絕不平“氮”|液化空氣

 稍有化學常識的人都知道，人類賴以生存的大氣是由氮氣、氧氣、二氧化碳、水（shuǐ）蒸汽和（hé）固體（tǐ）雜質微粒組成的（de）混合物，其中氮氣（qì）占了78%以上。氮（dàn）氣雖然不能（néng）供人類（lèi）呼吸，也不助燃燒（shāo），卻有著十分重要的用途。那麽，看不見又摸不著的（de）氮氣是怎（zěn）樣被人們發現的呢？

                舍勒本（běn）是（shì）瑞典的藥劑師，喜（xǐ）歡研究各種氣體。同年，他做實驗的時候，把一係列認為可以發出（chū）燃（rán）素的物質，如硫（liú）磺、鬆節（jiē）油等分（fèn）別（bié）放（fàng）在密封的容（róng）器裏點燃（rán），再對燃燒（shāo）後的氣體進行測量。他發（fā）現剩下的氣體雖（suī）然密度比空（kōng）氣小（xiǎo），但並不助燃。“原（yuán）來，燃素沒有在剩（shèng）下的氣體中！”舍勒得出這個結（jié）論後，便把（bǎ）這部分氣體叫做“劣質空氣”，燃燒耗掉的那部分叫“火空（kōng）氣”。

              燃燒的過程的“劣質空氣”命名為Nitrogen（英文），意思是“無益於生命”。後來，我國（guó）清代（dài）化（huà）學家徐壽把“劣質空（kōng）氣（qì）”譯成中文時寫成“淡氣”，意思是（shì）“衝淡”了空氣中的氧氣。再後（hòu）來，科學家把“淡（dàn）氣”譯成（chéng）“氮氣”。

               自氮氣被發現後，科學家們做了大量實驗，得到了液態氮（dàn）；同（tóng）時，他（tā）們把氮氣運用到工（gōng）業、農業、國防以及日常生活中。比如農（nóng）業上（shàng）使用最多的便是氮肥；用氮氣填充糧倉，可使糧食不黴爛，不發芽。再如，博物館的貴重字畫，可保存在充滿氮氣的密封容器中，以防蛀蟲，避免氧化。再如，在醫療（liáo）上，作為深度製冷劑的液氮，可以凍死病變的細胞。而在工業上，由氮氣製（zhì）成的硝酸，是炸藥（yào）的重要組成部分；鋼經氮化後，鋼的硬度、耐磨性都大大增強。

化學工業與化肥工業及石（shí）油化工、石油化纖工業，對（duì）氮的需求量都大。氮氣的用途廣泛，與人們生（shēng）活息息相關（guān），這期與大家分享氮氣在其它行（háng）業的應用。

氮氣（qì）化肥（féi）工（gōng）業

氮氣是氮肥工業的主要（yào）原料（liào）,如硝酸銨（ǎn）含（hán）氮36%、硫（liú）酸銨含氮21%、尿素含（hán）氮46.7%。氮氣在氮肥廠開工生產（chǎn）前，或在係（xì）統大修後，還用來置換管道和容器內的空氣或煤氣，以確保安全操（cāo）作。

合（hé）成氨

在小（xiǎo）型（xíng）水煤氣製合成氨的工廠中，加氮後氮、氫比例（lì）穩定，操作平穩，同時可降低合成氨的電耗。此外（wài）還用精氮(99.99%)保護觸媒。用純液氮洗滌精製的氫氮混合氣，使得惰性氣體（甲烷和氫）極微，一氧化碳和氧（yǎng）的含量不超過20PPm。這個氮洗，氮氣的消耗（hào）量約為750米3/噸氨左右。

應用

有了合成氨這個原料氣，就可以製造（zào）各種肥料，1噸合成氨可生產硝銨2~2.2噸，硫銨3.8~4噸（dūn），尿素1.5~1.7噸。氧氣作粉煤或重油的氣化劑，氮氣參與合成作原料氣，並作裝置的安（ān）全保護氣（qì）（觸煤保（bǎo）護就（jiù）要99.99%的純氮氣）。如以粉媒（méi）氣（qì）化，每噸（dūn）合成氨耗氧500~900m3；如以（yǐ）重油氣化，每噸合成氨耗氧250~700m3；以渣油氣化，每噸合成氨耗氧850~940m3；石灰氮是一種化學氮肥，1噸石灰（huī）氮要消耗氮氣300~500m3，現石灰摟主要製雙氰胺，硫脲和氰熔體等化工產品。

實例

大化肥裝置一定要配置大型空分設備，如山東（dōng）省華魯恒升，年產60萬噸合成（chéng）氨，有一（yī）套（tào）開空40000m3/h空分設備，其魯奇爐加壓氣化需要19780m3×2/h、90%O2；液氮洗滌要29681m3×2/h、2ppmO2的高純氮，以及750m3×2/h的（de）液氮。南京化學工業有限公司每年生產30萬噸合成氨裝置和52萬噸（dūn）尿素裝置，配置能力為4萬立方米（mǐ）/時的空分設備。

液氮是低溫-196℃的（de）液體，是由占用空氣成分百分之七十多的氮氣得來（lái）的。惰性、無色、無毒，易揮發，使（shǐ）用範圍非常廣。液氮低溫易揮發，所以（yǐ）一般儲存在專用容器—液氮罐中。

按照液氮純度用途（tú）分（fèn）類，常分（fèn）為食品級液氮，工業級液氮。食品級液氮純度較高，因為要考慮到人食用安（ān）全，純度達到5個9即99.999%。工（gōng）業級液氮純度不如（rú）食（shí）品級液（yè）氮（dàn）純度那麽高，不（bú）同的行業對液氮（dàn）純（chún）度的要求不一樣。

 

化工合成

氮主要用於合（hé）成氨，反應式為N2+3H2⇌2NH3( 條件為高壓，高（gāo）溫、和催化劑。反應為可逆反應）還是合成纖維（錦綸、腈綸），合成樹脂，合成橡膠（jiāo）等的重要原料。 氮是一種營養元（yuán）素還可以用來製作化（huà）肥。例如：碳酸氫銨NH4HCO3，氯化銨NH4Cl，硝酸銨NH4NO3等（děng）等。

 

汽車輪胎

1.提高輪胎行駛的穩定性和舒適性（xìng）

2.防止爆胎和缺氣碾行

3.延（yán）長輪胎使（shǐ）用壽命

4.減少油耗，保護環境

其他作用

1.由於氮的化學惰性，常用（yòng）作保護氣體，如：瓜（guā）果，食品，燈泡（pào）填充氣。

2.以防止某些物體暴露（lù）於空氣時被氧所氧化，用氮（dàn）氣填充（chōng）糧倉，可（kě）使糧食不黴爛、不發（fā）芽，長期保存。

3.液氮還可用作深度冷（lěng）凍劑。作為（wéi）冷凍劑在醫院（yuàn）做除斑,包,豆等的手術時（shí）常常（cháng）也使用, 即（jí）將（jiāng）斑,包,豆等凍掉,但是（shì）容易出現疤痕,並不建議使用。

4.高純氮氣用作（zuò）色譜儀等儀器的載氣。用作銅管的光亮退火保護氣體。跟高純氦氣、高純二氧化（huà）碳一起用作（zuò）激光切割機的激光氣體。

5.氮氣也作為食品保鮮保護氣體（tǐ）的用途。

在（zài）化工行業，氮（dàn）氣主要用（yòng）作保護氣體、置換（huàn）氣體、洗滌氣體、安全保障氣體。

6.用作鋁製品、鋁型材加工，鋁薄（báo）軋製等保護氣（qì）體。

7.用作回流焊和波峰焊配套的保護氣體，提高焊接質量。

8.用作浮法玻璃生產過程中的保護氣體，防錫槽（cáo）氧化。

一、 在畜牧業方麵的（de）應用

 

1、廣泛用於家畜（chù）凍配改良技術 

 

牛精液冷凍（dòng）的冷源普遍（biàn）應（yīng）用液氮，需（xū）要（yào）時可隨時取出。

2、家畜及多（duō）種動物的胚胎移植中，製備保（bǎo）存胚胎 目前多采用胚胎冷凍儀，屬智能型冷凍儀。該儀（yí）器采用微機控製技術，專用軟件，能較準確地控製液氮的施放量，從而保證被凍存的生物製品以適宜的冷（lěng）凍速率降溫冷凍。      

3、液氮超低溫保藏微生物技術 

 

菌種用-196℃的液（yè）氮（dàn）長期

4、農業生物（wù）基因保存  

5、保存液氮疫苗（miáo） 

 

6、用液氮治療奶牛乳頭乳孔外口閉合、家畜皮膚瘤子等也（yě）較為普通。    

 

7、氮氣氣（qì）調技術在糧食儲藏中的（de）應用越來越普遍（biàn）。相較於傳統的磷化氫熏蒸方式，氮氣儲糧具有安（ān）全、經濟、有效等優點。但是在對糧堆進行充氮的過程中，隨著糧堆氧（yǎng）氣濃度的不斷降低，糧堆內氮（dàn）氧置換效率越來（lái）越低（dī），充氮成本和時間也隨（suí）之增加。

