低溫工質氮的用途

摘要：本文在總結與歸納近年有關液氮的各種應用的基礎上，分析和概括了液氮在四個主要領域的應用，為今后液氮作為一種低溫工質在生產生活各方面的應用提供參考。

關鍵詞：液氮 低溫 用途

1、引言

氮作為一種在空氣中含量很高的單質，它的各種應用方式也已經(jīng)有了許多相關研究。例如氮氣可以用作保護氣，氮氣可以用于合成氨，液氮是一種很好的低溫工質等。但到目前為止，還沒有文章系統(tǒng)的總結與列舉氮的主要用途。

本文在參考與總結近十年有關氮的各種應用的文章的前提下，列舉與總結了氮在各個領域的典型用途，得出了一份相對完善的有關氮的用途的報告，最終得出了氮在航天科學、機械加工、食品產業(yè)以及醫(yī)學治療等方面具有重要的作用，本文可以為今后液氮作為一種低溫工質在生產生活各方面的應用提供參考。

2、氮作為低溫工質的主要用途

2.1液氮作為火箭發(fā)動機及其增壓輸送系統(tǒng)的預冷劑

低溫推進劑液體火箭發(fā)動機，在啟動前必須對發(fā)動機及其增壓輸送系統(tǒng)進行充分預冷。如不預冷或預冷不充分，管路及泵組件的溫度就要比液體推進劑的溫度高很多【1】。

在排放預冷系統(tǒng)中，液氮流經(jīng)輸送管與渦輪泵腔，對輸送管管壁和渦輪泵體冷卻后從發(fā)動機預冷泄出閥排到火箭箭體外。在單管輸送自然循環(huán)預冷系統(tǒng)中，在發(fā)動機預冷回流閥前引出一段管路，接人貯箱。預冷開始后，推進劑從貯箱流入輸送管路，經(jīng)泵前閥、泵腔、冷卻發(fā)動機及管路后由回流管流回至貯箱。在雙管輸送自然循環(huán)預冷系統(tǒng)中，若傳入管路中的熱量不平衡，且兩條管路在底部相連，則其中一條管路中的液氧溫度上升較快，故其密度減小亦較快。由于密度減小需補充低溫液體新使系統(tǒng)的壓力平衡，補充到管路的低溫液體將推動密度較小的受熱流體向上運動，直到進入貯箱。受熱的低溫液體在貯箱中上升到液面表面，因表面的蒸發(fā)效應蒸發(fā)并冷卻液體，另一管路中的低溫液體被自貯箱底部流入的液體冷卻。兩條管路因密度差形成了循環(huán)動力，它將克服摩擦阻力及壓降使流體在管路中循環(huán)流動【2】。

2.2液氮在切磨削加工中的應用

利用液氮進行低溫切削加工，就是利用液氮使工件、刀具或切削區(qū)處于低溫冷卻狀態(tài)進行切削加工的方法。它可分為兩種形式應用：一是直接應用，即把液氮像切削液一樣直接噴射到切削區(qū)；二是間接應用，在切削加工中用液氮冷卻刀具或工件。低溫切削技術主要有三大特點，一是可改善難加工材料的切削加工性；二是能提高工件的加工精度和表面質量；三是能延長刀具壽命。這主要因為工作溫度低，改善了材料的切削加工性，切削力降低，切削熱又被迅速帶走，刀具則始終在較低溫度下工作【3】。

2.3 液氮在冰淇淋生產中的應用

噴霧式液氮冰淇淋快速凍結裝置可用于火炬形冰淇淋生產。它由液氮貯罐、不銹鋼隧道箱體、噴淋裝置、不銹鋼輸送帶、傳動裝置、抽風機等組成。液氮貯罐置于室外，以3.5 kPa的壓力引入到凍結區(qū)對火炬形冰淇淋進行噴淋。經(jīng)凝凍機打出的軟冰淇淋通過AISAN線上的充填裝置將冰淇淋灌注在下部輸送帶上的威化筒中，形成火炬形狀的冰淇淋，由于此時的冰淇淋溫度只有5℃左右，組織較軟、易塌陷變形。此時通過輸送帶，火炬形冰淇淋馬上被移入小型不銹鋼隧道式箱體中，而箱體上方連接著液氮噴嘴，液氮通過噴嘴直接噴淋在火炬形冰淇淋上，冰淇淋立刻被凍結，原有的火炬形狀即被瞬間固定。此時不銹鋼輸送帶不斷地向前移動。凍結后的冰淇淋被移至另一端的不銹鋼箱體外，蓋上透明火炬型塑料蓋后。置于-35℃的速凍隧道中冷凍l h左右，經(jīng)包裝后儲于-25℃的成品冷庫。此方法凍結每千克冰淇淋的液氮耗用量約為0.6～0.7kg【4】。

2.4 液氮冷凍治療

液氮冷凍治療是一種冷凍生物學的綜合效應，正常細胞在極度冷凍的狀態(tài)下，會發(fā)生不可逆轉的損害。它就是通過極度冷凍的狀態(tài)下，將病區(qū)細胞迅速殺死，使得病區(qū)得到正常的恢復。

液氮冷凍可以用來治療面部皮膚病，面部皮膚病變在液氮冷凍療法的治療下，痊愈率可以達到85.54%，有效率可以達到96.00%。冷凍療法治愈率高，且操作簡單，費用低，尤其在基層醫(yī)院易于推廣【5】。化膿性肉芽腫是發(fā)生于皮膚或黏膜的一種獲得性血管增生性損害，是臨床上常見的良性腫瘤，常于外傷后發(fā)生，以往多采用外科手術、二氧化碳激光等方法治療【6】。采用液氮冷凍治療時，治愈率可以達到100%，并且沒有復發(fā)的情況發(fā)生，與以往的治療方法相比有明顯的優(yōu)勢。臨床上還可以應用液態(tài)氮治療小兒頭面部血管瘤，根據(jù)患兒年齡、血管瘤皮損的深淺及皮損面積的大小，選擇適當大小的棉簽作為冷凍頭。首先在液氮中預冷，然后對準皮損，進行加壓治療【7】。這個操作方法簡單、效果好、費用低廉，是非常好的一種治療小兒頭面部血管瘤的方法。

3、結論

液氮作為一種比較容易獲得的低溫工質，在預冷火箭發(fā)動機及其增壓輸送系統(tǒng)、切磨削加工、冰淇淋生產、冷凍治療等許多方面都有極其重要的作用，可以預見，隨著科技的發(fā)展和人們對于低溫工質的需求的不斷增加，液氮也將越來越多的服務于我們的生產和生活。

參考文獻：

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