Verflüssigung von Gasen und Nutzung von Flüssiggasen in der Technik. Was ist Flüssigerdgas (LNG)

GAS. Gaszustand ist ein Materiezustand, in dem die Kräfte, die zwischen Molekülen wirken, extrem gering sind und die Größe der Moleküle selbst im Vergleich zu den Zwischenräumen zwischen ihnen vernachlässigbar ist. Zwischen Kollisionen bewegen sich Gasmoleküle geradlinig, gleichmäßig und völlig zufällig. Beim Erhitzen und Verdünnen tendieren alle Gase zum Grenzzustand des sogenannten Ideals, oder perfektes Gas.

IN ideales Gas Die intermolekularen Kräfte sind Null und das Volumen der Moleküle selbst ist im Vergleich zum Volumen des intermolekularen Raums unendlich klein. Der Zustand eines idealen Gases ist der Grenzverdünnungszustand der Materie, den alle Körper der Natur bei ausreichend hohen Temperaturen und ausreichend erreichen niedrige Drücke; Darin besteht die besondere Bedeutung des Zustands eines idealen Gases, das auch am einfachsten zu untersuchen und daher am besten untersucht ist. Eine Substanz, die ein extremes Vakuum füllt interplanetarer Raum, kann als idealer Gaszustand betrachtet werden.

Der Gasdruck (p) wird durch den Aufprall von Gasmolekülen auf die Gefäßwände bestimmt. Nach der kinetischen Theorie ist die durchschnittliche kinetische Energie von Gasmolekülen proportional zur absoluten Temperatur. In der kinetischen Theorie wird gezeigt, dass ein ideales Gas strikt der folgenden Zustandsgleichung folgt, die drei Zustandsparameter in Beziehung setzt: v, T und p, von denen zwei unabhängig sind und der dritte eine Funktion von ihnen ist:

Diese Gleichung ( Clapeyron-Gleichung) enthält in expliziter Form die drei Grundgesetze des Zustands eines idealen Gases:

1) Boyle-Marriott-Gesetz. Bei konstante Temperatur(T) das Produkt (p∙v) für eine gegebene Menge idealen Gases ist ein konstanter Wert (p∙v = Const), d. h. das Volumen eines idealen Gases (v) ist umgekehrt proportional zu seinem Druck (p): ideal Gasisothermen im Koordinatensystem ( v, p) sind gleichschenklige Hyperbeln, deren Asymptoten die Koordinatenachsen sind.

2) . Bei konstantem (p) nimmt das Volumen einer gegebenen Menge idealen Gases linear mit der Temperatur zu:

(v 0 – Volumen bei Temperatur = 0°C, α – Ausdehnungskoeffizient eines idealen Gases). Die Änderung von (p) mit der Temperatur bei v = Const folgt demselben Gesetz:

(α) in Gleichung (3) ist der Druckkoeffizient, numerisch gleich dem Ausdehnungskoeffizienten (α) in Gleichung (2) = 1/273,1 = 0,00367 – ein Wert, der von der Art des Gases unabhängig und für alle idealen Gase gleich ist ; p 0 - Druck bei Temperatur = 0°C. Durch Eingabe der absoluten Temperatur statt der Temperatur

wir finden anstelle der Gleichungen (2) und (3):

3) Avogadros Gesetz. Aus Gleichung (1) ist das klar Gaskonstante R = p 0 ∙v 0 /273,1 ist proportional zum Normalvolumen v 0, das von einer bestimmten Gasmenge eingenommen wird normale Bedingungen(p 0 = 1 Atm und t 0 = 0 °C = 273,1 °K), also umgekehrt proportional zur Gasdichte unter Normalbedingungen D 0. Nach dem Gesetz von Avogadro enthalten alle idealen Gase bei gleichem (p) und (T) gleiche Volumina (z. B. gleich v 0). gleiche Anzahl Moleküle. Umgekehrt: Eine gleiche Anzahl von Molekülen (zum Beispiel 1 Mol = 1 Gramm Molekül) eines beliebigen Gases im Idealzustand nimmt unter normalen Bedingungen das gleiche Volumen v 0 ein, unabhängig von der Art des Gases (1 Mol eines beliebigen Stoffes enthält N 0 = 6,06∙10 23 einzelne Moleküle – Avogadro-Zahl). Das wurde mit großer Genauigkeit festgestellt normales Molvolumen eines idealen Gases (V 0) m ist gleich 22,412 Liter/mol. Von hier aus können wir die Anzahl der Moleküle in 1 cm 3 eines beliebigen idealen Gases unter normalen Bedingungen berechnen: n0 = 6,06∙10 23 /10 3 ∙22,416 = 2,705∙10 19 cm 3 (Loshmit-Zahl). Unter Verwendung von Gleichung (1) wird das Avogadro-Gesetz dadurch ausgedrückt, dass die Gaskonstante R, wenn sie pro 1 Mol eines beliebigen Gases berechnet wird, unabhängig von der Art des Gases gleich ist. Das. R ist eine universelle Konstante mit der Dimension [ Arbeit]/[Gewicht][Temperatur] und drückt die Expansionsarbeit von 1 Mol eines idealen Gases aus, wenn es bei p = Const um 1°C erhitzt wird:

das ist die physikalische Bedeutung von R.

Finden Sie den Zahlenwert

In anderen Einheiten sind die Werte von R (pro 1 Mol):

Zusätzlich zu den drei besprochenen Gesetzen ergeben sich aus Gleichung (1) des Zustands eines idealen Gases in Kombination mit den beiden Prinzipien der Thermodynamik folgende Grundgesetze:

4) Joulesches Gesetz. Eine der allgemeinen Gleichungen der Thermodynamik

ergibt zusammen mit Gleichung (1) folgende Bedingungen für die innere Energie U eines idealen Gases:

d. h. U eines idealen Gases ist nur eine Funktion von T (Joulesches Gesetz); Bei der isothermen Expansion eines idealen Gases wird die gesamte aufgenommene Wärme in äußere Arbeit umgewandelt, und bei der isothermen Kompression wird die gesamte verbrauchte Arbeit in freigesetzte Wärme umgewandelt.

