Qué (quién) es Сжижение газов - definición
ПРОЦЕСС ПЕРЕВОДА ГАЗОВ В ЖИДКОЕ СОСТОЯНИЕ
Сжижение газа; Сжижение; Газов сжижение
Сжижение газов
переход вещества из газообразного состояния в жидкое. С. г. достигается охлаждением их ниже критической температуры (См. Критическая температура) (Тк) и последующей конденсацией в результате отвода теплоты парообразования (конденсации). Охлаждение газа ниже ТК необходимо для достижения области температур, при которых газ может сконденсироваться в жидкость (при Т > ТК жидкость существовать не может). Впервые газ (аммиак) был сжижен в 1792 (голландский физик М. ван Марум). Хлор был получен в жидком состоянии в 1823 (М. Фарадей), кислород - в 1877 (швейцарский учёный Р. Пикте и французский учёный Л. П. Кальете), азот и окись углерода - в 1883 (З. Ф. Вроблевский и К. Ольшевский), водород - в 1898 (Дж. Дьюар), гелий - в 1908 (Х. Камерлинг-Оннес).
Идеальный процесс С. г. изображен на рис. 1. Изобара 1-2 соответствует охлаждению газа до начала конденсации, изотерма 2-0 - конденсации газа. Площадь ниже 1-2-0 эквивалентна количеству теплоты, которое необходимо отвести от газа при его сжижении, а площадь внутри контура 1-2-0-3 (1-3 - изотермическое сжатие газа, 3-0 - адиабатическое его расширение) характеризует термодинамически минимальную работу Lmin, необходимую для С. г.:
Lmin = T0(SГ - SЖ) - (JГ - JЖ),
где T0 - температура окружающей среды; SГ, SЖ - энтропии газа и жидкости; JГ, JЖ - теплосодержания (энтальпии) газа и жидкости.
Значения Lmin и действительно затрачиваемой работы LД для сжижения ряда газов даны в таблице.
Промышленное С. г. с критической температурой ТК выше температуры окружающей среды (например, аммиак, хлор) осуществляется с помощью компрессора, где газ сжимается, и последующей конденсацией газа в теплообменниках, охлаждаемых водой или холодильным рассолом. С. г. с ТК, которая значительно ниже температуры окружающей среды, производится методами глубокого охлаждения (См. Глубокое охлаждение). Наиболее часто для С. г. с низким ТК применяются Холодильные циклы, основанные на дросселировании сжатого газа (использование Джоуля - Томсона эффекта), на расширении сжатого газа с производством внешней работы в детандере, на расширении газа из постоянного объёма без совершения внешней работы (метод теплового насоса (См. Тепловой насос)). В лабораторной практике иногда используется Каскадный метод охлаждения (сжижения).
Графическое изображение и схема дроссельного цикла С. г. дана на рис. 2. После сжатия в компрессоре (1-2) газ последовательно охлаждается в теплообменниках (2-3-4) и затем расширяется (дросселируется) в вентиле (4-5). При этом часть газа сжижается и скапливается в сборнике, а несжижившийся газ направляется в теплообменники и охлаждает свежие порции сжатого газа. Для С. г. по циклу с дросселированием необходимо, чтобы температура сжатого газа перед входом в основной теплообменник T3 была ниже температуры инверсионной точки (см. Инверсионная кривая). Для этого и служит теплообменник с посторонним холодильным агентом (См. Холодильный агент) T2. Если температура инверсионной точки газа лежит выше комнатной (азот, аргон, кислород), то схема принципиально работоспособна и без теплообменников T1 и T2. Применение посторонних хладагентов в этих случаях имеет целью повышение выхода жидкости. Если же температура инверсионной точки газа ниже комнатной, то теплообменник с посторонним хладагентом обязателен. Например, при сжижении водорода методом дросселирования в качестве постороннего хладагента используется жидкий азот, при сжижении гелия - жидкий водород.
