गैस को कैसे द्रवित किया जाता है। तरलीकृत प्राकृतिक गैस (LNG) क्या है

वाष्पीकरण के दौरान किसी पदार्थ के ठंडा होने का प्रायोगिक तथ्य लंबे समय से ज्ञात है और व्यवहार में भी इसका उपयोग किया जाता है (उदाहरण के लिए, पानी की ताजगी बनाए रखने के लिए झरझरा जहाजों का उपयोग)। लेकिन इस मुद्दे का पहला वैज्ञानिक अध्ययन जियान फ्रांसेस्को सिग्ना द्वारा किया गया था और 1760 के काम "डी फ्रिगोर एक्स वाष्पीकरण" ("वाष्पीकरण के कारण ठंड पर") में वर्णित है।

सिग्ना ने सिद्ध किया कि वाष्पीकरण जितना तेज़ होगा, उतनी ही तीव्र शीतलन, और मेरान ने दिखाया कि यदि आप थर्मामीटर के गीले बल्ब पर फूंक मारते हैं, तो तापमान में कमी थर्मामीटर के सूखे बल्ब के समान प्रयोग की तुलना में अधिक होगी। एंटोनी ब्यूमेट (1728-1804) ने पाया कि सल्फ्यूरिक ईथर का वाष्पीकरण पानी के वाष्पीकरण से अधिक ठंडा होता है। इन तथ्यों के आधार पर, टिबेरियो कैवेलो ने 1800 में एक रेफ्रिजरेटर बनाया और वोलास्टोन ने 1810 में अपना प्रसिद्ध क्रायोफोर बनाया, जो आज भी उपयोग किया जाता है। इस उपकरण के आधार पर 1820 में डेनियल का हाइग्रोमीटर बनाया गया था। प्रशीतन मशीन 1859 के बाद ही व्यावहारिक रूप से लागू हो गई, यानी फर्नांड कैरे (1824-1894) ने ईथर को वाष्पित करके बर्फ प्राप्त करने की अपनी विधि प्रकाशित की, जिसे बाद में अमोनिया द्वारा बदल दिया गया। 1871 में, कार्ल लिंडे (1842-1934) ने एक प्रशीतन मशीन का वर्णन किया जिसे उन्होंने बनाया था जिसमें गैस विस्तार द्वारा शीतलन हासिल किया गया था। 1896 में, उन्होंने इस मशीन को भौतिकी के पाठ्यक्रमों में वर्णित प्रतिधारा ताप विनिमायक के साथ जोड़ा, और इससे उन्हें तरल हाइड्रोजन प्राप्त करने की अनुमति मिली। भौतिकविदों द्वारा उस समय तक प्राप्त प्रायोगिक परिणामों को उद्योग में पेश किया जाने लगा।

गैस द्रवीकरण की समस्या का एक सदी लंबा इतिहास है, जो 2000 की दूसरी छमाही से जुड़ा है XVIII सदी. यह सब सरल शीतलन द्वारा अमोनिया के द्रवीकरण के साथ शुरू हुआ, जो वैन मरुम द्वारा निर्मित किया गया था, सल्फ्यूरिक एनहाइड्राइड मोंज और क्लॉएट द्वारा, नॉर्थमोर द्वारा क्लोरीन (1805) और बैसेली (1812) द्वारा प्रस्तावित संपीड़न विधि द्वारा अमोनिया का द्रवीकरण।

चार्ल्स कैग्नार्ड डी लटौर (1777-1859) और माइकल फैराडे (1791-1867) ने एक साथ और स्वतंत्र रूप से इस समस्या के समाधान में निर्णायक योगदान दिया।

1822 और 1823 में प्रकाशित पत्रों की एक श्रृंखला में, कैनार्ड डी लटौर ने एक निश्चित सीमित विस्तार के एक तरल (जैसा कि यह सहज रूप से महसूस किया जाता है) के अस्तित्व को निर्धारित करने के लिए उनके द्वारा किए गए प्रयोगों का वर्णन किया, जिसके परे, लागू दबाव की परवाह किए बिना, सभी इसका वाष्प अवस्था में चला जाता है। यह अंत करने के लिए, डी लटौर ने एक तिहाई शराब से भरी कड़ाही में डाल दिया, पत्थर की गेंदऔर धीरे-धीरे बॉयलर को गर्म करना शुरू कर दिया। गेंद के कड़ाही के अंदर मुड़ने से हुए शोर से, डी लटौर इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि एक निश्चित तापमान पर सारी शराब वाष्पित हो जाती है। प्रयोगों को छोटी नलियों के साथ दोहराया गया; ट्यूबों से हवा निकाली गई, और फिर उन्हें जांच तरल (शराब, ईथर, गैसोलीन) के साथ 2/5 तक भर दिया गया और एक लौ में गरम किया गया। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता गया, तरल अधिक से अधिक मोबाइल होता गया, और तरल और वाष्प के बीच का अंतरापृष्ठ अधिक से अधिक अस्पष्ट होता गया, जब तक कि एक निश्चित तापमान पर यह पूरी तरह से गायब नहीं हो गया और पूरा तरल वाष्प में बदल गया। इन ट्यूबों को संपीड़ित हवा के साथ एक दबाव नापने का यंत्र से जोड़कर, कनार्ड डी लटौर उस समय ट्यूब में स्थापित दबाव को मापने में सक्षम था जब तरल और वाष्प के बीच का इंटरफ़ेस गायब हो जाता है, और इसी तापमान। आम धारणा के विपरीत, इन प्रयोगों में कैनार्ड डी लटौर ने न केवल पानी के लिए महत्वपूर्ण तापमान का निर्धारण किया, बल्कि उन्होंने पानी को पूरी तरह से वाष्पित करने का प्रबंधन भी नहीं किया, क्योंकि ट्यूब हमेशा वांछित प्रभाव प्राप्त करने से पहले ही फट जाती थी।

