Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Сжижение газов – это физическое превращение газа в жидкое состояние (конденсация). Сжижение газов – сложный процесс, использующий различные сжатия и расширения для достижения высоких давлений и очень низких температур, например, с помощью турборасширителей.
none
Liquefaction of gases is physical conversion of a gas into a liquid state (condensation). The liquefaction of gases is a complicated process that uses various compressions and expansions to achieve high pressures and very low temperatures, using, for example, turboexpanders.
Применение
Процессы сжижения используются в научных, промышленных и коммерческих целях. Многие газы могут быть переведены в жидкое состояние при нормальном атмосферном давлении простым охлаждением; некоторые, такие как углекислый газ, требуют также и повышения давления. Сжижение используется для анализа фундаментальных свойств молекул газа (межмолекулярных сил), или для хранения газов, например, сжиженного нефтяного газа (СНГ), а также в холодильной технике и кондиционировании воздуха. В этих системах газ сжижается в конденсаторе, где выделяется тепло испарения, и испаряется в испарителе, где тепло испарения поглощается. Аммиак был первым таким хладагентом и до сих пор широко используется в промышленном охлаждении, но в жилых и коммерческих приложениях он в значительной степени заменен соединениями, полученными из нефти и галогенов. Жидкий кислород поставляется в больницы для преобразования в газ для пациентов с респираторными проблемами, а жидкий азот используется в медицине для криохирургии, в практике искусственного осеменения для замораживания спермы, а также учеными в полевых и лабораторных условиях для сохранения образцов. Сжиженный хлор транспортируется для последующего растворения в воде, после чего используется для очистки воды, дезинфекции промышленных отходов, сточных вод и бассейнов, отбеливания целлюлозы и текстиля, а также для производства тетрахлорида углерода, гликоля и многочисленных других органических соединений, включая фосген. Сжижение гелия (4He) с использованием предварительно охлажденного цикла Хэмпсона — Линде привело к присуждению Хайке Камерлинг-Оннесу Нобелевской премии в 1913 году. При атмосферном давлении температура кипения сжиженного гелия ниже 2,17 К. При этой температуре жидкий 4He становится сверхтекучим (Нобелевская премия 1978 года, Петр Капица) и проявляет характерные свойства, такие как теплопроводность через второй звук, нулевая вязкость и фонтанный эффект, среди прочих. Сжижение воздуха используется для получения азота, кислорода, аргона и других атмосферных благородных газов путем разделения компонентов воздуха методом фракционной перегонки в криогенной установке разделения воздуха.
Liquefaction processes are used for scientific, industrial and commercial purposes. Many gases can be put into a liquid state at normal atmospheric pressure by simple cooling; a few, such as carbon dioxide, require pressurization as well. Liquefaction is used for analyzing the fundamental properties of gas molecules (intermolecular forces), or for the storage of gases, for example: LPG, and in refrigeration and air conditioning. There the gas is liquefied in the condenser, where the heat of vaporization is released, and evaporated in the evaporator, where the heat of vaporization is absorbed. Ammonia was the first such refrigerant, and is still in widespread use in industrial refrigeration, but it has largely been replaced by compounds derived from petroleum and halogens in residential and commercial applications. Liquid oxygen is provided to hospitals for conversion to gas for patients with breathing problems, and liquid nitrogen is used in the medical field for cryosurgery, by inseminators to freeze semen, and by field and lab scientists to preserve samples. Liquefied chlorine is transported for eventual solution in water, after which it is used for water purification, sanitation of industrial waste, sewage and swimming pools, bleaching of pulp and textiles and manufacture of carbon tetrachloride, glycol and numerous other organic compounds as well as phosgene gas. Liquefaction of helium (4He) with the precooled Hampson–Linde cycle led to a Nobel Prize for Heike Kamerlingh Onnes in 1913. At ambient pressure the boiling point of liquefied helium is Below 2.17 K liquid 4He becomes a superfluid (Nobel Prize 1978, Pyotr Kapitsa) and shows characteristic properties such as heat conduction through second sound, zero viscosity and the fountain effect among others. The liquefaction of air is used to obtain nitrogen, oxygen, and argon and other atmospheric noble gases by separating the air components by fractional distillation in a cryogenic air separation unit.
Процесс Линде
Воздух сжижается в процессе Линде, при котором он попеременно сжимается, охлаждается и расширяется. Каждое расширение вызывает значительное понижение температуры. При более низкой температуре молекулы движутся медленнее и занимают меньший объем, в результате чего воздух переходит в жидкое состояние.
Air is liquefied by the Linde process, in which air is alternately compressed, cooled, and expanded, each expansion results in a considerable reduction in temperature. With the lower temperature the molecules move more slowly and occupy less space, so the air changes phase to become liquid.
Процесс Клода
Воздух также может быть сжижен процессом Клода, в котором газ расширяется изэнтропически дважды в двух камерах. Во время расширения газ совершает работу, проходя через расширительную турбину. Газ еще не переходит в жидкое состояние, поскольку это привело бы к разрушению турбины. Промышленные установки для сжижения воздуха решают эту проблему, расширяя воздух при сверхкритических давлениях. Окончательное сжижение происходит за счет изэнтальпического расширения в терморасширительном клапане.
Air can also be liquefied by Claude's process in which the gas is allowed to expand isentropically twice in two chambers. While expanding, the gas has to do work as it is led through an expansion turbine. The gas is not yet liquid, since that would destroy the turbine. Commercial air liquefication plants bypass this problem by expanding the air at supercritical pressures. Final liquefaction takes place by isenthalpic expansion in a thermal expansion valve.