A transformação de qualquer gás em líquido - a liquefação de um gás - só é possível a uma temperatura abaixo da crítica (ver § 62). Nas primeiras tentativas de liquefazer gases, descobriu-se que alguns gases (C1 2, CO 2, NH 3) eram facilmente liquefeitos compressão isotérmica, uma linha inteira gases (O 2 , N2, hz, He) não sucumbiram à liquefação. Semelhante tentativas mal sucedidas explicou D. I. Mendeleev, que mostrou que a liquefação desses gases foi realizada a uma temperatura maior que a crítica e, portanto, estava fadada ao fracasso antecipado. Posteriormente, foi possível obter oxigênio líquido, nitrogênio e hidrogênio (suas temperaturas críticas são 154,4, 126,1 e 33 K, respectivamente), e em 1908 o físico holandês G. Kamerling-Onnes (1853-1926) conseguiu a liquefação do hélio, que tem a temperatura crítica mais baixa (5,3 K).

Para a liquefação de gases, dois métodos industriais são mais usados, baseados no efeito Joule-Thomson ou no resfriamento do gás durante o trabalho.

Na fig. 95. O ar no compressor (K) é comprimido a uma pressão de dezenas de megapascais e resfriado no refrigerador (X) a uma temperatura abaixo da temperatura de inversão, como resultado, com maior expansão do gás, efeito positivo Joule - Thomson (resfriamento de gás durante sua expansão). Em seguida, o ar comprimido passa pelo tubo interno do trocador de calor (TO) e passa pelo acelerador (Dr), enquanto se expande e esfria bastante. O ar expandido é novamente aspirado através do tubo externo do trocador de calor, resfriando a segunda porção do ar comprimido que flui através do tubo interno. Como cada porção subsequente de ar é pré-resfriada e depois passa pelo acelerador, a temperatura cai cada vez mais. Como resultado de um ciclo de 6-8 horas, parte do ar (> 5%), resfriando a uma temperatura abaixo da crítica, liquefaz e entra no vaso Dewar (DS) (ver § 49), e o restante ele retorna ao trocador de calor.

O segundo método de liquefação de gases é baseado no resfriamento do gás durante o trabalho. O gás comprimido, entrando na máquina de pistão (expansor), se expande e faz o trabalho de mover o pistão. Como o trabalho é feito por energia interna gás, sua temperatura diminui.

O acadêmico P. L. Kapitsa sugeriu o uso de um turboexpansor em vez de um expansor, no qual o gás, comprimido a apenas 500-600 kPa, é resfriado, fazendo o trabalho de girar a turbina. Este método foi aplicado com sucesso pela Kapitsa para liquefazer o hélio, que foi pré-resfriado com nitrogênio líquido. As unidades de refrigeração modernas e poderosas operam com o princípio de um turboexpansor.

Publicado: 31.12.2016 11:34

O gás é um dos três estados padrão da matéria. A propriedade que caracteriza qualquer substância no estado gasoso é a capacidade de ocupar todo o volume do espaço destinado ao gás, espalhando-se uniformemente por todo o volume disponível ao longo do tempo. Liquefeito gás natural- esta é uma substância com a mesma composição (no caso do gás natural, estamos falando de metano - CH 4), mas em um estado de agregação. Temos um líquido em vez de um gás. Então, como ocorre o processo de liquefação do metano, propano e outros gases?

O gás liquefeito pode ser obtido de duas maneiras:

• a liquefação de qualquer gás ocorre abaixando sua temperatura abaixo do ponto de ebulição;
• o processo de liquefação de alguns gases pode ser realizado por métodos mais baratos - aumentando a pressão.

Cronologicamente, foram obtidos os primeiros gases no estado líquido, como dióxido de carbono, dióxido de enxofre, amônia. O processo de liquefação desses gases ocorreu com o aumento da pressão e temperatura do quarto. Os gases que foram posteriormente liquefeitos - propano, butano, etano e outros - também passaram pelo procedimento de liquefação com pressão crescente. No entanto, descobriu-se mais tarde que a liquefação do gás com o método do compressor não funciona para todos os gases - o gás natural não se transforma em metano liquefeito quando a pressão aumenta.