1823 में बेंट ग्लास ट्यूब के साथ किए गए फैराडे के प्रयोगों में एक अधिक ठोस परिणाम निहित था, जिसकी लंबी भुजा को सील कर दिया गया था। फैराडे ने इस बांह में एक पदार्थ रखा, जिसे गर्म करने पर अध्ययन के तहत गैस देनी थी, फिर दूसरे को बंद कर दिया, छोटा कंधाट्यूब और कूलिंग मिश्रण में ट्यूब को डुबो दिया। यदि ऐसा करने के बाद ट्यूब की लंबी भुजा में पदार्थ को गर्म किया जाता है, तो एक गैस बनती है, जिसका दबाव धीरे-धीरे बढ़ता है और कई मामलों में शॉर्ट ट्यूब में फैराडे ने गैस को द्रवित कर दिया। इस प्रकार, सोडियम बाइकार्बोनेट को गर्म करके, फैराडे ने तरल कार्बोनिक एसिड प्राप्त किया; उसी तरह, उन्होंने तरल हाइड्रोजन सल्फाइड, हाइड्रोजन क्लोराइड, सल्फ्यूरिक एनहाइड्राइड आदि प्राप्त किया।

डी लाटौर और फैराडे के प्रयोगों से पता चला है कि एक गैस को उच्च दबाव के अधीन करके द्रवीभूत किया जा सकता है। कई भौतिकविदों ने इस दिशा में काम करना शुरू किया, विशेष रूप से जोहान नैटरर (1821-1901)। हालाँकि, कुछ गैसों (हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन) को इस तरह से द्रवित नहीं किया जा सकता है। 1850 में, वर्टेलो ने ऑक्सीजन को 780 एटीएम के दबाव के अधीन किया, लेकिन द्रवीकरण हासिल नहीं कर सका। इसने वर्टेलो को फैराडे की राय में शामिल होने के लिए मजबूर किया, जो आश्वस्त था कि जल्दी या बाद में ठोस हाइड्रोजन प्राप्त करना संभव होगा, यह माना जाता था कि अकेले दबाव कुछ गैसों को द्रवीभूत करने के लिए पर्याप्त नहीं था, जिसे "स्थायी" या "अदम्य" कहा जाता था।

उसी 1845 में, जब फैराडे ने यह विचार व्यक्त किया, रेग्नॉल्ट ने कम तापमान पर ध्यान दिया कार्बन डाईऑक्साइडविषम संपीड्यता है, और 100 ° C तक पहुंचने पर, यह बॉयल के नियम का पालन करना शुरू कर देता है, सुझाव दिया कि प्रत्येक गैस के लिए एक निश्चित तापमान सीमा होती है जहाँ यह बॉयल के नियम का पालन करती है। 1860 में, रेग्नॉल्ट ने दमित्री इवानोविच मेंडेलीव (1834-1907) द्वारा इस विचार को विकसित और संशोधित किया, जिसके अनुसार सभी तरल पदार्थों के लिए "होना चाहिए" निरपेक्ष तापमानउबलना", जिसके ऊपर यह केवल गैसीय अवस्था में ही मौजूद हो सकता है, चाहे जो भी दबाव हो।

1863 में इस मुद्दे का अध्ययन फिर से शुरू किया गया था नए रूप मेथॉमस एंड्रयूज (1813-1885)। 1863 में, एंड्रयूज ने कार्बन डाइऑक्साइड को एक केशिका ट्यूब में पेश किया, पारा के एक स्तंभ के साथ गैस की मात्रा को बंद कर दिया। एक पेंच की मदद से, उसने धीरे-धीरे तापमान को बदलते हुए, जिस दबाव में गैस स्थित थी, उसे मनमाने ढंग से सेट किया। केवल दबाव में वृद्धि और फिर ट्यूब को धीरे-धीरे गर्म करके गैस का आंशिक द्रवीकरण हासिल करने के बाद, एंड्रयूज ने उसी घटना का अवलोकन किया, जिसकी जांच कैनार्ड डी लाटौर ने उनसे 30 साल पहले की थी। जब कार्बन डाइऑक्साइड का तापमान 30.92 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच गया, तरल और गैस के बीच का अंतरापृष्ठ गायब हो गया, और दबाव की कोई भी मात्रा तरल कार्बन डाइऑक्साइड को वापस नहीं बना सकती थी। 1869 के अपने विस्तृत कार्य में, एंड्रयूज ने प्रस्तावित किया कि 30.92 डिग्री सेल्सियस के तापमान को कार्बन डाइऑक्साइड के लिए "महत्वपूर्ण बिंदु" कहा जाए। उसी विधि से, उन्होंने हाइड्रोजन क्लोराइड, अमोनिया, सल्फ्यूरिक ईथर और नाइट्रिक ऑक्साइड के लिए महत्वपूर्ण बिंदु निर्धारित किए। उन्होंने महत्वपूर्ण बिंदु से नीचे के तापमान पर गैसीय पदार्थों के लिए "वाष्प" शब्द को बनाए रखने का प्रस्ताव रखा, और "गैस" शब्द को महत्वपूर्ण बिंदु से ऊपर के तापमान पर पदार्थों पर लागू किया। एंड्रयूज के इस दृष्टिकोण की पुष्टि 1844 से 1855 तक उनके द्वारा किए गए नैटरर के पहले से ही उल्लेखित प्रयोगों से हुई, जिसमें स्थायी गैसों को 2790 एटीएम तक दबाव के अधीन किया गया था, बिना द्रवीभूत किए, और इसी तरह के कई प्रयोग 1870 में एमिल द्वारा शुरू किए गए थे। अमागा (1841-1915), जिसमें 3000 एटीएम तक का दबाव हासिल किया गया था।

