Transformarea oricărui gaz într-un lichid - lichefierea unui gaz - este posibilă numai la o temperatură sub cea critică (vezi § 62). În primele încercări de lichefiere a gazelor, s-a dovedit că unele gaze (C1 2, CO 2, NH 3) erau ușor lichefiate. compresie izotermă, A întreaga linie gazele (O 2 , N2, hz, He) nu au cedat la lichefiere. Similar încercări nereușite a explicat D. I. Mendeleev, care a arătat că lichefierea acestor gaze a fost efectuată la o temperatură mai mare decât cea critică și, prin urmare, a fost sortită eșecului în avans. Ulterior, s-a putut obține oxigen lichid, azot și hidrogen (temperaturile lor critice sunt 154,4, 126,1 și, respectiv, 33 K), iar în 1908 fizicianul olandez G. Kamerling-Onnes (1853-1926) a realizat lichefierea heliului, care are cea mai scăzută temperatură critică (5,3 K).

Pentru lichefierea gazelor se folosesc mai des două metode industriale, care se bazează fie pe efectul Joule-Thomson, fie pe răcirea gazului în timpul lucrului.

În fig. 95. Aerul din compresor (K) este comprimat la o presiune de zeci de megapascali și răcit în frigider (X) la o temperatură sub temperatura de inversare, drept urmare, odată cu extinderea suplimentară a gazului, efect pozitiv Joule - Thomson (răcirea gazului în timpul expansiunii sale). Apoi, aerul comprimat trece prin tubul interior al schimbătorului de căldură (TO) și este trecut prin clapeta de accelerație (Dr), în timp ce se extinde și se răcește foarte mult. Aerul expandat este din nou aspirat prin tubul exterior al schimbătorului de căldură, răcind cea de-a doua porțiune a aerului comprimat care curge prin tubul interior. Deoarece fiecare porțiune ulterioară de aer este pre-răcită și apoi trecută prin accelerație, temperatura scade din ce în ce mai mult. Ca urmare a unui ciclu de 6-8 ore, o parte din aer (> 5%), răcindu-se la o temperatură sub cea critică, se lichefiază și intră în vasul Dewar (DS) (vezi § 49), iar restul se întoarce la schimbătorul de căldură.

A doua metodă de lichefiere a gazelor se bazează pe răcirea gazului în timpul lucrului. Gazul comprimat, care intră în mașina cu piston (expander), se extinde și face munca de mișcare a pistonului. Întrucât lucrarea este făcută de energie interna gaz, temperatura acestuia scade.

Academicianul P. L. Kapitsa a sugerat folosirea unui turbo-expansor în locul unui expandor, în care gazul, comprimat la doar 500-600 kPa, este răcit, făcând munca de rotație a turbinei. Această metodă a fost aplicată cu succes de către Kapitsa pentru a lichefia heliul, care a fost pre-răcit cu azot lichid. Unitățile de refrigerare moderne și puternice funcționează pe principiul unui turboexpansor.

Publicat: 31.12.2016 11:34

Gazul este una dintre cele trei stări standard ale materiei. Proprietatea care caracterizează orice substanță în stare gazoasă este capacitatea de a ocupa întregul volum al spațiului alocat gazului, răspândindu-se uniform pe întregul volum disponibil în timp. Lichefiat gaz natural- aceasta este o substanță cu aceeași compoziție (în cazul gazelor naturale, vorbim despre metan - CH 4), dar într-un alt starea de agregare. Avem un lichid în loc de un gaz. Deci, cum are loc procesul de lichefiere a metanului, propanului și a altor gaze?

Gazul lichefiat poate fi obținut în două moduri:

• lichefierea oricărui gaz are loc prin scăderea temperaturii acestuia sub punctul de fierbere;
• procesul de lichefiere a unor gaze poate fi realizat prin metode mai ieftine – prin creșterea presiunii.