5) Die Wärmekapazitäten eines idealen Gases bei konstantem Volumen c v und konstantem Druck c p sind Funktionen von T allein. Die Thermodynamik liefert allgemeine Gleichungen

aber für ein ideales Gas hängen (p) und (v) gemäß dem Gay-Lussac-Gesetz (4) und (5) linear von (T) ab; daher werden die rechten Seiten der Gleichungen (9) zu 0 und

Die Wärmekapazitäten c p und c v sind nicht unabhängig voneinander, sondern hängen für ein ideales Gas durch eine einfache Bedingung zusammen:

ergibt sich aus den Gasgesetzen (R hat die Dimension der Wärmekapazität), d. h. wenn c p und c v auf 1 Mol eines idealen Gases bezogen sind, dann unterscheiden sie sich um 2 (genauer um 1,986) - cal/mol voneinander ∙Grad.

In der kinetischen Theorie wird nach dem Prinzip der gleichmäßigen Energieverteilung angenommen, dass für jeden Freiheitsgrad eines Gasmoleküls eine Energie k 0 ∙T/2 vorhanden ist, und zwar für 1 Mol

(k 0 = –R/N 0 ist die für 1 Molekül berechnete Gaskonstante - Boltzmann-Konstante). Die Anzahl der Freiheitsgrade (i) ist die Anzahl unabhängiger Arten mechanischer Energie, die ein Gasmolekül besitzt. Dann beträgt die Energie 1 Mol

(ungefähr unter Berücksichtigung von R = 2, c v = i, c p = i+2).

In der Gaslehre wichtige Rolle spielt die Beziehung c p /c v = γ; aus den Gleichungen (11) und (12):

Im einfachsten Fall einatomiges Gas(dessen Molekül aus 1 Atom besteht, das sind die Edelgase und Dämpfe vieler Metalle) i ist das kleinste und gleich 3: Die gesamte Energie des Moleküls wird auf seine kinetische Energie reduziert translatorische Bewegungen, die in drei unabhängigen, zueinander senkrechten Richtungen durchgeführt werden kann; Dann

und γ hat den größtmöglichen Wert: γ = 5/3 = 1,667. Für zweiatomige Gase(H 2, O 2, N 2, CO und andere) kann als I = 3+2 (zwei Drehungen um zwei zueinander senkrechte Achsen, senkrecht zur Verbindungslinie beider Atome) betrachtet werden; dann ist c v = 4,96 ≈ 5, cð = 6,95 ≈ 7 und γ = 7/5 = 1,40. Für dreiatomiges Gas(H 2 O, CO 2, H 2 S, N 2 O)i = 3+3 (Rotation um drei zueinander senkrechte Achsen) und c v = 5,96 ≈ 6, cð = 7,95 ≈ 7 und γ = 4/ 3 = 1,33.

Mit weiterer Komplikation der Struktur des Moleküls, d. h. mit einer Zunahme von i, c v und c p nehmen zu, und γ = 1 + 2/i und tendiert zu 1. Tabelle. 1 zeigt, dass alles Gesagte gut mit experimentellen Daten übereinstimmt, dass γ immer >1 und ≤1,667 ist und nicht = 1,50 sein kann (für i = 4).

Bei einatomigen Gasen ändern sich c v und c p der Theorie zufolge praktisch nicht mit der Temperatur (so liegen für Ar die Werte von c v und c p im Bereich von 2,98 bis 3,00 zwischen Temperaturen = 0° und 1000° C). Änderungen von c v und c p mit der Temperatur werden in der Quantentheorie erklärt. Allerdings ändern sich die Wärmekapazitäten nahezu idealer Gase über weite Temperaturbereiche praktisch nicht. c p und y werden üblicherweise experimentell bestimmt und c v wird aus diesen Daten berechnet.

Echte Gase. Alle in der Realität existierenden Gase sind reale Gase b. oder m. weichen von den Gesetzen idealer Gase ab, aber je weniger, desto höher die Temperatur und desto niedriger der Druck. Das. Die Gesetze idealer Gase sind für reale Gase einschränkend. Bei gewöhnlichen Temperaturen sind die Abweichungen bei Gasen am geringsten, deren kritische Temperaturen extrem niedrig sind (die sogenannten Permanentgase: He, H2, N2, O2, Luft); Bei Gasen mit einer relativ hohen kritischen Temperatur und bei Dämpfen (Dampf ist ein Gas mit einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur) sind die Abweichungen sehr groß. Die Gründe für die Abweichungen realer Gase von den Gasgesetzen sind: 1) in ihnen wirken intermolekulare Kräfte; Daher werden Oberflächenmoleküle durch Kräfte in Gase hineingezogen, deren Resultierende, die pro Flächeneinheit berechnet und senkrecht dazu gerichtet ist, genannt wird molekularer (innerer) Druck K; 2) nicht das gesamte Gasvolumen (v), sondern nur ein Teil davon (v-b) gibt den Molekülen Bewegungsfreiheit; Ein Teil des Volumens (b), das Covolum, ist sozusagen von den Molekülen selbst besetzt. Wenn das Gas ideal wäre, wäre sein Druck um einen Betrag K größer als der beobachtete (p); Daher wird die Zustandsgleichung eines realen Gases in der Form geschrieben.

In dieser allgemeinen Gleichung können K und b von T und v abhängen.

Van der Waals zeigte, dass im einfachsten Fall K = a/v 2 ist und b ein konstanter Wert ist, der dem Vierfachen des Volumens der Gasmoleküle selbst entspricht. Somit hat die Van-der-Waals-Gleichung die Form:

a und b, die Van-der-Waals-Konstanten hängen erfahrungsgemäß immer noch von T und v ab, und daher ist Gleichung (15) nur eine erste Näherung; Es vermittelt gut die qualitative Form der Isothermen realer Gase.

In Abb. Für die theoretische CO 2 -Isotherme sind die in 1 dargestellten Werte dargestellt: Die S-förmigen Teile dieser Isothermen entsprechen sich thermodynamisch metastabile Zustände.

In Abb. Abbildung 2 zeigt experimentelle Isothermen für CO 2: Die S-förmigen Teile der Kurven werden durch gerade Teile ersetzt; Rechts von diesen Teilen entsprechen die Kurven dem Gas (ungesättigter Dampf), links der Flüssigkeit und die geraden Segmente selbst dem Gleichgewicht von Dampf und Flüssigkeit. Gleichung (15) zeigt in voller Übereinstimmung mit der Erfahrung, dass mit zunehmender Temperatur die Abmessungen von Geradensegmenten auf Isothermen immer kleiner werden (Abb. 2) und schließlich bei einer bestimmten Temperatur, die der kritischen Temperatur entspricht, die Länge von Dieses Segment wird 0. Bei einer höheren Temperatur Bei einer kritischen Temperatur kann sich ein Gas unter keinem Druck in eine Flüssigkeit verwandeln: Die Flüssigkeit hört auf zu existieren. Das. Die Van-der-Waals-Gleichung deckt zwei Zustände ab – gasförmig und flüssig – und dient als Grundlage für die Lehre von der Kontinuität des Übergangs zwischen diesen beiden Zuständen. Kritische Temperaturen für einige Gase liegen bei folgenden Werten: +360 °C für H 2 O, +31 °C für CO 2, –241 °C für H 2 und –254 °C für He.

Gasverflüssigung. Jedes Gas kann durch geeigneten Druck in eine Flüssigkeit umgewandelt werden, nachdem es zunächst unter die kritische Temperatur abgekühlt wurde. Für die Verflüssigung von CO 2 erforderlicher Druck (in Atm) bei unterschiedliche Temperaturen sind in der Tabelle angegeben. 2.

Es ist klar, dass dieser Druck Druck ist gesättigter Dampf flüssiges Kohlendioxid und desto niedriger ist die Temperatur.

Um das Gas für die Verflüssigung stark vorzukühlen, nutzen technische Anlagen den Joule-Thomson-Effekt, der darin besteht, dass bei adiabatischer Expansion (z. B. bei starkem Druckabfall beim Ausströmen von Gas aus dem Loch) die innere Energie des Gases nimmt um ΔU zu und T ändert sich um ΔТ, und zwar thermodynamisch

Bei idealen Gasen ist ΔU = 0 und ΔТ = 0 [da nach Gleichung (1) T∙dv/dT – v = 0].

Für reale Gase ist ΔТ ≠ 0, d. h. es kommt zu Abkühlung oder Erwärmung, je nachdem, ob T∙dv/dT – v ≠ 0 (Δp< 0). По уравнению Ван-дер-Ваальса,

(mit ausreichender Näherung). Das. Bei ausreichend hohen Temperaturen erwärmen sich alle Gase während der adiabatischen Expansion (ΔТ > 0, da a/R∙T< b), но с понижением температуры для каждого газа наступает Umkehrpunkt T i , bestimmt durch die Bedingung

unterhalb dessen sich Gase während der adiabatischen Expansion abzukühlen beginnen (a/R∙T> b bei T< Т i). Для всех газов, кроме Н 2 и Не, Т i лежит выше обычных температур (так, для воздуха Т i соответствует +360°С), и потому газы могут быть сжижены по принципу Линде , без предварительного охлаждения. Для Н 2 инверсионная точка Т i - 80,5°С, а для Не - даже 15°К; поэтому Н 2 и Не для сжижения д. б. предварительно охлаждены ниже этих температур.

Entsprechende Staaten. Kritische Temperatur Tk, Druck pk und Volumen vk m.b. ausgedrückt in Form der Van-der-Waals-Konstanten a, b und R wie folgt:

Wenn wir die kritischen Werte jeweils als Maßeinheiten für T, p und v nehmen, dann wird der Zustand anstelle von T, p und v durch charakterisiert gegebene Werte:

Wenn wir θ, π und ϕ in die Van-der-Waals-Gleichung (15) einführen, heben sich die Konstanten a, b und R auf und wir erhalten reduzierte Zustandsgleichung, mit numerischen Koeffizienten

enthält keine Mengen, die von der Art des Stoffes abhängen. Gleichung (19) setzt jedoch die Richtigkeit der Van-der-Waals-Gleichung voraus, weshalb Abweichungen davon insbesondere bei assoziierten Stoffen oft recht erheblich sind. Die Lehre von entsprechenden Zuständen (den sogenannten Zuständen, die demselben θ, π und ϕ entsprechen) ermöglicht das Finden große Nummer universelle Abhängigkeiten ähnlich Gleichung (19).

Anwendung von Gasen. Komprimierte und verflüssigte Gase werden in der Technik überall dort eingesetzt, wo große Gasmengen in einem kleinen Volumen benötigt werden; So wird CO 2 zur Karbonisierung von Wasser, Cl 2 und Phosgen – in der Militärchemie, O 2 – für medizinische Zwecke, Druckluft – zum Starten von Verbrennungsmotoren verwendet. Eine besondere Bedeutung haben verflüssigte Gase (CO 2 und NH 3) in der Kältetechnik, in Kühlmaschinen (z. B. zur Gewinnung). Kunsteis). Leichte Gase (H 2, Leuchtgas, in In letzter Zeit Wird nicht zum Befüllen von Luftballons verwendet. Zur Befüllung von Halbwatt-Glühlampen werden Inertgase (N 2 und Edelgase, insbesondere Ar) verwendet. Hervorzuheben ist die Verwendung von Gas zur Beleuchtung oder als Brennstoff: Beleuchtung, Strom, Wasser, Gase und andere.

