ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Получение азота и водорода из "Азот" Можно было бы пойти по другому пути — вместо фиксации азота связать кислород, который легко вступает в соединения со многими элементами, встречающимися в природе. Азот в этом случае остался бы в газообразном состоянии. Но этот дорогой и мало производительный метод не мог служить источником азота для промышленных целей. [c.78] По аналогии с методом разделения жидкости полагали, что самым рациональным способом разделения воздуха. является его ожижение с последующим испарением каждого газа в отдельности. Но получить жидкий воздух долгое время не удавалось. [c.78] Были созданы специальные мощные компрессоры, при помощи которых было достигнуто давление до 200 атмосфер, но и при этом давлении не удалось получить жидкий воздух. [c.79] Некоторые ученые стали понимать, что путь, по которому они пошли, не может привести их к решению по-ставлениой задачи. [c.79] Вопросом ожижения газов заинтересовался Д. И. Менделеев. Однако, прежде чем перейти к опытам по ожижению воздуха, он начал изучать газы, которые удавалось сравнительно легко перевести в жидкое состояние. [c.79] Тщательно изучая условия перехода газообразных веществ в жидкость, Д. И. Менделеев нашел, что каждый газ сжижается лишь ниже определенной температуры. Он назвал эту температуру критической, то есть такой, выше которой нельзя добиться сжижения газа даже при очень высоких давлениях. [c.79] В дальнейшем выяснилось, что критическая температура для азота составляет — 147°, для кислорода — 119°, а для воздуха-— 141°. Каждый газ имеет не только свою критическую температуру, но и свое критическое давление, ниже которого газ, охлажденный до свсей критической температуры, не переходит в жидкость. Для азота это давление составляет 33,5 атмосферы, для кислорода 49,7, а для воздуха 37,2. [c.79] После этого открытия стало понятно, почему многолетние труды ученых остались бесплодными. Чтобы получить жидкий воздух, необходимо было температуру газообразного воздуха понизить до —141°, а давление поднять до 37,2 атмосферы. При более высокой температуре, как бы велико ни было давление, получить жидкий воздух нельзя. Но при более низкой температуре можно ожи-жить воздух и при меньшем давлении. Например, если охладить воздух до температуры — 195°, то он перейдет в жидкое состояние и при атмосферном давлении. [c.79] Давно было замечено, что если быстро сжать газ, то он нагревается, а при быстром его расширении — охлаждается. [c.80] В настоящее время ученые объясняют нагревание газа при его сжатии тем, что с уменьшением объема газа его молекулы настолько близко подходят друг к другу, что между ними начинают действовать силы притяжения. Под действием этих сил молекулы еще больше сближаются, теряя при этом часть своей внутренней энергии. Эта энергия идет на повышение температуры сжатого газа. [c.80] При быстром расширении сжатого газа объем его увеличивается, молекулы газа стремятся отойти друг от друга, но силы притяжения препятствуют этому. На преодоление сил притяжения молекулам необходима энергия, которую они черпают за счет тепловой энергии газа, при этом температура расширяющегося газа понижается. Чем выше давление сжатого газа, тем расстояние между молекулами становится меньше, тем больше энергии нужно затратить на отрыв их друг от друга и тем сильнее понизится температура при расширении газа. [c.80] Принято считать, что при понижении давления газа на одну атмосферу, в среднем температура его понижается на /4 градуса. Следовательно, если газ, сжатый до 200 атмо1сфер, пропустить через узкую щель дроссельного вентиля и снизить его давление до одной атмосферы, то температур.а газа нонизится на 50°. При температуре сжатого газа в 0° температура газа, расширенного от 200 до одной атмосферы, окажется —50°. Если же сжатый воздух охладить до —150°, то при быстро-м его расшире- йй он Приобретет температуру, при кото рой перейдет й жидкое состояние даже пр и атмосферном давлении. [c.80] Приборы, в которых происходит обмен тепла, называются теплообменниками. [c.81] Простейший теплообменник можно изготовить, поместив одну металлическую трубку в другую, большего диаметра. Если по наружной трубке снизу медленно пропускать холодный воздух, а по внутренней навстречу ему теплый, то за время прохождения через трубку холодный воздух нагреется, а теплый охладится. Чем длиннее путь, по которому проходят газы, или чем больше площадь стено К, омываемых газом, тем полнее будет теплообмен. Для этого изготовляют такие теплообменники, у которых внутренняя трубка выполнена в виде спирали или заменена на большое количество трубок малого диаметра. Внутренние трубки обычно изготовляют из меди, обладающей высокой теплопроводностью, а наружную трубку покрывают теплоизоляционным материалом, который предохраняет ее от обмена теплоты с окружающей средой. [c.81] Если в хорошем теплообменнике сверху по внутренней трубке пустить воздух с температурой 20°, то выходящий наверху из наружной трубки газ будет иметь примерно такую же температуру, даже в случае, если при входе снизу температура его была на 180° ниже нуля. Выходящий внизу воздух охладится в теплообменнике с 20° до температуры, близкой к — 180°, отдав свою теплоту идущему навстречу газу. [c.81] Жидкий воздух был впервые получен в 80-х годах прошлого столетия. [c.81] Первая установка для ожижения воздуха в принципе ничем не отличалась от современных. [c.82] Сжатый воздух, проходя через теплообменник, отдавал свою теплоту идущему навстречу холодному газу, который уходил в атмосферу. Охлажденный воздух проходил через дроссельный вентиль, где его температура еще больше понижалась. Более холодный газ по пути в атмосферу сильнее охлаждал в теплообменнике идущие ему навстречу новые порции сжатого воздуха, которые при расширении приобретали еще более низкую температуру. Итак, автоматически температура воздуха, входящего в дроссельный вентиль, все больше и больше понижалась. Наконец, наступал момент, когда при расширении часть воздуха переходила в жидкое состояние. Жидкий воздух собирали в ожижителе. [c.83] Эта установка проработала недолго, так как давление газа, выходящего из компрессора, стало постепенно падать. При обследовании обнаружили, что на трущихся частях компрессора появились глубокие царапины, а между поршнем и стенками цилиндра образовался недопустимый зазор. Такой быстрый износ основных частей компрессора произошел вследствие попадания в него вместе с воздухом твердых частиц угля и песка, содержание которых в одном кубическом метре городского воздуха доходит до 0,01 грамма. [c.83] Для очистки воздуха от механических примесей на всасывающей трубе компрессора был установлен фильтр. [c.83] Вернуться к основной статье