نیتروژن مایع از مولکول‌های نیتروژن دو اتمی تشکیل شده، مایع است و دمایی کمتر از ۱۹۵٫۸- درجه سانتی‌گراد دارد. این مایع بی‌رنگ و بدون بو است و با علامت (LN2، LIN و LN) نمایش داده می‌شود. نیتروژن مایع در دمای اتاق تبخیر می‌شود و به فرم بخار تبدیل می‌شود. از این ماده در فرآیندهای سرمایشی، نگهداری مواد مختلف و تولید مواد منفجره استفاده می‌شود و منبع اصلی تولید آن هوای مایع است. در این مطلب از مجله فرادرس می‌آموزیم نیتروژن مایع چیست و چه کاربردها و خطراتی دارد.

در ابتدای این مطلب می‌آموزیم نیتروژن مایع چیست و چه خواصی دارد. سپس به بررسی اهمیت این ماده و روش‌های مختلف تولید صنعتی آن می‌پردازیم. در ادامه، روش‌های ایمن نگهداری این ماده فوق سرد را آموخته و با کاربردهای آن در صنایع مختلف آشنا می‌شویم. در نهایت خطرات و نکات ایمنی مرتبط با این ماده را توضیح داده و کمک‌های اولیه را در فرآیندهای کار با نیتروژن مایع می‌آموزیم. با مطالعه این مطلب تا انتها می‌توانید به شکلی کامل بیاموزید نیتروژن مایع چیست.

نیتروژن مایع چیست؟

نیتروژن مایع در واقع نیتروژن به حالت گازی است که دمای آن تا زیر ۱۹۵٫۸- درجه سانتی‌گراد پایین آورده شده است. این ماده در حالت مایع ظاهری شبیه به آب دارد و بی‌رنگ و بدون بو است. نیتروژن مایع را با علامت اختصاری (LN2، LIN و LN) نشان می‌دهند. منبع اصلی این ماده، تقطیر جزء‌به‌جزء هوای مایع است.

نیتروژن که بیشترین درصد هوای اتمسفر زمین را تشکیل می‌دهد، ماده‌ای بدون بو و بدون رنگ و غیرسمی و واکنش‌ناپذیر است. شکل مولکول نیتروژن به شکل زیر است و با فرمول شیمیایی $$N_2$$

گاز نیتروژن گازی اشتعال ناپذیر است و در دمای اتاق کمی از هوا سبک‌تر است و در آب حل می‌شود. نیتروژن در حالت مایع کاربردهای بسیاری از جمله خنک‌سازی مواد زیستی یا مواد غذایی، انجام فرآیندهای پزشکی، کوچک‌سازی قطعات خودرو و فراهم‌کردن سرمایش در جریان آزمایش‌های علمی را دارد. نیتروژن برای اولین‌بار در ۱۸۸۳ میلادی توسط دو فیزیکدان لهستانی، «زیگمونت وروبلفسکی» (Zygmunt Wróblewski) و کارول اولشفسکی (Karol Olszewski) به حالت مایع درآمد.

دمای نیتروژن مایع

نیتروژن مایع یکی از سردترین مایعات موجود است. دمای جوش این مایع در فشار اتمسفری استاندارد حدود ۱۹۶- درجه سانتی‌گراد است. در دماهای پایین‌تر از ۱۹۶- درجه، نیتروژن از حالت گازی به مایع تبدیل شده و دچار میعان می‌شود. در دماهای بالاتر، نیتروژن تبخیر می‌شود و به فرم گازی بار خواهد گشت.

نیتروژن یک مایع کریوژنیک (فوق سرد) است. مایعات کریوژنیک مایعاتی هستند که در دمایی پایین‌تر از ۱۵۰ – درجه سانتی‌گراد، به مایع تبدیل می‌شوند. این مایعات در صورت تبخیر، حجم بسیار زیادی بخار تولید می‌کنند. نیتروژن مایع در تماس جسم گرم‌تر، به شکل سریع حرکت کرده و بخارات آن به سمت پایین سرازیر می‌شوند. به این پدیده، پدیده «لایدن فروست» (Leidenfrost effect) گفته می‌شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی نیتروژن مایع

نیتروژن مایع، ماده‌ای بسیار سرد، بی‌رنگ و بدون بو و غیرسمی است که از خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد آن در صنایع بسیاری استفاده می‌شود. در ادامه، خواص فیزیکی و شیمیایی این ماده را توضیح می‌دهیم.