Além disso, verificou-se que é possível obter um gás em estado líquido para absolutamente todos os grupos de gases conhecidos, no entanto, o processo de liquefação de um determinado gás não funcionará se esse gás não for resfriado a um nível abaixo da temperatura crítica . Se o ponto de ebulição é a temperatura na qual uma substância passa completamente do estado gasoso para o estado líquido, então a temperatura crítica é o nível em que a transição do estado gasoso é possível quando uma certa pressão é atingida. Este é exatamente o processo de obtenção do gás natural liquefeito - resfriamento a uma temperatura crítica de -82,5 o C (no ponto de ebulição do metano a -161,5 o C) e aumento da pressão do gás.

A liquefação do gás ajuda a resolver o problema de seu armazenamento e transporte (o armazenamento de líquido é mais conveniente que o armazenamento de gás e não requer uma sala completamente vedada) - o volume de gás natural em estado líquido é 600 vezes menor que o espaço que ocupa a mesma quantidade de gás na forma usual. A produção de gás liquefeito remonta ao início do século 20, quando a tecnologia de aumento de pressão foi usada pela primeira vez para seu transporte conveniente. No entanto, o desenvolvimento do uso desse gás foi dificultado pelo uso da tecnologia de entrega por dutos que veio da indústria do petróleo.

Metano e propano liquefeitos.

É impossível obter metano liquefeito aumentando a pressão à temperatura ambiente, portanto, tecnologias criogênicas são usadas para armazenar o gás natural em estado líquido, permitindo que a temperatura seja mantida abaixo do nível de evaporação do gás. O alto custo do uso de tecnologias para armazenamento e transporte de metano liquefeito afeta a limitação da popularidade do GNL em comparação com o gás de gasoduto. O uso de metano liquefeito como combustível requer equipamentos para liquefação de gás, navios-tanque que possam manter a temperatura baixa, Terminais de liquefação de GNL.

Por sua vez, propano liquefeito pode ser obtido aumentando a pressão. Em tanques e cilindros de gás, esse gás é armazenado não em estado líquido, mas em sua forma usual - em qualquer tanque de GLP, a mistura propano-butano existe em estado líquido e gasoso ao mesmo tempo (e é precisamente essa parte do mistura que está em seu estado normal que é alimentada na tubulação para a caldeira a gás).

Esta é a vantagem do propano-butano sobre o metano liquefeito - para o armazenamento e transporte do propano-butano, é necessário apenas um recipiente que possa suportar a pressão interna.

Vapores e "gases permanentes". Até aproximadamente meados do século dezenove dentro. substâncias no estado gasoso foram divididas em vapores e "gases permanentes". Chamavam-se "gases permanentes", por exemplo, gases como oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, que não podiam ser convertidos e Estado líquido aumentando a pressão.

Adivinhe sobre a ausência diferença fundamental entre vapores e "gases permanentes" expressos em final do XVII dentro. Lavoisier. Ele acreditava que a uma temperatura suficientemente baixa, e se transformaria em líquido. ar atmosférico. O primeiro dos gases permanentes foi a amônia liquefeita com um aumento de pressão para. Em 1823, Michael Faraday conseguiu converter o gás cloro em um líquido resfriando-o a pressão alta. Em 1877, o engenheiro francês Caletei e o físico suíço Pictet conseguiram independentemente a liquefação do oxigênio aumentando a pressão para cerca de e resfriando a uma temperatura abaixo de -140 ° C. No mesmo ano, o nitrogênio foi liquefeito. Em 1898 físico inglês Dewar conseguiu a liquefação do hidrogênio e, em 1908, na Holanda, Kamerling-Onnes liquefou o hélio, o último gás que ninguém antes dele conseguiu transformar em líquido.

Assim, descobriu-se que Estado gasoso Qualquer substância pode ser convertida em líquido. No entanto, cada substância pode experimentar tal transformação apenas em temperaturas abaixo de uma certa, chamada temperatura crítica Tk. Em temperaturas acima substância crítica não se transforma em líquido ou sólido a qualquer pressão. Obviamente, na temperatura crítica, a energia cinética média movimento térmico moléculas de uma substância excede a energia potencial de sua ligação em um líquido ou sólido. Uma vez que as forças atrativas que atuam entre as moléculas várias substâncias, diferente, diferente e energia potencial suas conexões, portanto, os valores da temperatura crítica para diferentes substâncias também são diferentes.