Cronologic s-au obtinut primele gaze in stare lichida precum dioxid de carbon, dioxid de sulf, amoniac. Procesul de lichefiere a acestor gaze a avut loc cu o creștere a presiunii și normal temperatura camerei. Gazele care au fost lichefiate în continuare - propan, butan, etan și altele - au fost, de asemenea, supuse procedurii de lichefiere cu creșterea presiunii. Cu toate acestea, s-a dovedit mai târziu că lichefierea gazului cu metoda compresorului nu funcționează pentru toate gazele - gazul natural nu se transformă în metan lichefiat atunci când presiunea crește.

În plus, s-a constatat că este posibil să se obțină un gaz în stare lichidă pentru absolut toate grupurile cunoscute de gaze, cu toate acestea, procesul de lichefiere a unui anumit gaz nu va funcționa dacă acest gaz nu este răcit la un nivel sub temperatura critică. . Dacă punctul de fierbere este temperatura la care o substanță trece complet din starea gazoasă în starea lichidă, atunci temperatura critică este nivelul la care trecerea de la starea gazoasă este posibilă atunci când se atinge o anumită presiune. Acesta este exact procesul de obținere a gazului natural lichefiat - răcire la o temperatură critică de -82,5 ° C (la punctul de fierbere al metanului la -161,5 ° C) și creșterea presiunii gazului.

Lichefierea gazului ajută la rezolvarea problemei depozitării și transportului acestuia (depozitarea lichidului este mai convenabilă decât stocarea gazului și nu necesită o cameră complet etanșă) - volumul gazelor naturale în stare lichidă este de 600 de ori mai mic decât spațiul pe care îl ocupă aceeași cantitate de gaz în forma obișnuită. Producția de gaz lichefiat datează de la începutul secolului al XX-lea, când tehnologia de creștere a presiunii a fost folosită pentru prima dată pentru transportul său convenabil. Cu toate acestea, dezvoltarea utilizării unui astfel de gaz a fost împiedicată de utilizarea tehnologiei de livrare a conductelor care provenea din industria petrolului.

Metan și propan lichefiat.

Este imposibil să se obțină metan lichefiat prin creșterea presiunii la temperatura camerei, prin urmare, tehnologiile criogenice sunt folosite pentru stocarea gazelor naturale în stare lichidă, permițând menținerea temperaturii sub nivelul de evaporare a gazului. Costul ridicat al utilizării tehnologiilor pentru stocarea și transportul metanului lichefiat afectează limitarea popularității GNL în comparație cu gazul din conducte. Utilizarea metanului lichefiat ca combustibil necesită echipamente pentru lichefierea gazelor, cisterne care să poată menține necesarul. temperatura scazuta, terminale de lichefiere GNL.

La randul lui, propan lichefiat se poate obtine prin cresterea presiunii. În rezervoarele de gaz și buteliile, un astfel de gaz este stocat nu sub formă lichidă, ci în forma sa obișnuită - în orice rezervor de GPL, amestecul propan-butan există în același timp în stare lichidă și gazoasă (și tocmai acea parte a amestecul care se află în starea sa normală care este alimentat în conducta către cazanul pe gaz).

Acesta este avantajul propan-butanului față de metanul lichefiat - pentru depozitarea și transportul propan-butanului este nevoie doar de un recipient care să reziste la presiunea internă.

Vapori și „gaze permanente”. Până la aproximativ mijlocul al XIX-leaîn. substanțele în stare gazoasă au fost împărțite în vapori și „gaze permanente”. „Gaze permanente” au fost numite, de exemplu, gaze precum oxigen, azot, hidrogen, care nu au putut fi convertite și stare lichida prin cresterea presiunii.

