气体液化
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气体液化是指将气体转变为液体(凝结)的过程。气体液化是复杂的程序,为了达到高压以及非常低的温度,需要许多的压缩和膨胀过程,其中也可能会用到涡轮膨胀机。
用途
[编辑]液化过程可以用在科学、工业或是商业的应用上。许多气体在一般气压下冷却就可以成为液体,有些气体(例如二氧化碳)需要在冷却时再加压。气体液化会用在分析气体分子的基本特性(分子间作用力),或是将气体液化后储存(例如液化石油气),或是用在制冷和空气调节(暖通空调,HVAC)。气体会在冷凝管中液化,释放汽化热,之后再蒸发器中蒸发,再吸收汽化热。氨是最早使用的制冷剂,仍常常用在工业冷冻中,不过在住家和商业应用上,已被由石油和卤素制成的冷媒(例如氟氯碳化合物)所取代。
在医院中,液氧是用来提供给有呼吸问题的病患,液氮会用在需要低温手术的场合,例如在授精器中冷冻精液,科学家和实验室也会用液氮来保存样本。液氯会用在水处理的最后方案,也用在水的净化、工业废料、污水和泳池的净化,纸浆和纺织品的漂白、制造四氯化碳、二元醇以及其他的有机化合物(例如光气)。
氦的液化(4He)是用林德-汉普逊循环进行预冷,这使得海克·卡末林·昂内斯在1913年获得诺贝尔奖。一般大气压力下,液氦的沸点是4.22 K(−268.93 °C)。若低于2.17 K,液态的4He会变成超流体(超流体氦-4,彼得·列昂尼多维奇·卡皮察在1978年因此获得诺贝尔奖),而且有特殊的特性,例如透过第二类声进行热传、零黏度、喷泉效应等。
空气的液化也可以得到氮、氧、氩以及其他大气中的稀有气体,方式是透过空气分离装置进行分馏。
液态空气
[编辑]林德过程
[编辑]空气可以透过林德-汉普逊循环液化,在循环中会反复将空气压缩、冷却再膨胀,每一次膨胀后的空气温度都会下降。在温度较低时分子的活动较慢,所占的体积也比较小,因此最后会液化成液态空气。
克洛德过程
[编辑]也可以透过克洛德过程来液化空气,其中会将空气在二个腔室中进行二次等熵膨胀。在膨胀过程中,空气会对外作功,因此带动膨胀涡轮。此时的空气还不是液态,因为液态的空气会破坏涡轮。商用的空气液化装置会直接在超临界压力下压缩空气,以避免液态空气破坏涡轮的问题[1]。最后空气会在热膨胀阀中进行等焓膨胀,并且液化。
相关条目
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ Greenwood, Harold Cecil. Industrial Gases. D. Van Nostrand. 1919: 87.