空気中の酸素を取り除きたい

質問

容器内を窒素ガスで満たす必要があります（可能な限り酸素を取り除きたい）
　このため、窒素ガスボンベを接続して容器に窒素を送るのですが、どういう方法が良いか検討しています。
　圧力は最大0.3MPaまで上昇させることが可能で、下限は0.02MPaとします（圧力を０にすると空気が混入すると思われるため）。

　窒素を入れて抜いてを繰り返すと、１回目・２回目・３回目で酸素濃度(最初20.8%)がどの程度下がるものでしょうか？（計算方法があるのでしょうか？）
　それとも、一定の圧力で窒素を入れながら抜く方が効率が良いのでしょうか？

回答No.2

usokoku · ベストアンサー

圧力を0にするのが最も簡単な方法ですが
一気圧の容器内酸素の質量を1とします。(バスカルは最近の単位なのでわかりません。回答不能。単位を気圧で答えますので、単位の換算をしてください)
これを0.2気圧に下げると、容器内残存酸素質量は、1*0.2 = 0.2になります。
ここに空気を入れて3気圧にすると、容器内残存酸素質量は、0.2になります。
次に、1気圧まで下げると、0.2/3 = (計算間違いするのでしません)

＞それとも、一定の圧力で窒素を入
バッチ式、ぬいて・いれてを繰り返すほうが、比較的少ないチッソ量で低下します。
同じ分量でいれると、完全押しだし流れと近似できるか、完全攪拌流れとして近似できるか、その間の中間として考えなければならないか、で答えが変わります。バッチよりも低下速度が遅いです。

いか同様に計算して区ださい。

%で計算するとうまくいきません。必ず、重さ・質量で計算してください。
化学工学の本の「物質収支」のあたりを読むとかいてあるはず。

お礼

他の方の回答にも書きましたが、負圧にはできないという条件があります。
　でも、バッチの方が効率が良いとのことで、具体的に計算してみたいのですが、

＞ここに空気を入れて3気圧にすると、容器内残存酸素質量は、0.2にな　これは窒素の誤記ですよね？
　それを前提にすると、窒素を入れても残存酸素量は変わらないので０．２ということで認識しました。

　最初の酸素の質量を１として、
　　１）３気圧まで窒素をいれ、１気圧に抜くと、１／３になる。
　　２）更に３気圧まで入れて１気圧にすれば、１／９になる。
　という事でよろしいでしょうか？

　上記の前提で計算すると「押し出し＞バッチ＞攪拌」の順になりました。
　配管のようなものだと「押し出し」だと思いますが、「容器」みたいなものだと「攪拌」に近いような気がします。

回答No.7

usokoku

＞ですよね？
素の通りです。
＞よろしいでしょうか？
素の通りです。

完全押しだし流れが、配管でもなかなか創れないのです。
水と空気のような状態ですと、比較的簡単なのですが、気体の場合、レイノルズ数を0.03くらいにしないと界面が荒れてきます(線香の煙でやってみてください。なお、容器によってかなり変化しますので数値は大きく変化します。出口側でO2濃度が低下していても、タンク内部の扇風機を回すだけでO2濃度が上がってくれるので最悪)。すると、いれるチッソの質量流量をかなり押さえないとタンクと配管の継ぎ目のタンク側で乱気流が発生して、きれいな押しだし流れにならないのです。
この「層流」を確保するために、押しだし流れでは時間がかかってしまいます。だからバッチが早いのです。

押しだし流れの場合、出口側で、洗浄瓶をかませます。
水を嫌う場合には、(名称忘却、さいこう最低温度計などのないふう液で揮発がすくないもの)をいれて、ぶくぶくやります。

水素と反応させる方法はやったことがない(危ないので日常的に使えなかった)ので回答不能。私が良くやったのは、酸化銅と石を混ぜたボールをつくって、水素で還元。これは、加熱すると還元した酸化銅が酸素と反応して取り除かれます(放熱に注意しないと内部温度が上がりすぎます。ゴム管を中に入れて水を流して冷却、なんてこともしました)。
水を使かえる場合(大腸菌の培養等)には、ピロガロールです。いずれの方法も、日本化学会、実験化学講座の基礎操作のどこかに欠いてあるはず。

お礼

やはり押し出しは無さそうですね。窒素量より時間の問題があるため、バッチ方式にすることにします。

　ありがとうございました。

回答No.6

ytrewq

酸素で死滅してしまう嫌気性菌を培養する嫌気性チャンバーの場合は窒素が主成分で水素を含む混合ガスで満たし、残った酸素は触媒で水素と反応させて、完全に酸素を除去しています。

お礼

Ｏ２で０．１％が目標なので（書いてませんでしたが）、そこまでは不要です。
　でも、非常に参考になりました。

回答No.5

seiri3

窒素の吐き出し口を容器の中にいれ、しばらく窒素を入れ続けると中の酸素はすべて置換されるのではないでしょうか。
圧力に関係なく出来ますので一番簡単だと思います。
その場合、容器の出口は外気と混ざらない程度に小さくした方が良いでしょう。
当社の商品はそうして窒素封入しています。

お礼

仰るとおりですが、より効率的な方法が無いかと検討しております。
　容器の出口は気を付けます。

　ありがとうございました。

回答No.4

noname#57316

＃１の方の言われている方法（水上置換といいます）が、最も簡単で確実と思います。
容器を水槽に入れ、中を完全に水で満たし、口の部分（窒素の注入口となる所）が下向き
になるようにします。
ボンベからの配管を水槽内の、下向きになっている口のところに持って行き、ボンベから
窒素を送ります。
透明な容器であれば、水が窒素に置き換わるのが見えて都合が良いと思います。

お礼

タッチの差で申し訳ありません（＃１の回答に書き込んでいる最中でした）。
　もう少し具体的な条件を書くべきでした。申し訳ありません。

回答No.3

noname#46618

化学実験だと、真空ポンプで高真空にしてから、窒素を入れて、ガラス管の経路中に、以下のような酸素を取り除くものを入れますよね。

・酸化されやすいものをガラス管の中に入れて、そのガラス管を炉の中に入れて加熱して酸素を取り除く。
・液体窒素で冷やして、酸素を取り除く。

お礼

回答ありがとうございます。
　負圧にはできないので、、、質問に書くべきでした。申し訳ない。

回答No.1

noname#65789

素人考えで申し訳ないが。。
こういう実験って、よく水槽の中でやりますよね？
ボコボコボコって泡を容器で受ける形で。
容器は水に入れられないのでしょうか？

お礼

残念ながら水を入れたり、水に浸けたりは出来ないです（質問に書くべきでしたね）
　ありがとうございました。