Ghici despre absență diferenta fundamentalaîntre vapori şi „gaze permanente” exprimate în sfârşitul XVII-leaîn. Lavoisier. El credea că la o temperatură suficient de scăzută și se va transforma într-un lichid. aerul atmosferic. Primul dintre gazele permanente a fost amoniacul lichefiat cu o creștere a presiunii la. În 1823, Michael Faraday a reușit să transforme clorul gazos într-un lichid prin răcirea acestuia la tensiune arterială crescută. În 1877, inginerul francez Caletei și fizicianul elvețian Pictet au realizat în mod independent lichefierea oxigenului prin creșterea presiunii până la aproximativ și răcirea la o temperatură sub -140 °C. În același an, azotul a fost lichefiat. În 1898 fizician englez Dewar a realizat lichefierea hidrogenului, iar în 1908, în Olanda, Kamerling-Onnes a lichefiat heliul, ultimul gaz pe care nimeni înaintea lui nu reușise să-l transforme într-un lichid.

Astfel, s-a constatat că stare gazoasă Orice substanță poate fi transformată în lichid. Cu toate acestea, fiecare substanță poate experimenta o astfel de transformare numai la temperaturi sub o anumită, așa-numita temperatură critică Tk. La temperaturi peste substanță critică nu se transformă în lichid sau solid la nicio presiune. Evident, la temperatura critică, energia cinetică medie mișcarea termică moleculele unei substanțe depășește energia potențială a legării lor într-un lichid sau solid. Deoarece forţele de atracţie care acţionează între molecule diverse substanțe, diferit, diferit și energie potențială conexiunile lor, prin urmare și valorile temperaturii critice pentru diferite substanțe se dovedesc a fi diferite.

Lichefierea gazelor. Luați în considerare principiile de bază utilizate la mașinile pentru lichefierea gazelor. Prima condiție care trebuie îndeplinită pentru transformarea unui gaz într-un lichid este răcirea acestuia la o temperatură sub cea critică. La o temperatură sub cea critică, orice gaz poate fi transferat în stare lichidă prin creșterea presiunii, deci lichefierea gazelor cu o temperatură critică peste 0 °C nu prezintă o dificultate fundamentală. Mai mult sarcina dificila este lichefierea gazelor a căror temperatură critică este mult sub zero. Astfel de gaze sunt oxigenul, azotul, hidrogenul, heliul, ale căror temperaturi critice sunt, respectiv, -118,4, -146,9, -240 și respectiv -268 °C. Astfel de temperaturi scăzute nu apar în mod natural pe Pământ, așa că problema lichefierii acestor gaze este strâns legată de problema obținerii unor temperaturi scăzute. Metoda principală folosită pentru răcirea unui gaz este extinderea acestuia cu munca efectuată.

Frigider cu compresie. DIN cea mai simplă mașină, în care gazul este lichefiat, poate fi găsit pe exemplul unui frigider cu compresie de uz casnic (inserție colorată I).

Lichidul de lucru din frigider este gaz freon. Sistemul de condensator și evaporator este umplut cu freon. Compresorul, acționat de un motor electric, pompează freonul gazos din evaporator și îl pompează în condensator. Freonul se încălzește când este comprimat. Este răcit la temperatura camerei într-un condensator, situat de obicei pe peretele din spate al frigiderului. Răcit la temperatura camerei la presiune ridicată creată în condensator folosind un compresor, freonul intră în stare lichidă. Din freonul lichid al condensatorului prin tub capilar intră în evaporator. Prin pomparea vaporilor de freon din evaporator cu ajutorul unui compresor, se menține o presiune redusă în acesta. La presiune redusă în evaporator, freonul lichid fierbe și se evaporă chiar și la temperaturi sub 0 ° C. Căldura pentru evaporarea freonului este preluată de pe pereții evaporatorului, făcându-i să se răcească. Vaporii de freon pompați intră în carcasa compresorului, de acolo din nou la condensator etc. într-un ciclu închis.