Einführung

Gase-ein Aggregatzustand einer Substanz, in dem ihre Teilchen nicht oder nur sehr schwach durch Wechselwirkungskräfte verbunden sind und sich frei bewegen, wobei sie das gesamte ihnen zur Verfügung stehende Volumen ausfüllen. Gase haben eine Reihe charakteristischer Eigenschaften. Im Gegensatz zu Feststoffen und Flüssigkeiten hängt das Volumen eines Gases maßgeblich von Druck und Temperatur ab.

Jedes Gas kann durch einfache Kompression in eine Flüssigkeit umgewandelt werden, wenn die Temperatur des Gases unter der kritischen Temperatur liegt. Stoffe, die wir normalerweise als Gase betrachten, haben einfach sehr niedrige kritische Temperaturen, d. h. Temperaturen, nach denen das Gas die Eigenschaften annimmt Eine Flüssigkeit kann daher bei einer Temperatur nahe der Raumtemperatur nicht in flüssigem Zustand sein. Im Gegenteil: Stoffe, die wir als Flüssigkeiten einstufen, haben hohe kritische Temperaturen.

Mich interessierte die Frage Welche Eigenschaften hat Flüssiggas, in welchen Bereichen wird es eingesetzt?? Das Thema der Arbeit ist heute aktuell, da Flüssiggase in vielen Bereichen der Medizin, Wissenschaft und Technik gefragt sind. In diesem Zusammenhang habe ich mir folgende Ziele gesetzt:

Ziel:- Berücksichtigung der Natur des Phänomens und der Eigenschaften von Flüssiggasen

Aufgaben:

* Lernmaterial zum Thema Flüssiggase

* Bestimmen Sie die Eigenschaften von Flüssiggasen

ñ Geschichte

Die experimentelle Tatsache, einen Stoff beim Verdampfen abzukühlen, ist seit langem bekannt und wurde sogar praktisch genutzt (z. B. die Verwendung poröser Gefäße zur Erhaltung der Frische von Wasser). Die erste wissenschaftliche Studie zu diesem Thema wurde jedoch von Gian Francesco Cigna durchgeführt und in seinem Werk „De frigore ex evaporatione“ („Über Kälte aufgrund von Verdunstung“) aus dem Jahr 1760 beschrieben.

Das Problem der Gasverflüssigung hat eine jahrhundertealte Geschichte, die bis in die zweite Hälfte des 18. Jahrhunderts zurückreicht. Alles begann mit der Verflüssigung von Ammoniak durch einfache Kühlung, die von van Marum durchgeführt wurde, Schwefelsäureanhydrid – Monge und Clouet, Chlor – Northmore (1805) und der Verflüssigung von Ammoniak durch die von Baccelli (1812) vorgeschlagene Kompressionsmethode.

Den entscheidenden Beitrag zur Lösung dieses Problems leisteten gleichzeitig und unabhängig voneinander Charles Cagniard de Latour (1777–1859) und Michael Faraday (1791–1867).

Was ist Flüssiggas und seine Eigenschaften?

Unter Verflüssigung von Gasen versteht man die Umwandlung von Gasen in einen flüssigen Zustand. Es kann durch Komprimieren von Gas (Druckerhöhung) und gleichzeitiges Abkühlen hergestellt werden.

Jedes Gas kann in einen flüssigen Zustand überführt werden, eine notwendige Voraussetzung dafür ist jedoch die Vorabkühlung des Gases auf eine Temperatur unterhalb der „kritischen“ Temperatur. Beispielsweise kann Kohlendioxid bei Raumtemperatur verflüssigt werden, da seine kritische Temperatur bei 31,1 0 C liegt. Das Gleiche gilt für Gase wie Ammoniak und Chlor.

Es gibt aber auch Gase, die bei Raumtemperatur nicht in einen flüssigen Zustand überführt werden können. Zu diesen Gasen zählen Luft, Wasserstoff und Helium, deren kritische Temperaturen deutlich unter der Raumtemperatur liegen. Um solche Gase zu verflüssigen, müssen sie zunächst auf eine Temperatur leicht unter der kritischen Temperatur abgekühlt werden. Anschließend kann das Gas durch Druckerhöhung in einen flüssigen Zustand überführt werden.

Verwendung von Flüssiggasen

Verflüssigte Gase werden in der Technik häufig eingesetzt. Stickstoff wird zur Herstellung von Ammoniak und Stickstoffsalzen verwendet Landwirtschaft zur Düngung des Bodens. Argon, Neon und andere Edelgase werden zum Befüllen von elektrischen Glühlampen und Gaslampen verwendet. Sauerstoff hat den größten Nutzen. Beim Mischen mit Acetylen oder Wasserstoff entsteht ein sehr gutes hohe Temperatur, zum Schneiden und Schweißen von Metallen verwendet. Die Injektion von Sauerstoff (Sauerstoffstrahl) beschleunigt metallurgische Prozesse. In Kissen aus der Apotheke gelieferter Sauerstoff wirkt schmerzlindernd. Besonders wichtig ist die Verwendung von flüssigem Sauerstoff als Oxidationsmittel für Weltraumraketentriebwerke.

Als Brennstoff wird flüssiger Wasserstoff verwendet Weltraumraketen. Für die Betankung der amerikanischen Saturn-5-Rakete werden beispielsweise 90 Tonnen flüssiger Wasserstoff benötigt.

Flüssiges Ammoniak wird häufig in Kühlschränken verwendet – riesigen Lagerhallen, in denen verderbliche Lebensmittel gelagert werden. Die bei der Verdampfung von Flüssiggasen entstehende Kühlung wird in Kühlschränken beim Transport verderblicher Produkte genutzt.

Gase, die in der Industrie, Medizin usw. verwendet werden, lassen sich im verflüssigten Zustand leichter transportieren, da im gleichen Volumen eine größere Stoffmenge enthalten ist.

