технический кислород, который и так используется в горелке, как усиливающий температуру газ.
Сначала в горелку пускается азот, чтобы проверить ее работоспособность, а затем только кислород. Принцип проведения сварочных работ принципиально ни чем не отличается от тех, которые проводятся с другими газами. Главное соблюдать правила использования и не сваривать им те металлы, которые не предназначены для этого.
Меры безопасности
Несмотря на то, что опасность использования азота не столь велика, как у других газов, здесь также нужно соблюдать правила безопасности. Баллоны не должны падать при переноске и перевозке. Во время транспортировки некоторых металлических емкостей нужно исключить их удары друг о друга. Источник пламени должен находиться на расстоянии от 5 метров от баллона. С учетом того, что давление в баллоне может сильно меняться в зависимости от температуры, не стоит допускать ее резких перепадов.
Заключение
Использование азота в сварке в последнее время распространено не столь широко, но он продолжает сохранять свои позиции в данной сфере. Помимо этого он оказывается востребованным для многих других промышленных областей. Его применение для получения качественных сварных швов оказывается не таким простым из-за высокой активности, но специалисты смогут сделать так, чтобы шов получился максимально надежным.
Источник