Большая советская энциклопедия

СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ

СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ,переход вещества из газообразного состояния в жидкое. С. г. достигается охлаждением их нижекритической температуры (Тк) и последующей конденсацией в результате отвода теплоты парообразования (конденсации). Охлаждение газа ниже Ткнеобходимо для достижения области темп-р, при к-рых газ может сконденсироваться в жидкость (приТ>ТКжидкость существовать не может). Впервые газ (аммиак) был сжижен в 1792 (голл. 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 (3. Ф.Вроблевскийи К.Ольшевский),водород - в 1898 (Дж.Дьюар),гелий - в 1908 (X.Камерлинг-Оннес).

Идеальный процесс С. г. изображён на рис. 1. Изобара /-2соответствует охлаждению газа до начала конденсации, изотерма2-0 -конденсации газа. Площадь ниже /-2-0эквивалентна количеству теплоты, к-рое необходимо отвести от газа при его сжижении, а площадь внутри контура /-2-0-3(/-3 -изо-термич. сжатие газа,3-0 -адиабатическое его расширение) характеризует термодинамически минимальную работу Lmin, необходимую для С. г.:

Lmin=T0(Sr- Sж) -(Jr- Jж),

гдеТо -темп-pa окружающей среды;Sr, SЖ- энтропии газа и жидкости; Jr, Jж- теплосодержания (энтальпии) газа и жидкости.

Рис. 1. Идеальный цикл сжижения газов на диаграммеТ - S(температура - энтропня).

ЗначенияLminи действительно затрачиваемой работы Lддля сжижения ряда газов даны в таблице.

Пром. С. г. с критич. темп-рой Tквыше темп-ры окружающей среды (напр., аммиак, хлор) осуществляется с помощью компрессора, где газ сжимается, и последующей конденсацией газа в теплообменниках, охлаждаемых водой или холодильным рассолом. С. г. с Т„, к-рая значительно ниже темп-ры окружающей среды, производится методамиглубокого охлаждения.Наиболее часто для С. г. с низкимТкприменяютсяхолодильные циклы,основанные на дросселировании сжатого газа (использованиеДжоуля -Томсона эффекта),на расширении сжатого газа с производством внеш. работы в детандере, на расширении газа из постоянного объёма без совершения внеш. работы (методтеплового насоса).

Значения температуры кипенияТкип(при 760мм рт. ст.),ритической температуры Tк,минимальной Lmin и действительной Lд работ 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

3,31

15-40

Воздух

78,8

132,5

0,205

1,25-1,5

Гелий

4,2

5,3

1,93

15-25

Кислород

90,2

154,2

0,177

1,2-1,4

Метан

111,7

191,1

0,307

0,75-1,2

Неон

27,1

44,5

0,37

3-4

Пропан

231,1

370,0

0,04

~0,08

Этилен

169,4

282,6

0,119

~0,3

Рис. 2. Схема и диаграммаТ - S(температура - энтропия) цикла сжижения газов на основе эффекта Джоуля - Томсона: К - компрессор; Tl, T2, ТЗ - теплообменники; Др - дроссельный вентиль.

В лабораторной практике иногда используетсякаскадный метод охлаждения(сжижения).

Графич. изображение и схема дроссельного цикла С. г. дана на рис. 2. После сжатия в компрессоре (/-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 неожижившийся газ направляется в теплообменники и охлаждает свежие порции сжатого газа. Для С. г. по циклу с дросселированием необходимо, чтобы темп-pa сжатого газа перед входом в осн. теплообменникТЗбыла ниже темп-ры инверсионной точки (см.Инверсионная кривая). Дляэтого и служит теплообменник с постороннимхолодильным агентом Т2.Если темп-pa инверсионной точки газа лежит выше комнатной (азот, аргон, кислород), то схема принципиально работоспособна и без теплообменников Т1 и Т2.Применение посторонних хладагентов в этих случаях имеет целью повышение выхода жидкости. Если же темп-pa инверсионной точки газа ниже комнатной, то теплообменник с посторонним хладагентом обязателен. Напр., при сжижении водорода методом дросселирования в качестве постороннего хладагента используется жидкий азот, при сжижении гелия-жидкий водород.

Для С. г. в пром. 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 дополнит. дроссельной ступени. После сжатия в компрессоре (/-2)и предварит, охлаждения в теплообменнике(2-3)поток сжатого газа делится на 2 части: частьМотводится в детандер, где, расширяясь, производит внеш. работу и охлаждается(3-7).Охлаждённый газ подаётся в теплообменник, где понижает темп-ру оставшейся части сжатого газа 1-М,к-рая 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 термодинамич. эффективности процесса С. г. иногда применяют неск. 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 темп-ры до 12 К, что достаточно для сжижения всех газов, кроме гелия (см. табл.). Для сжижения гелия к машине пристраивается дополнит. дроссельная ступень.

Рис. 3. Схема и диаграммаТ - S(температура - энтропия) цикла сжижения газов с детандером: К - компрессор; Д -детандер; Др - дроссельный вентиль.

Подвергаемые сжижению газы должны очищаться от паров воды, масла и др. примесей (напр., воздух - от углекислоты, водород - от воздуха), к-рые 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.

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.




  1. сжижение газов—переход вещества из газообразного состояния в жидкое. С. г. достигается охлаждением их ниже критической температуры См. Критическая температура Тк и последующей конденсац...Большая Советская энциклопедия II
  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