Faraday-Röhre

Englisch Physiker - Experimentator, Chemiker.

Entdeckte die elektromagnetische Induktion, die der modernen industriellen Stromerzeugung und vielen ihrer Anwendungen zugrunde liegt. Habe das erste Modell erstelltElektromotor. Zu seinen weiteren Entdeckungen gehört die erste Transformator , chemische Wirkung von Strom,Gesetze der Elektrolyse, Aktion Magnetfeld ins Licht. Er war der Erste, der elektromagnetische Wellen vorhersagte. Faraday führte die Begriffe Ion in den wissenschaftlichen Gebrauch ein, Kathode, Anode, Elektrolyt , Dielektrikum, Diamagnetismus, Paramagnetismus usw.

Faraday ist der Begründer der Lehre vom elektromagnetischen Feld, die er dann formalisierte und mathematisch entwickelteMaxwell.

Zu dieser Zeit war Faraday nur ein bescheidener Laborassistent für Humphry Davy.

Humphry Davy – englischer Chemiker, Physiker und Geologe, einer der Gründer Elektrochemie . Bekannt für die Entdeckung vieler chemischer Elemente sowie für seine Schirmherrschaft über Faraday in der Anfangsphase seiner wissenschaftlichen Tätigkeit.

In seinem Auftrag untersuchte er Hydrochlorid, eine kristalline Verbindung, die durch die Reaktion von Wasser und Chlor bei niedrigen Temperaturen entsteht. Um zu testen, wie sich diese Verbindung beim Erhitzen verhält, platzierte Faraday mehrere Chlorhydratkristalle im geschlossenen Bogen eines gebogenen Gefäßes V -förmiges Rohr, danach wurde der andere Bogen abgedichtet. Als nächstes erhitzte er die Kristalle, während das freie Knie kalt blieb. Die Kristalle schmolzen und gaben grünlich-gelbe Dämpfe ab, die im kalten Krümmer kondensierten und eine ölige Flüssigkeit bildeten, die sich als flüssiges Chlor herausstellte.

1) gebogenes und versiegeltes Rohr

2) eine Substanz oder Mischung, die beim Erhitzen ein ätherisches Gas freisetzt

3) gekühlter Krümmer, in dem Flüssiggas gesammelt wird

4) Wasser oder Kühlmittel

Faraday entdeckte eine neue Methode zur Verflüssigung von Gasen: Es war nicht notwendig, Gase in einem Gefäß zu sammeln und in ein anderes Gefäß zu pumpen, wo die Verflüssigung stattfinden würde. Es ist praktisch, Gase im selben Gefäß, in dem sie entstehen, in einen flüssigen Zustand zu überführen. Auf diese Weise gelang es Faraday im Laufe des Jahres 1823, Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Kohlendioxid und Lachgas in einen flüssigen Zustand zu überführen.

Schlussfolgerungen
Jedes Gas kann durch einfache Kompression in Flüssigkeit umgewandelt werden
Die Verflüssigung von Gasen ist ein komplexer Prozess, der viele Verdichtungen erfordert
Verflüssigung kann durch Komprimieren eines Gases und gleichzeitiges Abkühlen erzeugt werden
Verflüssigte Gase werden häufig verwendet
Flüssiggase werden nicht nur in der Technik, Medizin und Landwirtschaft, sondern auch in der Wissenschaft eingesetzt.

Literaturverzeichnis

h ttp://ru.wikipedia.org/wiki/Liquefaction_of_gases

Die Umwandlung eines beliebigen Gases in eine Flüssigkeit – Gasverflüssigung – ist nur bei einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur möglich (siehe § 62). Bei frühen Versuchen, Gase zu verflüssigen, stellte sich heraus, dass einige Gase (C1 2, CO 2, NH 3) durch isotherme Kompression leicht verflüssigt werden konnten, einige Gase (O 2, N2, Hz, He) jedoch nicht verflüssigt werden konnten. Solche erfolglosen Versuche wurden von D. I. Mendeleev erklärt, der zeigte, dass die Verflüssigung dieser Gase bei einer Temperatur über der kritischen Temperatur durchgeführt wurde und daher von vornherein zum Scheitern verurteilt war. Anschließend gelang es, flüssigen Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff zu gewinnen (ihre kritischen Temperaturen liegen bei 154,4, 126,1 bzw. 33 K), und 1908 gelang dem niederländischen Physiker G. Kamerlingh Onnes (1853-1926) die Verflüssigung von Helium hat die niedrigste kritische Temperatur (5,3 K).

Um Gase zu verflüssigen, werden am häufigsten zwei industrielle Methoden verwendet, die entweder auf dem Joule-Thomson-Effekt oder auf der Kühlung des Gases während es Arbeit verrichtet, basieren.

Das Diagramm einer der Anlagen, die den Joule-Thomson-Effekt nutzen, der Linde-Maschine*, ist in Abb. dargestellt. 95. Die Luft im Kompressor (K) wird auf einen Druck von mehreren zehn Megapascal komprimiert und im Kühlschrank (X) auf eine Temperatur unterhalb der Inversionstemperatur abgekühlt, wodurch bei weiterer Expansion des Gases ein positiver Druck entsteht Es wird ein Joule-Thomson-Effekt beobachtet (Abkühlung des Gases bei seiner Expansion). Anschließend strömt die verdichtete Luft durch das Innenrohr des Wärmetauschers (HE) und wird durch die Drossel (Dr) geleitet, wobei sie sich stark ausdehnt und abkühlt. Die expandierte Luft wird zurück in das Außenrohr des Wärmetauschers gesaugt und kühlt dabei einen zweiten Teil der durch das Innenrohr strömenden Druckluft. Da jede weitere Luftportion vorgekühlt und dann durch die Drossel geleitet wird, sinkt die Temperatur immer mehr. Durch einen 6-8-stündigen Zyklus verflüssigt sich ein Teil der Luft (» 5 %), der auf eine Temperatur unter dem kritischen Wert abgekühlt ist, und gelangt in den Dewar-Kolben (DS) (siehe § 49), der Rest wird zurückgeführt zum Wärmetauscher.