خواص فیزیکی

ویژگی‌های فیزیکی نیتروژن مایع به شرح زیر است:

• این ماده به فرم مایع و بسیار سرد است.
• نقطه جوش این مایع ۱۹۵٫۸- درجه سانتی‌گراد است.
• نقطه ذوب این مایع ۲۰۸٫۸۶- درجه سانتی‌گراد است.
• این ماده بی‌رنگ و بدون بو است.
• گاز نیتروژن در دمای محیط اندکی سبک‌تر از هوا است و میزان انحلال پذیری آن در آب کم است.
• دانسیته نیتروژن مایع برابر با ۰٫۸۰۸ گرم بر سانتی‌متر مکعب است.

خواص شیمیایی

ویژگی‌های شیمیایی نیتروژن مایع به شرح زیر است:

• این ماده واکنش‌پذیر و مشتعل‌شونده نیست.
• فرمول شیمیایی این ماده $$N_2$$
• نیروهای بین مولکول های نیتروژن نیروهای ضعیف واندروالسی هستند که باعث پایین‌بودن بسیار زیاد دمای جوش این ماده شده‌اند.
• ظرفیت گرمایی ویژه‌ی این ماده برابر با ۱۰۴۰ ژول بر کیلوگرم کلوین است.

یادگیری علوم نهم با فرادرس

برای درک بهتر این موضوع که نیتروژن مایع چیست و چه ویژگی‌هایی دارد، نیاز است ابتدا با مفاهیمی چون انواع مواد و طبقه‌بندی آن‌ها، جدول تناوبی عناصر، اجزای سازنده ترکیبات شیمیایی و چرخه‌های موجود در طبیعت آشنا شویم. پیشنهاد می‌کنیم برای یادگیری بهتر این مسائل و مفاهیم، به مجموعه فیلم آموزش دروس پایه نهم، بخش شیمی مراجعه کنید که با زبانی ساده ولی کاربردی به توضیح این مفاهیم می‌پردازد.

همچنین، با مراجعه به فیلم‌های آموزش فرادرس که در ادامه آورده شده است، می‌توانید به آموزش‌های بیشتری در زمینه مواد شیمیایی و نیتروژن مایع دسترسی داشته باشید.

اهمیت نیتروژن مایع

نیتروژن فوق سرد مایع راهی مناسب برای استفاده و انتقال و ذخیره گاز نیتروژن خشک است. از دمای بسیار پایین این ماده می‌توان در فرآیندهای سرماده و منجمد کردن بسیاری از مواد استفاده کرد که این ویژگی در صنایع بسیاری کاربرد دارد. برای مثال، در صنایع غذایی می‌توان با استفاده از نیتروژن کریوژنیک در مدت زمان چند دقیق مواد غذایی را منجمد کرد و این کار به حفظ کیفیت آن‌ها کمک می‌کند.

همچنین، استفاده از این ماده در این صنایع اثرات محیط زیستی مطلوبی دارد، از فاسد شدن مواد غذایی جلوگیری می‌کند و می‌تواند جایگزین مناسبی برای نگهدارنده‌های شیمیایی باشد. سمی نبودن و واکنش‌پذیر نبودن این ماده، آن را به انتخابی مناسب در تماس با مواد مختلف تبدیل می‌کند بدون اینکه ترکیبات شیمیایی مواد را تغییر دهد.

همچنین، نیتروژن یکی از فراوان‌ترین مواد موجود در زمین است و هزینه تامین آن برای صنایع مختلف زیاد نیست. پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با این خواص و کاربردهای نیتروژن مایع، فیلم آموزش شناخت فرآیند انجماد فرادرس که لینک آن در ادامه آورده شده است را مشاهده کنید.

تولید نیتروژن مایع

یکی از عمده‌ترین روش‌های تولید نیتروژن مایع، جداسازی آن طی فرآیند مایع‌سازی هوا است. همچنین، می‌توان نیتروژن مایع را به صورت مستقیم خریداری کرد یا آن را به عنوان یکی از فرآورده‌های جانبی تولید اکسیژن مایع در فرآیندهای صنعتی مانند تولید فولاد تهیه کرد.

نیتروژن مایع را می‌توان به وسیله فرآیند‌های نوسان فشار نیز از هوا به صورت گازی و با استفاده از مواد جاذب مانند زئولیت تهیه کرد. در ادامه، روش‌های تولید نیتروژن مایع را توضیح می‌دهیم.

