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绝不平“氮”|液化空气

来源: 更新:2018-04-16 00:00:00 作者: 浏览:2344次
 稍有化学常识的人都知道,人类赖以生存的大气是由氮气、氧气、二氧化碳、水蒸汽和固体杂质微粒组成的混合物,其中氮气占了78%以上。氮气虽然不能供人类呼吸,也不助燃烧,却有着十分重要的用途。那么,看不见又摸不着的氮气是怎样被人们发现的呢?

                舍勒本是瑞典的药剂师,喜欢研究各种气体。同年,他做实验的时候,把一系列认为可以发出燃素的物质,如硫磺、松节油等分别放在密封的容器里点燃,再对燃烧后的气体进行测量。他发现剩下的气体虽然密度比空气小,但并不助燃。“原来,燃素没有在剩下的气体中!”舍勒得出这个结论后,便把这部分气体叫做“劣质空气”,燃烧耗掉的那部分叫“火空气”。

              燃烧的过程的“劣质空气”命名为Nitrogen(英文),意思是“无益于生命”。后来,我国清代化学家徐寿把“劣质空气”译成中文时写成“淡气”,意思是“冲淡”了空气中的氧气。再后来,科学家把“淡气”译成“氮气”。

               自氮气被发现后,科学家们做了大量实验,得到了液态氮;同时,他们把氮气运用到工业、农业、国防以及日常生活中。比如农业上使用最多的便是氮肥;用氮气填充粮仓,可使粮食不霉烂,不发芽。再如,博物馆的贵重字画,可保存在充满氮气的密封容器中,以防蛀虫,避免氧化。再如,在医疗上,作为深度制冷剂的液氮,可以冻死病变的细胞。而在工业上,由氮气制成的硝酸,是炸药的重要组成部分;钢经氮化后,钢的硬度、耐磨性都大大增强。

化学工业与化肥工业及石油化工、石油化纤工业,对氮的需求量都大。氮气的用途广泛,与人们生活息息相关,这期与大家分享氮气在其它行业的应用。

氮气化肥工业

氮气是氮肥工业的主要原料,如硝酸铵含氮36%、硫酸铵含氮21%、尿素含氮46.7%。氮气在氮肥厂开工生产前,或在系统大修后,还用来置换管道和容器内的空气或煤气,以确保安全操作。

合成氨

在小型水煤气制合成氨的工厂中,加氮后氮、氢比例稳定,操作平稳,同时可降低合成氨的电耗。此外还用精氮(99.99%)保护触媒。用纯液氮洗涤精制的氢氮混合气,使得惰性气体(甲烷和氢)极微,一氧化碳和氧的含量不超过20PPm。这个氮洗,氮气的消耗量约为750米3/吨氨左右。

应用

有了合成氨这个原料气,就可以制造各种肥料,1吨合成氨可生产硝铵2~2.2吨,硫铵3.8~4吨,尿素1.5~1.7吨。氧气作粉煤或重油的气化剂,氮气参与合成作原料气,并作装置的安全保护气(触煤保护就要99.99%的纯氮气)。如以粉媒气化,每吨合成氨耗氧500~900m3;如以重油气化,每吨合成氨耗氧250~700m3;以渣油气化,每吨合成氨耗氧850~940m3;石灰氮是一种化学氮肥,1吨石灰氮要消耗氮气300~500m3,现石灰搂主要制双氰胺,硫脲和氰熔体等化工产品。

实例

大化肥装置一定要配置大型空分设备,如山东省华鲁恒升,年产60万吨合成氨,有一套开空40000m3/h空分设备,其鲁奇炉加压气化需要19780m3×2/h、90%O2;液氮洗涤要29681m3×2/h、2ppmO2的高纯氮,以及750m3×2/h的液氮。南京化学工业有限公司每年生产30万吨合成氨装置和52万吨尿素装置,配置能力为4万立方米/时的空分设备。

液氮是低温-196℃的液体,是由占用空气成分百分之七十多的氮气得来的。惰性、无色、无毒,易挥发,使用范围非常广。液氮低温易挥发,所以一般储存在专用容器—液氮罐中。

按照液氮纯度用途分类,常分为食品级液氮,工业级液氮。食品级液氮纯度较高,因为要考虑到人食用安全,纯度达到5个9即99.999%。工业级液氮纯度不如食品级液氮纯度那么高,不同的行业对液氮纯度的要求不一样。

 

化工合成

氮主要用于合成氨,反应式为N2+3H2⇌2NH3( 条件为高压,高温、和催化剂。反应为可逆反应)还是合成纤维(锦纶、腈纶),合成树脂,合成橡胶等的重要原料。 氮是一种营养元素还可以用来制作化肥。例如:碳酸氢铵NH4HCO3,氯化铵NH4Cl,硝酸铵NH4NO3等等。

 