इन सभी नकारात्मक प्रायोगिक परिणामों ने एंड्रयूज की परिकल्पना की पुष्टि की कि स्थायी गैसें ऐसे पदार्थ हैं जिनके लिए महत्वपूर्ण तापमान उस क्षण तक पहुंचे मूल्यों से कम है, ताकि उनका द्रवीकरण प्रारंभिक गहरी शीतलन का उपयोग करके किया जा सके, संभवतः बाद के साथ संपीड़न। इस परिकल्पना की 1877 में लुइस कैलेट (1832-1913) और राउल पिक्टेट (1846-1929) द्वारा शानदार ढंग से पुष्टि की गई थी, जो एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से, एक मजबूत प्रारंभिक शीतलन के बाद ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन और हवा को द्रवीभूत करने में कामयाब रहे। अन्य भौतिकविदों द्वारा कैलहेट और पिक्टेट के कार्यों को जारी रखा गया था, लेकिन केवल लिंडे प्रशीतन मशीन का आगमन, जिसका हम पहले ही उल्लेख कर चुके हैं, ने द्रवीकरण विधियों को व्यावहारिक रूप से सुलभ बना दिया, जिससे तरलीकृत गैसों को प्राप्त करना संभव हो गया। बड़ी मात्राऔर उन्हें व्यापक रूप से लागू करें वैज्ञानिक अनुसंधानऔर उद्योग में।

गैसों की विशिष्ट ताप क्षमता

विशिष्ट ताप क्षमता निर्धारित करने के तरीके छोटे होने के कारण गैसीय पदार्थों पर लागू करना मुश्किल था विशिष्ट गुरुत्वगैसें और वाष्प। इसलिए, में प्रारंभिक XIXशताब्दी में, पेरिस एकेडमी ऑफ साइंसेज ने गैस की विशिष्ट गर्मी को मापने के लिए सर्वोत्तम विधि के लिए एक प्रतियोगिता की घोषणा की। पुरस्कार फ्रेंकोइस डेलारोचे (? - 1813?) और जैक्स बेरार्ड (1789-1869) को दिया गया था, जिन्होंने कैलोरीमीटर में एक कुंडल रखने का प्रस्ताव रखा था, जिसके माध्यम से एक ज्ञात तापमान पर, एक गैस एक निश्चित दबाव में गुजरती थी। यह तरीका वास्तव में नया नहीं था; यह 20 साल पहले लेवोज़ियर द्वारा प्रस्तावित किया गया था। जैसा कि हो सकता है, डेलारोचे और बेरार्ड द्वारा प्राप्त परिणाम आधी सदी के लिए भौतिकी के पाठ्यक्रमों में प्रस्तुत किए गए थे। इन वैज्ञानिकों की योग्यता, सबसे पहले, निरंतर दबाव और तापमान पर विशिष्ट ताप क्षमताओं के बीच अंतर करने की आवश्यकता पर ध्यान आकर्षित किया गया था। स्थिर मात्रा. बाद वाले मूल्य को मापने के लिए बहुत मुश्किल है क्योंकि गैस की कम गर्मी क्षमता की तुलना में जलाशय की गर्मी क्षमता की तुलना में।

लेकिन डेलारोच और बेरार्ड के कार्यों की उपस्थिति से कुछ साल पहले, एक जिज्ञासु घटना की जांच शुरू हुई, जिसे 1788 में इरास्मस डार्विन (1731-1802) और फिर 1802 में डाल्टन द्वारा नोट किया गया, जिसमें इस तथ्य को समाहित किया गया है कि संपीड़न हवा के कारण यह गर्म हो जाता है, और विस्तार से ठंडा हो जाता है। इस घटना के अध्ययन की शुरुआत को आमतौर पर गे-लुसाक (1807) के अनुभव के रूप में माना जाता है, जिसे 1845 में जूल द्वारा दोहराया गया था। गे-लुसाक ने दो सिलेंडरों को एक ट्यूब से जोड़ा, जैसा कि गुएरिक ने किया था; एक सिलेंडर हवा से भरा था, और दूसरा खाली था; भरे हुए सिलेंडर से, हवा स्वतंत्र रूप से एक खाली में प्रवाहित हो सकती है। नतीजतन, पहले सिलेंडर के तापमान में कमी और दूसरे के तापमान में वृद्धि पाई गई। हवा के इस ऊष्मीय व्यवहार ने हमें यह विश्वास दिलाया कि निरंतर दबाव पर विशिष्ट ऊष्मा स्थिर आयतन से अधिक होनी चाहिए, चाहे हम ऊष्मा की प्रकृति के किसी भी सिद्धांत का पालन करें। वास्तव में, यदि विस्तार करने वाली गैस ठंडी हो जाती है, तो गर्म होने पर इसका विस्तार करने की अनुमति देकर, विस्तार के साथ होने वाली ठंडक की भरपाई के लिए इसे अतिरिक्त ऊष्मा प्रदान करना आवश्यक है।

इन प्रायोगिक तथ्यों के आधार पर, 1816 में लाप्लास ने यह शानदार विचार दिया कि अनुभव से प्राप्त ध्वनि की गति के मूल्य और न्यूटन के नियम से प्राप्त इसके सैद्धांतिक मूल्य के बीच प्रसिद्ध विसंगति को परिवर्तन द्वारा समझाया जा सकता है। तापमान में हवा की परतों द्वारा अनुभव किया जाता है जब संपीडन और विरलन बारी-बारी से होते हैं। इन सैद्धांतिक परिसरों के आधार पर, लाप्लास ने न्यूटन के सूत्र में एक गुणांक, अनुपात के बराबरनिरंतर दबाव और हवा के लिए स्थिर मात्रा में विशिष्ट ताप क्षमता। हवा में ध्वनि की गति के प्रायोगिक मूल्य की तुलना और न्यूटन के सूत्र से प्राप्त सैद्धांतिक मूल्य ने विशिष्ट ताप क्षमता के अनुपात का पता लगाना संभव बना दिया। इस अप्रत्यक्ष तरीके से, भौतिकविदों ने इस अनुपात के मूल्य पर पहला डेटा प्राप्त करने में कामयाबी हासिल की और इस प्रकार, चूंकि निरंतर दबाव पर विशिष्ट ताप का मान ज्ञात था, अनुमान लगाने के लिए विशिष्ट ऊष्मास्थिर मात्रा में हवा। कुछ साल बाद (1819), निकोलस क्लेमेंट (1779-1841) और चार्ल्स डेसॉर्म्स (1777-?) सीधे ताप क्षमता के अनुपात को निर्धारित करने में कामयाब रहे, जो प्रायोगिक त्रुटियों के भीतर, लाप्लास द्वारा खोजे गए के साथ मेल खाता था।