مایع سازی هوا

فرآیند تولید این ماده عموما در برج‌های تقطیر جزء‌ به جزء هوای مایع انجام می‌شود و شامل مراحل خالص‌سازی، فشرده‌سازی و سرد کردن و چگالش است. هوا مخلوطی از ترکیبات شیمیایی اکسیژن (٪ ۲۱)، نیتروژن (٪ ۷۸) و مقادیر کمی از سایر گازها است. در ادامه هر یک از این مراحل را توضیح می‌دهیم.

خالص‌سازی

در اولین مرحله از تولید این ماده، کربن دی اکسید از هوا جداسازی می‌شود. همچنین، آب و آلودگی‌های دیگر مانند گرد و خاک در این مرحله توسط فیلتراسیون از هوا جدا می‌شوند. این فرآیند طی سرد کردن هوا انجام می‌شود. از آنجا که دمای انجماد آب صفر درجه و دمای انجماد کربن دی اکسید ۵۶٫۶- درجه است، این دو ماده به صورت جامد از ترکیبات تشکیل دهنده هوا جدا می‌شوند.

پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با هر یک از اجزای موجود در مراحل تولید نیتروژن مایع از هوای مایع، مطلب اجزای تشکیل دهنده هوا مجله فرادرس را مطالعه کنید.

فشرده سازی و سرد کردن

در مرحله بعدی، هوا را فشرده و سرد می‌کنند. در این مرحله گرمای بسیاری از سیستم خارج می‌شود. طی این فرآیند، حدود ۷۰۰ لیتر هوا به صورت گاز باید برای تولید ۱ لیتر هوای مایع استفاده شود.

چگالش

در آخرین مرحله با سرمادهی بیشتر به اجزای هوای مایع، موادی مانند آرگون و اکسیژن منجمد می‌شوند و از مخلوط جدا می‌شوند. با رساندن دما به ۱۹۶- درجه سانتی‌گراد و فشرده سازی هوا، نیتروژن به مایع تبدیل می‌شود.

تنها گازهایی که از مخلوط هوای مایع جدا نمی‌شوند، هیدروژن و هلیوم هستند. این مواد به صورت گاز در مخلوط باقی می مانند و نمی‌توان آن ها را به دمای میعان رساند و به مایع تبدیل کرد.

فرآیند جذب نوسانی فشار

فرآیند جذب نوسانی فشار (Pressure Swing Adsorption) روشی موثر برای جداسازی نیتروژن یا اکسیژن از هوا است که بدون نیاز به مایع‌سازی هوا انجام می‌شود. در این روش، هوا در دمای محیط وارد سیستم می‌شود و نوعی ماده با نام زئولیت (اسفنج مولکولی) در معرض هوا با فشار بالا قرار می‌گیرد. سپس فشار هوا کاهش داده می‌شود و لایه‌ای از گاز مورد نظر که قبلا جذب شده بود، آزاد می‌شود.

اندازه کمپرسورهای استفاده شده در این روش بسیار کوچک‌تر از برج‌های تقطیر جزء‌ به جزء هوای مایع است. فرآیند مشابهی نیز با نام جذب نوسانی خلأ (Vacuum Swing Adsorption) وجود دارد که در آن گاز تولید شده در فشار پایین‌تر از فشار اتمسفر از زئولیت جدا می‌شود.

نگهداری نیتروژن مایع

پس از انجام فرآیند تولید نیتروژن مایع، به دلیل دمای بسیار پایین این ماده باید به شکل ایمن و مطمئنی بسته بندی و نگهداری شود. نگهداری این ماده معمولا به دو صورت انجام می‌شود. یکی از این روش‌ها نگهداری آن در تانک‌های بزرگ برای نگهداری طولانی مدت و دیگری نگهداری در ظروف دوار برای استفاده در حجم‌های کمتر و مدت کوتاه‌تر است.

نکته قابل توجه در نگهداری نیتروژن این است که باید از انتقال حرارت و گرما به تانک‌ها، ظروف دوار یا لوله‌ها و ظروف انتقال به شکلی جدی جلوگیری شود. نیتروژن گازی کریوژنیک است و با جذب حرارت به فرم گاز تبدیل می‌شود. تبدیل این ماده به گاز باعث افزایش فشار در سیستم شده و می‌تواند باعث از دست رفتن ماده یا انفجار ظرف نگهدارنده شود. در ادامه، ظروف رایج نگهداری این مایع را معرفی می‌کنیم.

