Előállítása és felhasználása cseppfolyósított gázok
1. Az a jelenség természetét és tulajdonságait cseppfolyósított gázok
2. Módszerek beszerzésének cseppfolyósított gázok
3. Az cseppfolyósított gázok
Listája használt irodalom
Bármilyen gázt át lehet alakítani egy egyszerű folyékony préselési, ha a gáz hőmérséklete alacsonyabb a kritikus értéket. Ezért a szétválás anyagok gázok és folyadékok nagymértékben önkényes. Ezek az anyagok, hogy használni, hogy a gáz, csak nagyon alacsony kritikus hőmérséklet, azaz a hőmérséklet, ami után a gáz megszerzi a tulajdonságait, a folyadék, ezért közeli hőmérsékleten szobahőmérsékletre, nem lehet folyékony állapotban. Éppen ellenkezőleg, az anyagok, amelyek szerepelnek a kapcsolatot a folyadék, szélsőséges hőmérséklet nagy.
Az első gáz (ammónia) alakítjuk át a folyadék a már 1799-ben, egy további előrelépést a gázok cseppfolyósítását nevéhez angol fizikus M. Faraday (1791-1867), amelyet a cseppfolyósított gázok révén azok egyidejű hűtés és tömörítés. A második felében a 19. század, az összes ismert, míg gázok nem csak hat cseppfolyósított hidrogén, oxigén, nitrogén, a nitrogén-oxid, szén-monoxidot és metánt tartalmaz, - nevezzük őket permanens gázok. A késedelem cseppfolyósításából a gáz egy másik negyed százada történt, mert a hőmérséklet-csökkentés berendezést gyengén fejlett, és nem tudták le kell hűteni a kritikus hőmérséklet alatt. Amikor a fizikusok megtanulták, hogy mintegy 1 K hőmérséklet, az összes gáz képesek felhívni nemcsak a folyadék, hanem szilárd állapotban. [1]
E tanulmány célja, hogy megvizsgálja az a jelenség természetét és tulajdonságait cseppfolyósított gázok és más vizsgáló módszerekkel megszerzésének és az ilyen gázokat. K + F releváns ma, mert a cseppfolyósított gázzal kereslet számos területen az orvostudomány, a tudomány és a technológia.
1.Priroda jelenségek és tulajdonságait cseppfolyósított gázok
Folyamatos véletlenszerű hőmozgás, amely mindig magában foglalja részecskék bármely anyag, és az intenzitás (energia), amely meghatározza annak a hőmérséklet jelentős hatást gyakorol az összes előforduló anyag jelenségek. Éppen ezért szinte minden tulajdonsága számít, így vagy úgy, a hőmérséklet függvényében, azaz az intenzitás a termikus mozgás részecskéket.
Vizsgálata anyagtulajdonságok nagyon alacsony hőmérsékleten, ha a molekuláris mozgás lazított, a nagy érdeklődés. Csak alacsony hőmérsékleten is lehetséges, hogy vizsgálja meg a különböző jelenségek egy olyan környezetben, ahol a konstans háttér hőmozgás nem érinti őket.
Alacsony hőmérsékleten tanulmány vizsgálta a testet hozzuk érintkezésbe a test egy elegendően alacsony hőmérsékleten, az úgynevezett hűtőközeg. Az objektum a szakterületen az alacsony hőmérséklet, és hogy az ilyen hűtőközegek. Ezek általában különböző cseppfolyósított gázokat a forráspont állapotban. Ezek különösen hasznosak, hogy a kapcsolatot a hűtőtest nem változik annak hőmérsékletét, és csak vezet intenzívebb párolgás. Ez megnyitotta a gázok cseppfolyósítását kutatási felé alacsony hőmérsékleten, beleértve a nagyon alacsony - közel abszolút nulla.
Mindegyik gáz lehet átvisszük egy folyékony állapotban, hanem egy Ennek feltétele, hogy a hűtés a gázt olyan hőmérsékletre a kritikus érték alá. Szén-dioxid, például, lehet cseppfolyóssá szobahőmérsékleten, mivel a kritikus hőmérséklet 31,1єS. Ugyanez mondható el az ilyen gázok például ammónia és a klór.