1829 में, सूक्ष्म और श्रमसाध्य शोध के परिणामस्वरूप, डुलोंग ने ताप क्षमता के अनुपात को निर्धारित किया विभिन्न गैसें, जिसके लिए उन्होंने विभिन्न गैसों के प्रवाह का उपयोग करके ट्यूब में ध्वनि उत्पन्न की। इन प्रयोगों ने उन्हें इस निष्कर्ष पर पहुँचाया कि गैसों और वाष्प में समान शर्तें(आयतन, दबाव, तापमान) समान मात्रा में गर्मी के समान सापेक्ष संपीड़न या विस्तार के साथ बनता है।

ध्यान दें कि 1866 में कुंड्ट (1839-1894) द्वारा डुलोंग की विधि में काफी सुधार किया गया था, जिन्होंने एक विशेष ट्यूब पेश की थी (इस ट्यूब को अब कुंड की ट्यूब कहा जाता है)। कुंड पद्धति को अभी भी एक माना जाता है सर्वोत्तम प्रथाएंविशिष्ट ताप क्षमता के अनुपात का निर्धारण।

Savelyeva F.N द्वारा संकलित।

किसी भी गैस का तरल में रूपांतरण - गैस का द्रवीकरण - केवल महत्वपूर्ण से नीचे के तापमान पर संभव है (देखें § 62)। गैसों को द्रवीभूत करने के शुरुआती प्रयासों में, यह पता चला कि कुछ गैसें (C1 2, CO 2, NH 3) समतापीय संपीड़न द्वारा आसानी से द्रवित हो गई थीं, और कई गैसें (O 2, N2, hz, He) द्रवीकरण के लिए उत्तरदायी नहीं थीं। . इस तरह के असफल प्रयासों को डी। आई। मेंडेलीव द्वारा समझाया गया, जिन्होंने दिखाया कि इन गैसों का द्रवीकरण महत्वपूर्ण तापमान से अधिक तापमान पर किया गया था, और इसलिए अग्रिम में विफलता के लिए बर्बाद हो गया था। इसके बाद, तरल ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन प्राप्त करना संभव हो गया (उनके महत्वपूर्ण तापमान क्रमशः 154.4, 126.1 और 33 K हैं), और 1908 में डच भौतिक विज्ञानी जी। कामेरलिंग-ओन्स (1853-1926) ने हीलियम का द्रवीकरण हासिल किया, जिसका सबसे कम महत्वपूर्ण तापमान (5.3 K) है।

गैसों के द्रवीकरण के लिए, दो औद्योगिक विधि, जो या तो जूल-थॉमसन प्रभाव पर आधारित होते हैं, या काम करने पर गैस के ठंडा होने पर।

जूल-थॉमसन प्रभाव, लिंडे मशीन * का उपयोग करने वाले प्रतिष्ठानों में से एक का चित्र अंजीर में दिखाया गया है। 95. कंप्रेसर (K) में हवा को दसियों मेगापास्कल के दबाव में संपीड़ित किया जाता है और रेफ्रिजरेटर (X) में उलटा तापमान से नीचे के तापमान पर ठंडा किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप, गैस के आगे विस्तार के साथ, सकारात्म असरजूल - थॉमसन (इसके विस्तार के दौरान गैस का ठंडा होना)। संपीड़ित हवा तब गुजरती है भीतरी नलीहीट एक्सचेंजर (TO) और थ्रॉटल (डॉ) के माध्यम से पारित किया जाता है, जबकि यह बहुत फैलता है और ठंडा होता है। विस्तारित हवा को हीट एक्सचेंजर की बाहरी ट्यूब के माध्यम से फिर से चूसा जाता है, आंतरिक ट्यूब के माध्यम से बहने वाली संपीड़ित हवा के दूसरे हिस्से को ठंडा करता है। चूंकि हवा के प्रत्येक बाद के हिस्से को पूर्व-ठंडा किया जाता है और फिर थ्रॉटल के माध्यम से पारित किया जाता है, तापमान अधिक से अधिक गिर जाता है। 6-8 घंटे के चक्र के परिणामस्वरूप, हवा का हिस्सा (> 5%), महत्वपूर्ण तापमान से नीचे के तापमान तक ठंडा हो जाता है, द्रवीभूत हो जाता है और देवर पोत (DS) में प्रवेश करता है (§ 49 देखें), और बाकी यह हीट एक्सचेंजर में लौटता है।

गैसों को द्रवित करने की दूसरी विधि कार्य करते समय गैस को ठंडा करने पर आधारित है। संपीड़ित गैस, पिस्टन मशीन (विस्तारक) में प्रवेश करती है, फैलती है और पिस्टन को स्थानांतरित करने का कार्य करती है। चूंकि कार्य गैस की आंतरिक ऊर्जा के कारण होता है, इसलिए इसका तापमान कम हो जाता है।

