Сжижение газов – это физическое превращение газа в жидкое состояние ( конденсация ). Сжижение газов — сложный процесс, в котором используются различные сжатия и расширения для достижения высоких давлений и очень низких температур с использованием, например, турбодетандеров .
Процессы сжижения используются в научных, промышленных и коммерческих целях. Многие газы можно перевести в жидкое состояние при нормальном атмосферном давлении простым охлаждением; некоторые из них, такие как углекислый газ , также требуют повышения давления. Сжижение используется для анализа фундаментальных свойств молекул газа (межмолекулярных сил) или для хранения газов, например: сжиженного нефтяного газа , а также в холодильном оборудовании и кондиционировании воздуха . Там газ сжижается в конденсаторе , где выделяется теплота парообразования , и испаряется в испарителе , где теплота парообразования поглощается. Аммиак был первым таким хладагентом и до сих пор широко используется в промышленном охлаждении, но в жилых и коммерческих целях его в значительной степени заменили соединения, полученные из нефти и галогенов .
Жидкий кислород поставляется больницам для преобразования в газ для пациентов с проблемами дыхания, а жидкий азот используется в медицинской сфере для криохирургии , осеменаторами для замораживания спермы , а также полевыми и лабораторными учеными для сохранения образцов. Сжиженный хлор транспортируется для окончательного растворения в воде, после чего он используется для очистки воды, обеззараживания промышленных отходов , сточных вод и бассейнов, отбеливания целлюлозы и текстиля и производства четыреххлористого углерода , гликоля и многих других органических соединений, а также фосгена. газ.
Сжижение гелия ( 4 He ) с предварительно охлажденным циклом Хэмпсона-Линде привело к Нобелевской премии Хайке Камерлинг-Оннесу в 1913 году. При атмосферном давлении температура кипения сжиженного гелия составляет 4,22 К (-268,93 ° C). При температуре ниже 2,17 К жидкость 4 He становится сверхтекучей ( Нобелевская премия 1978 года, Петр Капица ) и проявляет характерные свойства, такие как теплопроводность через второй звук , нулевую вязкость и эффект фонтана среди других.
Сжижение воздуха применяют для получения азота , кислорода , аргона и других атмосферных благородных газов путем разделения компонентов воздуха фракционной перегонкой в криогенной воздухоразделительной установке .
Воздух сжижается с помощью процесса Линде , при котором воздух поочередно сжимается, охлаждается и расширяется, причем каждое расширение приводит к значительному снижению температуры. При более низкой температуре молекулы движутся медленнее и занимают меньше места, поэтому воздух меняет фазу и становится жидким.
Воздух также можно сжижать с помощью процесса Клода , в котором газу позволяют изоэнтропически расширяться дважды в двух камерах. При расширении газ должен совершать работу, проходя через расширительную турбину . Газ еще не жидкий, так как это разрушит турбину. [ нужна цитата ] Коммерческие установки по сжижению воздуха решают эту проблему, расширяя воздух при сверхкритическом давлении. [1] Окончательное сжижение происходит за счет изоэнтальпического расширения в терморасширительном клапане .