Для С. г. в промышленных масштабах чаще всего применяются циклы с детандерами (рис. 3), т. к. расширение газов с производством внешней работы - наиболее эффективный метод охлаждения. В самом детандере жидкость обычно не получают, ибо технически проще проводить само сжижение в дополнительной дроссельной ступени. После сжатия в компрессоре (1-2) и предварительного охлаждения в теплообменнике (2-3) поток сжатого газа делится на 2 части: часть М отводится в детандер, где, расширяясь, производит внешнюю работу и охлаждается (3-7). Охлажденный газ подаётся в теплообменник, где понижает температуру оставшейся части сжатого газа 1 - М, которая затем дросселируется и сжижается. Теоретически расширение в детандере должно осуществляться при постоянной энтропии (3-6). Однако из-за потерь расширение протекает по линии 3-7. Для увеличения термодинамической эффективности процесса С. г. иногда применяют несколько детандеров, работающих на различных температурных уровнях.
Циклы с тепловыми насосами обычно используются (наряду с детандерными и дроссельными циклами) при С. г. с помощью холодильно-газовых машин, которые позволяют получать температуры до 12 К, что достаточно для сжижения всех газов, кроме гелия (см. табл.). Для сжижения гелия к машине пристраивается дополнительная дроссельная ступень.
Подвергаемые сжижению газы должны очищаться от паров воды, масла и др. примесей (например, воздух - от углекислоты, водород - от воздуха), которые при охлаждении могут затвердеть и закупорить теплообменную аппаратуру. Поэтому узел очистки газа от посторонних примесей - необходимая часть установок С. г.
О применении сжиженных газов см. в ст. Глубокое охлаждение.
Значения температуры кипения Ткип (при 760 мм. рт. ст.), критической температуры ТК, минимальной Lmin и действительной LД работ сжижения некоторых газов
Лит.: Фастовский В. Г., Петровский Ю. В., Ровинский А. Е., Криогенная техника, 2 изд., М., 1974; Справочник по физико-техническим основам криогеники, 2 изд., М., 1973. См. также лит. при ст. Глубокое охлаждение.
А. Б. Фрадков.
Рис. 1. Идеальный цикл сжижения газов на диаграмме T-S (температура - энтропия).
Рис. 2. Схема и диаграмма Т - S (температура - энтропия) цикла сжижения газов на основе эффекта Джоуля - Томсона: К - компрессор; T1, T2, ТЗ - теплообменники; Др - дроссельный вентиль.
Рис. 3. Схема и диаграмма Т - S (температура - энтропия) цикла сжижения газов с детандером: К - компрессор; Д - детандер; Др - дроссельный вентиль.
СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ
переход вещества из газообразного состояния в жидкое при охлаждении его ниже температуры насыщения при данном давлении. Для сжижения газов с низкой критической температурой (154,2 К у О2, 126,2 К у N2, 33 К у Н2, 5,3 К у Не) применяют криогенную технику.
Сжижение газов
Сжиже́ние га́зов включает в себя несколько стадий, необходимых для перевода газа в жидкое состояние. Эти процессы используются для научных, промышленных и коммерческих целей.
Wikipedia
Сжижение газов
Сжиже́ние га́зов включает в себя несколько стадий, необходимых для перевода газа в жидкое состояние. Эти процессы используются для научных, промышленных и коммерческих целей.
Все газы могут быть приведены в жидкое состояние путём простого охлаждения при нормальном атмосферном давлении. Однако, для некоторых газов достаточно определённого повышения давления (углекислый газ, бутан, пропан, аммиак, хлор). Другие (кислород, водород, аргон, гелий, азот и т. д.) находятся в баллонах в сжатом состоянии. Дело в том, что газ не может быть сжижен при сколь угодно высоком давлении, если его температура выше так называемой критической температуры. Первыми были сжижены газы с критической температурой значительно выше комнатной (аммиак, сернистый газ, углекислый газ и пр.), при этом было достаточно одного повышения давления.
Уравнение состояния реальных газов Ван-дер-Ваальса показывает, что всякий газ может быть переведен в жидкое состояние, но необходимым условием для этого является предварительное охлаждение газа до температуры ниже критической. (углекислый газ, например, можно сжижить при комнатной температуре, поскольку его критическая температура равна 31,1 °C. То же можно сказать и о таких газах, как аммиак и хлор.
Сжижение используется для изучения фундаментальных свойств молекул газа (например, межмолекулярных сил взаимодействия), для хранения газов. Газы сжижаются в специальных конденсаторах, которые выделяют теплоту парообразования, и переводятся в газообразное состояние в испарителях, где теплота парообразования поглощается