शिक्षाविद् पी. एल. कपित्सा ने एक विस्तारक के बजाय एक टर्बो-विस्तारक का उपयोग करने का सुझाव दिया, जिसमें केवल 500-600 kPa तक संपीड़ित गैस को ठंडा किया जाता है, जिससे टरबाइन को घुमाने का काम किया जाता है। कपित्सा द्वारा हीलियम को द्रवीभूत करने के लिए इस विधि को सफलतापूर्वक लागू किया गया था, जिसे तरल नाइट्रोजन के साथ पूर्व-ठंडा किया गया था। आधुनिक शक्तिशाली प्रशीतन इकाइयां टर्बोएक्सपेंडर के सिद्धांत पर काम करती हैं।

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गैसों का द्रवीकरणगैस को तरल अवस्था में स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक कई चरण शामिल हैं। इन प्रक्रियाओं का उपयोग वैज्ञानिक, औद्योगिक और वाणिज्यिक उद्देश्यों के लिए किया जाता है।

सभी गैसों को सामान्य के तहत सरल ठंडा करके तरल अवस्था में कम किया जा सकता है वायु - दाब. हालांकि, कुछ गैसों के लिए, दबाव में एक निश्चित वृद्धि पर्याप्त है (कार्बन डाइऑक्साइड, ब्यूटेन, प्रोपेन, इथेन, अमोनिया, क्लोरीन)। अन्य (ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, आर्गन, हीलियम, नाइट्रोजन, आदि) एक संपीड़ित अवस्था में सिलेंडरों में हैं। तथ्य यह है कि एक गैस को मनमाने ढंग से उच्च दबाव पर द्रवित नहीं किया जा सकता है यदि इसका तापमान तथाकथित से अधिक है क्रांतिक तापमान. कमरे के तापमान (अमोनिया, सल्फर डाइऑक्साइड, कार्बन डाइऑक्साइड, आदि) से काफी ऊपर एक महत्वपूर्ण तापमान वाली गैसों को सबसे पहले द्रवीभूत किया गया था, और दबाव में एक वृद्धि पर्याप्त थी।

राज्य समीकरण वास्तविक गैसेंवैन डेर वाल्स से पता चलता है कि किसी भी गैस को तरल अवस्था में परिवर्तित किया जा सकता है, लेकिन आवश्यक शर्तइसके लिए महत्वपूर्ण से नीचे के तापमान पर गैस का पूर्व-ठंडा करना है। (कार्बन डाइऑक्साइड, उदाहरण के लिए, कमरे के तापमान पर द्रवीभूत किया जा सकता है, क्योंकि इसका महत्वपूर्ण तापमान 31.1 ° C है। अमोनिया और क्लोरीन जैसी गैसों के लिए भी यही कहा जा सकता है।

गैसों को संग्रहित करने के लिए द्रवीकरण का उपयोग गैस के अणुओं के मौलिक गुणों (उदाहरण के लिए, अंतःक्रियात्मक बल) का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। गैसों को विशेष संघनित्रों में द्रवीभूत किया जाता है, जो वाष्पीकरण की ऊष्मा को छोड़ते हैं, और बाष्पीकरणकर्ताओं में गैसीय अवस्था में परिवर्तित हो जाते हैं, जहाँ वाष्पीकरण की ऊष्मा अवशोषित हो जाती है

गैस द्रवीकरण का भौतिक आधार

गैसीय अवस्था में "सामान्य स्थलीय स्थितियों" में शामिल सभी पदार्थ, तीन मुख्य अवस्थाओं में हो सकते हैं - तरल, ठोस और गैसीय। प्रत्येक पदार्थ अपने चरण आरेख के अनुसार व्यवहार करता है, सामान्य फ़ॉर्मजो सभी पदार्थों के लिए समान है। इस आरेख के अनुसार, किसी गैस को द्रवित करने के लिए या तो तापमान में कमी, या दबाव में वृद्धि, या इन दोनों मापदंडों में परिवर्तन आवश्यक है।

गैसों का द्रवीकरण- कठिन प्रक्रिया, जिसमें प्राप्त करने के लिए गैस के कई संपीड़न और विस्तार शामिल हैं उच्च दबावऔर कम तामपानउदाहरण के लिए, विस्तारक का उपयोग करना।

तरलीकृत गैसों का अनुप्रयोग

तरल हाइड्रोजन का उपयोग रॉकेट ईंधन के रूप में किया जाता है।

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गैसों के द्रवीकरण को दर्शाने वाला एक अंश

