БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (СЖ)

L min = T 0 ( S Г— S Ж ) — ( J Г- J Ж ),

где T 0 — температура окружающей среды; S Г , S Ж — энтропии газа и жидкости; J Г , J Ж — теплосодержания (энтальпии) газа и жидкости.

Значения L min и действительно затрачиваемой работы L Д для сжижения ряда газов даны в таблице.

Промышленное С. г. с критической температурой Т К 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. С. г. с Т К , которая значительно ниже температуры окружающей среды, производится методами глубокого охлаждения . Наиболее часто для С. г. с низким Т К 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 С. г. 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 С. г. 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 С. г. 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 С. г. иногда применяют несколько детандеров, работающих на различных температурных уровнях.

Циклы с тепловыми насосами обычно используются (наряду с детандерными и дроссельными циклами) при С. г. 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 С. г.

О применении сжиженных газов см. в ст. Глубокое охлаждение .

Значения температуры кипения Т кип (при 760 мм. рт. ст. ), критической температуры Т К , минимальной L min и действительной L Д работ сжижения некоторых газов

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 .