De vannak gázok szobahőmérsékleten, amelyeket nem lehet alakítani folyékony állapotban van. Ilyen gázok közé tartoznak a levegő (és az azt alkotó részek - a nitrogén, az oxigén és az argon), hidrogén és a hélium, amelynek kritikus hőmérséklete jóval szobahőmérséklet. Felenged ezeket a gázokat kell előre-ra hűtjük, a hőmérséklet egy kicsivel a kritikus érték alá, ami után a nyomás növelése a gáz átvihetők folyékony állapotban. Cseppfolyósított gázok, így sokkal kényelmesebb tárolni légköri nyomáson (nyitott edényben), de ebben az esetben a hőmérséklet legyen még mindig alacsonyabb, - amelyben a nyomás egyenlő 1 atm. A nitrogén tárolási hőmérséklet megfelel 77,4 K, míg a kritikus hőmérséklet a nitrogén 126,1 K. Oxigén ezek a számok rendre 90 K és 154,4 K, 20,5 K hidrogénatom, és az 33 K, és a hélium 4 , 4 K és 5.3 K. Ez a négy gáz széles körben használják a gyakorlatban, beleértve a hűtőközegként.
Ezekből a számokból, mint a kritikus hőmérséklet, és a végső hőmérséklet, amelyre kell hűteni, cseppfolyósított gázok, akkor látható, hogy igen jelentős hűtésre van szükség. Ahhoz, hogy egy ilyen erős hűtés általában két módszert (külön-külön és kombinált), amely később tárgyaljuk. [2]
2.Sposoby szerezni cseppfolyósított gázok
Az első gáz cseppfolyósító módszer használatával jár a Joule-hatás - Thomson. Módosítása tapasztalat gáztágulásos javasolt Joule Thomson, és lehetővé teszi, hogy jelentős változás a gáz hőmérséklete, különösen hűtés miatt nem ideális, mert az ideális gáz kitágulása a semmibe nem kíséri a változás annak hőmérsékletét. A gáz kellően nagy, de egy állandó nyomás kényszeríti áramlás egy porózus falon szigetelt. Ez azt jelenti, hogy a gázáram zajlik adiabatikus. A hidrodinamikai ellenállása a partíció vezet az a tény, hogy elvész a gáznyomás és a gáz elhagyja a partíció alacsonyabb nyomáson. Expandált gáz vagy fojtva. Fojtószelep bármely eszköz képviselő ellenállás gázáram. Ahhoz, hogy a gáz áramlási egyenletes volt, azaz a konstans értékek történt, amikor a nyomás mindkét oldalán a fojtószelep, megköveteli egy szivattyút (kompresszor), amely a konstans nyomás. Ez a kompresszor termel külső munkát a gáz tömörítés. Ez a fojtási folyamat eltér a gáz expanziós a semmiben, ahol a külső munka nulla. A jelenséget a gáz hőmérséklet-változások során adiabatikus egyik állandó fojtás nyomáson másik az úgynevezett Joule-effektus - Thomson. A hőmérséklet-változás a nem-ideális gáz alatt Joule - Thomson azzal a ténnyel magyarázható, hogy a gáz tágulása növeli a távolságot a molekulák, és így a munka végzése elleni belső erők közötti kölcsönhatás molekulák. Ennek köszönhetően a munka, a kinetikus energia a molekulák megváltozott, és, következésképpen, a gáz hőmérsékletét. Egy ideális gáz, ahol a molekuláris kölcsönhatás erők nulla, a Joule-hatás - Thomson nincs.
A történetileg az első autó a gázok cseppfolyósítását (levegő) egy ipari méretű (Linde és Gempson 1895. YG) kihűlni a gázok a kritikus hőmérséklet alatt és az azt követő cseppfolyósító használt fojtás módszerrel. Adunk a rendszer a gép Linde (1), amelyben mellett Joule - Thomson került sor egy fontos elv az ellenáramú hőcserélő, és ma már minden cseppfolyósító gép.
Air belép a kompresszor K, amelyben sűrített 200 atm. Ezt követően, akkor átmegy egy tekercset hűtött folyóvíz, ahol ez ad felszabadult hőt tömörítés. Tehát egy további módon megy cseppfolyósítható sűrített gáz ugyanaz, mint korábban volt tömörítés. Ez a gáz ezután áthalad a tekercs ab hogy a fojtószelep (TAP) V1 és azokon keresztül húzódik, hogy egy nyomás vevő f 1 atm. Ebben a tágulási a gáz úgy lehűl valamelyest, de nem elég ahhoz, hogy kapcsolja be folyadék. A lehűtött, de nem felenged a gáz ezután visszavezetjük a hőcserélőn keresztül cd. Mindkét tekercs, AB és CD, vannak elrendezve egymáshoz képest úgy, hogy közöttük és a részek között a gáz halad általa, van egy termikus kapcsolatban. Köszönhetően ez a terjeszkedés és tapasztalt a hűtőgáz lehűl felé nyúló része a sűrített gáz, amelynek még bővíteni a V1 szelepen keresztül. Ez a módszer ellenáramú hőcserélő.