Cea mai scăzută temperatură care poate fi obținută în evaporator (congelator) este determinată de presiunea vaporilor de freon, deoarece punctul de fierbere al freonului, ca orice alt lichid, scade odată cu scăderea presiunii. La viteza constanta fluxul de freon lichid în evaporator prin tubul capilar din condensator, presiunea vaporilor de freon în evaporator va fi cu atât mai mică, cu cât compresorul funcționează mai mult. Dacă nu este nevoie să se realizeze o scădere a temperaturii în evaporator până la valoarea maximă realizabilă, atunci funcționarea compresorului este oprită periodic prin oprirea motorului electric care îl antrenează. Compresorul este oprit de o mașină automată care monitorizează menținerea temperaturii setate în frigider.

Introducere

gaze-starea de agregare a unei substanțe în care particulele sale nu sunt legate sau foarte slab legate de forțele de interacțiune și se mișcă liber, umplând întregul volum care le este oferit. Gazele au un număr proprietăți caracteristice. Spre deosebire de solideși lichide, volumul unui gaz depinde în mod semnificativ de presiune și temperatură.

Orice gaz poate fi transformat in lichid prin simpla compresie daca temperatura gazului este sub cea critica.Acele substante pe care suntem obisnuiti sa le consideram gaze pur si simplu au temperaturi critice foarte scazute, adica temperaturi dupa care gazul capata proprietatile de un lichid și, prin urmare, la o temperatură apropiată de temperatura camerei, nu pot fi în stare lichidă. Dimpotrivă, pentru substanțele pe care le clasificăm drept lichide, temperaturile critice sunt ridicate.

M-a interesat întrebarea ce proprietăți are gazul lichefiat, în ce zone este utilizat? Tema lucrării este actuală astăzi, deoarece gazele lichefiate sunt solicitate în multe domenii ale medicinei, științei și tehnologiei.În acest sens, mi-am propus următoarele scopuri și obiective:

Ţintă:- luarea în considerare a naturii fenomenului și proprietăților gaze lichefiate

Sarcini:

* Aflați despre gazele lichefiate

* Determinați proprietățile gazelor lichefiate

ñ Poveste

Faptul experimental al răcirii unei substanțe în timpul evaporării este cunoscut de mult timp și chiar a fost folosit în practică (de exemplu, folosirea vaselor poroase pentru păstrarea prospețimii apei). Dar primul studiu științific al acestei probleme a fost întreprins de Gian Francesco Cigna și descris în lucrarea din 1760 „De frigore ex evaporation” („Despre frigul datorat evaporării”).

Problema lichefierii gazelor este secole de istorie provenind din a doua jumătate a secolului al XVIII-lea. Totul a început cu lichefierea amoniacului prin răcire simplă, care a fost produsă de van Marum, anhidrida sulfurica- Monge și Clouet, clorul - Northmore (1805) și lichefierea amoniacului prin metoda de compresie propusă de Baccelli (1812).

Charles Cagnard de Latour (1777-1859) și Michael Faraday (1791-1867) au adus simultan și independent contribuții decisive la soluționarea acestei probleme.

Ce este gazul lichefiat și proprietățile sale

Lichefierea gazelor este conversia gazelor într-o stare lichidă. Poate fi produs prin comprimarea gazului (creșterea presiunii) și concomitent răcirea acestuia.

Orice gaz poate fi transformat în stare lichidă, dar conditie necesara căci aceasta este răcirea preliminară a gazului la o temperatură sub „critică”. Dioxidul de carbon, de exemplu, poate fi lichefiat la temperatura camerei, deoarece temperatura sa critică este de 31,1 0 C. Același lucru se poate spune despre gaze precum amoniacul și clorul.

Dar există și gaze care nu pot fi transformate în stare lichidă la temperatura camerei. Aceste gaze includ aer, hidrogen și heliu, ale căror temperaturi critice sunt mult sub temperatura camerei. Pentru a lichefia astfel de gaze, ele trebuie mai întâi răcite la o temperatură puțin sub temperatura critică, după care gazul poate fi transferat în stare lichidă prin creșterea presiunii.

Utilizarea gazelor lichefiate

Se găsesc gaze lichefiate aplicare largăîn tehnologie. Azotul este folosit pentru a produce amoniac și săruri de azot utilizate în agricultură pentru a fertiliza solul. Argonul, neonul și alte gaze inerte sunt folosite pentru umplere lămpi electrice lămpi cu incandescență și cu gaz. Oxigenul este cel mai utilizat. Într-un amestec cu acetilenă sau hidrogen, dă o flacără foarte temperatura ridicata folosit pentru tăierea și sudarea metalelor. Injectarea de oxigen (explozia de oxigen) accelerează procesele metalurgice. Oxigenul livrat din farmacii în perne acționează ca un anestezic. De o importanță deosebită este utilizarea oxigen lichid ca agent oxidant pentru motoarele de rachete spațiale.

Hidrogenul lichid este folosit ca combustibil în rachete spațiale. De exemplu, sunt necesare 90 de tone de hidrogen lichid pentru a alimenta racheta americană Saturn V.

Amoniacul lichid și-a găsit o aplicare largă în frigidere - depozite uriașe în care sunt depozitate produse perisabile. Răcirea care are loc în timpul evaporării gazelor lichefiate este utilizată în frigidere la transportul produselor perisabile.

Gazele folosite în industrie, medicină etc., sunt mai ușor de transportat atunci când sunt în stare lichefiată, deoarece în acest caz o cantitate mai mare de substanță este conținută în același volum.

Tub Faraday

Engleză fizician - experimentator, chimist .

deschis inductie electromagnetica care stă la baza producției moderne de energie electrică industrială și a multor aplicații ale acesteia. Am creat primul modelmotor electric. Printre celelalte descoperiri ale sale este prima transformator , acțiunea chimică a curentului,legile electrolizei, acțiune camp magnetic in lume. Mai întâi prezis undele electromagnetice. Faraday a introdus termenii ion în uz științific, catod, anod, electrolit , dielectric, diamagnetism, paramagnetism etc.

Faraday este fondatorul teoriei câmpului electromagnetic, pe care apoi a formalizat-o și dezvoltat-o ​​matematic.Maxwell.

La acea vreme, Faraday era doar un modest asistent de laborator pentru Humphrey Davy.

Humphry Davy - chimist, fizician și geolog englez, unul dintre fondatori electrochimie . Cunoscut pentru descoperirea multor elemente chimice, precum și patronajul lui Faraday pe stadiul inițial activitățile sale științifice.

În numele său, a studiat clorhidratul, un compus cristalin format prin interacțiunea la temperaturi scăzute a apei și a clorului. Pentru a testa modul în care acest compus se comportă atunci când este încălzit, Faraday a plasat câteva cristale de hidrat de clor într-un picior închis al unei curbe. V -tub in forma, dupa care a fost lipit celalalt genunchi. Apoi, a încălzit cristalele, în timp ce genunchiul liber a rămas rece. Cristalele s-au topit și au scos vapori galben-verzui, vaporii s-au condensat în genunchiul rece pentru a forma un lichid uleios, care s-a dovedit a fi clor lichid.

1) tub îndoit și sigilat

2) o substanță sau un amestec care, atunci când este încălzit, eliberează gazul necesar

3) cot răcit unde se colectează gazul lichefiat

4) apă sau lichid de răcire

Faraday a descoperit o nouă metodă de lichefiere a gazelor: nu era necesar să se primească gaze într-un vas și să le pompeze într-un alt vas, unde va avea loc lichefierea. Este convenabil să transferați gazele într-o stare lichidă în același vas în care se formează. În acest fel, în 1823, Faraday a reușit să transforme hidrogenul sulfurat, dioxidul de sulf, dioxidul de carbon și oxidul de azot într-o stare lichidă.

concluzii
Orice gaz poate fi transformat într-un lichid prin simpla comprimare.
Lichefierea gazelor proces dificil, care include multe compresii
Lichefierea se poate face prin comprimarea unui gaz si racirea acestuia simultan.
Gazele lichefiate sunt utilizate pe scară largă
Gazele lichefiate sunt folosite nu numai în inginerie, medicină și agricultură, ci și în știință.