ظروف دِوار

«ظروف دِوار» (Dewar Containers) محفظه‌هایی هستند که بر آن‌ها فشار داخلی اعمال نشده است. این ظروف برای نگهداری مقادیر کم نیتروژن مایع استفاده می‌شوند و ظرفیت آن‌ها معمولا بر حسب لیتر بیان می‌شود. این ظروف مدل‌هایی با گنجایش ۵ تا ۲۰۰ لیتر دارند.

برای انتقال مایع از ظروف دوار کوچک می‌توان به صورت دستی و با ریختن مستقیم مایع عمل کرد اما مدل‌هایی با حجم بزرگ‌تر نیاز به لوله‌های انتقال دارند.

نکته: سیلندرهای مایع کرایوژنیک که ظروف تحت فشار هستند، گاهی به اشتباه «دوار» نامیده می‌شوند در حالی‌که ساختار و کاربرد آن‌ها با دوارهای واقعی متفاوت است.

سیلندرهای مایع کریوژنیک

سیلندرهای مایع کرایوژنیک، مخازن تحت فشار عایق‌بندی شده با خلأ هستند. این محفظه‌ها مجهز به شیرهای اطمینان و دیسک‌هایی هستند تا از سیلندرها در برابر افزایش فشار محافظت کنند. این مخازن با فشار تا ۳۵۰ پوند بر اینچ مربع کار می‌کنند و ظرفیتی بین ۸۰ تا ۴۵۰ لیتر مایع دارند.

مخازن ذخیره سازی کریوژنیک

این مخازن (تانک‌ها) می‌توانند شکل‌هایی کروی یا استوانه‌ای داشته باشند. این مخازن در مکان‌های مشخصی به صورت ثابت نصب می‌شوند و برای فشارها و دماهای مربوطه مطابق با مشخصات تعیین شده طراحی می‌شوند.

استفاده از عایق خلأ

یکی از بهترین راهکارها برای نگهداری و انتقال نیتروژن در حالت مایع، استفاده از عایق خلأ است. در این روش، بین دیواره‌های دو جداره مخزن نگهداری ماده یا لوله‌های انتقال، خلأ ایجاد می‌شود. همچنین اگر این محفظه خلأ با ترکیبی از چندلایه فویل آلومینیوم و کاغذ شیشه‌ای استفاده شود، انتقال حرارت تقریبا به طور کامل از بین می‌رود.

کاربرد نیتروژن مایع

با توجه به دمای بسیار پایین و اینرسی این ماده، از نیتروژن مایع در بسیاری از صنایع استفاده‌های بسیاری می‌شود. برخی از استفاده‌های این ماده، سرمایش مواد غذایی، سینی‌های خنک کننده و … هستند. برخی از کاربردهای این ماده را در ادامه توضیح می‌دهیم.

ساخت و ساز

در صنایع ساخت و ساز از این ماده برای منجمد کردن موقت محتویات درون لوله‌ها برای جلوگیری از نشت آن‌ها در زمان بازسازی و تعمیر استفاده می‌شود.

صنعت الکترونیک و جوشکاری

از این ماده در ساخت قطعات الکترونیکی و جوشکاری به عنوان گاز محافظ استفاده می‌شود.

آزمایشگاه‌ها

در آزمایشگاه‌های مختلف از این ماده در خشک کردن نمونه‌ها و حذف بخارات از برخی از واکنش‌ها استفاده می‌شود. همچنین، در کنترل کردن دمای واکنش‌های گرماده و کمک در جداسازی مواد گازی از واکنش‌ها استفاده می‌شود.

به علاوه، از این ماده برای حفظ دمای پایین در اطراف سیستم خنک‌کننده هلیوم در مایع آهنرباهای ابررسانا با میدان بالا که در مواردی مانند طیف‌سنج‌های رزونانس مغناطیسی هسته‌ای و سیستم‌های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کاربرد دارند، استفاده می‌شود.

پزشکی

یکی از گسترده‌ترین کاربردهای نیتروژن مایع، استفاده از آن در صنعت پزشکی است. از این ماده برای سرمادرمانی (کرایوتراپی)، از بین بردن توده‌ها، زگیل‌ها و بافت‌های غیرطبیعی و همچنین نگهداری بلندمدت بافت‌ها و اندام‌های مختلف استفاده می‌شود.

