液化窒素とコールドエバポレーターについて

質問

液化窒素のSDSには、蒸気圧3.399MPa、沸点-196℃書かれていました。
実際の貯槽では、貯槽圧力が0.65MPaでベーパライザー後の圧力が0.5MPaと表示されていました。
これでは、ベーパライザー後は気化されていないことになりませんか？
ベーパライザー後の圧力が3.399MPaよりも高くないと気化されないと解釈してしまったのですが、どこが間違っているのでしょうか？
文系なのでそれを考慮してアドバイス願います。

回答No.2

hg3 · ベストアンサー

No1です。補足ありがとうございます。

＞蒸気圧：3.399MPa（臨界点）
＞これでいくと-195.8℃では3.399MPa以下で気化するということですね。

違います。
臨界温度での蒸気圧が3.399MPaという意味です。
長くなるので、臨界点（臨界温度）については説明を割愛しますが、
当方で調べてみた所、窒素の臨界温度は-149.1℃とのことですから、
-149.1℃での蒸気圧が3.399MPaということです。

また、沸点とは、蒸気圧が1気圧になる温度のことなのです。
沸点が-195.8℃なら、-195.8℃での蒸気圧が1気圧ということです。
先の回答で、100℃での水の蒸気圧が1気圧だと説明しました。これが水の沸点は100℃という意味です。

さて、ここまで、説明すれば、何故貯蔵容器内の窒素が液体状態を保っていられるのか理解できるでしょう。
貯蔵容器は、外気の熱が伝わらないように断熱性の高い構造になっているので、容器内の温度は、液体窒素の沸点とほぼ同じ温度を保っています。従って、容器内の圧力が1気圧（約0.1MPa)より高ければ、窒素は液体状態を維持できるというわけです。

一方、ベーパライザーでは液体窒素を外気で温めることで、気化を促進します。
臨界温度のところで説明した通り、-149.1℃にしただけで、蒸気圧が3.399MPaになるのですから、ベーパライザーの圧力が0.5MPaなら、液体窒素をほんの少し温めれば、十分気化できることが想像できますよね。

お礼

ご回答ありがとうございました。
ようやく合点がいきました。

本当にありがとうございます。

回答No.1

hg3

蒸気圧が3.399MPaということは、液体の窒素をある温度（MSDSに温度の条件も書いてありませんか？）にしたときに発生する気体の窒素の圧力を意味します。
従って、その温度では、3.399MPa以上の圧力にすると気化しないという意味です。
逆に、圧力が3.399MPaより低ければ、気化します。

もう少し、分かりやすい例で説明しましょう。
水の蒸気圧は、100℃の時1気圧、90℃の時約0.7気圧です。

大気圧が1気圧の地上では、水を90℃にしても蒸気圧より大気圧が高いので沸騰つまり気化しません。
100℃にすると、蒸気圧と大気圧と同じになるので沸騰が始まります。
一方、高い山の上などで、大気圧が0.7気圧より低ければ、90℃でも沸騰します。

つまり　蒸気圧＞周りの圧力　の時に気化するということです。

補足

ご回答ありがとうございます。SDSには、化学的性質の項で以下のようにあります。
物理的状態
　形状：液体
　色：無色
　臭い：無臭
　沸点：-195.8℃
　融点：-209.9℃
　蒸気圧：3.399MPa（臨界点）
　蒸気密度：314kg/m3（臨界点）
　比重：0.809（水=1、沸点）

これでいくと-195.8℃では3.399MPa以下で気化するということですね。
とすると、液化窒素の貯蔵容器の圧力計が0.65MPaを指している時、その中身が液化状態か気化しているかは温度次第ということですが、容器には設計温度が-195℃と表示されています。（温度の計器はありません。）この通りであれば貯蔵容器の中ですでに気化していることになります。さらにベーパライザー後は0.65MPa。
液化窒素で納品されて貯蔵容器の中ですでに気化状態？これが普通なんでしょうか？
それとも液化状態を維持するために容器内の温度が更に低くなっているのでしょうか？