Liquefação de gases. Considere os princípios básicos usados ​​em máquinas para liquefazer gases. A primeira condição que deve ser atendida para a transformação de um gás em líquido é seu resfriamento a uma temperatura abaixo da crítica. A uma temperatura abaixo da crítica, qualquer gás pode ser transferido para o estado líquido aumentando a pressão, de modo que a liquefação de gases com temperatura crítica acima de 0°C não apresenta uma dificuldade fundamental. Mais Tarefa desafianteé a liquefação de gases cuja temperatura crítica é bem abaixo de zero. Tais gases são oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, hélio, cujas temperaturas críticas são respectivamente -118,4, -146,9, -240 e -268 °C. Temperaturas tão baixas não ocorrem naturalmente na Terra, então o problema de liquefazer esses gases está intimamente relacionado ao problema de obter baixas temperaturas. O principal método usado para resfriar um gás é expandi-lo com o trabalho realizado.

Frigorífico de compressão. Com a máquina mais simples, no qual o gás é liquefeito, pode ser encontrado no exemplo de um refrigerador doméstico de compressão (inserção colorida I).

O fluido de trabalho na geladeira é o gás freon. O sistema de condensador e evaporador é preenchido com freon. O compressor, acionado por um motor elétrico, bombeia o freon gasoso do evaporador e o bombeia para o condensador. Freon aquece quando comprimido. É resfriado à temperatura ambiente em um condensador, geralmente localizado na parede traseira do refrigerador. Resfriado à temperatura ambiente à pressão elevada criada no condensador usando um compressor, o freon entra em estado líquido. Do freon líquido do condensador até tubo capilar entra no evaporador. Ao bombear o vapor de freon do evaporador com a ajuda de um compressor, uma pressão reduzida é mantida nele. A pressão reduzida no evaporador, o freon líquido ferve e evapora mesmo em temperaturas abaixo de 0 ° C. O calor para a evaporação do freon é retirado das paredes do evaporador, fazendo com que elas esfriem. Os vapores de freon bombeados entram na carcaça do compressor, daí novamente para o condensador, etc. em um ciclo fechado.

A menor temperatura que pode ser obtida no evaporador (freezer) é determinada pelo valor da pressão de vapor do freon, pois o ponto de ebulição do freon, como qualquer outro líquido, diminui com a diminuição da pressão. No velocidade constante o fluxo de freon líquido no evaporador através do tubo capilar do condensador, a pressão do vapor de freon no evaporador será menor, quanto mais tempo o compressor funcionar. Se não houver necessidade de diminuir a temperatura no evaporador até o valor máximo alcançável, a operação do compressor é interrompida periodicamente desligando o motor elétrico que o aciona. O compressor é desligado por uma máquina automática que monitora a manutenção da temperatura definida no refrigerador.

Introdução

Gases-estado de agregação de uma substância em que suas partículas não estão ligadas ou muito fracamente ligadas por forças de interação e se movem livremente, preenchendo todo o volume que lhes é fornecido. Os gases têm um número propriedades características. Diferente sólidos e líquidos, o volume de um gás depende significativamente da pressão e da temperatura.

Qualquer gás pode ser transformado em líquido por simples compressão se a temperatura do gás estiver abaixo da crítica.As substâncias que estamos acostumados a considerar como gases simplesmente têm temperaturas críticas muito baixas, ou seja, temperaturas após as quais o gás adquire as propriedades de um líquido e, portanto, a uma temperatura próxima à temperatura ambiente, eles não podem estar no estado líquido. Pelo contrário, para substâncias que classificamos como líquidas, as temperaturas críticas são altas.

Eu estava interessado na questão de quais propriedades o gás liquefeito tem, em que áreas ele é usado? O tema do trabalho é relevante hoje, uma vez que os gases liquefeitos são demandados em diversas áreas da medicina, ciência e tecnologia. Nesse sentido, estabeleci as seguintes metas e objetivos:

Alvo:- consideração da natureza do fenômeno e propriedades gases liquefeitos

Tarefas:

* Saiba mais sobre gases liquefeitos

* Determinar as propriedades dos gases liquefeitos

ñ História

O fato experimental do resfriamento de uma substância durante a evaporação é conhecido há muito tempo e até foi utilizado na prática (por exemplo, o uso de vasos porosos para preservar o frescor da água). Mas o primeiro estudo científico desta questão foi realizado por Gian Francesco Cigna e descrito na obra de 1760 "De frigore ex evaporation" ("No frio devido à evaporação").