Bibliografie

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

Lichidele pot exista doar la temperaturi sub cea critică. Prin urmare, pentru a lichefia un gaz, acesta trebuie mai întâi răcit sub temperatura critică și apoi supus compresiei. După cum se poate observa din Tabelul XIII, gazele precum oxigenul, azotul, hidrogenul și în special heliul necesită temperaturi foarte scăzute pentru a se lichefia.

Tabelul XIII (vezi scanarea) Temperaturi critice și de fierbere (la presiune atmosferică) pentru unele gaze

Una dintre primele metode industriale de lichefiere a gazelor (metoda Linde, 1895) a folosit efectul Joule-Thomson.

Schema mașinii Linde este prezentată în Figura 6.21. Comprimat de compresorul K și, ca urmare, oarecum încălzit, gazul trece prin răcitorul X, unde degajă căldură apei curgătoare și se răcește la temperatura inițială. Gazul trece apoi prin bobină către o supapă de accelerație (robinet) și se extinde în recipientul B cu o cădere de presiune de aproximativ sute de atmosfere la o atmosferă. Imediat după pornirea plantei, scăderea temperaturii nu este suficientă pentru a lichefia gazul. Gazul ușor răcit este trimis înapoi la compresor printr-o bobină.Ambele bobine sunt în contact termic strâns (de obicei o bobină este introdusă în cealaltă) într-un schimbător de căldură în contracurent.În schimbătorul de căldură, gazul merge la compresor la o o temperatură mai scăzută răcește fluxul de gaz care se apropie. Evident, în al doilea ciclu, gazul se va apropia de supapa A la o temperatură mai mică decât

asta a fost în timpul primei sale treceri, iar după stropit temperatura va scădea și mai mult. Cu fiecare ciclu, ca urmare a strogării și a acțiunii schimbătorului de căldură, temperatura gazului va scădea din ce în ce mai mult și în cele din urmă va scădea atât de mult încât o parte din gaz, după expansiune, se transformă în lichid și se acumulează în recipientul B. , de unde lichidul poate fi scurs în vasul Dewar printr-o supapă

Principiul descris al schimbului de căldură în contracurent este utilizat în toate mașinile pentru lichefierea gazelor, deși proiectarea unor astfel de schimbătoare de căldură poate fi extrem de diversă.

O altă metodă industrială de lichefiere a gazelor (metoda Claude, 1902) se bazează pe răcirea suplimentară a gazului atunci când funcționează. Gazul comprimat după supapă (Fig. 6.21) este trimis la mașina cu piston (expander), unde acesta, extinzându-se, face munca de mișcare a pistonului datorită energie kinetică molecule (expansorul nu este prezentat în figură). Ca urmare, efectul scăderii temperaturii gazului devine mai semnificativ decât în ​​mașina Linde. Această metodă a fost îmbunătățită de omul de știință sovietic P. L. Kapitsa (1934), care, în loc de un expandator cu piston, a folosit o turbină mică (turbo expander) condusă de un gaz răcit (rotorul expander este de dimensiuni mici, iar greutatea sa este măsurată în doar sute). de grame).

În prezent, pentru lichefierea gazelor se folosesc în majoritatea cazurilor mașini cu expansiune în expansoare. Când heliul este lichefiat pentru pre-răcire în mașinile cu turboexpansoare, se folosește azot în loc de hidrogen, ceea ce crește semnificativ productivitatea și eficiență economică dispozitive. În plus, cu aceeași productivitate, mașinile cu turbo-expansoare sunt de câteva ori mai mici decât mașinile care funcționează conform schemei Linde.