1. ábra. Vezetési Linde gépek
Egyértelmű, hogy a második szakasz a gáz jön az expanziós szelep V1, amelynek alacsonyabb hőmérsékletű, mint az első, és miután fojtásával ez még tovább csökken. Így, hogy a szelep egyre jobban hideg gáz. Egy bizonyos idő elteltével a rajt után a gép működése fokozatos hűtést gáz hideg összeütköző hullámok vezet az a tény, hogy a gáz a rendes fojtás kezd részben cseppfolyóssá és felhalmozódnak a vevőt, f, ahol meg lehet üríteni a V2 szelepen keresztül egy edénybe tárolására cseppfolyósított gázok (Dewar-edény).
Amikor létrehozott működése közben a készüléket a különböző helyszíneken megközelítőleg a hőmérséklet: a bejáratnál, hogy a tekercs ab 293 K hőmérsékletre (szoba); A kimenő e tekercs 170 K; után fojtás 80 K, a bejáratnál, hogy a tekercs cd 80 K; kimeneti azokból - szobahőmérsékleten. A nyomást, mielőtt a 200 szelep atm, 1 atm után fojtás.
Berendezés, amely tartalmaz két tekercs AB és CD, amelyben a hűtőgázt ellenáramban hűtött gáz nevezzük hőcserélő. A Linde gép formájában történik egy hőcserélő behelyezve egy másik csőbe, amelyet kapcsolódnak együttesen egy tekercset. Nagynyomású gázt át a belső cső. Egy számláló áramban lehűtjük alacsony nyomású gáz áthalad a külső cső, belső mosás és a hűtés, így a gáz az ott.
A második gázcseppfolyósító eljárást hívjuk Claude, ez alapján az eljárás adiabatikus expanzió bővítő. Tekintsük az alapvető különbség a Linden módszer.
Amikor fojtás hűtőgázt elérni a belső munka gáz ellen vonzó- molekulák közötti. Mint ismeretes, a hűtőgáz lép fel abban az esetben is, ha azt adiabatikusan, teljesítő külső munkát. A gáz expandál, és ugyanakkor munkát végző, csökkenti a belső energia, és így a hőmérséklet. Ez egyaránt vonatkozik az ideális és reális gázok. Ennek oka az a gáz hűtése, ha így a külső munkát, hogy csökkentse a molekulák sebessége során stroke a dugattyú eltér őket, hogy az általuk továbbított részét kinetikus energia. Hűtés közben adiabatikus a teljesítménye külső munkát, hogy hatékonyabb, mint a fojtás, mivel adiabatikus - megfordítható folyamat, mivel Joule - Thomson - visszafordíthatatlan folyamat. Mint ismeretes, ez a reverzibilis folyamatok a készülék biztosítja a magas hatásfokot. Az a rész, amelyben a gáz expanziós, úgynevezett expander.
Ez az első eset, hogy ilyen gép a gázok cseppfolyósítását (2. ábra) úgy szerkesztjük, Claude 1902 cseppfolyósítására levegő.
LPG módszer Linde
2. ábra. Claude Driving Machine
Tekintsük a működési elve ezen a gépen. A gáz izotermikus kompresszió megy végbe, a kompresszor K, ahonnan belép a hőcserélőbe E1. Ott ez a két áramra választjuk (O pont). Az első megy át a hőcserélőn E2 a fojtószelep, és vetjük alá fojtás hűtés miatt a Joule-hatás - Thomson; egy második adatfolyam (ez mintegy 80% gáz) belép a bővítő kitágul úgy, hogy a munka és a fiók lehűtjük. Hűtött gázt a expander visszakerül a hőcserélő E1, a számláló hűtési másik részét a sűrített gáz. Ahhoz, hogy ezt a pontot Oґ és csatlakozik a gázt lehűtjük eredményeként fojtás. Előtte áthalad egy hőcserélőn E2, szintén hűtjük összeütköző gázáram. Így a módszer leírását Claude látható, hogy a hűtés a bővítő használják előhűtés előtt fojtás.
Az első gép Claude bővítő dugattyú volt egy autó. Munka, hogy elvégzi a sűrített gáz felhasználható működésének elősegítése a kompresszor, a kényszerű kenés a gép, és így tovább. D.
