Сжижение газов

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Газы и сжижение газов.

2. Адиабатный процесс.

3. Низкие температуры.

4. Измерение криогенных температур.

5. Криогенная техника.

6. Физика низких температур.

7. Технические приложения низких температур.

8. Каскадный метод охлаждения как один из методов сжижения газов.

9. Литература.

Газы (французское gaz; название предложено голландским учёным Я. Б. Гельмонтом), агрегатное состояние вещества, в котором его частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный им объём. Газы обладают рядом характерных свойств. В отличие от твёрдых тел и жидкостей, объём газы существенно зависит от давления и температуры.

Диаграмма состояния вещества рис.1:

Любое вещество можно перевести в газообразное состояние надлежащим подбором давления и температуры. Поэтому возможную область существования газообразного состояния графически удобно изобразить в переменных: давление р - температура Т (в р, Т -диаграмме, рис. 1 ). При температурах ниже критической Т_к эта область ограничена кривыми сублимации (возгонки) / и парообразования II. Это означает, что при любом давлении ниже критического р_к существует температура Т (см. рис. 1), определяемая кривой сублимации или парообразования, выше которой вещество становится газообразным. В состояниях на кривой 1 (ниже тройной точки T_p )газ находится в равновесии с твёрдым веществом (твёрдой фазой), а на кривой II (между тройной и критической точкой К. ) - с жидкой фазой. Газ в этих состояниях обычно называют паром вещества.

При температурах ниже Т_к можно сконденсировать газ. - перевести его в др. агрегатное состояние (твёрдое или жидкое). При этом фазовое превращение газа в жидкость или твёрдое тело происходит скачкообразно: весьма малое изменение давления приводит к конечному изменению ряда свойств вещества (например, плотности, теплоёмкости и др.). Процессы конденсации газа имеют важное техническое значение.

При Т > Т_к граница газообразной области условна, поскольку при этих температурах фазовые превращения не происходят. В ряде случаев за условную границу между газом. и жидкостью при сверхкритических температурах и давлениях принимают критическую изохору вещества (кривую постоянной плотности или удельного объёма, см. рис. 4), в непосредственной близости от которой свойства вещества изменяются, хотя и не скачком, но особенно быстро.

В связи с тем что область газового состояния очень обширна, свойства газов при изменении температуры и давления могут меняться в широких пределах.

С другой стороны, при высоких давлениях вещество, которое при сверхкритических температурах можно считать газом, обладает огромной плотностью (например, в центре некоторых звёзд ~10⁹ г/см³ ). В зависимости от условий в широких пределах изменяются и др. свойства газов - теплопроводность, вязкость и т. д.

Сжижение газов - переход вещества из газообразного состояния в жидкое. Оно достигается охлаждением их ниже критической температуры (Т_к ) и последующей конденсацией в результате отвода теплоты парообразования (конденсации).

Охлаждение газа ниже Т_К необходимо для достижения области температур, при которых газ может сконденсироваться в жидкость (при Т > Т_К 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 сжижения газов изображен на рис. 2 .

Рис.2

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 L_min , необходимую для сжижения газа.

L_min = T₀ (S_Г — S_Ж ) — (J_Г - J_Ж ),

где T₀ — температура окружающей среды; S_Г , S_Ж — энтропии газа и жидкости; J_Г , J_Ж — теплосодержания (энтальпии) газа и жидкости.

Значения L_min и действительно затрачиваемой работы L_Д для сжижения ряда газов даны в таблице.

Промышленное сжижение газа с критической температурой Т_К выше температуры окружающей среды (например, аммиак, хлор) осуществляется с помощью компрессора, где газ сжимается, и последующей конденсацией газа в тепл

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать