چگالی یا جرم حجمی که از تقسیم عدد جرم ماده بر حجم آن به دست می‌آید نشان دهنده میزان تراکم و فشردگی ماده در هر واحد از حجم آن است. اطلاع از چگالی مواد در تشخیص و شناسایی مواد، اطلاع از شناور ماندن یا غوطه‌ور شدن آن در آب و موارد مهندسی و صنعتی کاربرد بسیار دارد. در این مقاله به بررسی چگالی نیتروژن مایع، عوامل موثر بر آن و موارد کاربرد آن می‌پردازیم.
چگالی نیتروژن مایع
یکی از ویژگی‌های فیزیکی نیتروژن مایع که در مسائلی همچون حمل ونقل، ذخیره و نگهداری حائز اهمیت فراوان است چگالی آن است. چگالی نیتروژن مایع در نقطه جوش آن که حدود 195.8- درجه سانتی گراد است، تقریبا 808 کیلوگرم بر متر مکعب میباشد که در حجم ثابت حدود 20% از آب سبک‌تر است. این عدد در دماهای مختلف متغیر است و با افزایش دما، چگالی نیتروژن مایع به علت ایجاد فاصله بیشتر بین مولکول‌ها، کاهش می‌یابد.
عوامل موثر بر چگالی نیتروژن مایع
چگالی نیتروژن مایع در مواجهه با شرایط خاص می‌تواند از میزان استاندارد خود منحرف شود. از مهمترین عواملی که بر چگالی نیتروژن مایع تاثیرگذارند می‌توان به دما، فشار، میزان خلوص مایع و ارتفاع اشاره نمود. در ادامه به چگونگی تاثیر هر یک از این عوامل بر چگالی نیتروژن مایع می‌پردازیم.
دما: مهمترین عامل تاثیرگذار بر چگالی نیتروژن مایع دمای مایع است. عدد چگالی 808 کیلوگرم بر متر مکعب برای نیتروژن مایع در نقطه جوش آن صدق می‌کند و در صورت کاهش یا افزایش دما این عدد تغییر می‌کند. با افزایش دما، انرژی جنبشی مولکول‌ها و در نتیجه فاصله میان مولکول‌ها افزایش یافته که این مسئله باعث کاهش چگالی نیتروژن مایع می‌گردد. همچنین، کاهش دما، فشردگی و تراکم بیشتر مولکول‌ها را در پی دارد که همین امر موجب افزایش چگالی نیتروژن مایع می‌گردد.
فشار: فشار نیز از عواملی است که تغییرات زیاد آن باعث ایجاد تغییر در چگالی نیتروژن مایع می‌گردد. اگر چه تغییرات ناچیز در فشار اتمسفر در عدد چگالی نیتروژن مایع تاثیر زیادی ندارند، اما در صورت افزایش زیاد فشار؛ به طور مثال در مخازن کرایوژنیک، مولکولهای نیتروژن مایع به هم نزدیک‌تر شده و چگالی افزایش می‌یابد.
خلوص مایع: وجود ناخالصی در نیتروژن مایع نیز سبب ایجاد تغییر در چگالی آن می‌گردد. به طور مثال؛ چنانچه درصد ناخالصی اکسیژن در نیتروژن مایع بالا باشد، چگالی کل بیش از مقدار استاندارد چگالی نیتروژن مایع با خلوص بالا میباشد.
ارتفاع: این عامل به طور مستقیم باعث تغییر در چگالی نیتروژن مایع نمی‌شود، اما به دلیل کمتر بودن فشار جو در ارتفاعات، نقطه جوش نیتروژن مایع کاهش یافته که همین مسئله سبب تغییر اندک و کاهش در چگالی آن می‌شود. اهمیت این عامل در مسائلی همچون ساخت مخازن و تنظیم فشار در مناطق با ارتفاعات بالا مطرح است.
جدول خلاصه تغییر چگالی در شرایط مختلف
| عامل | تاثیر بر چگالی نیتروژن مایع | |
| دما | افزایش دما | کاهش |
| کاهش دما | افزایش | |
| فشار | افزایش فشار | افزایش |
| خلوص مایع | افزایش ناخالصی | افزایش |
| ارتفاع | افزایش ارتفاع | کاهش (غیرمستقیم) |
کاربردهای چگالی نیتروژن مایع
اطلاع از چگالی نیتروژن مایع در مسائل مهندسی و صنعتی از اهمیت بالایی برخوردار است. برخی از مهمترین کاربردهای نیتروژن مایع در ادامه توضیح داده شده است:
طراحی و ساخت مخازن کرایوژنیک: چگالی نیتروژن مایع ظرفیت نیتروژن مایع مخازن نگهداری را مشخص کرده و به طراحی و ساخت مخازن کرایوژنیک در ظرفیت‌های مختلف کمک می‌کند.
محاسبات تولید نیتروژن گازی: حجم نیتروژن مایع پس از تبدیل شدن به گاز به شکل چشم‌گیری افزایش می‌یابد. حجم دقیق نیتروژن گازی تولیدی در این فرآیند از طریق محاسبه باچگالی نیتروژن مایع امکانپذیر است.
تبدیل جرم به حجم و بالعکس: از آنجایی که چگالی نسبت جرم به حجم است با اطلاع از چگالی نیتروژن مایع و جرم یا حجم آن می‌توان شاخص دیگر را به راحتی محاسبه کرد.
کنترل کیفیت مایع: از آنجایی که وجود ناخالصی در نیتروژن مایع سبب ایجاد تغییر در چگالی آن می‌شود، با بررسی آن می‌توان از کیفیت مایع اطمینان حاصل کرد.
طراحی فرآیندهای سرمایشی و انتقال حرارت: در فرآیندهایی همچون انجماد مواد غذایی و یا سرمازایی فلزات، چگالی نیتروژن مایع تعیین کننده مقدار انرژی سرمایی در هر واحد از حجم مایع است.
تحلیل رفتار نیتروزن مایع در شرایط خاص: در کارخانجاتی که در ارتفاعات واقع شده‌اند، چگالی نیتروژن مایع مبنای تنظیم فشار، طراحی خطوط تولید و عملکرد وپرایزرها میباشد.
جمع‌بندی
چگالی نیتروژن مایع یکی از ویژگی‌های فیزیکی کلیدی آن است که در صنعت، آزمایشگاه و پروژه‌های تحقیقاتی حائز اهمیت بسیار است. اطلاع از چگالی دقیق نیتروژن مایع و عوامل موثر بر آن در استفاده بهینه و ایمن از این محصول پرکاربرد تاثیر فراوانی دارد.
بدون دیدگاه