|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Сжижение газов | Сжижение газов (далее С) переход вещества из газообразного состояния в жидкое. С достигается охлаждением их ниже критической температуры (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). был получен в жидком состоянии в 1823 (М. Фарадей), - в 1877 (швейцарский ученый Р. Пикте и французский ученый Л. П. Кальете), и окись - в 1883 (З. Ф. Вроблевский и К. Ольшевский), - в 1898 (Дж. Дьюар), - в 1908 (Х. Камерлинг-Оннес).
Идеальный процесс С 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:
Lmin = T0(Г - Ж) - (JГ - JЖ),
где T0 - температура окружающей среды; Г, Ж - 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 с критической температурой ТК выше температуры окружающей среды (например, аммиак, осуществляется с помощью компрессора, где газ сжимается, и последующей конденсацией газа в теплообменниках, охлаждаемых водой или холодильным рассолом. С с ТК, которая значительно ниже температуры окружающей среды, производится методами глубокого охлаждения. Наиболее часто для С 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 объема без совершения внешней работы (метод теплового насоса). В лабораторной практике иногда используется каскадный метод охлаждения (сжижения).
Графическое изображение и схема дроссельного цикла С 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 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 T2. Если температура инверсионной точки газа лежит выше комнатной ( 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 методом дросселирования в качестве постороннего хладагента используется жидкий при сжижении - жидкий
Для С 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 подается 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 иногда применяют несколько детандеров, работающих на различных температурных уровнях.
Циклы с тепловыми насосами обычно используются (наряду с детандерными и дроссельными циклами) при С с помощью холодильно-газовых машин, которые позволяют получать температуры до 12 К, что достаточно для сжижения всех газов, кроме (см. табл.). Для сжижения к машине пристраивается дополнительная дроссельная ступень.
Подвергаемые сжижению газы должны очищаться от паров воды, масла и др. примесей (например, воздух - от углекислоты, - от воздуха), которые при охлаждении могут затвердеть и закупорить теплообменную аппаратуру. Поэтому узел очистки газа от посторонних примесей - необходимая часть установок С
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
Газ
|
Ткип, К
|
ТК, К
|
Lmin, квт•ч/кг
|
Lд, квт•ч/кг
|
Воздух
Метан
Пропан
Этилен
|
77,4
87,3
20,4
78,8
4,2
90,2
111,7
27,1
231,1
169,4
|
126,2
150,7
33,0 132,5
5,3
154,2
191,1
44,5
370,0
282,6
|
0,220
0,134
3,31
0,205
1,93
0,177
0,307
0,37
0,04
0,119
|
1,2-1,5
0,8-0,95
15-40
1,25-1,5
15-25
1,2-1,4
0,75-1,2
3-4
~ 0,08
~ 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.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 22.12.2024 18:38:28
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