همچنین یکی از مهم‌ترین کاربردهای نیتروژن مایع استفاده از آن برای سالم نگه‌داشتن نمونه‌های خون، سلول‌های اسپرم و تخمک و سایر نمونه‌های بیولوژیکی مانند اندام‌ها در عمل‌های جراحی است.

صنایع غذایی

یکی دیگر از گسترده ترین کاربردهای نیتروژن مایع، استفاده از آن در صنایع غذایی است. این ماده سمی نیست و می‌تواند در مواد غذایی مختلف استفاده شود. همچنین، از این ماده برای انجماد سریع محصولات گیاهی و گوشتی، تهیه بستنی‌های فوری یا برخی از نوشیدنی‌های خاص استفاده می‌شود. در ادامه مهمترین کاربردهای این ماده را در صنایع غذایی توضیح می‌دهیم.

انجماد سریع

دمای بسیار پایین نیتروژن مایع باعث می‌شود مواد غذایی در مدت زمان بسیار کوتاهی و به‌طور یکنواخت منجمد شوند. چون این فرآیند خیلی سریع انجام می‌شود، کریستال‌های یخ ریزتری در بافت غذا تشکیل می‌شود و در نتیجه بافت، طعم و کیفیت طبیعی مواد غذایی بهتر حفظ می‌شود.

بسته بندی

نیتروژن مایع در روش بسته‌بندی خاصی به کار می‌رود که در آن، ترکیب هوای داخل بسته تغییر می‌کند. این تغییر کمک می‌کند تا از رشد باکتری‌ها و اکسید شدن غذا جلوگیری شود و در نهایت ماندگاری محصول افزایش پیدا کند.

حمل و نگهداری

نیتروژن مایع در حمل‌ و نقل و نگهداری مواد غذایی فاسدشدنی هم بسیار کاربرد دارد. این ماده با ایجاد دمای پایدار و بسیار پایین، به حفظ تازگی و کیفیت غذا در طول مسیر کمک می‌کند.

نوآوری در آشپزی

در حوزه آشپزی نوین نیز نیتروژن مایع جایگاه ویژه‌ای دارد. از آن در تهیه بستنی‌های خاص، ساخت انواع نوشیدنی‌های نوآورانه و به‌کارگیری تکنیک‌های آشپزی مولکولی استفاده می‌شود.

سایر کاربردها

نیتروژن مایع، ماده ای بسیار سرد، غیر واکنش پذیر و غیرسمی است که در بسیاری دیگر از صنایع نیز کاربردهای فراوانی دارد. در ادامه، برخی دیگر از کاربردهای این ماده را معرفی می‌کنیم.

• انجام تست شوک حرارتی در تولید نیمه‌هادی‌ها
• استفاده در فرآیندهای پاک‌کنندگی
• اعمال فرآیندهای حرارتی برای بهبود ویژگی‌های گرمایی فلزات
• استفاده به عنوان منبعی از گاز نیتروژن برای جلوگیری از اکسیداسیون در برخی از فرآیندهای حساس به اکسیژن
• تولید سرمای مورد نیاز در فرآیند‌های حفاری چاه‌های نفت یا تونل‌ها
• استفاده از سرمای شدید برای نشان گذاری دائمی روی دام
• استفاده برای آزمایش‌های نمایشی مانند منجمد کردن گل‌ها، تولید مه مصنوعی و تهیه بستنی نیتروژنی
• برای اتصال قطعات ماشین آلات به یکدیگر به صورت شرینک (انقباضی)
• سرمادهی دوربین‌های بار جفت شده در نجوم
• اورکلاکینگ (افزایش سرعت سخت افزارها) در کامپیوترها

خطرات و نکات ایمنی کار با نیتروژن مایع

در قسمت‌های قبل آموختیم نیتروژن مایع ماده‌ای با دمای بسیار پایین است. این ماده مانند سایر مواد بسیار سرد، با خطراتی همراه است که باید به آن‌ها توجه داشت و نکات ایمنی را در مورد نگهداری، حمل و استفاده آن رعایت کرد.

در ادامه، این موارد را توضیح می‌دهیم.

خطرات نیتروژن مایع

نیتروژن مایع یک مایع کریوژنیک و بسیار سرد است. این ماده می‌تواند در صورت تماس با پوست باعث سوختگی‌های شدید شود و در صورت جذب گرما در محیط بسته، خطر انفجار ظرف وجود دارد. در ادامه، برخی از مهم‌ترین خطرات این ماده را نام می‌بریم.

انبساط بر اثر تبخیر

نیتروژن مایع در اثر تبخیر در مقادیر زیادی منبسط شده و به گاز تبدیل می‌شود. این انبساط و تولید بخار می‌تواند در فضاهای بسته و محفظه‌های مختلف خطر انفجار را به همراه داشته باشد. حجم نیتروژن مایع در صورت جذب گرما حدود ۶۹۶ بار افزایش می‌یابد و یک لیتر از این مایع ۰٫۷ متر مکعب گاز نیتروژن آزاد می‌کند. به همین دلیل باید راهکارهایی برای خروج فشار و کاهش خطر انفجار ظرف انجام شود.

خطر خفگی

گاز نیتروژن که از تبخیر نیتروژن مایع تولید می‌شود، گازی بدون رنگ و بدون بو است که می‌تواند با جایگزینی با اکسیژن در سیستم تنفسی در فضاهای بدون تهویه مناسب، باعث خفگی و تنگی نفس شود. اکسیژن هوا در حالت طبیعی حدود ۲۰٫۹ درصد حجمی است. علائم کمبود اکسیژن از سطوح زیر ٪ ۱۸ آغاز می‌شود. این علائم موادی مانند سرگیجه، تنگی نفس و گیجی هستند.

در غلظت‌های پایین‌تر از ٪ ۶ اکسیژن، ممکن است مرگ ناگهانی رخ دهد.

سوختگی بر اثر سرما

سوختگی بر اثر سرما (Frost Bite) یکی از انواع سوختگی خطرناک است که در اثر تماس جسم خیلی سرد با پوست اتفاق می‌افتد. این خطر در مورد نیتروژن به دلیل دمای بسیار پایین آن نیز وجود دارد. علائم سوختگی بر اثر سرما با این ماده،‌ موارد زیر هستند.

• تغییر رنگ پوست به سیفد یا زرد مایل به خاکستری
• درد اولیه ممکن است به سرعت از بین برود که می‌تواند نشانه‌ای خطرناک از آسیب عمیق باشد.

اجسامی که با نیتروژن مایع در تماس بوده‌اند، به شدت سرد می‌شوند. تماس مستقیم پوست با این اجسام ممکن است منجر به چسبیدن و در نهایت پارگی پوست و بافت شود.

تولید اکسیژن مایع

اگر برخی از محفظه‌ها و لوله‌های انتقال نیتروژن مایع به خوبی عایق‌بندی نشده باشند، سطح بسیار سردی خواهند داشت. در نتیجه ممکن است اکسیژن موجود در هوا در سطح این محفظه‌ها به اکسیژن مایع تبدیل شود که می‌تواند در صورت عدم رعایت نکات ایمنی، خطر آتش‌سوزی و انفجار را به همراه داشته باشد.

آسیب به اندام داخلی

نوشیدن نیتروژن مایع می‌تواند مرگبار باشد. در حالی که این ماده باعث انجماد سریع بافت‌ها می‌شود، خطر اصلی ناشی از تبدیل بسیار سریع آن از مایع به گاز است که می‌تواند به پارگی دستگاه گوارش منجر شود.

نکات ایمنی

خطرات موجود در کار با نیتروژن مایع مانند بسیاری از مواد شیمیایی دیگر با رعایت نکات ایمنی لازم، به حداقل می‌رسد. این نکات ایمنی می‌توانند مواردی مانند اطمینان از حفاظت فردی، تهویه مناسب، بازرسی منظم مخازن نگهداری، آموزش صحیح در زمینه کار با مایعات کریوژنیک و … باشند.

در ادامه، برخی از اقدامات ایمنی لازم در فرآیند‌های حمل، نگهداری و استفاده از این ماده را ذکر می‌کنیم.

 استفاده از لباس محافظ

تماس مستقیم با نیتروژن مایع می‌تواند باعث سوختگی‌های شدید شود. همچنین، در اثر جذب حرارت، بخارات نیتروژن از این ماده منتشر می‌شود. در نتیجه، استفاده از دستکش، لباس پوشاننده مناسب، ماسک و عینک محافظ الزامی است.

هیچ بخش بدون محافظی از بدن نباید با لوله‌ها یا تجهیزات بدون عایق که حاوی نیتروژن مایع هستند، تماس پیدا کند. سرمای شدید باعث چسبیدن پوست به فلز و احتمالا پارگی پوست در هنگام جدا کردن می‌شود. در صورت غوطه‌ور کردن مواد مختلف در نیتروژن مایع حتما از انبر استفاده کنید زیرا هنگام انتقال ظروف به این ماده همواره مقداری جوشش و پاشش رخ می‌دهد.

تهویه مناسب

نیتروژن مایع در صورت جذب حرارت می‌تواند گاز نیتروژن را منتشر کند. این گاز بدون بو و بدون رنگ است و با وجود سمی نبودن آن، ممکن است در فضاهایی که تهویه مناسب وجود ندارد، جایگزین اکسیژن شده و باعث خفگی شود. به همین دلیل، سیستم تهویه مناسب برای مکان استفاده و نگهداری نیتروژن مایع الزامی است. هوای فضای کار با نیتروژن مایع باید حداقل ۶ بار در ساعت عوض شود. توصیه می‌شود تمام خروجی‌ها و دریچه‌های تهویه به خارج از ساختمان هدایت شوند.

همچنین، در محیط‌هایی که احتمال خطر نشت وجود دارد، نصب آشکارساز اکسیژن می‌تواند مفید باشد. حداقل درصد اکسیژن محیط باید حدود ٪۱۹٫۵ باشد. باید از طراحی و بهره‌برداری صحیح سیستم‌ها برای جلوگیری از ورود هوای محیط به خطوط سرد اطمینان حاصل کرد. در نواحی که احتمال تجمع هوای مایع روی سطوح خارجی وجود دارد، از عایق‌های مناسب و خشک استفاده شود و مواد قابل اشتعال را از محیط‌های کرایوژنیک دور نگه داشت.

بررسی مخازن

نیتروژن مایع باید در مخازن عایق‌بندی شده مناسب نگهداری شود تا خطر انفجار یا خفگی ناشی از نشر گاز نیتروژن از آن به حداقل برسد. به همین دلیل، مخازن نگهداری این ماده باید مرتبا بررسی شوند تا از نبود نشتی اطمینان حاصل شود. در صورت مشاهده مشکل در باز یا بسته کردن شیر یا اتصالات مخزن، بلافاصله استفاده را متوقف کرده و با تأمین‌کننده تماس گرفت.

حمل و نگهداری

حمل و نگهداری نیتروژن مایع و تمامی مایعات فوق سرد باید در محفظه‌های مناسب و استاندارد برای این کار انجام گیرد. این مایع بهتر است جز در موارد استفاده از محفظه‌های عایق‌بندی شده و دارای فشار داخلی مناسب، هیچ‌گاه نباید با درب بسیار محکم نگهداری شوند. شل بودن درب ظرف به جلوگیری از ورود رطوبت و هوا به ظرف کمک کرده و اجازه می‌دهد فشار خارج شود. در ادامه برخی از نکات ایمنی حمل و نگهداری این ماده را ذکر می‌کنیم.

نکات ایمنی مخازن نیتروژن مایع

برای نگهداری نیتروژن مایع همواره باید از لوله‌ها و تجهیزاتی استفاده کرد که برای مایعات کریوزنیک طراحی شده باشند. باید دقت داشت که برخی فلزات مانند فولاد کربنی و برخی لاستیک‌ها در دمای پایین شکننده شده و ممکن است ترک بردارند. در کار با مخازن نیتروژن مایع باید نکات ایمنی زیر را در نظر گرفت.

• از نگهداری ظروف در فضاهای بسته یا مکان‌هایی که در برابر شرایط شدید آب‌ و هوایی محافظت نشده‌اند، خودداری کنید. مگر اینکه ظرف برای نصب دائم در فضای باز طراحی شده باشد.
• هرگز شیرهای اطمینان فشار محفظه‌های کریوژنیک را دستکاری یا جدا نکنید.
• همواره از ظروف مناسب برای حمل و نگهداری استفاده کنید.
• ظروف را همواره به شکل عمودی نگهداری و جابجا کنید.
• محفظه‌ها را روی پهلو نکشید، نغلتانید یا کج نکنید.
• ظروف بزرگ را نکشید و آن‌ها را هل دهید.
• در صورت امکان، برای حمل نیتروژن مایع از آسانسور باربری استفاده کنید.
• از وارد کردن شوک‌های مکانیکی یا حرارتی به ظروف پرهیز کنید.
• هرگز در حین انتقال نیتروژن مایع، مخزن را بدون نظارت رها نکنید.
• همیشه دوارهای گرم را به آرامی پر کنید.
• ظروف دوار را بیش از ٪۸۰ ظرفیت آن‌ها پر نکنید.
• اگر یخ‌زدگی یا مواد خارجی باعث انسداد دهانه‌ها یا شیرها شده‌اند، به هیچ عنوان به‌صورت خودسرانه اقدام به رفع انسداد نکنید و با تأمین‌کننده تماس بگیرید.
• انسداد در مسیرهای خروجی ممکن است باعث افزایش خطرناک فشار داخلی شود. در صورت امکان، سیلندر را به مکانی ایمن منتقل کنید تا از خطر احتمالی دور باشد.