- आह! .. अल्पाथिक ... हुह? याकोव एल्पाथिक!.. महत्वपूर्ण! मसीह के लिए खेद है। महत्वपूर्ण! एह? .. - पुरुषों ने खुशी से मुस्कुराते हुए कहा। रोस्तोव ने नशे में धुत बूढ़ों को देखा और मुस्कुराया।
"या शायद यह महामहिम के लिए एक सांत्वना है?" - याकोव एल्पाथिक ने एक शांत नज़र से कहा, बूढ़े लोगों की ओर इशारा करते हुए अपने हाथ से नहीं।
"नहीं, यहाँ थोड़ी सांत्वना है," रोस्तोव ने कहा और चला गया। - क्या बात क्या बात? - उसने पूछा।
- मैं आपके महामहिम को रिपोर्ट करने का साहस करता हूं कि यहां के असभ्य लोग महिला को संपत्ति से बाहर नहीं जाने देना चाहते हैं और घोड़ों को भंग करने की धमकी देते हैं, ताकि सुबह सब कुछ पैक हो जाए और महामहिम नहीं निकल सकें।
- नहीं हो सकता! रोस्तोव रोया।
"मुझे आपको वास्तविक सच्चाई बताने का सम्मान है," एल्पाथिक ने दोहराया।
रोस्तोव घोड़े से उतर गया और उसे अर्दली को सौंपते हुए, एल्पाथिक के साथ घर गया, उससे मामले के विवरण के बारे में पूछा। दरअसल, किसानों को राजकुमारी द्वारा कल की रोटी की पेशकश, द्रोण के साथ उसकी व्याख्या और सभा के साथ मामला इतना बिगड़ गया कि द्रोण ने आखिरकार चाबियां सौंप दीं, किसानों में शामिल हो गए और एल्पैथिक के अनुरोध पर प्रकट नहीं हुए, और वह सुबह, जब राजकुमारी ने जाने के लिए गिरवी रखने का आदेश दिया, तो किसान बड़ी भीड़ में खलिहान में आए और यह कहने के लिए भेजा कि वे राजकुमारी को गाँव से बाहर नहीं जाने देंगे, कि वहाँ एक आदेश नहीं था बाहर ले जाया जाएगा, और वे घोड़ों को खोल देंगे। एल्पाथिक उनके पास गया, उन्हें सलाह दी, लेकिन उन्होंने उसे उत्तर दिया (कार्प ने सबसे अधिक बात की; द्रोण भीड़ से नहीं दिखा) कि राजकुमारी को रिहा नहीं किया जा सकता था, कि उसके लिए एक आदेश था; लेकिन यह कि राजकुमारी को रहने दो, और वे पहले की तरह उसकी सेवा करेंगे और उसकी हर बात मानेंगे।
उस समय, जब रोस्तोव और इलिन सड़क पर सरपट दौड़ रहे थे, राजकुमारी मरिया, अल्पाथिक, नानी और लड़कियों के असंतोष के बावजूद, गिरवी रखने का आदेश दिया और जाना चाहती थी; लेकिन, सरपट दौड़ते घुड़सवारों को देखकर, वे उन्हें फ्रांसीसी के लिए ले गए, कोचमैन भाग गए, और घर में महिलाओं का रोना शुरू हो गया।
- पिता! देशी पिता! भगवान ने आपको भेजा है, ”रोस्तोव हॉल से गुजरते हुए कोमल आवाजें सुनाई दीं।
राजकुमारी मैरी, खोई हुई और शक्तिहीन, हॉल में बैठी थी, जबकि रोस्तोव को उसके पास लाया गया था। वह समझ नहीं पा रही थी कि वह कौन है और क्यों है और उसका क्या होगा। उसे देखकर रूसी चेहराऔर अपने प्रवेश द्वार पर उसे अपने घेरे के एक आदमी के रूप में और पहले बोले गए शब्दों को पहचानते हुए, उसने उसे अपनी गहरी और दीप्तिमान निगाहों से देखा और एक ऐसी आवाज़ में बोलना शुरू किया जो उत्साह से टूट गई और कांपने लगी। इस बैठक में रोस्तोव ने तुरंत कुछ रोमांटिक कल्पना की। "निर्धन, हृदयविदारक लड़की, अकेली, असभ्य, विद्रोही पुरुषों की दया पर छोड़ दी गई! और क्या अजीब किस्मत ने मुझे यहाँ धकेल दिया! रोस्तोव ने सोचा, उसकी बात सुन रहा था और उसकी ओर देख रहा था। - और उसकी विशेषताओं और अभिव्यक्ति में क्या नम्रता, बड़प्पन! उसकी डरपोक कहानी सुनते हुए उसने सोचा।
जब वह इस बारे में बात करने लगी कि उसके पिता के अंतिम संस्कार के अगले दिन यह सब कैसे हुआ, तो उसकी आवाज कांपने लगी। वह दूर हो गई और फिर, जैसे कि डर गई थी कि रोस्तोव उस पर दया करने की इच्छा के लिए उसकी बातों को नहीं मानेंगे, उसे पूछताछ और डर से देखा। रोस्तोव की आंखों में आंसू थे। राजकुमारी मैरी ने इस पर ध्यान दिया और रोस्तोव को उसकी उस उज्ज्वल नज़र से देखा, जिसने उसे उसके चेहरे की बदसूरती को भुला दिया।
रोस्तोव ने उठते हुए कहा, "मैं व्यक्त नहीं कर सकता, राजकुमारी, मैं कितना खुश हूं कि मैं गलती से यहां चला गया और आपको अपनी तत्परता दिखाने में सक्षम हो जाऊंगा।" - यदि आप कृपया जाते हैं, और मैं आपको अपने सम्मान के साथ उत्तर देता हूं कि एक भी व्यक्ति आपके लिए मुसीबत खड़ी करने की हिम्मत नहीं करेगा, यदि आप केवल मुझे आपको अनुरक्षण करने की अनुमति देते हैं, - और, सम्मानपूर्वक झुकते हुए, जैसा कि एक महिला को प्रणाम करता है शाही खूनवह दरवाजे की ओर बढ़ा।
अपने लहजे के सम्मान से, रोस्तोव ने दिखाया कि इस तथ्य के बावजूद कि वह उसके साथ अपने परिचित को खुशी के रूप में मानेंगे, वह उसके दुर्भाग्य के अवसर का उपयोग उसके करीब जाने के लिए नहीं करना चाहता था।
राजकुमारी मरिया ने इस स्वर को समझा और उसकी सराहना की।
"मैं आपकी बहुत, बहुत आभारी हूँ," राजकुमारी ने फ्रेंच में उससे कहा, "लेकिन मुझे उम्मीद है कि यह सब सिर्फ एक गलतफहमी थी और इसके लिए किसी को दोष नहीं देना है। राजकुमारी अचानक फूट-फूट कर रोने लगी। "क्षमा करें," उसने कहा।
रोस्तोव, डूबते हुए, फिर से गहराई से झुका और कमरे से बाहर चला गया।