Die zweite Methode zur Verflüssigung von Gasen basiert auf der Kühlung des Gases, während es Arbeit verrichtet. Komprimiertes Gas, das in eine Kolbenmaschine (Expander) eintritt, dehnt sich aus und verrichtet Arbeit, um den Kolben zu bewegen. Da die Arbeit aufgrund der inneren Energie des Gases verrichtet wird, sinkt seine Temperatur.

Der Akademiker P.L. Kapitsa schlug vor, anstelle eines Expanders einen Turboexpander zu verwenden, in dem das auf nur 500–600 kPa komprimierte Gas abgekühlt wird und so die Turbine dreht. Diese Methode wurde von Kapitsa erfolgreich zur Verflüssigung von vorgekühltem Helium eingesetzt Flüssigstickstoff. Moderne leistungsstarke Kühlaggregate arbeiten nach dem Prinzip eines Turboexpanders.

Seit mehr als 30 Jahren werden in der UdSSR und dann in Russland verflüssigte und komprimierte Gase verwendet nationale Wirtschaft. In dieser Zeit wurde genug abgedeckt harter Wegüber die Organisation der Abrechnung von Flüssiggasen, die Entwicklung von Technologien für deren Förderung, Messung, Lagerung und Transport.

Vom Brennen bis zum Erkennen

Historisch gesehen wurde das Potenzial von Gas als Energieträger in unserem Land unterschätzt. Da die Ölproduzenten keine wirtschaftlich gerechtfertigten Anwendungsbereiche sahen, versuchten sie, leichte Fraktionen von Kohlenwasserstoffen loszuwerden und verbrannten sie nutzlos. Im Jahr 1946 revolutionierte die Ausgliederung der Gasindustrie in eine eigenständige Industrie die Situation. Das Produktionsvolumen dieser Art von Kohlenwasserstoffen ist stark gestiegen, ebenso wie der Anteil in der russischen Brennstoffbilanz.

Als Wissenschaftler und Ingenieure lernten, Gase zu verflüssigen, wurde es möglich, Gasverflüssigungsunternehmen zu gründen und blauen Kraftstoff in entlegene Gebiete zu liefern, die nicht über eine Gasleitung verfügen, und ihn in jedem Haushalt als Autokraftstoff in der Produktion zu verwenden und auch zu exportieren für harte Währung.

Was sind Flüssiggase?

Sie sind in zwei Gruppen unterteilt:

Verflüssigte Kohlenwasserstoffgase (LPG) sind eine Mischung chemischer Verbindungen, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenstoff mit unterschiedlichen Molekülstrukturen bestehen, also eine Mischung aus Kohlenwasserstoffen mit unterschiedlichem Molekulargewicht und unterschiedlicher Struktur.
Große Fraktionen leichter Kohlenwasserstoffe (NGL) – umfassen hauptsächlich Mischungen leichter Kohlenwasserstoffe aus den Fraktionen Hexan (C6) und Ethan (C2). Ihre typische Zusammensetzung: Ethan 2–5 %, Flüssiggasfraktionen C4–C5 40–85 %, Hexanfraktion C6 15–30 %, der Rest entfällt auf die Pentanfraktion.

Flüssiggas: Propan, Butan

In der Gasindustrie wird Flüssiggas im industriellen Maßstab eingesetzt. Ihre Hauptbestandteile sind Propan und Butan. Sie enthalten außerdem leichtere Kohlenwasserstoffe (Methan und Ethan) und schwerere (Pentan) als Verunreinigungen. Bei allen aufgeführten Komponenten handelt es sich um gesättigte Kohlenwasserstoffe. LPG kann auch ungesättigte Kohlenwasserstoffe enthalten: Ethylen, Propylen, Butylen. Butan-Butylene können in Form isomerer Verbindungen (Isobutan und Isobutylen) vorliegen.

Verflüssigungstechnologien

Das Verflüssigen von Gasen lernten sie zu Beginn des 20. Jahrhunderts: 1913 wurde ein Preis für die Verflüssigung von Helium verliehen. Nobelpreis Der Niederländer K. O. Heike. Einige Gase werden durch einfaches Abkühlen in einen flüssigen Zustand gebracht zusätzliche Bedingungen. Die meisten „industriellen“ Kohlenwasserstoffgase (Kohlendioxid, Ethan, Ammoniak, Butan, Propan) werden jedoch unter Druck verflüssigt.

Die Produktion von Flüssiggas erfolgt in Gasverflüssigungsanlagen, die sich entweder in der Nähe von Kohlenwasserstofffeldern oder entlang von Gaspipelines in der Nähe großer Verkehrsknotenpunkte befinden. Verflüssigt (oder komprimiert) Erdgas kann problemlos auf der Straße, auf der Schiene oder auf dem Wasserweg zum Endverbraucher transportiert werden, wo es gespeichert werden kann, bevor es wieder in den gasförmigen Zustand überführt und in das Gasversorgungsnetz eingespeist wird.

Spezialausrüstung

Zur Verflüssigung von Gasen werden sie eingesetzt spezielle Installationen. Sie reduzieren die Menge an blauem Kraftstoff deutlich und erhöhen die Energiedichte. Mit ihrer Hilfe können Sie durchführen verschiedene Wege Verarbeitung von Kohlenwasserstoffen abhängig von der späteren Anwendung, den Eigenschaften des Einsatzstoffs und den Bedingungen Umfeld.

