1. естеството на явлението и свойствата на втечнени газове
2. Методи за получаване на втечнени газове
3. Използването на втечнени газове
Списък на използваната литература
Всеки газ може да се превърне в един прост течен компресия, ако температурата на газа е под критичната стойност. Следователно, разделянето на вещества за газове и течности, е до голяма степен произволно. Тези вещества, които сме свикнали да вземе газ, просто имат много ниска критична температура, т.е. температура, след която газът придобива свойствата на течността, и поради това при температура, близка до стайна температура, не могат да бъдат в течно състояние. Напротив, веществата, които са посочени като контакт с течности, температурни крайности големи.
Първият газ (амоняк) се превръща в течността вече през 1799, още напредък в втечняване на газове, свързани с име английски физик М. Фарадей на (1791-1867), който се втечнени газове чрез едновременното им охлаждане и компресия. Втората половина на 19-ти век, всички известни докато газове са не само шест втечнен водород, кислород, азот, азот оксид, въглероден моноксид и метан, - те се наричат постоянни газове. Възникнала Забавянето на втечняването на газа от друга четвърт век, тъй като оборудването за намаляване на температурата е слабо развита, и те не могат да се охлажда до температура под критичната температура. Когато физиците са се научили да се получи около 1 K температура, всички газове са в състояние да привлече не само течността, но също така и в твърдо състояние. [1]
Целта на това изследване е да се разгледа естеството на явлението и свойствата на втечнени газове и изследващи методи за получаване и използване на такива газове. R & D е в сила и днес, тъй като втечнен търсене на газ в много области на медицината, науката и технологиите.
Естеството на явлението и свойствата на втечнени газове
Непрекъснато случаен топлинна движение, което винаги включва частици от всяко вещество и интензивността (енергия), която определя нейната температура имат значително въздействие върху всички срещащи се в явленията на материала. Ето защо почти всеки свойство на материята, по един или друг начин, в зависимост от температурата, което означава, че интензивността на топлинното движение на частици в него.
Изследване на свойствата на материалите при много ниски температури, когато разхлаби молекулно движение, е от голям интерес. Само при ниски температури е възможно да се изследват различните явления в среда, където постоянно фон топлинно движение не се отнася до тях.
При ниски температури проучвания изследват тялото се поставя в контакт с тялото на достатъчно ниска температура, така наречената хладилния агент. Целта на техниката ниски температури и да предоставят такива хладилни агенти. Те обикновено са различни на втечнен газ в състояние на кипене. Те са особено полезни с това, че контактът с охлаждане тялото не променя температура и води само до по-интензивно изпарение. Това отвори втечняване на газове за научни изследвания към ниски температури, включително много ниско - близо до абсолютната нула.
Всяка газ може да се прехвърля в течно състояние, но предпоставка за това е, че охлаждането на газа до температура под критичната стойност. Въглероден диоксид, например, може да се втечняват при стайна температура, тъй като неговата критична температура е 31,1єS. Същото може да се каже на такива газове като амоняк и хлор.
Но има и газове при стайна температура, която не може да се превърнат в течно състояние. Такива газове включват въздух (и неговите съставни части - азот, кислород и аргон), водород и хелий, чиято критична температури доста под стайна температура. За да се втечни тези газове трябва да бъдат предварително охладен до температура малко под критичната стойност, след което се увеличава газ под налягане може да бъде прехвърлена в течно състояние. Така втечнени газове по-удобно да се съхранява при атмосферно налягане (в отворен съд), но в този случай температурата им трябва да е все още по-ниска - един в които налягането е равно на 1 атм. За съхранение азот температура съответства на 77,4 К, докато критичната температура на азот е 126,1 К. кислород тези цифри са съответно 90 К и К 154.4, 20.5 K водород и 33 К и хелий 4 , 4 К и 5,3 К. Тези четири газ се използва широко в практиката, включително като хладилни агенти.
