Cryogene toepassingen

De meeste mensen komen, zonder dat ze zich ervan bewust zijn, meerdere malen per dag in contact met producten die op enigerlei wijze of mede tot stand zijn gekomen met behulp van cryotechniek. Of het nu de diepvriesmaaltijd is, de benzinetank in de auto of bloed van de bloedbank, al deze producten zijn vrijwel, of mede, tot stand gekomen met cryotechniek. Om dit te realiseren komen er heel wat technische hoogstandjes aan te pas. Maar wat betekent cryogeen nu en van waaruit begon het nu allemaal eigenlijk:

Cryogeen betekent letterlijk koudmakend. Het wordt gebruikt om aan te geven dat er gewerkt wordt bij extreem lage temperaturen. Vaak worden voor cryogene experimenten stoffen gebruikt die bij een hele lage temperatuur koken. Belangrijk zijn hiervoor de vloeistoffen van stikstof (77 K of - 196 °C), waterstof (20 K of - 253 °C) en helium (4.2 K of -268,8 °C). Vloeibare stikstof kost ongeveer evenveel als melk, en wordt in grote hoeveelheden voor allerlei experimenten ingezet. Vloeibare helium is veel duurder, en door de veel lagere verdampingswarmte minder geschikt om te transporteren. Het wordt dan ook alleen voor specifieke experimenten ingezet die de extreem lage temperatuur nodig hebben, en dan lokaal uit heliumgas aangemaakt.

Veel wetenschappelijke experimenten hebben baat bij lage temperaturen omdat de atomen bij zulke temperaturen veel minder snel bewegen, en omdat er bij lage temperaturen minder ruis in elektronische circuits optreedt. Ook hebben sommige stoffen verrassende eigenschappen bij lage temperaturen, zoals supervloeibaarheid en supergeleiding.

Aardgas wordt bij cryogene temperaturen getransporteerd en heet dan LNG.(Liquified Natural Gas).

Geschiedenis

Heike Kamerlingh Onnes was een van de belangrijkste grondleggers van de cryogene techniek.

Heike Kamerlingh Onnes werd op 21 september 1853 te Groningen geboren, als oudste zoon uit een gezin met vijf kinderen. Van zijn vader, een welgestelde fabrikant, erfde hij de organisatorische en managerkwaliteiten; van zijn moeder, dochter van een architect, de dichterlijke aanleg en het kunstzinnig gevoel. Na de HBS te Groningen en aanvullende examens voor Grieks en Latijn gedaan te hebben, liet hij zich in september 1870 aan de universiteit van zijn geboortestad inschrijven als student in de wis- en natuurkunde. Tot zijn jaargenoten behoorde H.A. Lorentz. Nog in zijn eerste jaar beantwoordde Onnes een fysisch-chemische prijsvraag van de Utrechtse universiteit: 'Wordt verlangd een kritisch onderzoek van methoden ter bepaling van de dampdichtheid en de uitkomsten daarbij verkregen, ten opzichte van het verband tussen de aard van de chemische bindingen en de dichtheid van haar dampen.' Zijn inzending werd met de gouden penning bekroond en de uitreiking ervan geschiedde ten overstaan van de Utrechtse hoogleraren C.H.D. Buys Ballot en F.C. Donders.

Na een zwerftocht via universiteiten zoals Heidelberg kwam hij terug bij de universiteit Groningen. (april 1873).

Na terugkeer in Groningen zette hij zijn studie voort onder leiding van R.A. Mees. In 1876 legde hij het doctoraal examen af en op 10 juli 1879 promoveerde hij bij Mees, magna cum laude. Al vÛÛr zijn promotie was Onnes in 1878 in Delft aangesteld als assistent van J. Bosscha, directeur van de toenmalige Polytechnische School (de latere th). In 1880/1881 nam hij de colleges waar voor J.A. Snijders C. Jz. en het volgende jaar voor Bosscha. Gedurende deze tijd had hij nauw contact met de fysicus J.D. van der Waals sr. in Amsterdam, die hem inleidde in de problemen van de theorie der gassen en vloeistoffen,. Een contact, dat een grote invloed had op heel zijn latere werk. Daarnaast kwam geleidelijk, onder meer door het werk van L. Boltzmann en Van der Waals, het inzicht in de moleculaire structuur van de materie naar voren, en daaraan zou ook Kamerlingh Onnes zijn bijdrage leveren. Het werk van Henri Becquerel en het echtpaar Curie wierp een geheel nieuw licht op de structuur van de materie, terwijl de ideeÎn van Max Planck, Lorentz, Albert Einstein e.a. in vele gebieden van de natuurkunde begonnen door te dringen. Als eerste taak stelde hij zich een experimentele steun te geven aan het theoretische werk van Van der Waals. Uit zijn theorie volgde onder andere de zogenaamde wet van de overeenstemmende toestanden, volgens welke alle gassen zich op overeenkomstige wijze gedragen. Onafhankelijk van Van der Waals was K.Onnes langs andere weg tot dezelfde conclusie gekomen. Voor dit onderzoek was het nodig de eigenschappen van gassen te bestuderen over een groot temperatuurgebied, te beginnen niet ver boven het kookpunt van de gecondenseerde fase. Dit moesten gassen zijn met eenvoudige moleculen, die dientengevolge een lage kookpuntstemperatuur hebben.

Het toestel voor het verkrijgen van vloeibare lucht was gereed in 1892. Voor het voortzetten van het werk, om ook waterstof vloeibaar te maken, moesten diverse moeilijkheden worden overwonnen. Zo verbood het Leidse gemeentebestuur gedurende enige tijd het gevaarlijke werken met gecomprimeerde gassen, dat nota bene werd verricht in een laboratorium vrijwel op de plaats waar in 1807 het kruitschip in de lucht was gevlogen. Na veel problemen overwonnen te hebben was in 1905 was een eerste toestel voor het vloeibaar maken van waterstof (kookpunt 20,4 K) gereed en in 1906 een verbeterde versie, die een paar liter vloeistof per uur kon geven. En op 10 juli 1908 slaagde Kamerlingh Onnes er als eerste in, ook helium (kookpunt 4,2 K) vloeibaar te maken. Door deze laatste vinding was het mogelijk alle gassen vloeibaar te maken, zie hieronder de kookpunten van de diverse gassen:

Moderne toepassingen

Tegenwoordig worden vloeibare gassen gemaakt in een luchtscheidingsfabriek. In deze fabriek wordt met enorme compressoren lucht samengeperst en vervolgens afgekoeld zodat lucht op den duur vloeibaar wordt. Tussentijds worden de verschillende gassen gescheiden. Zo ontstaan er vloeibare zuurstof, stikstof en argon. Na verdere scheiding worden nog vele andere gassen gewonnen zoals helium. De verkregen vloeibare gassen worden bij de fabriek in tankwagens gepompt om vervolgens naar de klant te worden vervoerd. Bij de klant aangekomen wordt de vloeistof overgepompt in een speciale opslagtank waarna het als vloeistof, of gas (na verdamping) zijn weg vindt naar het gebruikerspunt.

Vragen over onderdelen voor cryogene toepassingen?

Als u vragen heeft over specifieke onderdelen voor cryogene toepassingen of u heeft hulp nodig bij het aanschaffen van dergelijke onderdelen, belt u ons dan gerust of neemt u contact met ons op per e-mail door hier te klikken.

• 

  Ons bedrijf

• 

  Cryogeen

• 

  Stoom

• 

  Overig