Зріджування газів, перехід речовини з газоподібного стану в рідкий. С. р. досягається охолоджуванням їх нижче критичної температури ( Т до ) і подальшою конденсацією в результаті відведення теплоти паротворення (конденсації). Охолоджування газу нижче Т До необхідно для досягнення ділянки температур, при яких газ може сконденсуватися в рідину (при Т > Т До рідина існувати не може). Вперше газ (аміак) був зріджений в 1792 (голландський фізик М. ван Марум). Хлор був отриманий в рідкому поляганні в 1823 (М. Фарадей ), кисень — в 1877 (швейцарський учений Р. Пікте і французький вчений Л. П. Кальете), азот і окисел вуглецю — в 1883 (З. Ф. Вробльовський і К. Ольшевський ), водень — в 1898 (Дж. Дьюар ), гелій — в 1908 (Х. Камерлінг-Оннес ).
Ідеальний процес С. р. змальований на мал. 1 . Ізобара 1—2 відповідає охолоджуванню газу до початку конденсації, ізотерма 2—0 — конденсації газу. Площа нижче 1—2—0 еквівалентна кількості теплоти, яку необхідно відвести від газу при його зріджуванні, а площа усередині контура 1—2—0—3 ( 1—3 — ізотермічне стискування газу, 3—0 — адіабатичне його розширення) характеризує термодинамічно мінімальну роботу L min , необхідну для С. г.:
L min = T 0 ( S Г — S Же ) — ( J Г - J Же ),
де T 0 — температура довкілля; S Г , S Же — ентропії газу і рідини; J Г , J Же — теплосодержанія (ентальпії) газу і рідини.
Значення L min і роботи L Д, що дійсно витрачається, для зріджування ряду газів дани в таблиці.
Промислове С. р. з критичною температурою Т До вище за температуру довкілля (наприклад, аміак, хлор) здійснюється за допомогою компресора, де газ стискується, і подальшою конденсацією газу в теплообмінниках, що охолоджуються водою або холодильним розсолом. С. р. з Т До , яка значно нижче за температуру довкілля, виробляється методами глибокого охолоджування . Найчастіше для С. р. з низьким Т До застосовуються холодильні цикли, засновані на дроселюванні стислого газу (використання Джоуля — Томсона ефекту ), на розширенні стислого газу з виробництвом зовнішньої роботи в детандере, на розширенні газу з постійного об'єму без здійснення зовнішньої роботи (метод теплового насоса ). У лабораторній практиці інколи використовується каскадний метод охолоджування (зріджування).
Графічне зображення і схема дросельного циклу С. р. дана на мал. 2 . Після стискування в компресорі ( 1—2 ) газ послідовно охолоджується в теплообмінниках ( 2—3—4 ) і потім розширюється (дроселює) у вентилі ( 4—5 ). При цьому частина газу зріджується і скупчується в збірці, а газ, що не зрідився, прямує в теплообмінники і охолоджує свіжі порції стислого газу. Для С. р. по циклу з дроселюванням необхідно, щоб температура стислого газу перед входом в основний теплообмінник T3 була нижча за температуру інверсійної крапки (див. Інверсійна крива ). Для цього і служить теплообмінник із стороннім холодильним агентом T2. Якщо температура інверсійної точки газу лежить вище кімнатною (азот, аргон, кисень), то схема принципово працездатна і без теплообмінників T1 і T2. Вживання сторонніх хладагентов в цих випадках має на меті підвищення виходу рідини. Якщо ж температура інверсійної точки газу нижче кімнатною, то теплообмінник із стороннім хладагентом обов'язковий. Наприклад, при зріджуванні водню методом дроселювання як стороннього хладагента використовується рідкий азот, при зріджуванні гелію — рідкий водень.
Для С. р. в промислових масштабах найчастіший застосовуються цикли з детандерамі ( мал. 3 ), т. до. расширение газів з виробництвом зовнішньої роботи — найбільш ефективний метод охолоджування. У самому детандере рідину зазвичай не отримують, бо технічно простіше проводити само зріджування в додатковому дросельному рівні. Після стискування в компресорі ( 1—2 ) і попереднього охолоджування в теплообміннику ( 2—3 ) потік стислого газу ділиться на 2 частини: частина М-коду відводиться в детандер де, розширюючись, виробляє зовнішню роботу і охолоджується ( 3—7 ). Охолоджений газ подається в теплообмінник, де знижує температуру частини стислого газу 1, що залишилася, — М-код , яка потім дроселює і зріджується. Теоретично розширення в детандере повинне здійснюватися при постійній ентропії ( 3—6 ). Проте із-за втрат розширення протікає по лінії 3—7 . Для збільшення термодинамічної ефективності процесу С. р. інколи застосовують декілька детандеров, що працюють на різних температурних рівнях.
Цикли з тепловими насосами зазвичай використовуються (поряд з детандернимі і дросельними циклами) при С. р. за допомогою холодильно-газових машин, які дозволяють отримувати температури до 12 До, що досить для зріджування всіх газів, окрім гелію (див. таблиці.). Для зріджування гелію до машини пристроюється додатковий дросельний рівень.
що Піддаються зріджуванню гази повинні очищатися від пари води, масла і ін. домішок (наприклад, повітря — від вуглекислоти, водень — від повітря), які при охолоджуванні можуть затвердіти і закупорити теплообмінну апаратуру. Тому вузол очищення газу від сторонніх домішок — необхідна частина установок С. р.
Значення температури кипіння Т кіп (при 760 мм. рт. ст. ), критичної температури Т До , мінімальною L min і дійсною L Д робіт зріджування деяких газів
Газ
Т кіп , До
Т До , До
L min , квт•ч/кг
L д , квт•ч/кг
Азот
Аргон
Водень
Повітря
Гелій
Кисень
Метан
Неон
Пропан
Етилен
77,4
87,3
20,4
78,8
4,2
90,2
111,7
27,1
231,1
169,4
126,2
150,7
33,0 132,5
5,3
154,2
191,1
44,5
370,0
282,6
0,220
0,134
3,31
0,205
1,93
0,177
0,307
0,37
0,04
0,119
1,2—1,5
0,8—0,95
15—40
1,25—1,5
15—25
1,2—1,4
0,75—1,2
3—4
~ 0,08
~ 0,3
Літ.: Фастівське Ст Р., Петровський Ю. Ст, Ровінський А. Е., Криогенна техніка, 2 видавництва, М., 1974; Довідник по фізико-технічних основах кріогеникі, 2 видавництва, М., 1973. Див. також літ.(літературний) при ст. Глибоке охолоджування .