Verflüssigungs- und Kompressionsanlagen sind für die Gasaufbereitung konzipiert und in Blockbauweise (modular) oder komplett in Containern ausgeführt. Dank Regasifizierungsstationen wird eine kostengünstige Versorgung möglich natürlicher Brennstoff selbst die entlegensten Regionen. Die Regasifizierungsanlage ermöglicht es Ihnen außerdem, Erdgas zu speichern und die benötigte Menge bedarfsabhängig (z. B. in Spitzenlastzeiten) bereitzustellen.

Die meisten der verschiedenen Gase finden im verflüssigten Zustand praktische Anwendung:

Flüssiges Chlor wird zum Desinfizieren und Bleichen von Stoffen verwendet und wird als chemische Waffe eingesetzt.
Sauerstoff – in medizinischen Einrichtungen für Patienten mit Atemproblemen.
Stickstoff – in der Kryochirurgie zum Einfrieren von organischem Gewebe.
Wasserstoff ist wie Kerosin. In letzter Zeit sind Autos mit Wasserstoffantrieb auf den Markt gekommen.
Argon – in der Industrie zum Metallschneiden und Plasmaschweißen.

Es ist auch möglich, Kohlenwasserstoffgase zu verflüssigen, die beliebtesten davon sind Propan und Butan (n-Butan, Isobutan):

Propan (C3H8) ist ein Stoff organischen Ursprungs aus der Klasse der Alkane. Wird aus Erdgas und durch Cracken von Erdölprodukten gewonnen. Ein farb- und geruchloses Gas, das in Wasser schwer löslich ist. Wird als Brennstoff für die Synthese von Polypropylen, die Herstellung von Lösungsmitteln usw. verwendet Nahrungsmittelindustrie(Zusatzstoff E944).
Butan (C4H10), eine Klasse von Alkanen. Ein farbloses, geruchloses, brennbares Gas, das sich leicht verflüssigen lässt. Wird aus Gaskondensat, Erdölgas (bis zu 12 %), beim Cracken von Erdölprodukten gewonnen. Verwendung als Kraftstoff in der chemischen Industrie, in Kühlschränken als Kältemittel, in der Lebensmittelindustrie (Zusatzstoff E943).

Eigenschaften von Flüssiggas

Der Hauptvorteil von Flüssiggas besteht darin, dass es bei Umgebungstemperaturen und moderaten Drücken sowohl im flüssigen als auch im gasförmigen Zustand vorkommen kann. Im flüssigen Zustand lassen sie sich leicht verarbeiten, lagern und transportieren; im gasförmigen Zustand liegen sie vor beste Charakterisierung Verbrennung.

Der Zustand von Kohlenwasserstoffsystemen wird durch die Kombination von Einflüssen verschiedener Faktoren bestimmt, daher z volle Eigenschaften Sie müssen alle Parameter kennen. Zu den wichtigsten Faktoren, die direkt gemessen werden können und Einfluss auf das Strömungsregime haben, gehören: Druck, Temperatur, Dichte, Viskosität, Konzentration der Komponenten, Phasenbeziehungen.

Das System befindet sich im Gleichgewicht, wenn alle Parameter unverändert bleiben. In diesem Zustand finden im System keine sichtbaren qualitativen und quantitativen Metamorphosen statt. Eine Änderung mindestens eines Parameters stört den Gleichgewichtszustand des Systems und löst den einen oder anderen Prozess aus.

Eigenschaften

Bei der Lagerung und dem Transport verflüssigter Gase ändert sich deren Aggregatzustand: Ein Teil des Stoffes verdampft und geht in einen gasförmigen Zustand über, ein Teil kondensiert und wird flüssig. Diese Eigenschaft von Flüssiggasen ist eine der entscheidenden Eigenschaften bei der Gestaltung von Speicher- und Verteilungssystemen. Wenn kochende Flüssigkeit aus Reservoirs entnommen und durch eine Rohrleitung transportiert wird, verdampft ein Teil der Flüssigkeit durch Druckverlust, es entsteht eine Zweiphasenströmung, deren Dampfdruck von der Temperatur der Strömung abhängt, die niedriger als die Temperatur ist im Stausee. Wenn die Bewegung einer zweiphasigen Flüssigkeit durch die Rohrleitung stoppt, gleicht sich der Druck an allen Punkten aus und entspricht dem Dampfdruck.

Anweisungen

Sieht aus wie verflüssigtes Naturprodukt Gas(LNG) ist eine farb- und geruchlose Flüssigkeit mit einer Reinheit von 75–90 % und verfügt über sehr wichtige Eigenschaften: Im flüssigen Zustand ist es nicht brennbar, nicht aggressiv, was beim Transport äußerst wichtig ist. Der LNG-Verflüssigungsprozess hat den Charakter, dass jede neue Stufe eine 5- bis 12-fache Kompression bedeutet, gefolgt von einer Abkühlung und einem Übergang zur nächsten Stufe. LNG wird nach Abschluss der letzten Kompressionsstufe flüssig.

Wenn Gas über sehr weite Strecken transportiert werden muss, ist der Einsatz spezieller Schiffe – Gastanker – deutlich rentabler. Vom Gasstandort zum nächstgelegenen geeigneten Standort weiter Meeresküste Sie verlängern die Pipeline und bauen ein Terminal am Ufer. Dort wird das Gas stark komprimiert und abgekühlt, in einen flüssigen Zustand überführt und in isotherme Behälter von Tankern gepumpt (bei Temperaturen in der Größenordnung von -150 °C).

Diese Transportmethode hat gegenüber Pipelines eine Reihe von Vorteilen. Erstens kann einer von ihnen eine große Menge Gas auf einem Flug transportieren, da die Dichte des Stoffes im flüssigen Zustand viel höher ist. Zweitens entstehen die Hauptkosten nicht für den Transport, sondern für das Be- und Entladen des Produkts. Drittens ist die Lagerung und der Transport von Flüssiggas viel sicherer als die von Druckgas. Es besteht kein Zweifel daran, dass der Anteil des in verflüssigter Form transportierten Erdgases im Vergleich zur Pipeline-Versorgung stetig zunehmen wird.

