Strona głównaPytania → Jak zmienia się ciśnienie przy...

Jak zmienia się ciśnienie przy napełnianiu zbiornika azotem?

Pytanie

Pyta Krystian

Pracuję na dużym obiekcie przemysłowym. Wraz ze współpracownikami mamy inne zdania na temat procesu załadunku zbiornika o przekroju walca ciekłym azotem o temperaturze około -195 stopni C. Zbiornik zawsze jest zapełniony od dołu ciekłym azotem, a u góry mamy poduszkę gazową. Według mnie tankując ten zbiornik od dołu podnosimy w nim ciśnienie – działa to na zasadzie tłoka. Gdy tankujemy zbiornik od góry, gdzie mamy poduszkę gazową, to obniżamy ciśnienie, bo skraplamy gazowy azot, cząstki są bliżej siebie i ciśnienie spada. Swoje obserwacje potwierdzam wielokrotnym załadunkiem tego zbiornika. Niektórzy koledzy twierdzą, że ciśnienie się podnosi gdy tankujemy zbiornik od góry, bo ciekły azot wchodzi w strefę gazową gdzie jest większa temperatura i dochodzi do odparowywania. Ale wynika z tego, że tankując od dołu też podniesiemy ciśnienie, bo zadziała efekt tłoka. Jest to sprzeczne z doświadczeniem, bo lejąc jednym z nalewów na pewno ciśnienie spadnie – niestety nie mamy pewności którym nalewem (czy górnym czy dolnym) lejemy.

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Jan Suffczyński

W istocie należy spodziewać się, że przy dopełnianiu pojemnika poprzez dolewanie azotu od dołu ciśnienie w pojemniku wzrośnie. Tak jak Pan pisze, podnoszący się poziom cieszy będzie działał na pary azotu znajdujące się nad jego powierzchnią jak tłok.

Jednak w przypadku nalewania od góry także spodziewałbym się wzrostu ciśnienia. Nawet gdyby nalewany od góry ciekły azot ochłodził w sposób istotny azot gazowy, to po odebraniu w ten sposób energii od azotu gazowego sam by odparował (znajduje się wszak w temperaturze wrzenia). Powiększyłoby to liczbę cząstek w stanie gazowym i dało wkład do wzrostu ciśnienia. Spodziewałbym się, że owe powiększenie objętości gazu wynikające z powiększenia liczby cząstek dominowałoby nad efektem obniżenia objętości wynikającego z obniżenia temperatury i efektywnie ciśnienie by wzrosło. (Oczywiście, gdyby ochłodzić gaz znajdujący się wewnątrz zbiornika np. przez polewanie zewnętrznych ścianek zbiornika ciekłym azotem, to ciśnienie w zbiorniku by spadło. Tutaj jednak następuje konkurencja miedzy ochładzaniem gazu, a dodawaniem do niego nowych cząstek, a dochodzi jeszcze wspomniany efekt tłoka.) Wydaje mi się przy tym, że lanie azotu od góry nie powinno powodować istotnego ochłodzenia i obniżenia objętości gazu – zapewne jest on lany jest wąskim strumieniem i powierzchnia kontaktu obu faz, ciekłej i gazowej, jest mała.

Podsumowując, w obu przypadkach, przy dolewaniu azotu do zbiornika zarówno od dołu i jak i od góry, spodziewałbym się wzrostu ciśnienia. Interpretacja opisywanych przez Pana efektów, która mi się nasuwa jest taka, że być może sekret tkwi w samej konstrukcji zbiornika. Czy jest wykluczone, że umieszczono w nim układ, który ma zadanie kompensować wzrost ciśnienia i działa on tylko przy nalewaniu jednym z wlewów?