O problema da liquefação do gás é séculos de história com origem na segunda metade do século XVIII. Tudo começou com a liquefação da amônia por resfriamento simples, que foi produzida por van Marum, anidrido sulfúrico- Monge e Clouet, cloro - Northmore (1805) e a liquefação da amônia pelo método de compressão proposto por Baccelli (1812).

Charles Cagnard de Latour (1777-1859) e Michael Faraday (1791-1867) deram, simultânea e independentemente, contribuições decisivas para a solução desse problema.

O que é gás liquefeito e suas propriedades

A liquefação de gases é a conversão de gases em um estado líquido. Pode ser produzido comprimindo o gás (aumentando a pressão) e resfriando-o simultaneamente.

Qualquer gás pode ser convertido para um estado líquido, mas Condição necessaria pois este é o resfriamento preliminar do gás a uma temperatura abaixo da "crítica". O dióxido de carbono, por exemplo, pode ser liquefeito à temperatura ambiente, pois sua temperatura crítica é de 31,1 0 C. O mesmo pode ser dito sobre gases como amônia e cloro.

Mas também existem gases que não podem ser convertidos ao estado líquido à temperatura ambiente. Esses gases incluem ar, hidrogênio e hélio, cujas temperaturas críticas estão bem abaixo da temperatura ambiente. Para liquefazer esses gases, eles devem primeiro ser resfriados a uma temperatura ligeiramente abaixo da temperatura crítica, após o que o gás pode ser transferido para um estado líquido aumentando a pressão.

Uso de gases liquefeitos

Os gases liquefeitos são encontrados ampla aplicação em tecnologia. O nitrogênio é usado para produzir amônia e sais de nitrogênio usados ​​em agricultura para fertilizar o solo. Argônio, neônio e outros gases inertes são usados ​​para encher lâmpadas elétricas lâmpadas incandescentes e a gás. O oxigênio é o mais utilizado. Em mistura com acetileno ou hidrogênio, dá uma chama muito Temperatura alta usado para cortar e soldar metais. A injeção de oxigênio (explosão de oxigênio) acelera os processos metalúrgicos. O oxigênio fornecido pelas farmácias em travesseiros atua como anestésico. De particular importância é o uso oxigênio líquido como agente oxidante para motores de foguetes espaciais.

O hidrogênio líquido é usado como combustível em foguetes espaciais. Por exemplo, são necessárias 90 toneladas de hidrogênio líquido para reabastecer o foguete americano Saturn V.

A amônia líquida encontrou ampla aplicação em refrigeradores - grandes armazéns onde os produtos perecíveis são armazenados. O resfriamento que ocorre durante a evaporação de gases liquefeitos é utilizado em refrigeradores no transporte de produtos perecíveis.

Os gases utilizados na indústria, na medicina, etc., são mais fáceis de transportar quando estão em estado liquefeito, pois neste caso uma maior quantidade de substância está contida no mesmo volume.

tubo de Faraday

Inglês físico - experimentador, químico.

aberto Indução eletromagnética que está por trás da moderna produção industrial de eletricidade e de muitas de suas aplicações. Criou o primeiro modelomotor elétrico. Entre suas outras descobertas está a primeira transformador , a ação química da corrente,leis da eletrólise, açao campo magnético no mundo. Primeiro previsto ondas eletromagnéticas. Faraday introduziu os termos íon em uso científico, cátodo, ânodo, eletrólito , dielétrico, diamagnetismo, paramagnetismo, etc.

Faraday é o fundador da teoria do campo eletromagnético, que ele então formalizou e desenvolveu matematicamenteMaxwell.

Naquela época, Faraday era apenas um modesto assistente de laboratório para Humphry Davy.

Humphry Davy - químico, físico e geólogo inglês, um dos fundadores eletroquímica . Conhecido por descobrir muitos elementos químicos, bem como o patrocínio de Faraday em Estado inicial suas atividades científicas.

Em seu nome, estudou o cloridrato, um composto cristalino formado pela interação em baixas temperaturas de água e cloro. Para testar como esse composto se comporta quando aquecido, Faraday colocou vários cristais de hidrato de cloro em uma perna fechada de um V em forma de tubo, após o qual o outro joelho foi soldado. Em seguida, ele aqueceu os cristais, enquanto o joelho livre permaneceu frio. Os cristais derreteram e emitiram vapores amarelo-esverdeados, os vapores se condensaram no joelho frio para formar um líquido oleoso, que acabou sendo cloro líquido.

1) tubo dobrado e selado

2) uma substância ou mistura que, quando aquecida, libera o gás necessário

3) cotovelo resfriado onde o gás liquefeito é coletado

4) água ou refrigerante

Faraday descobriu um novo método para liquefazer gases: não era necessário receber gases em um recipiente e bombeá-los para outro recipiente, onde ocorreria a liquefação. É conveniente transferir gases para o estado líquido no mesmo recipiente em que são formados. Desta forma, durante 1823, Faraday conseguiu converter sulfeto de hidrogênio, dióxido de enxofre, dióxido de carbono, óxido nitroso em um estado líquido.

descobertas
Qualquer gás pode ser transformado em líquido por simples compressão.
Liquefação de gases processo difícil, que inclui muitas compressões
A liquefação pode ser feita comprimindo um gás e resfriando-o simultaneamente.
Os gases liquefeitos são amplamente utilizados
Os gases liquefeitos são usados ​​não apenas na engenharia, medicina e agricultura, mas também na ciência.

Bibliografia

h ttp://en.wikipedia.org/wiki/Liquefaction_gases

Líquidos podem existir apenas em temperaturas abaixo da crítica. Portanto, para liquefazer um gás, ele deve primeiro ser resfriado abaixo da temperatura crítica e depois submetido à compressão. Como pode ser visto na Tabela XIII, gases como oxigênio, nitrogênio, hidrogênio e especialmente hélio requerem temperaturas muito baixas para se liquefazer.

Tabela XIII (ver scan) Temperaturas críticas e de ebulição (a pressão atmosférica) para alguns gases

Um dos primeiros métodos industriais para liquefazer gases (o método de Linde, 1895) utilizou o efeito Joule-Thomson.

O esquema da máquina Linde é mostrado na Figura 6.21. Comprimido pelo compressor K e, como resultado, um pouco aquecido, o gás passa pelo resfriador X, onde libera calor para a água corrente e resfria até sua temperatura original. O gás então passa através da bobina para uma válvula de borboleta (galote) e se expande para o receptor B com uma queda de pressão de cerca de centenas de atmosferas para uma atmosfera. Imediatamente após o início da planta, a queda de temperatura não é suficiente para liquefazer o gás. O gás ligeiramente resfriado é enviado de volta ao compressor por meio de uma bobina. Ambas as bobinas estão em contato térmico próximo (geralmente uma bobina é inserida na outra) em um trocador de calor de contrafluxo. No trocador de calor, o gás que vai para o compressor em um temperatura mais baixa resfria o fluxo de gás que se aproxima. Obviamente, no segundo ciclo, o gás se aproximará da válvula A a uma temperatura mais baixa do que

isso foi durante sua primeira passagem, e depois de estrangular a temperatura vai cair ainda mais. A cada ciclo, como resultado do estrangulamento e da ação do trocador de calor, a temperatura do gás diminuirá cada vez mais e eventualmente cairá tanto que parte do gás, após a expansão, se transformará em líquido e se acumulará no receptor B , de onde o líquido pode ser drenado para o vaso Dewar através de uma válvula

O princípio descrito de troca de calor em contracorrente é usado em todas as máquinas para liquefazer gases, embora o projeto de tais trocadores de calor possa ser extremamente diversificado.

Outro método industrial para liquefazer gases (o método de Claude, 1902) é baseado no resfriamento adicional do gás quando ele funciona. O gás comprimido após a válvula (Fig. 6.21) é enviado para a máquina de pistão (expansor), onde este, expandindo, faz o trabalho de mover o pistão devido à energia cinética moléculas (o expansor não é mostrado na figura). Como resultado, o efeito de redução da temperatura do gás torna-se mais significativo do que na máquina Linde. Este método foi aprimorado pelo cientista soviético P. L. Kapitsa (1934), que em vez de um expansor de pistão usou uma pequena turbina (turbo expansor) acionada por um gás resfriado (o rotor do expansor é pequeno em tamanho, e seu peso é medido em apenas centenas de gramas).

Atualmente, para a liquefação de gases, na maioria dos casos, são utilizadas máquinas com expansão em expansores. Quando o hélio é liquefeito para pré-resfriamento em máquinas com turboexpansores, o nitrogênio é usado no lugar do hidrogênio, o que aumenta significativamente a produtividade e eficiência econômica dispositivos. Além disso, com a mesma produtividade, as máquinas com turboexpansores são várias vezes menores do que as máquinas que operam segundo o esquema Linde.