- अच्छा, प्रिये? नहीं, भाई, मेरा गुलाबी आकर्षण, और दुनाशा का नाम है ... - लेकिन, रोस्तोव के चेहरे को देखकर इलिन चुप हो गया। उसने देखा कि उसका नायक और सेनापति पूरी तरह से अलग सोच के थे।
रोस्तोव ने इलिन को गुस्से से देखा और उसे जवाब दिए बिना, तेज कदमों के साथगाँव की ओर चल दिया।
- मैं उन्हें दिखाऊंगा, मैं उनसे पूछूंगा, लुटेरे! उसने खुद से कहा।
एक तैरते हुए कदम के साथ एल्पाथिक, ताकि दौड़ न सके, बमुश्किल रोस्तोव के साथ एक ट्रोट पर पकड़ा गया।
- आप क्या निर्णय लेना चाहेंगे? उसने उसके साथ पकड़ते हुए कहा।
रोस्तोव रुक गया और अपनी मुट्ठी बांधकर अचानक खतरनाक तरीके से एल्पैथिक की ओर बढ़ गया।

जब यह पाया गया कि एक गैस को एक तरल अवस्था में परिवर्तित किया जा सकता है यदि उसका तापमान महत्वपूर्ण से कम है, तो कभी कम तापमान लागू करके, सभी गैसों को धीरे-धीरे तरल अवस्था में प्राप्त किया गया। 1908 में प्राप्त होने वाला अंतिम तरल हीलियम था।

गैस द्रवीकरण मशीनें रुद्धोष्म विस्तार के दौरान गैस शीतलन का उपयोग करती हैं। कंप्रेसर द्वारा गैस को पहले से अत्यधिक संपीड़ित किया जाता है। इस प्रक्रिया में निकलने वाली गर्मी पानी के ठंडा होने से दूर हो जाती है। जब गैस रुद्धोष्म विस्तार (इसकी आंतरिक ऊर्जा के कारण) की प्रक्रिया में अपने आप काम करती है, तो इसका तापमान बहुत कम हो जाता है।मशीन का वह भाग जिसमें गैस फैलती है, कार्य करती है बाहरी कार्य(जैसे पिस्टन को घुमाकर) कहा जाता है विस्तारक.

द्रवीकरण गैसों के तरीकों के विकास में एक महान योगदान सोवियत भौतिक विज्ञानी पी एल कपित्सा द्वारा किया गया था। उनकी एक कार में टर्बो विस्तारक के साथसंपीड़ित गैस का एक जेट टरबाइन ब्लेड को निर्देशित किया जाता है; इसे घुमाने के कारण, गैस काम करती है और ठंडी होती है।

ध्यान दें कि, एक आदर्श गैस के विपरीत, जब एक अत्यधिक संपीड़ित वास्तविक गैस फैलती है, तो इसका तापमान कम हो जाता है, भले ही यह बाहरी काम नहीं करता है, लेकिन बस एक संकीर्ण नोजल के माध्यम से बाहर निकलता है। इसे इस प्रकार समझाया गया है। एक अत्यधिक संपीड़ित गैस में, कई अणु अन्य अणुओं के साथ परस्पर क्रिया के दायरे में होते हैं। जब गैस का विस्तार होता है, तो अणुओं के बीच की दूरी बढ़ जाती है, और साथ ही, उनकी गतिज ऊर्जा के कारण अणुओं के बीच परस्पर क्रिया बलों के खिलाफ "आंतरिक" कार्य किया जाता है।नतीजतन, तापमान गिर जाता है। इस शीतलन विधि का उपयोग गैसों के द्रवीकरण में भी किया जाता है।

जब किसी गैस का तापमान क्रांतिक तापमान से नीचे चला जाता है तो वह द्रव अवस्था में बदल जाती है। तरलीकृत गैस को निकाला जाता है और विशेष रूप से संग्रहीत किया जाता है देवर फ्लास्कदोहरी दीवारों के साथ, जिसके बीच तापीय चालकता को कम करने के लिए एक उच्च निर्वात होता है (चित्र 8.11)। विकिरण, दीवारों द्वारा तरल के ताप को कम करने के लिए देवर पोतपारा अमलगम (दर्पण की तरह) से ढका हुआ। (विचार करें कि तरलीकृत गैस के एक कंटेनर को कसकर बंद क्यों नहीं किया जाना चाहिए।)

वायु के द्रवीकरण का व्यापक रूप से इसके घटक गैसों को अलग करने के लिए उपयोग किया जाता है। जब तरल हवा उबलती है, तो कम क्वथनांक वाली गैसें सबसे पहले इससे वाष्पित होती हैं (सारणी 8.4)। नाइट्रोजन ऑक्सीजन से पहले उबल जाती है, इसलिए कुछ समय बाद अंदर चली जाती है देवरलगभग शुद्ध तरल ऑक्सीजन बनी हुई है। इसका उपयोग धातु विज्ञान में, विस्फोट करने में, रॉकेट में ईंधन जलाने आदि में किया जाता है।

हवा में थोड़ी मात्रा में आर्गन, हीलियम और अन्य अक्रिय गैसें होती हैं। चूंकि उनके क्वथनांक भिन्न होते हैं, इसलिए एक विशेष उपकरण की सहायता से - आसवन स्तंभ- उन्हें तरल हवा से अलग किया जा सकता है।

विभिन्न पदार्थों के गहन शीतलन के लिए तरल गैसों का उद्योग और वैज्ञानिक अनुसंधान में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। कम तापमान पर किसी पदार्थ के कई गुण बहुत बदल जाते हैं, उदाहरण के लिए, सीसा लोचदार हो जाता है और रबर भंगुर हो जाता है। बहुत कम तापमान प्राप्त करने के लिए, तरल हाइड्रोजन या हीलियम का उपयोग किया जाता है, कम दबाव में उबाला जाता है।बाद के मामले में, लगभग 1 K का तापमान बनाए रखना संभव है। अल्ट्रालो तापमान पर पदार्थ के गुणों के अध्ययन से खोज हुई अतिचालकता।

