ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Испарительное охлаждение жидкостей из "Получение и использование низких температур " Этот же метод блестяще применили в 1883 г. К. Ольшевский и 3. Вроблевский для охлаждения жидкого этилена, который в свою очередь использовался для ожижения кислорода. [c.14] в 1898—1900 гг. охлаждение вакуумирова-нием парового пространства широко применялось Дж. Дьюаром в процессах получения жидкого и твердого водорода. При попытке получить твердый гелий Г. Камёрлинг-Оннес в 1909 г. достиг вакуумированием парового пространства температуры жидкого гелия всего на один градус выше абсолютного нуля. [c.14] Этот метод широко используется и в настоящее время. Вакуумированием понижают температуру жидкого азота, служащего для предварительного охлаждения потока газа в водородных или гелиевых ожижителях и рефрижераторах его применяют также для получения твердых азота, водорода и других криоагентов. [c.14] Рассмотрим причину понижения температуры конденсированных газов при вакуумировании парового пространства. [c.14] Нарушение динамического равновесия приводит к ) процессам, стремящимся восстановить его вновь. Так, если понизить давление пара над жидкостью, уменьшится и ее температура. Самопроизвольно установившееся равновесие будет соответствовать теперь меньшим значениям давления и температуры. Этот процесс можно объяснить так. Для испарения жидкости, как известно, требуется подводить, а для конденсации пара, наоборот, отводить теплоту, равную теплоте фазового перехода. Поскольку в условиях динамического равновесия температура и соответствующее ей давление пара в сосуде остаются неизменными, то и теплоты фазовых переходов при испарении и конденсации равны. Следовательно, для поддержания динамического равновесия не требуется подводить к сосуду или отводить от него какое-либо количество теплоты. Динамическое равновесие в закрытом сосуде устанавливается самопро-.извольно. [c.15] Другая картина наблюдается при искусственном нарушении этого равновесия. Если, например, из сосуда начать откачивать пар, его давление будет понижаться и Количество молекул, переходящих в единицу времени из жидкости в пар, будет больше, чем из пара в жидкость. Следовательно, и количество теплоты, поглощенной в каждый момент испаряющейся жидкостью, будет больше количества теплоты, выделенной конденсирующимся паром. Разница в количествах поглощенной и выделенной в каждый момент теплот и приводит к охлаждению остающейся в сосуде жидкости в течение всего времени откачивания пара. [c.15] Таким образом, если в сосуде при откачке непрерывно понижается давление, то и температура жидкости уменьшается вплоть до достижения тройной точки. [c.15] Отвод пара возможен и без уменьшения давления и соответственно температуры жидкости. Но в этом случае необходимо подводить к ней такое количество теплоты, которое бы обеспечивало равенство масс испаряемого и отводимого в виде пара вещества. Так, например, происходит с кипящей водой в открытом сосуде, пар которой непрерывно отводится температура жидкости при этом остается постоянной. Достаточно изменить количество подведенной теплоты, как тут же самопроизвольно меняется масса отводимого пара. [c.16] Нас будет интересовать только первый случай, когда сосуд изолирован и при откачке пара температура жидкости непрерывно понижается. Это понижение температуры можно легко вычислить аналитически. [c.16] Пусть в сосуде с идеальной тепловой изоляцией (рис. 2) находится масса т жидкости. При откачке пара, находящегося с ней в равновесии, давление и соответственно температура жидкости понижаются. [c.16] Левая часть уравнения (1) представляет собой количество теплоты, отведенной за время бт от оставшейся в сосуде жидкости правая — количество теплоты, отведенной за это время из системы вместе с откачанным паром. [c.16] Уравнение (4) составлено для адиабатных условий процесса замораживания. Пользуясь этим уравнением, можно определить необходимую массу m z пара, которую потребуется удалить из системы для получения заданной доли X твердой фазы при условии, что жидкость перед замораживанием находилась при температуре тройной точки. [c.18] На рис. 3 горизонтальными линиями показаны зависимости доли твердой фазы от относительной величины оставшегося в сосуде криоагента, рассчитанные с использованием уравнений (3) и (4). Точка 2 соответствует появлению первого кристалла (тройной точке), точка 3—100% твердой фазы. Масса криоагента, находящегося в паровом пространстве сосуда, в расчет не принималась. Кружками обозначены значения, полученные экспериментально [8]. Отклонение экспериментальных данных от рассчитанных теоретически также не превышает 57о. [c.18] Если требуется охладить жидкий неон до температуры тройной точки, то, проделав аналогичные операции, получим, что для этого необходимо откачать всего 5% исходной массы и т. д. [c.19] Вакуумирование парового пространства применяется и для получения веществ, находящихся в так называемом шугообразном состоянии. Под шугой понимают в этом случае смесь жидкой и твердой фаз одного и того же вещества. [c.19] Но охлаждение вакуумированием парового пространства обладает и существенным недостатком, поскольку в этом процессе удаляется из системы в виде пара значительная доля первоначального запаса вещества. Поэтому такой метод охлаждения применяют там, где на первый план выступает требование простоты и надежности. [c.19] Вернуться к основной статье