Feltételek tipikusak a gépek Claude (fluidizáló levegő) körülbelül a következő: a nyomás a kimeneten a kompresszor 40 atm, a hőmérsékletet a belépő a expander (a hűtés után hőcserélő E1) 200 K; a hőmérséklet expanzió után a expander 110 K nyomáson 1 atm.
Összehasonlítva a módszerrel adiabatikus hűtési módszer alapján Joule-hatás - Thomson nagyobb egyszerűség. Ebben nincs probléma a kenés, mert a használt berendezés nem tartalmaz mozgó alkatrészt, alacsony hőmérsékleten üzemelő. Az egyszerűség kedvéért azonban ezt meg kell fizetni a hatalmas veszteség a hűtési hatékonyság és annak szükségességét, hogy működnek a nagy nyomás alkalmazásával nagy mennyiségű gáz. Hűtés, ami nyerhető adiabatikus, általában sokkal inkább az, ami a Joule - Thomson. De ugyanakkor vannak jelentős kihívásokkal járó mozgó alkatrészek kenése: olaj megfagy alacsony hőmérsékleten. Például Claude alkalmazott tömítések száraz és extra száraz bőrre. A szerepet játszott levegő maga kenőanyagot szivárog kis mennyiségű tömítő közötti a dugattyú és a henger falai [3].
3. A cseppfolyósított gázok
Cseppfolyósodása gázok egy technikai és tudományos jelentőségét. Cseppfolyósítása levegő a szakterületen használt szétválasztására levegő alkotórészeire. A módszer azon a tényen alapul, hogy a különböző gázok, amelyek a levegő forraljuk különböző hőmérsékleteken. A legalacsonyabb forráspontú vannak hélium, neon, nitrogén, argon. A oxigén forráspontja valamivel magasabb, mint az argon. Ezért az első elpárologtatott hélium, neon, nitrogén, argon, majd az oxigén.
Cseppfolyósított gázok széles körben használják a szakterületen. Nitrogén megy előállításához ammóniát és nitrogéntartalmú sókat alkalmazzuk a mezőgazdaságban talajának a trágyázására. Argon, neon és más inert gázok feltöltésére használt izzólámpák és izzás-kisülőlámpák. A legszélesebb körben használt jelentése oxigénatom. Egy elegyet acetilénnel vagy hidrogén láng ez ad nagyon magas hőmérsékleten használják vágás és hegesztés fémek. Injekciós oxigén (oxigén blast) felgyorsítja kohászati folyamatokban. Szállított gyógyszertárakban párnák oxigénnel működik, mint egy fájdalomcsillapító. Különösen fontos az a folyékony oxigén, mint oxidálószer motorokhoz űrrakétákat.
Folyékony hidrogént üzemanyagként használt űrrakétákat. Például, a töltéshez amerikai rakéta „Saturn - 5” szükséges 90t folyékony hidrogén.
Folyékony ammónia talált széles körű alkalmazását a hűtőszekrények - hatalmas raktárak, ahol romlandó élelmiszert tárolnak. Hűtés akkor jelentkezik, ha lepárlása cseppfolyósított gáz, használják hűtőszekrények szállítás során a romlandó áruk.
Az alkalmazott gázok ipari, orvosi és így tovább. P. könnyebben szállítható, amikor folyékony állapotban, mivel ebben az esetben azonos térfogatú nagyobb mennyiségű anyag.
A munka, vizsgáltam a jelenség természetét és tulajdonságait cseppfolyósított gázok, valamint a két alapvető módszer, amellyel a cseppfolyósított gázok. A két módszert összehasonlítva azt tapasztaltam, hogy a legegyszerűbb és legbiztonságosabb módja Linde, de a módszer hatékonyabb, mint Claude, hogy van, van egy nagy hatékonyságú, akkor is, ha probléma van a kenése a mozgó alkatrészek. További alkalmazási területek vizsgáltuk cseppfolyósított gázok. Cseppfolyósított gázok nem csak a technológia, az orvostudomány és a mezőgazdaság, hanem a tudomány. Segítségével cseppfolyósított gázok vizsgáltuk tulajdonságait egyéb anyagok közeli hőmérsékleten, hogy az abszolút nulla, ha a mozgás a molekulák az anyag minimális.
Listája használt irodalom
2. Kikoin AK Kikoin Molekuláris fizika. M. Science 1976. 480 p.
3. sivukhin DI Az általános kurzus a fizika. Termodinamika és molekuláris fizika. M. Science 1979. 552 p.