От тези цифри като критичната температура и крайната температура, към който трябва да се охлажда втечнени газове, се вижда, че се изисква много значително охлаждане. За да се постигне такова силно охлаждане обикновено се използва два метода (индивидуално и комбиниран), които ще бъдат обсъдени по-късно. [2]
Методи за получаване на втечнени газове
Първият метод за втечняване на газ включва използването на ефекта на Джаул - Томсън. Модификация на опит за разширяване на газа, предложен Джаул Thomson и позволява да се постигне по-значителна промяна в температурата на газ, по-специално охлаждане поради които не са идеални, тъй като идеален разширяването на газа в празнотата не е съпроводено с промяна на температурата. Газът е достатъчно голям, но постоянно налягане принуждавайки поток през пореста стена изолирани. Това означава, че дебитът на газа се извършва адиабатно. Най-хидродинамично съпротивление на дял води до факта, че тя се губи в налягането на газа и газта напуска дял при по-ниско налягане. Газ разшири или намали скоростта. Газ до дупка е всяко устройство, което представлява устойчивостта на газовия поток. За газовия поток е постоянен, настъпили т.е. постоянни стойности, когато налягането от двете страни на педала на газта, изисква помпа (компресор), който ще се поддържа постоянно налягане. Този компресор произвежда външна работа на компресия на газ. Този процес дроселен различава от разширяването на газа в кухината, при което външната работата е нула. Феноменът на температурни промени газ по време на адиабатно разширение от едно постоянно налягане дроселен към друг се нарича ефект на Джаул - Thomson. промяната на температурата в не-идеален газ по време на Joule - Thomson обясни с факта, че разширяването на газа се увеличава разстоянието между молекули и по този начин работата се извършва срещу вътрешни сили на взаимодействие между молекули. Поради тази работа, кинетичната енергия на молекулите се променя и, следователно, температурата на газа. В идеалния газ, когато силите на молекулните взаимодействия са нула, ефекта на Джаул - Thomson не.
В исторически първата кола за втечняване на газове (въздух) в промишлен мащаб (Linde и Gempson 1895 YG) за охлаждане на газове под критичната температура и последващо втечняване използва дроселен метод. Ние даваме на схемата на машината Linde (1), в който освен Joule - Томсън е бил приложен е важен принцип дизайн на противоток топлообмен, а сега се използва във всички втечняване машини.
Въздухът влиза компресора К., в която се пресова до 200 атм. След това тя преминава през серпентина охлажда с течаща вода, където тя дава топлина освобождава при компресия. По този начин, в друг път се отправя втечняват сгъстен газ на същите, както е било преди компресия. Този газ след това преминава през бобината аб на дроселна клапа (чешмяна) V 1 и се простира през него в е с налягане от 1 атм приемник. В този разширение газът се охлажда до известна степен, но не достатъчно, за да се превърне в течност. Охладената, но не се втечни газа след това се връща обратно през компактдиска със серпентина. И двете бобини, аб и CD. Те са разположени един спрямо друг, така че между тях и между частите на преминаване на газ от него, има термичен контакт. Поради това разширяване и опит на охлаждащия газ се охлажда към него удължаване част от компресирания газ, която все още да се разшири чрез клапан V1. Това е методът на противоток топлообмен.
Фиг.1. Шофиране Linde машини
Ясно е, че втората част на газа ще дойде V1 разширителния вентил, като по-ниска температура от първата и след това дроселираща да падне дори повече. По този начин, за да вентила ще дойде по-студен газ. След известно време след началото на действие на машина студен газ постепенното охлаждане сблъсък потоци ще доведе до факта, че газ при нормално дроселен започва да частично втечняване и се натрупват в приемник, F, където може да се източи през вентил V2 в съд за съхранение на втечнени газове (Dewar съдове).
Когато установена по време на работа на машината в различните му места има приблизително температурата: на входа на серпентина аб температура от 293 К (стая) на; на изхода на тази намотка 170 К; след дроселиране 80 К, на входа на CD на бобината 80 К; изход от нея - стайна температура. Налягането преди клапан 200 банкомат, 1 атм след дроселиране.
Устройство, съдържащ две намотка АВ и CD, при който охлаждащият газ в противоток с охладен газ се нарича топлообменник. Машината Linde е под формата на топлообменник добавя една в друга тръба, която е прикрепен, образуват заедно намотка. Висока газ под налягане се подава през вътрешната тръба. Насрещното поток от охладен газ с ниско налягане преминава през външната тръба, вътрешна измиване и охлаждане, така че газ в него.
Вторият метод за втечняване на газ е по-Claude, като се основава на метода на адиабатно разширение в разширител. Помислете за своята фундаментална разлика от Linden метод.
Когато дроселираща охлаждащ газ се постига чрез вътрешния работа газ срещу силите на привличане между молекули. Както е известно, охлаждащият газ се появява и в случаите, когато е адиабатно разширен, извършващи външен работа. Газът се разширява и в същото време работата изпълнение, намалява вътрешната си енергия, а оттам и на температурата. Това се отнася в еднаква степен за идеални и реални газове. Причината за охлаждане на газта при вземане на външния си работа е да се намали скоростта на молекулите по време на ударите на буталото се отклонява от тях, към които те предават част от тяхната кинетична енергия. Охлаждане по време на адиабатно разширение с изпълнението на външната работа, за да бъдат по-ефективни, отколкото дроселиране, тъй адиабатно разширение - обратим процес, докато Джаул - Томсън - необратим процес. Както е известно, обратимостта на процеси в машината осигурява висока ефективност. Частта, в която разширяването на газ, наречен разширител.
За първи път такава машина за втечняване на газове (фигура 2) е конструиран чрез Claude през 1902 г. за втечняване на въздух.