یادگیری کار با مواد شیمیایی با فرادرس

نیتروژن مایع یکی از مواد فوق سرد است که کاربردهای بسیاری در آزمایگشگاه شیمی دارد و کار با آن خطراتی را به دنبال دارد که اقدامات ایمنی مشخصی را می‌طلبد. برای کار با این نوع مواد شیمیایی نیاز است با مفاهیمی چون ایمنی در کار با مواد شیمیایی و شناسایی و طبقه‌بندی مواد شیمیایی و شناسایی علائم خطر در آزمایشگاه را بیاموزیم. پیشنهاد می‌کنیم برا آشنایی با این مفاهیم، به مجموعه فیلم اموزش محلول سازی در آزمایشگاه مراجعه کنید که با زبانی ساده به توضیح این موارد می‌پردازد.

همچنین، با مراجعه به فیلم‌های آموزش فرادرس که در ادامه آورده شده است، می‌توانید به آموزش‌های بیشتری در زمینه کار با نیتروژن مایع دسترسی داشته باشید.

کمک‌های اولیه در آسیب با نیتروژن مایع

در کار با مایعات کریوژنیک مانند نیتروژن، باید نکات ایمنی که در قسمت قبل توضیح دادیم رعایت شود. با این حال، خطر آسیب در استفاده مواد را نیز باید در نظر گرفت و اقدامات اولیه پس از آسیب را آموخت. در ادامه، اقدامات لازم در اثر آسیب با نیتروژن مایع را توضیح می‌دهیم.

تماس با پوست

در اثر تماس‌ نیتروژن مایع با پوست، سوختگی در اثر سرما رخ می‌دهد. اقدامات اولیه در این مورد به شرح زیر است:

• لباس‌هایی را که ممکن است جریان خون به ناحیه منجمدشده را محدود کنند، به‌ آرامی خارج کنید.
• هرگز قسمت منجمد بدن را مالش ندهید. این کار باعث آسیب بیشتر به بافت می‌شود.
• اگر پا دچار یخ‌زدگی شده، فرد نباید روی پاهای خود راه برود.
• هر چه سریع‌تر، ناحیه آسیب‌دیده را در آب گرم (نه داغ) با دمای حداکثر ۴۰ درجه سانتی‌گراد قرار دهید.
• از گرمای خشک مانند سشوار یا بخاری استفاده نکنید.
• پوست ممکن است متورم، دردناک و مستعد عفونت شود. تا زمان دریافت کمک پزشکی، ناحیه را با پانسمان استریل خشک و حجیم بپوشانید.

تماس با چشم

کمک‌های اولیه در زمان تماس این ماده با چشم را در ادامه توضیح می‌دهیم.

• بلافاصله ناحیه آسیب‌دیده را با آب گرم (حداکثر ۴۰ درجه سانتی‌گراد) شست‌وشو دهید.
• مراقبت پزشکی فوری دریافت کنید.

خفگی

یکی دیگر از خطرات کار با نیتروژن مایع می‌تواند تنگی نفس، کمبود اکسیژن و خفگی در اثر ازدیاد حجم گاز نیتروژن در محیط باشد. در صورت بروز این موارد باید اقدامات زیر انجام گیرند.

• انتقال فرد به فضای باز و هوای تازه
• تنفس مصنوعی در صورت عدم تنفس
• دریافت اکسیژن در صورت تنفس دشوار
• دریافت کمک پزشکی فوری

نکته مهم: هرگز برای نجات کسی که به دلیل کمبود اکسیژن بی‌هوش شده وارد منطقه نشوید، مگر اینکه تجهیزات تنفسی مناسب داشته باشید.