二、在醫療事業的應用（yòng）

1、液氮在食品速凍中（zhōng）的應用（yòng）    

 

在（zài）眾多（duō）的保藏法中，冷凍保（bǎo）藏法（fǎ）應用最為廣泛（fàn），效果（guǒ）也非常顯（xiǎn）著。而（ér）作為（wéi）冷凍保藏（cáng）方法之一的液氮速凍早已被食品加工企業所采用，由於它能實現低溫深（shēn）冷的超（chāo）速凍，也有利於實現凍結食（shí）品的部分玻璃化，使食品解凍後能（néng）最大（dà）限度地恢複到原來的新鮮狀（zhuàng）態和原有的營養成分，極大（dà）提高了冷凍食品的品質，因此在速凍工（gōng）業中顯示出特有的生命力。

2、液氮在飲料加工中的應用 

 

目前，已有不少飲料生產廠家采用氮或氮與C02的混合物取代傳統的C02，對飲料（liào）進行充氣包裝（zhuāng）。充了氮（dàn）的高碳酸型飲料，比僅充填二氧化碳的飲料（liào）引起的問題要少；氮（dàn）對於（yú）灌裝無泡飲料，如（rú）酒和果汁也（yě）是很理想的。在非充氣飲料罐頭中加（jiā）注液氮的好處是，所注入的少量液氮可排（pái）除每隻罐頭頂部空（kōng）間中的氧氣，使貯（zhù）罐上部空間的氣體呈（chéng）惰性，從而延長了易腐品（pǐn）的貯存期限。 

3、液氮（dàn）在果蔬貯（zhù）存保鮮中的應用 

液氮（dàn）用於果（guǒ）蔬的貯存（cún）保鮮具有氣調的優點（diǎn），可調（diào）節農（nóng）副（fù）產品旺季和淡季供（gòng）需方麵的（de）矛盾，減少貯存上的（de）損失。氣調的功能是提高（gāo）氮氣的（de）濃度，同時控製氮、氧與C02的氣體比例，並（bìng）使其保持在穩定狀態，降低果蔬的呼吸強度，延緩後熟過程，從而使果品、蔬（shū）菜保持采摘時的新鮮狀態和原有營養價值，延長果蔬保鮮期（qī）。 

4、液氮在肉（ròu）製品加工中的應（yīng）用 

液氮在對原料肉絞製（zhì）、斬拌或混合等工序中加入，可有效（xiào）提高產品質量。如（rú）在沙拉米型香腸加工中，液氮的使用可提高肉保水性（xìng），阻（zǔ）止脂肪氧化，改善切片性和外觀質（zhì）量；用於肉製點心、肉脯等再製肉（ròu）的加工，不僅可使肉糜混合時加速蛋白（bái）質（zhì）溶解和增強保水性，且對保（bǎo）持（chí）產品特有形狀尤為有效。另外原料肉經液氮快速冷（lěng）卻（què），既可在較長時間內保持熱肉（ròu）特性，氣又保證了肉品衛生安全；在加工工藝上，無須（xū）再擔心（xīn）溫度上升（shēng）對肉質的影響，且加工可不受原料溫度、加工時間、季節因素的影響，同時還可使加工過（guò）程處於低氧分壓，在一定範圍延長（zhǎng）了產品（pǐn）的貨架壽命。 

5、液氮在食品低溫粉碎中的應用 

 

低溫粉碎，就是將冷卻到脆化（huà）點溫度的物質，在外力作用下破碎成粉體（tǐ）的過程。食品的低溫粉碎是近幾年發展起來的一種（zhǒng）食品加工新技術，該技術特別適宜於（yú）加工（gōng）含芳香成分多、含脂量高、含糖量多和含膠狀物質多的（de）食品。用液氮進行低溫粉碎處理，可連原料的骨、皮、肉、殼等一次性全部粉碎，使成品顆料細小並保持其有效營養。如日本將（jiāng）經液氮凍結後的海藻、甲殼素、蔬菜、調味品等，投入（rù）粉（fěn）碎機粉碎，可使成品微細粒度（dù）高達100μm以下，且基本保持原有營養價值。此外，用液氮進行低溫粉碎（suì），還可粉（fěn）碎常溫下難（nán）以粉碎的物料、熱敏性及受熱易（yì）變（biàn）質，易分解的物質。另外，液氮可以粉碎如脂肪多的肉類、水分多的蔬菜等在常溫下難以粉（fěn）碎的食品原料，並可以製造迄今未曾有過的新加工食品。  

6、液氮在食品包裝（zhuāng）中的應用