LPG метод Linde
Фиг.2. Клод Driving Machine
Помислете за принципа на работа на тази машина. Газът преминава изотермични компресия в компресор К, откъдето постъпва в топлообменника Е1. Там той се разделя на два потока (в точка О). Първият преминава през топлообменник Е2 да дроселната клапа и се подлага на дроселиране с охлаждане поради ефекта на Джаул - Thomson; втори поток (тя представлява 80% газ) влиза в разширител се разширява в него, което прави работата и за сметка се охлажда. Охлажда газ от разширителя се връща топлообменник Е 1, охлаждане на насрещното следващата част от компресирания газ. Към този момент в Oґ и се присъединява към газът, който се охлажда в резултат на дроселиране. Преди това той преминава през топлообменник E2 а, също така охлажда сблъсък на газовия поток. По този начин, описанието на метода Claude види, че охлаждането в разширителя се използва за предварително охлаждане преди дроселиране.
Първата машина Клод разширител буталото е кола. Работа, която тя изпълнява на компресирания газ може да се използва, за да се улесни работата на компресора, за принудително смазване на машината, и така нататък. Г.
Условията са типични за машини Claude (флуидизиращ въздух) са приблизително, както следва: налягане на изхода на компресор 40 банкомат, температурата на входа на разширителя (след охлаждане в топлообменника Е1) 200 К; температурата след разширяване в разширител 110 К при налягане 1 атм.
В сравнение с метода на адиабатно метод за охлаждане на базата на ефекта на Джаул - Томсън има по-голяма простота. В това няма никакъв проблем за смазване, тъй като използваното устройство не съдържа никакви движещи се части, работещи при ниски температури. Въпреки това, за по-лесно това трябва да плати огромна загуба на охладителна ефективност и необходимостта да работят при високи налягания, които използват големи количества газ. Cooling, която може да бъде получена чрез адиабатно разширение, обикновено много повече от това, което дава Joule - Thomson. Но в същото време са налице значителни предизвикателства, свързани с движещи се части се смазват: маслени замръзва при ниски температури. Например, Клод прилага уплътнения суха и допълнително суха кожа. Ролята на въздуха се смазващо изтичане на малко количество на запечатване между стените на буталото и цилиндъра [3].
Използването на втечнени газове
Втечняване на газове е техническо и научно значение. Втечняване на въздуха се използва в областта за разделяне на въздуха на съставните си части. Методът се основава на факта, че различните газове, от които въздушният кипене при различни температури. Най-ниската точка на кипене са хелий, неон, азот, аргон. В точка кислород кипене малко по-висока от тази на аргон. Следователно, първата изпарява хелий, неон, азот, аргон и след това кислород.
Втечнени газове са широко използвани в областта. Азот се отнася за производството на амоняк и азотни соли, използвани в селското стопанство за наторяване на почвата. Аргон, неон и други инертни газове се използват за запълване на лампи с нажежаема жичка и светят газоразрядни лампи. Най-широко използван е кислород. В смес с ацетилен или водороден пламък дава много високи температури, използвани за рязане и заваряване на метали. Инжектиране на кислород (кислород взрив) ускорява металургични процеси. Доставя се от аптеките в възглавници кислородни действа като аналгетик. Особено важно е използването на течен кислород като окислител за двигатели на космически ракети.
Течен водород се използва като гориво в космическите ракети. Например, за пълнене American ракета "Saturn - 5" необходими 90 т течен водород.
Течен амоняк е намерил широко приложение в хладилници - огромни складове, където се съхраняват развалящи се храни. Охлаждането се случва, когато изпаряване на втечнен газ, се използват в хладилници по време на транспортиране на нетрайни продукти.
Газовете, използвани в промишлеността, медицината и така нататък. P. лесно да се транспортират, когато те са в течно състояние, тъй като в този случай същия обем е по-голямо количество от веществото.
В работата, аз разгледа естеството на явлението и свойствата на втечнени газове, както и две основни методи, чрез които втечнени газове. Сравнявайки двата метода, открих, че най-лесният и най-сигурният метод за Linde, но методът е по-ефективен от Клод, който е, е с висока ефективност, дори и да има проблем с смазване на движещи се части. Други области на приложение са изследвани втечнени газове. Втечнени газове се използват не само в областта на технологиите, медицината и селското стопанство, но също така и в областта на науката. Чрез използване на втечнени газове изследвани свойствата на други вещества, при температура близка до абсолютна нула, когато движението на молекулите в материала са минимални.
Списък на използваната литература
2. Kikoin AK Kikoin Молекулна физика. М. Science 1976. 480 стр.
3. sivukhin DI Най-общо за развитието на физиката. Термодинамиката и молекулна физика. М. Science 1979. 552 стр.
Свързани статии