Sauerstofftank

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Hintergrund

Sauerstoff (Ordnungszahl 8; Atomgewicht 16) ist essentiell für alle Lebewesen und hat die Fähigkeit, sich mit fast allen anderen Elementen zu verbinden. Wenn Elemente mit Sauerstoff verschmelzen, werden sie als oxidiert bezeichnet. Sauerstoff ist das am häufigsten vorkommende Element der Welt und besteht zu etwa 90 % aus Wasser (Wasserstoff macht die anderen 10 %) und zu 46 % aus der Erdkruste (Silizium 28 %; Aluminium 8 % und Eisen 5 %) Andere). Der Schmelzpunkt von Sauerstoff liegt bei –360°F (–218°C) und sein Siedepunkt liegt bei –297°F (–183°C). Im freien Zustand ist Sauerstoff geruchlos, farblos und geschmacklos. Bei Temperaturen unter -297°F (183°C) nimmt Sauerstoff eine blassblaue flüssige Form an.

Zwei Drittel des menschlichen Körpers bestehen aus Sauerstoff. Beim Menschen wird Sauerstoff über die Lunge aufgenommen und über die Blutbahn an die Zellen verteilt. In den Zellen verbindet sich Sauerstoff mit anderen Chemikalien, wodurch sie oxidiert werden. Die oxidierten Zellen werden dann dort verteilt, wo sie gebraucht werden und versorgen den Körper mit Energie. Die Abfallprodukte der Atmung sind Wasser und Kohlendioxid, die über die Lunge ausgeschieden werden.

Die Drucksauerstofftherapie wird zur Behandlung zahlreicher medizinischer Beschwerden wie Emphysem, Asthma und Lungenentzündung eingesetzt. Diese medizinische Form von Sauerstoff wird typischerweise in mittelgroßen Aluminiumkanistern aufbewahrt, die mit Druckreglern und Ablassventilen ausgestattet sind. Große Mengen Sauerstoff werden in großen, isolierten Stahltanks mit einem Druck von 2.000 lb/in ² . aufbewahrt (141 kg/cm ² ).

Verlauf

Die Entdeckung des Sauerstoffs wird allgemein dem englischen Chemiker Joseph Priestley zugeschrieben. 1767 glaubte Priestly, dass mit Kohlenstoff vermischte Luft Elektrizität erzeugen könne. Er nannte diese verkohlte Luft mephitische Luft. Priester fuhr fort, Experimente mit Luft durchzuführen, und 1774 benutzte er ein Brennglas und Sonnenwärme, um Quecksilberoxid zu erhitzen. Dabei bemerkte er, dass das Quecksilberoxid unter der extremen Temperatur zerfiel und Perlen aus elementarem Quecksilber bildeten. Das Quecksilberoxid emittiert auch ein seltsames Gas, das Flammen begünstigt und die Atemwege öffnet, wodurch das Atmen beim Einatmen erleichtert wird. Dieses Gas wurde von Priestley als dephlogistisierte Luft bezeichnet, basierend auf dem populären Gedanken der Zeit, dass Phlogiston benötigt wurde, um Material zu verbrennen. Die Phlogiston-Theorie wurde von Antoine-Laurent Lavoisier, einem französischen Chemiker, für falsch gehalten.

Lavoisier hatte Mitte bis Ende des 18. Jahrhunderts seine eigenen Experimente mit Verbrennung und Luft durchgeführt. 1774 traf er Priestley, der Lavoisier von der Entdeckung dephlogistischer Luft erzählte. Lavoisier begann, seine eigenen Experimente mit Priestleys reiner Luft durchzuführen. Er beobachtete, dass das Element Bestandteil mehrerer Säuren ist und ging davon aus, dass es zur Bildung aller Säuren benötigt wird. Basierend auf diesem falschen Gedanken verwendete Lavoisier die griechischen Wörter oxy (Säure) und Gen (bilden), um das französische Wort Oxygene zu prägen – auf Englisch in Sauerstoff übersetzt – irgendwann um 1779.

Es gibt noch einen dritten Mann, dem seine Beteiligung an der Entdeckung des Sauerstoffs um 1771 zugeschrieben wird. Carl Wilhelm Scheele, ein schwedischer Apotheker und Chemiker, entdeckte, dass ein bestimmtes Element (Scheele hielt es auch für Phlogiston) benötigt wird, um Stoffe zu verbrennen. Scheele nannte dieses Element "Feuerluft", da es für die Verbrennung benötigt wird. Bei diesen Experimenten mit Feuerluft entdeckte Scheele auch "Foul Air", heute Stickstoff genannt. Trotz der Tatsache, dass Scheele vor Priestley Sauerstoff isoliert hatte, veröffentlichte Priestley seine Ergebnisse zuerst.

Rohstoffe

Die Rohstoffe zur Herstellung eines Sauerstofftanks sind flüssige Luft und Aluminium. Das Ausgangsmaterial aus Aluminium ist 6061 gegossen. Die flüssige Luft wird kondensiert und erhitzt, bis reiner Sauerstoff übrig bleibt, dann in die Aluminiumtanks verteilt. Zur Bildung des O-Rings wird ein komprimierbarer Teflonring verwendet, der in die O-Stopfbuchse eingelegt wird und so eine Abdichtung zwischen Ventil und Zylinder bildet. Die O-Ring-Stopfbuchse ist eine Präzisionsvertiefung, die in die Oberseite des Zylinders eingearbeitet ist. Wenn das Ventil in den Zylinder eingeschraubt und vollständig aufgesetzt ist, drückt es den O-Ring zusammen und vervollständigt die luftdichte Abdichtung zwischen Ventil und Zylinder.

Design

Sauerstofftanks variieren in Größe, Gewicht und Funktion, aber der Herstellungsprozess ist sehr ähnlich. Der typische medizinische Sauerstofftank enthält reinen Sauerstoff und hat ein grünes Oberteil mit einem Körper aus gebürstetem Stahl.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Bildung des Zylinders

• 1 Sauerstofftanks werden aus einem einzigen Blatt 6061 Aluminium hergestellt. Das Ausgangsmaterial wird als gegossener Knüppel bezeichnet, der ungefähr 5,5 m lang und wie ein Baumstamm geformt ist.
• 2 Der gegossene Knüppel wird auf ein Förderband gelegt und von einem Sägeautomaten auf die gewünschte Größe geschnitten. Das gesägte Stück wird als Rohling bezeichnet und hat fast das gleiche Gewicht und den gleichen Durchmesser wie das fertige Produkt.
• 3 Der Rohling wird dann in einer Rückwärts-Strangpresse in eine Matrize eingebracht. Die Presse drückt einen Stempel gegen den Rohling. Das Metall des Rohlings fließt rückwärts um den Stempel herum und bildet ein großes, hohles, becherförmiges Produkt, das als Schale bezeichnet wird.
• 4 Anschließend wird die Hülle auf Fehler untersucht und vermessen.
• 5 Als nächstes wird die Hülle einem Prozess unterzogen, der als Gesenkschmieden bezeichnet wird. Das offene Ende der Schale wird erhitzt und in eine Schließmatrize gedrückt, um das offene Ende des Bechers zu schließen. Jetzt ist die allgemeine Form eines nahtlosen Zylinders fertig.

Wärmebehandlung des Zylinders

• 6 Der Zylinder durchläuft einen zweistufigen thermischen Prozess, der als Lösungswärmebehandlung und künstliche Alterung bezeichnet wird.
• 7 Der erste thermische Prozess, die Lösungswärmebehandlung, beginnt, wenn der Zylinder in einen Lösungsofen gelegt wird. Dabei werden die Legierungselemente des Aluminiums in Lösung gebracht. Der Zylinder wird auf etwa 1000°F (538°C) erhitzt. Ein Zylinder, der diesem thermischen Verfahren unterzogen wurde, wird als T-4-Temperat gekennzeichnet.
• 8 Der zweite thermische Zyklus, die künstliche Alterung, besteht darin, dass der Zylinder durch einen Alterungsofen geführt wird, wo er auf etwa 350 °F (177 °C) erhitzt wird. Dadurch können die Legierungselemente aus der Lösung und in die Korngrenzen ausgeschieden werden, wodurch der Zylinder verstärkt wird. Ein Zylinder, der beide thermischen Prozesse abgeschlossen hat, wird als T-6-Temperat bezeichnet.

Die Halskonfiguration

• 9 Das Gewinde, die O-Ring-Stopfbuchse und die obere Fläche sind die Dichtflächen und werden in den Zylinder eingearbeitet. Der Zylinder wird in eine Fräsmaschine (eine Bohrmaschine, die sich in drei Richtungen bewegen kann) platziert. Unter der Leitung von Computer-Aided Design (AutoCAD)-Software wird ein Loch in die Mitte des Zylinderhalses gefräst.
• 10 Die obere Fläche, die O-Ring-Stopfbuchse und das Gewinde (in dieser Reihenfolge) werden mit einem Formwerkzeug in den Zylinder eingearbeitet. Das Formwerkzeug hat die Form der Zylinderoberseite, die O-Ring-Stopfbuchse und die Gewindeentlastung befinden sich unter dem O-Ring. Das Formwerkzeug dreht sich als Bohrer und wird in den Zylinder abgesenkt, um die Form in den Zylinderhals zu bearbeiten.

Abschluss

• 11 Anschließend wird der Tank einem hydrostatischen Test unterzogen. Während dieser Prüfung wird der Tank mit fünf Drittel seines Betriebsdrucks beaufschlagt. Wenn sich der Tank mehr als a . ausdehnt Die Herstellung von Sauerstofftanks. angegebenen Betrag innerhalb von 30 Sekunden wird abgelehnt.
• 12 Identifikationsmarken werden über einen pneumatischen Stempel auf den Tank gestanzt. Diese Markierungen geben die Spezifikationen an, nach denen der Zylinder hergestellt wurde, den Betriebsdruck, die Seriennummer, den Namen oder die Nummer des Herstellers und das Herstellungsdatum des Tanks.
• 13 Die für medizinische Zwecke verwendeten Tanks haben in der Regel einen gebürsteten Körper. Der Tank wird waagerecht auf das Förderband gestellt und unter einem automatischen Schleifer gedreht.
• 14 Die Oberseite des Tanks wird manuell grün lackiert, dann wird der gesamte Tank mit einer klaren Pulverbeschichtung besprüht und in einem Ofen ausgehärtet.
• 15 Der fertige Tank wird dann je nach Kundenwunsch entweder verschlossen oder mit einem Ventil ausgestattet.

Befüllen der Tanks

1. Handelsüblicher Drucksauerstoff wird in großen Chargen aus flüssiger Luft destilliert. Luft wird bei −297°F (−183 °C) flüssig. Die Luftzufuhr wird komprimiert und dann durch ein mit einem Kolben ausgestattetes Fach geleitet (Expansionsmotoren).
2. Wenn sich die Luft ausdehnt, bewegen sich die Kolben, wodurch das Volumen der Kammer vergrößert und der Druck und die Temperatur der Luft verringert werden.
3. Die Luft wird dann durch mehrere Expansionsmaschinen gedreht, bis sie verflüssigt ist. Die flüssige Luft wird dann zu riesigen isolierten Vorratstanks transportiert.
4. Der flüssige Sauerstoff wird dann gekocht, um den Stickstoff loszuwerden, da Stickstoff einen niedrigeren Siedepunkt hat (-320'F; 195°C). Die flüssige Luft besteht dann hauptsächlich aus Sauerstoff (97-100%) und wird in große isolierte Tanks transportiert, bis sie in Sauerstoffflaschen verteilt wird.

Qualitätskontrolle

Während des Herstellungsprozesses werden die Zylinder mehrfach kontrolliert und gereinigt. Nach Verkauf und Inbetriebnahme muss der Tank alle fünf Jahre einer hydrostatischen und visuellen Nachprüfung unterzogen werden. Die Prüfung wird gemäß den Anforderungen der Compressed Gas Associations durchgeführt. Bei unbeschädigtem Tank und minimalem Verschleiß ist die Lebensdauer unbegrenzt.

DOT-3AL ist die Kennzeichnung, die die Spezifikation identifiziert, in der der Zylinder gemäß hergestellt wurde. Das Department of Transportation (DOT) regelt den Transport aller Güter. Der Transport von komprimierten Gasen fällt in diese Kategorie.

Nebenprodukte/Abfälle

Im Herstellungsprozess werden fast 93% des Ausgangsmaterials (der gegossene Knüppel) im Endprodukt verwendet. Es gibt weniger als 7% Herstellungsschrott des Ausgangsmaterials. Nach Abschluss der Produktion werden alle Zylinder, die bis zur Verurteilung beschädigt sind, durch die "DOT-3AL"-Markierung auf der Krone gestempelt. Wenn der Tank mit Druck beaufschlagt wurde, wird er drucklos gemacht, das Ventil entfernt und der Zylinder halbiert und recycelt. Die ausrangierten, gesägten Zylinder können und sollten recycelt werden.

Die Zukunft

Da die medizinische Verwendung von Sauerstofftanks zunimmt, werden die Tanks kleiner und wendiger. Der standardmäßige medizinische E-Tank fasst 680 l und kann bis zu 11,3 Stunden bei 1 Liter pro Minute (lpm) liefern. Dieser Tank wiegt leer 7,9 lb (3,6 kg). Einer der kleineren Sauerstofftanks ist ein M9-Tank. Dieser Tank fasst 240 l Sauerstoff für vier Stunden bei 1 lpm oder zwei Stunden kontinuierlichem Fluss. Es gibt Zubehör wie Karren oder Taschen, die es dem Benutzer ermöglichen, den vollen Tank einfach zu transportieren.

Weitere Informationen

Andere

Webseite von Catalina Cylinders. 8. November 2001. .

Webseite von Tri-Med, Inc.. 8. November 2001..

Deirdre S. Blanchfield