गैसों का द्रवीकरणकिसी पदार्थ का गैसीय अवस्था से तरल अवस्था में संक्रमण। गैसों का द्रवीकरणउन्हें नीचे ठंडा करके हासिल किया क्रांतिक तापमान (टी से) और बाद में संघनन वाष्पीकरण (संक्षेपण) की गर्मी को हटाने के परिणामस्वरूप होता है। नीचे गैस ठंडा करना टी केउस तापमान सीमा तक पहुँचने के लिए आवश्यक है जिस पर गैस एक तरल में संघनित हो सकती है (पर टी>टी केतरल मौजूद नहीं हो सकता। गैस (अमोनिया) को पहली बार 1792 में (डच भौतिक विज्ञानी एम. वैन मारुम द्वारा) द्रवित किया गया था। क्लोरीन 1823 में एक तरल अवस्था में प्राप्त किया गया था (एम। फैराडे ), ऑक्सीजन - 1877 में (स्विस वैज्ञानिक आर। पिक्टेट और फ्रांसीसी वैज्ञानिक एल.पी. कैलहेट द्वारा), नाइट्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड - 1883 में (जेड.एफ. Wroblewski और के. ओल्शेव्स्की ), हाइड्रोजन - 1898 में (जे। देवर ), हीलियम - 1908 में (एच। कैमरलिंग ओन्स ).

आदर्श प्रक्रिया गैसों का द्रवीकरणपर दर्शाया गया है चावल। 1 . समताप-रेखा 1-2 संक्षेपण, इज़ोटेर्म की शुरुआत से पहले गैस के ठंडा होने से मेल खाती है 2-0 - गैस संघनन। नीचे का क्षेत्र 1-2-0 गर्मी की मात्रा के बराबर है जिसे द्रवीकरण के दौरान गैस से हटाया जाना चाहिए, और सर्किट के अंदर का क्षेत्र 1-2-0-3 (1-3 - इज़ोटेर्माल गैस संपीड़न, 3-0 - इसका एडियाबेटिक विस्तार) थर्मोडायनामिक रूप से न्यूनतम कार्य की विशेषता है लमिनके लिए आवश्यक गैसों का द्रवीकरण:

के लिए गैसों का द्रवीकरणवी औद्योगिक पैमाने परसबसे अधिक बार, विस्तारकों के साथ साइकिल का उपयोग किया जाता है ( चावल। 3 ), चूंकि बाहरी कार्य के उत्पादन के साथ गैसों का विस्तार सबसे अधिक है प्रभावी तरीकाठंडा करना। विस्तारक में ही, तरल आमतौर पर प्राप्त नहीं होता है, क्योंकि द्रवीकरण को एक अतिरिक्त थ्रॉटल चरण में करना तकनीकी रूप से आसान होता है। कंप्रेसर में संपीड़न के बाद ( 1-2 ) और हीट एक्सचेंजर में प्री-कूलिंग ( 2-3 ) संपीड़ित गैस प्रवाह को 2 भागों में विभाजित किया गया है: भाग एमविस्तारक को छुट्टी दे दी जाती है, जहाँ, विस्तार करते हुए, यह बाहरी कार्य करता है और ठंडा होता है ( 3-7 ). ठंडी हुई गैस को हीट एक्सचेंजर में डाला जाता है, जहां यह कंप्रेस्ड गैस के बचे हुए हिस्से के तापमान को कम करती है 1 मी, जिसे फिर थ्रॉटल और द्रवीभूत किया जाता है। सैद्धांतिक रूप से, विस्तारक में विस्तार एक निरंतर एन्ट्रॉपी पर किया जाना चाहिए ( 3-6 ). हालांकि, घाटे के कारण विस्तार लाइन के साथ आगे बढ़ता है 3-7 . प्रक्रिया की थर्मोडायनामिक दक्षता बढ़ाने के लिए गैसों का द्रवीकरणकभी-कभी कई विस्तारकों का उपयोग किया जाता है, जो विभिन्न तापमान स्तरों पर काम करते हैं।

हीट पंप चक्र आमतौर पर (विस्तारक और चोक चक्रों के साथ) के लिए उपयोग किए जाते हैं गैसों का द्रवीकरणप्रशीतन गैस मशीनों की मदद से, जो 12 K तक तापमान प्राप्त करने की अनुमति देता है, जो हीलियम (तालिका देखें) को छोड़कर सभी गैसों को द्रवीभूत करने के लिए पर्याप्त है। हीलियम को द्रवीभूत करने के लिए, एक अतिरिक्त थ्रॉटल चरण मशीन से जुड़ा होता है।

द्रवीकरण के अधीन आने वाली गैसों को जल वाष्प, तेल और अन्य अशुद्धियों (उदाहरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड से हवा, हवा से हाइड्रोजन) से शुद्ध किया जाना चाहिए, जो ठंडा होने पर, गर्मी विनिमय उपकरण को जमने और रोक सकता है। इसलिए, विदेशी अशुद्धियों से गैस शोधन इकाई प्रतिष्ठानों का एक आवश्यक हिस्सा है। गैसों का द्रवीकरण

तरलीकृत गैसों के उपयोग के लिए कला देखें। गहरी ठंडक .

क्वथनांक मान टी गठरी(760 पर मिमी। आरटी। कला।), क्रांतिक तापमान टी के, न्यूनतम लमिनऔर वैध एल डीकुछ गैसों का द्रवीकरण

गैस	टी गठरी, को	टी के, को	लमिन, केडब्ल्यूएच / किग्रा	एल डी, केडब्ल्यूएच / किग्रा
नाइट्रोजन ईथीलीन	77,4	126,2	0,220	1,2-1,5

अक्षर:फास्टोव्स्की वी.जी., पेट्रोव्स्की यू.वी., रोविंस्की ए.ई., क्रायोजेनिक टेक्नोलॉजी, दूसरा संस्करण, एम., 1974; क्रायोजेनिक्स की भौतिक और तकनीकी नींव पर संदर्भ पुस्तक, दूसरा संस्करण, एम।, 1973। प्रकाशित भी देखें। कला में।