Библиотека DJVU
БСЭ
Статистика:
Сжижение газов
Значение слова "Сжижение газов" в Большой Советской Энциклопедии
Идеальный процесс Сжижение газов 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 Сжижение газов:
Lmin = T0(SГ - SЖ) - (JГ - JЖ),
где T0 - температура окружающей среды; SГ, SЖ - 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 Сжижение газов с критической температурой ТК выше температуры окружающей среды (например, аммиак, хлор) осуществляется с помощью компрессора, где газ сжимается, и последующей конденсацией газа в теплообменниках, охлаждаемых водой или холодильным рассолом. Сжижение газов с ТК, которая значительно ниже температуры окружающей среды, производится методами глубокого охлаждения. Наиболее часто для Сжижение газов 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 объёма без совершения внешней работы (метод теплового насоса). В лабораторной практике иногда используется каскадный метод охлаждения (сжижения).
Графическое изображение и схема дроссельного цикла Сжижение газов 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 Сжижение газов 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 (азот, аргон, кислород), 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 водорода методом дросселирования в качестве постороннего хладагента используется жидкий азот, при сжижении гелия - жидкий водород.
Для Сжижение газов 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 подаётся 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 Сжижение газов иногда применяют несколько детандеров, работающих на различных температурных уровнях.
Циклы с тепловыми насосами обычно используются (наряду с детандерными и дроссельными циклами) при Сжижение газов с помощью холодильно-газовых машин, которые позволяют получать температуры до 12 К, что достаточно для сжижения всех газов, кроме гелия (см. табл.). Для сжижения гелия к машине пристраивается дополнительная дроссельная ступень.
Подвергаемые сжижению газы должны очищаться от паров воды, масла и др. примесей (например, воздух - от углекислоты, водород - от воздуха), которые при охлаждении могут затвердеть и закупорить теплообменную аппаратуру. Поэтому узел очистки газа от посторонних примесей - необходимая часть установок Сжижение газов
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 |
| Азот Аргон Водород Воздух Гелий Кислород Метан Неон 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.
S (температура - энтропия) цикла сжижения газов с детандером: К - компрессор; Д - детандер; Др - дроссельный вентиль." href="a_pictures/18/10/217920692.jpg">
Рис. 3. Схема и диаграмма Т - S (температура - энтропия) цикла сжижения газов с детандером: К - компрессор; Д - детандер; Др - дроссельный вентиль.
S (температура - энтропия)." href="a_pictures/18/10/253550399.jpg">
Рис. 1. Идеальный цикл сжижения газов на диаграмме T-S (температура - энтропия).
S (температура - энтропия) цикла сжижения газов на основе эффекта Джоуля - Томсона: К - компрессор; T1, T2, ТЗ - теплообменники; Др - дроссельный вентиль." href="a_pictures/18/10/279734648.jpg">
Рис. 2. Схема и диаграмма Т - S (температура - энтропия) цикла сжижения газов на основе эффекта Джоуля - Томсона: К - компрессор; T1, T2, ТЗ - теплообменники; Др - дроссельный вентиль.
В Большой Советской Энциклопедии рядом со словом "Сжижение газов"
Сжатых отображений принцип | Буква "С" | В начало | Буквосочетание "СЖ" | Бахр-эль-ГазальСтатья про слово "Сжижение газов" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 0 раз
Интересное