Verflüssigtes Naturprodukt Gas ist in verschiedenen Bereichen der menschlichen Tätigkeit gefragt – in der Industrie, im Straßenverkehr, in der Medizin, in der Landwirtschaft, in der Wissenschaft usw. Verflüssigte Flüssigkeiten erfreuen sich großer Beliebtheit Gas Wir haben aufgrund ihrer einfachen Handhabung und ihres einfachen Transports sowie ihrer Umweltfreundlichkeit und niedrigen Kosten gewonnen.

Anweisungen

Vor der Verflüssigung von Kohlenwasserstoffen Gas und es muss zuerst gereinigt und vom Wasserdampf befreit werden. Kohlensäurehaltig Gasüber ein dreistufiges Molekularfiltersystem entfernt. Auf diese Weise gereinigt Gas in geringen Mengen wird es als Regenerationsmittel verwendet. Wiederherstellbar Gas entweder verbrannt oder zur Stromerzeugung in Generatoren verwendet.

Die Trocknung erfolgt über 3 Molekularfilter. Ein Filter absorbiert Wasserdampf. Der andere trocknet Gas, das dann den dritten Filter passiert. Um die Temperatur zu senken Gas durch einen Wasserkühler geleitet.

Bei der Stickstoffmethode wird verflüssigter Kohlenwasserstoff hergestellt Gas und von jedem Gas neue Quellen. Zu den Vorteilen dieser Methode zählen die einfache Technologie, das Maß an Sicherheit, Flexibilität, Benutzerfreundlichkeit und die kostengünstige Bedienung. Die Einschränkungen dieser Methode liegen in der Notwendigkeit einer Stromquelle und den hohen Kapitalkosten.

Bei gemischte Methode Herstellung von verflüssigtem Gas und eine Mischung aus Stickstoff und wird als Kältemittel verwendet. Erhalten Gas auch aus beliebigen Quellen. Diese Methode zeichnet sich durch einen flexiblen Produktionszyklus und eine geringe Größe aus variable Kosten für die Produktion. Im Vergleich zur Stickstoffverflüssigungsmethode sind die Kapitalkosten höher. Außerdem ist eine Stromquelle erforderlich.

Quellen:

Was ist Gasverflüssigung?
Flüssiggas: Empfang, Lagerung und Transport
Was ist Flüssiggas?

Erdgas wird aus den Tiefen der Erde gefördert. Dieses Mineral besteht aus einer Mischung gasförmiger Kohlenwasserstoffe, die durch die Zersetzung organischer Substanzen in Sedimentgesteinen entsteht Erdkruste.

Welche Stoffe sind im Erdgas enthalten?

Erdgas besteht zu 80-98 % aus (CH4). Es sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Methan, die die Eigenschaften von Erdgas bestimmen. Neben Methan enthält Erdgas Verbindungen des gleichen Strukturtyps – Ethan (C2H6), Propan (C3H8) und Butan (C4H10). In einigen Fällen sind in geringen Mengen, von 0,5 bis 1 %, im Erdgas enthalten: (C5H12), (C6H14), Heptan (C7H16), (C8H18) und Nonan (C9H20).

Erdgas umfasst auch Verbindungen aus Schwefelwasserstoff (H2S), Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2), Helium (He) und Wasserdampf. Die Zusammensetzung von Erdgas hängt von den Eigenschaften der Felder ab, in denen es gefördert wird. Aus reinen Gasfeldern gefördertes Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan.

Eigenschaften von Erdgaskomponenten

Alle chemischen Verbindungen, aus denen Erdgas besteht, verfügen über eine Reihe von Eigenschaften, die in verschiedenen Bereichen der Industrie und im täglichen Leben nützlich sind.

Methan ist ein brennbares Gas, farb- und geruchlos, leichter als Luft. Wird in der Industrie und im Alltag als Kraftstoff verwendet. Ethan ist ein farbloses, geruchloses, brennbares Gas, das etwas schwerer als Luft ist. Im Wesentlichen wird daraus Ethylen gewonnen. Propan ist ein giftiges, farb- und geruchloses Gas. Seine Eigenschaften ähneln denen von Butan. Propan wird beispielsweise verwendet z Schweißarbeiten, bei der Verarbeitung von Altmetall. Zum Nachfüllen von Feuerzeugen und Gasflaschen werden Flüssiggas und Butan verwendet. Butan wird in Kühlanlagen verwendet.

Pentan, Hexan, Heptan, Oktan und Nonan – . Pentan kommt in geringen Mengen in Kraftstoffen vor. Hexan wird auch bei der Gewinnung von Pflanzenölen verwendet. Heptan, Hexan, Octan und Nonan sind gute organische Lösungsmittel.

Schwefelwasserstoff ist ein giftiges, farbloses schweres Gas, wie faule Eier. Dieses Gas verursacht bereits in geringen Konzentrationen eine Lähmung des Riechnervs. Da Schwefelwasserstoff jedoch über gute antiseptische Eigenschaften verfügt, wird er in der Medizin in kleinen Dosen für Schwefelwasserstoffbäder eingesetzt.

Kohlendioxid ist ein nicht brennbares, farbloses, geruchloses Gas mit saurem Geschmack. Kohlendioxid wird in der Lebensmittelindustrie verwendet: bei der Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken, um diese mit Kohlendioxid zu sättigen, zum Einfrieren von Lebensmitteln, zum Kühlen von Waren beim Transport usw.

Stickstoff ist ein harmloses, farbloses, geschmacks- und geruchloses Gas. Es wird zur Herstellung von Mineraldüngern, in der Medizin usw. verwendet.

Helium ist eines der leichtesten Gase. Es ist farb- und geruchlos, brennt nicht und ist ungiftig. Helium wird in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt – zur Kühlung von Kernreaktoren, zum Befüllen von Stratosphärenballons.

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