LICHEFIEREA GAZELOR

Transformarea de stare inversã vaporizãrii, adicã trecerea din stare de vapori (gaz) în stare lichidã, numitã lichefiere, se poate obtine si prin cresterea presiunii gazului la temperaturã constantã (comprimare izotermã). Temperaturile la care se lucreazã în vederea lichefierii depind de natura gazului. Unele gaze se lichefiazã numai la temperaturi foarte coborâte (heliul, hidrogenul, oxigenul), altele la temperaturi obisnuite (CO2). Thomas Andrews a obținut primele rezultate deosebit de interesante din punct de vedere cantitativ cu privire la lichefierea gazelor. El a reusit sa lichefieze dioxidul de carbon, masurând, pe parcursul lichefierii, dependența presiunii din incinta in care se afla acesta în funcție de volum, în condiții izoterme.

Substanţa(gazul)

Temperatura critică(K)

Presiunea critică(MPa)

He 5,25 0,23

H2 33,2 12,9

aer 132 3,77

N2 126 3,39

O2 154 5,08

CH4 191 4,62

CO2 304 7,38

NH3 406 11,3

H2O 647 22,1

PROCEDEE DE LICHEFIERE A GAZELOR SI UTILIZARILE LOR

HIDROGENUL LICHID Hidrogenul lichid (LH2 sau LH2) este starea lichidă a elementului hidrogen, care în stare naturalăse află în formă moleculară H2.Pentru a-l lichefia, H2 trebuie comprimat și răcit la temperatură foarte joasă, de 20,28 K (−252,87 °C). O metodă obișnuită de lichefiere a hidrogenului este comprimarea într-un compresor centrifugal, răcirea sa și destinderea într-un turbodetentor, similar cu funcționarea unui motor turboreactor. Ca la orice alt gaz, lichefierea hidrogenului este o formă uzuală de stocare a sa și este păstrat în vase izolate termic, sub presiune.Hidrogenul lichid, stocat în instalații criogenice este folosit drept combustibil pentru rachete,motoare cu ardere internă sau pile de combustie. Exemple de aplicații sunt submarinele de tip 212 sau 214 și diverse prototipuri de mașini, ca DeepC, BMW H2R.Sistemele care folosesc LH2 sunt similare cu sistemele care folosesc GPL, însă, datorită densității scăzute, volumele sunt mai mari, la fel instalațiile de pompare și injecție.Hidrogenul lichid este folosit și la moderarea neutronilor, deoarece masa atomilor de hidrogen este similară cu a acestora, astfel că transferul de energie cinetică în timpul coliziunilor este maxim.

HELIUL LICHID Heliul este, dintre toate gazele, cel mai greu de lichefiat, căci punctul său de fierbere este de numai 4,2 K. Punctul de topire al heliului variază cu presiunea mult mai mult decât al celorlalte elemente. La 25,3 atm, punctul de topire al heliului este de 1,13 K; la 140 atm, el este de 4,21 K, la 70 atm este de 50K, iar la 100 000 atm se poate obține heliu solid, la temperatura camerei. La presiunea atmosferică, punctul de topire al heliului este atât de apropiat de 0°K, încât este probabil că el nu va putea fi atins. Gazele rare se întrebuințează pentru realizarea unei atmosfere inerte în acele procese fizice și chimice în care azotul, folosit de obicei pentru acest scop, nu este destul de inert. Astfel heliul sau argonul se utilizează în metalurgia titanului. Becurile electrice cu atmosferă de gaz inert se umplu cu argon brut. Tuburi de descărcare de forme diferite umplute cu neon (portocaliu intens) și cu argon (albastru) se folosesc pe scară mare pentru firme luminoase. Heliul se mai folosește ca gaz purtător în cromatografiagaz-lichid, în tehnica temperaturilor foarte joase, sau (în amestec cu 15-21% oxigen) ca gaz de respirat în scufundările submarine autonome la mari adâncimi. Amestecuri de heliu cu neon se utilizează în lasere cu gaz.

AZOTUL LICHID

Azotul lichid este produs industrial în cantități mari prin distilarea din aerul lichefiat, care este reprezentat de obicei prin cvasi-formula LN2 (deși se scrie mai corect N2(l)). Este un lichid de natura criogenică (foarte rece) care produce degerături instante la contactul direct cu țesuturile vii.Proprietatea lui de a menține temperaturile mult sub temperatura de îngheț a apei chiar când se evaporă (77 K, -196 °C sau -320 °F)îl face extrem de util într-o varietate de aplicații ca refrigerent, printre care:

la înghețarea și transportul produselor alimentare la criogeneza corpurilor, celulelor reproductive (spermă și ovule) și probe și materiale biologice în studiul criogenezei pentru demonstrații în educația științifică ca răcitor pentru senzori senzitivi și amplificatoare de frecvență joasă în dermatologie, pentru eliminarea posibilelor excrescențe canceroase ca răcitor pentru suprasolicitarea unei unități centrale de procesare, a unei unități de procesare

grafică sau a altei componente hardware.

AERUL LICHID

Aerul lichid se obține prin răcirea aerului sub temperatura de –140,7 °C și menținere la o presiunede circa 38,4 at.

Se fabrică prin comprimarea aerului la presiuni mari și destindere adiabatică bruscă, ceea ce are drept consecință producerea unei răciri puternice. Gazul astfel răcit este comprimat din nou la presiune mare și apoi destins până la presiunea normală. Repetând succesiv operațiile de mai sus, se realizează temperatura și presiunea necesare începerii lichefierii gazului. Aceasta este principiul metodelor de lichefiere inventate de Carl von Linde și apoi de Georges Claude.

Aerul lichid este incolor sau slab colorat în albastru limpede, cu punctul de fierbere de circa –192 °C, densitatea de circa 870 kg/m3. Se păstrează în vase Dewar.

Materialele introduse în aer lichefiat dobândesc proprietăți speciale. Astfel, cauciucul își pierde elasticitatea și devine friabil, iar metalele își micșorează rezistivitatea.

Aerul lichid se utilizează în laboratoarele de cercetări pentru obținerea de temperaturi scăzute. În amestec cu pulbere de cărbune, se poate întrebuința ca exploziv în lucrări subterane. Prin distilarea

fracționată a aerului lichefiat, se obțin oxigen lichid, azot lichid și gaze inerte.

AMESTECURI DE GAZE LICHEFIATE

Gazul petrolier lichefiat, abreviat GPL, este un amestec de hidrocarburi gazoase, livrate în butelii subpresiune, în stare lichefiată. Este folosit drept combustibil pentru încălzire și autovehicule. În ultimul timp a început să înlocuiască hidrofluorocarburile ca agent de propulsie în sprayuri, precum și ca agent frigorific, în scopul evitării distrugerii stratului de ozon.

Principalele componente ale amestecului sunt propanul și butanul, aflate în proporții relativ egale.

STOCATOARE DE GAZE LICHEFIATE