Сжижение газов — это физическое преобразование газа в жидкое состояние ( конденсация ). Сжижение газов — это сложный процесс, который использует различные сжатия и расширения для достижения высоких давлений и очень низких температур, например, с помощью турбодетандеров .
Процессы сжижения используются в научных, промышленных и коммерческих целях. Многие газы можно перевести в жидкое состояние при нормальном атмосферном давлении простым охлаждением; некоторые, 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 холодильной технике и кондиционировании воздуха . Там газ сжижается в конденсаторе , где выделяется теплота парообразования , и испаряется в испарителе , где тепло парообразования поглощается. Аммиак был первым таким хладагентом и до сих пор широко используется в промышленном охлаждении, но в бытовых и коммерческих целях его в значительной степени заменили соединения, полученные из нефти и галогенов .
Жидкий кислород поставляется в больницы для преобразования в газ для пациентов с проблемами дыхания, а жидкий азот используется в медицинской сфере для криохирургии , осеменителями для замораживания семени , а также полевыми и лабораторными учеными для сохранения образцов. Жидкий хлор транспортируется для конечного растворения в воде, после чего он используется для очистки воды, санитарии промышленных отходов , сточных вод и бассейнов, отбеливания целлюлозы и текстиля и производства четыреххлористого углерода , гликоля и множества других органических соединений, а также фосгена .
Сжижение гелия ( 4He ) с помощью предварительно охлажденного цикла Хэмпсона-Линде привело к Нобелевской премии Хайке Камерлинг-Оннеса в 1913 году. При атмосферном давлении температура кипения сжиженного гелия составляет 4,22 К (−268,93 °C). Ниже 2,17 К жидкий 4He становится сверхтекучим ( Нобелевская премия 1978 года, Петр Капица ) и демонстрирует характерные свойства, такие как теплопроводность посредством второго звука , нулевая вязкость и эффект фонтана среди других.
Сжижение воздуха используется для получения азота , кислорода , аргона и других атмосферных благородных газов путем разделения компонентов воздуха методом фракционной перегонки в криогенной воздухоразделительной установке .
Воздух сжижается с помощью процесса Линде , в котором воздух попеременно сжимается, охлаждается и расширяется, каждое расширение приводит к значительному снижению температуры. При более низкой температуре молекулы движутся медленнее и занимают меньше места, поэтому воздух меняет фазу, становясь жидким.
Воздух также можно сжижать с помощью процесса Клода , в котором газу позволяют расширяться изоэнтропически дважды в двух камерах. При расширении газ должен выполнять работу, поскольку он проходит через турбину расширения . Газ еще не является жидким, поскольку это разрушило бы турбину. [ необходима цитата ] Коммерческие установки по сжижению воздуха обходят эту проблему, расширяя воздух при сверхкритических давлениях. [1] Окончательное сжижение происходит путем изоэнтальпического расширения в терморегулирующем вентиле .