汽车轮胎

1.提高轮胎行驶的稳定性和舒适性

2.防止爆胎和缺气碾行

3.延长轮胎使用寿命

4.减少油耗,保护环境

其他作用

1.由于氮的化学惰性,常用作保护气体,如:瓜果,食品,灯泡填充气。

2.以防止某些物体暴露于空气时被氧所氧化,用氮气填充粮仓,可使粮食不霉烂、不发芽,长期保存。

3.液氮还可用作深度冷冻剂。作为冷冻剂在医院做除斑,包,豆等的手术时常常也使用, 即将斑,包,豆等冻掉,但是容易出现疤痕,并不建议使用。

4.高纯氮气用作色谱仪等仪器的载气。用作铜管的光亮退火保护气体。跟高纯氦气、高纯二氧化碳一起用作激光切割机的激光气体。

5.氮气也作为食品保鲜保护气体的用途。

在化工行业,氮气主要用作保护气体、置换气体、洗涤气体、安全保障气体。

6.用作铝制品、铝型材加工,铝薄轧制等保护气体。

7.用作回流焊和波峰焊配套的保护气体,提高焊接质量。

8.用作浮法玻璃生产过程中的保护气体,防锡槽氧化。

一、 在畜牧业方面的应用

 

1、广泛用于家畜冻配改良技术 

 

牛精液冷冻的冷源普遍应用液氮,需要时可随时取出。

2、家畜及多种动物的胚胎移植中,制备保存胚胎 目前多采用胚胎冷冻仪,属智能型冷冻仪。该仪器采用微机控制技术,专用软件,能较准确地控制液氮的施放量,从而保证被冻存的生物制品以适宜的冷冻速率降温冷冻。      

3、液氮超低温保藏微生物技术 

 

菌种用-196℃的液氮长期

4、农业生物基因保存  

5、保存液氮疫苗 

 

6、用液氮治疗奶牛乳头乳孔外口闭合、家畜皮肤瘤子等也较为普通。    

 

7氮气气调技术在粮食储藏中的应用越来越普遍。相较于传统的磷化氢熏蒸方式,氮气储粮具有安全、经济、有效等优点。但是在对粮堆进行充氮的过程中,随着粮堆氧气浓度的不断降低,粮堆内氮氧置换效率越来越低,充氮成本和时间也随之增加。

二、在医疗事业的应用

1、液氮在食品速冻中的应用    

 

在众多的保藏法中,冷冻保藏法应用最为广泛,效果也非常显著。而作为冷冻保藏方法之一的液氮速冻早已被食品加工企业所采用,由于它能实现低温深冷的超速冻,也有利于实现冻结食品的部分玻璃化,使食品解冻后能最大限度地恢复到原来的新鲜状态和原有的营养成分,极大提高了冷冻食品的品质,因此在速冻工业中显示出特有的生命力。

2、液氮在饮料加工中的应用 

 

目前,已有不少饮料生产厂家采用氮或氮与C02的混合物取代传统的C02,对饮料进行充气包装。充了氮的高碳酸型饮料,比仅充填二氧化碳的饮料引起的问题要少;氮对于灌装无泡饮料,如酒和果汁也是很理想的。在非充气饮料罐头中加注液氮的好处是,所注入的少量液氮可排除每只罐头顶部空间中的氧气,使贮罐上部空间的气体呈惰性,从而延长了易腐品的贮存期限。 

3、液氮在果蔬贮存保鲜中的应用 

液氮用于果蔬的贮存保鲜具有气调的优点,可调节农副产品旺季和淡季供需方面的矛盾,减少贮存上的损失。气调的功能是提高氮气的浓度,同时控制氮、氧与C02的气体比例,并使其保持在稳定状态,降低果蔬的呼吸强度,延缓后熟过程,从而使果品、蔬菜保持采摘时的新鲜状态和原有营养价值,延长果蔬保鲜期。 

4、液氮在肉制品加工中的应用 

液氮在对原料肉绞制、斩拌或混合等工序中加入,可有效提高产品质量。如在沙拉米型香肠加工中,液氮的使用可提高肉保水性,阻止脂肪氧化,改善切片性和外观质量;用于肉制点心、肉脯等再制肉的加工,不仅可使肉糜混合时加速蛋白质溶解和增强保水性,且对保持产品特有形状尤为有效。另外原料肉经液氮快速冷却,既可在较长时间内保持热肉特性,气又保证了肉品卫生安全;在加工工艺上,无须再担心温度上升对肉质的影响,且加工可不受原料温度、加工时间、季节因素的影响,同时还可使加工过程处于低氧分压,在一定范围延长了产品的货架寿命。 

5、液氮在食品低温粉碎中的应用 

 

低温粉碎,就是将冷却到脆化点温度的物质,在外力作用下破碎成粉体的过程。食品的低温粉碎是近几年发展起来的一种食品加工新技术,该技术特别适宜于加工含芳香成分多、含脂量高、含糖量多和含胶状物质多的食品。用液氮进行低温粉碎处理,可连原料的骨、皮、肉、壳等一次性全部粉碎,使成品颗料细小并保持其有效营养。如日本将经液氮冻结后的海藻、甲壳素、蔬菜、调味品等,投入粉碎机粉碎,可使成品微细粒度高达100μm以下,且基本保持原有营养价值。此外,用液氮进行低温粉碎,还可粉碎常温下难以粉碎的物料、热敏性及受热易变质,易分解的物质。另外,液氮可以粉碎如脂肪多的肉类、水分多的蔬菜等在常温下难以粉碎的食品原料,并可以制造迄今未曾有过的新加工食品。  

6、液氮在食品包装中的应用 

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