Большая Советская энциклопедия II

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 нижеТКнеобходимо для достижения области температур, при которых газ может сконденсироваться в жидкость (приТ>ТКжидкость 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 нарис. 1. Изобара1—2соответствует охлаждению газа до начала конденсации, изотерма2—0—конденсации газа. Площадь ниже1—2—0эквивалентна количеству теплоты, которое необходимо отвести от газа при его сжижении, а площадь внутри контура1—2—0—3(1—3— изотермическое сжатие газа,3—0—адиабатическое его расширение) характеризует термодинамически минимальную работуLmin, необходимую для С. г.:
Lmin=T0(SГ— SЖ)—(JГ- JЖ),
гдеT0—температура окружающей среды;SГ,SЖ— энтропии газа и жидкости;JГ,JЖ—теплосодержания (энтальпии) газа и жидкости.
ЗначенияLminи действительно затрачиваемой работыLДдля сжижения ряда газов даны в таблице.
Промышленное С.г. с критической температуройТКвыше 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. сТК, которая значительно ниже температуры окружающей среды, производится методами глубокого охлаждения (См. Глубокое охлаждение). Наиболее часто для С. г. с низкимТКприменяются 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 нарис. 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: частьМотводится в детандер, где, расширяясь, производит внешнюю работу и охлаждается (3—7). Охлажденный газ подаётся в теплообменник, где понижает температуру оставшейся части сжатого газа1 — М, которая затем дросселируется и сжижается. Теоретически расширение в детандере должно осуществляться при постоянной энтропии (3—6). Однако из-за потерь расширение протекает по линии3—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 кипенияТкип(при 760мм. рт. ст.), критической температурыТК, минимальнойLminи действительнойLДработ сжижения некоторых газов
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Газ |Ткип, К|ТК, К |Lmin,квт•ч/кг|Lд,квт•ч/кг|
|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Азот | 77,4| 126,2| 0,220| 1,2—1,5|
| Аргон| 87,3| 150,7| 0,134| 0,8—0,95 |
| Водород| 20,4| 33,0 132,5| 3,31| 15—40|
| Воздух | 78,8| 5,3 | 0,205| 1,25—1,5 |
| Гелий| 4,2| 154,2| 1,93| 15—25|
| Кислород| 90,2| 191,1| 0,177| 1,2—1,4|
| Метан| 111,7| 44,5| 0,307| 0,75—1,2 |
| Неон| 27,1| 370,0| 0,37| 3—4|
| Пропан | 231,1| 282,6| 0,04| Сжижение газов 0,08|
| Этилен| 169,4|| 0,119| Сжижение газов 0,3|
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.

  1. сжижение газов—СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ переход вещества из газообразного состояния в жидкое. С. г. достигается охлаждением их ниже критической температуры Ткsub i и последующей конденсацией в ре...Большая советская энциклопедия
  2. сжижение газов—перевод вва из газообразного состояния в жидкое. С. г. возможно только при темпpax меньших критической температуры.i В промсти С. г. с критич. темпрой выше темпры окружаю...Большой энциклопедический политехнический словарь
  3. сжижение газов—переход вещества из газообразного состояния в жидкое приохлаждении его ниже температуры насыщения при данном давлении. Длясжижения газов с низкой критической температурой...Большой энциклопедический словарь II
  4. сжижение газов—СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ переход вещества из газообразного состояния в жидкое при охлаждении его ниже температуры насыщения при данном давлении. Для сжижения газов с низкой критиче...Большой энциклопедический словарь III
  5. сжижение газов—СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ переход вещества из газообразного состояния в жидкое при охлаждении его ниже температуры насыщения при данном давлении. Для сжижения газов с низкой критич...Большой Энциклопедический словарь V
  6. сжижение газов—перевод вва из газообразного состояния в жидкое путм понижения темпры и или повышения давления. Возможно только при темпpax ниже критических. Для С. г. с низкой критич. т...Естествознание. Энциклопедический словарь
  7. сжижение газов—переход вещества из газообразного состояния в жидкое при охлаждении его ниже температуры насыщения критические температуры при данном давлении. Для сжижения газов с низко...Иллюстрированный энциклопедический словарь
  8. сжижение газов—liquefaction liquefaction of gases...Русско-английский словарь по нефти и газу
  9. сжижение газов—gas liquefaction liquefaction of gases...Русско-английский словарь по физике
  10. сжижение газов—зрдження газв...Русско-украинский политехнический словарь
  11. сжижение газов—СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ переход вещества из газообразного состояния в жидкое при охлаждении его ниже температуры насыщения критические температуры при данном давлении. Для сжижени...Современная энциклопедия
  12. сжижение газов—СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ переход вещества из газообразного состояния в жидкое при охлаждении его ниже температуры насыщения при данном давлении. Для сжижения газов с низкой критиче...Современный энциклопедический словарь
  13. сжижение газов—производят при охлаждении их ниже критич. Т кsub см. Критическая точка.i С. г. с критич. NHsubCOsub и др. производится сжатием их в компрессорах и последующейконденсацие...Физическая энциклопедия
  14. сжижение газов—СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ переход вещества из газообразного состояния в жидкое при охлаждении его ниже температуры насыщения при данном давлении. Для сжижения газов с низкой критич...Энциклопедический словарь естествознания
  15. сжижение газов—не могло бы считаться вполне изученным если бы не были получены недавно Дьюаром в жидком виде наиболее трудно сгущаемые из них а именно водород и гелий. В ст. Газы сжижен...Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона