Водород температура инверсии

Расчет коэффициента Джоуля-Томсона и нахождение инверсионных кривых различных газов имеют большое значение для техники получения низких температур, в которой используется процесс дросселирования газов. Так, для водорода верхние температуры инверсии при давлениях I и 100 атм равны соответственно —73 и —92 °С. Следовательно, при комнатных температурах дросселирование водорода приведет к его нагреванию (а <0). [c.155]

Выше ее при расширении температура газа увеличивается. Для воздуха температура инверсии очень высокая (487° С), для водорода— низкая (—73° С). Если нужно вызвать охлаждение водорода путем дросселирования, то предварительно следует охладить его другими методами до температуры ниже —73° С и лишь после этого дросселировать. [c.241]

Температура инверсии Н составляет 204,6° К, поэтому метод дросселирования в применении к водороду требует предварительного охлаждения, для чего используются жидкий азот или воздух. [c.98]

Циклы сжижения водорода и гелия. Специфика сжижения водорода и гелия заключается в том, что эти газы имеют очень низкие температуры конденсации (20,4 и 4,2 К) при атмосферном давлении и очень малую теплоту испарения. В связи с тем что у этих газов температура инверсии ниже температуры окружающей среды, применение предварительного охлаждения в таких установках является необходимым. [c.30]

Хорошо известно, что сжатый газ охлаждается при расширении — например, воздух, выходящий из велосипедной камеры, в теплый день может показаться даже освежающим. Джоуль и Томсон (лорд Кельвин) проводили тщательные измерения изменения температуры газов при их расширении в теплоизолированной камере. Схема подобного опыта изображена на рис. 9.12, где показано, что газ расширяется, переходя из левой камеры в правую через пористую перегородку. Эти исследования показали, что большинство газов охлаждаются гораздо больше, чем этого можно было ожидать по степени их расширения. Для характеристики этого свойства газов используется коэффициент Джоуля — Томсона ц, представляющий собой отношение изменения температуры газа к изменению его давления при условии, что в процессе этого изменения не происходит теплообмена газа с окружающей средой. Значения коэффициента Джоуля—Томсона установлены для многих газов. Например, для СО2 при комнатной температуре и давлении 1 атм коэффициент ц равен приблизительно 1,ГС/атм. Для большинства газов коэффициент ц имеет положительное значение, однако для водорода при температурах вьппе — 80°С он отрицателен, а это означает, что при расширении газа происходит его нагревание. Температура, при которой коэффициент ц для данного реального газа становится равным нулю, называется температурой инверсии этого газа. Для идеального газа ц = О при любых температурах. Таким образом, коэффициент Джоуля—Томсона является мерой отклонения реального газа от идеального поведения, если судить по зависимости его охлаждения от расширения. [c.162]

Для газообразного водорода максимальная температура инверсии дифференциального эффекта Джоуля-Томсона (Р->-0) равна Гин, макс = 204 К [238, 239]. Если до дросселирования газ имеет температуру ниже температуры инверсии, то при дросселировании он будет охлаждаться. Более подробно этот вопрос рассматривается в работах по криогенной технике, [c.141]

В присутствии металлических катализаторов (Ре, Со, N1) (рис. I. 1) к этому равновесию удалось приблизиться с обеих сторон выше температуры инверсии [Г,- = 570° С (Кр = 1, АР > = 0)] метан должен спонтанно разлагаться. Косвенные термохимические расчеты показывают, что СН4 является наиболее устойчивым членом парафинового ряда С Нг +2, а из формулы Паркса [2] совершенно ясно, что при температурах выше комнатной все парафины при п > 2 термодинамически неустойчивы относительно распада на углерод и водород свободная энергия образования парафинов равна [c.10]

Эти наблюдения могут быть истолкованы одним из двух образов при низких температурах протекает почти синхронное анги-присоединение бромистого водорода с образованием на промежуточной стадии либо радикала (8), который только в очень малой степени подвергается инверсии или вращению, либо мостикового радикала (9) [27]. При более высоких температурах инверсия или вращение в радикале (8) протекает быстрее и соответственно вероятность образования интермедиата типа (9) уменьшается. В любом случае реакция, оставаясь стереоселективной, перестает быть стереоспецифической. [c.632]

Сжижение водорода обычно осуществляется посредством предварительного охлаждения сжатого газа жидким воздухом с последующим его пропусканием через систему, состоящую из теплообменника и дроссельного вентиля, как показано на рис. 99. Гелий нельзя сжижать таким образом, потому что его температура инверсии лежит, повидимому, ниже 50° К, т. е. для сжижения гелия требуется предварительное охлаждение его жидким водородом. [c.532]

В этой связи следует подчеркнуть, что для используемых в криогенной области рабочих веществ температуры инверсии ниже температуры окружающей среды (для водорода = [c.17]

На рис. 1-26 представлены инверсионные кривые в приведенных координатах т. — т для реального газа (азота, воздуха и водорода). В табл. 1-21 даны примерные значения верхних температур инверсии интегрального эффекта Джоуля—Томсона некоторых газов. [c.42]

Последний из постоянных газов — гелий был ожижен Г. Камерлинг-Оннесом в Лейденской лаборатории методом дросселирования с предварительным охлаждением. Для использования этого метода необходимо охладить гелий существенно ниже его температуры инверсии, что было достигнуто с помощью жидкого водорода. Хотя методы ожижения гелия принципиально не отличаются от методов ожижения других газов, однако его крайне низкая температура вызывает ряд трудностей технического характера. Так, например, для рационального осуществления процесса необходимо иметь не менее трех ступеней охлаждения. Очень низкая теплота испарения предъявляет повышенные требования к теплоизоляции аппаратуры и емкостей. [c.140]

Использование в этом цикле жидкого азота позволяет иметь температуру перед дроссельной ступенью ниже температуры инверсии для водорода (Г нв = 204,6 К), следовательно, дросселирование газа будет сопровождаться снижением его температуры. Чем ниже температура предварительного охлаждения, тем выше коэффициент ожижения, т. е. доля ожижаемого газа после дросселя и, следовательно, тем выше экономичность цикла. [c.99]

Для большей части реальных газов (азот, воздух, кислород и др.) при комнатной температуре дифференциальный коэффициент положительный, и газы охлаждаются, а для некоторых газов (водород, гелий) в тех же условиях - отрицательный, и газы нагреваются. Кроме того, для одного и того же газа в одной области температур дифференциальный коэффициент может быть положительным, а в другой - отрицательным. Температура, при которой дифференциальный коэффициент меняет свой знак, называется температурой инверсии. Соотношение между температурой инверсии газа и его критической температурой. может быть весьма приближенно выражено зависимостью [c.48]

Гелий, водород и неон при = 293 К имеют отрицательное значение изотермического эффекта дросселирования и только после охлаждения их до температур ниже температуры инверсии А - = = — ц > 0. Чтобы изотермический эффект дросселирования представлял практический интерес, гелий должен быть охлажден до температур ниже 20 К, а водород и неон до 80 К и ниже, тогда как верхние температуры инверсии этих газов значительно выше. [c.18]

Расчет коэффициента Джоуля — Томсона и нахождение инверсионных кривых различных газов имеют большое значение для техники получения низких температур, в которой используется процесс дросселирования газов. Так, для водорода верхние температуры инверсии при давлениях 1 и 100 атм равны соответственно —73 и —92° С. Следовательно, при комнатных температурах дросселирование водорода приведет к его нагреванию (а/<0). Чтобы при дросселировании водорода температура снижалась, необходимо сначала, отнимая теплоту (например, жидким воздухом), охладить его до температур ниже —100°С. [c.146]

Из диаграммы Т—5 для водорода (рис. 9) видно, что нри 15—20 °С эффект Джоуля—Томсона отрицательный, т. е. после дросселирования происходит нагревание газа. При изотермическом сжатии водорода в области более низких температур его энтальпия также возрастает, а последующее дрвсселирование не приводит к охлаждению. Предельная температура, при которой для р = 0 значения эффекта дросселирования переходят из положительных в отрицательные, называется температурой инверсии (для воздуха она равна 603°К, для кислорода 893 °К) [77]. Температура инверсии для водорода 204,6 °К, а поэтому для получения положительного значения эффекта дросселирования, т. е. охлаждения, необходимо сжатый водород предварительно охладить ниже его тем- [c.44]

При низких температурах водород и гелий при расширении охлаждаются, как и другие газы. С другой стороны, при высокой температуре обычные газы расширяются с выделением тепла. Температура, при которой происходит переход между двумя типами эффектов Джоуля — Томсона, называется температурой инверсии. Эта температура изменяется в зависимости от природы газа. [c.138]

Температура инверсии и сжижение водорода [c.91]

На установках такого типа можно сжижать все газы, за исключением водорода и гелия, которые проявляют при температуре окружающей среды эффект нагревания Джоуля — Томсона. Водород (температура инверсии которого равна —80°) может быть сжижен, если после сжатия он охлаждается жидким воздухом или лучше жидким азотом (т. кнп. —196°) и затем расширяется (Дьюар, 1898). Гелий также можно сжижать, если предварительно его охладить жидким водородом (Каммерлинг-Оннес, 1908). Гелий имеет самую низкую температуру кипения из всех известных веществ (4,2°К). Путем испарения гелия при низком давлении достигается температура 0,82° К (Каммерлинг-Оннес, 1923). Исключительно низкая температура (0,001°К) была достигнута при размагничивании некоторых парамагнитных веществ, предварительно охлажденных жидким гелием (Жиок, 1928). [c.143]

Камерлинг Оннес [10] решил ожижить гелий, воспользовавшись методом, с помощью которого ему удалось осуществить за несколько лет перед этим ожижение водорода. План Камерлинг Оннеса сводился к тому, чтобы, охладив сжатый гелий жидким водородом (находящимся при температуре, близкой к точке затвердевания, т. е. кипящим под давлением 6 см рт.), затем пропускать его через теплообменник, который бы оканчивался дроссельным вентилем. Как известно, охлаждение газа будет иметь место, если начальная температура дросселирования лежит ниже температуры инверсии эффекта Джоуля-Томсона. Однако практика указывала на то, что достаточное для ожижения газа охлаждение достигается только в том случае, если начальная температура дросселирования выбирается несколько ниже точки Бойля. Условия, выбранные Камерлинг Оннесом ранее (см. выше), удовлетворяли этим требованиям, и только наличие значительных отклонений гелия от закона соответственных состояний могло бы помешать его ожижению. [c.179]

Реакцию (II) можно было бы проводить в отдельном реакторе (после отделения углеводородов от HI), но оказалось, что если осто рожно добавлять кислород к реагирующей смеси иода и углеводоро да, то иодистый водород окисляется гораздо быстрее, чем углеводород и таким образом катализатор регенерируется in situ. Реакция (И сильно эндотермическая, и ее температура инверсии очень высока [c.152]

Из энергетического баланса (7.3) следует, что независимо от описанных выше усовершенствований цикл Лннде работоспособен только и Мт>0 ири 7 о.с (поскольку при Мт<0 значение Со<0). Это условие ограничивает его непосредственное применение только такими тсшпера-турами То криостатирования, при которых можно использовать криоагенты с положительным дроссель-эффектом прп Т о.о (т. е. практически не ниже 70—50 К). Для более низких температур Т о необходимы другие криоагенты, такие как неон, водород и гелий, у которых, однако, температуры инверсии значительно ниже Го.с. [c.190]

Для предварительного охлаждения до более низких температур может использоваться каскадный процесс с несколькими хладоагентами. Предварительное охлаждение в этом случае служит не только средством снижения расхода энергии на ожижение газов. Для газов с температурой инверсии Тиив ниже Го.с оно представляет собой необходимое условие осуществления ожижения посредством дроссельного эффекта. Так, водород при 7 >190К и гелий при Г>40К имеют в области давлений, применяемых для ожижения, отрицательный дроссель-эффект, и дросселирование приводит к их нагреванию. Поэтому при ожижении по способу Линде предварительно охлаждают водород ниже 100— 90 К, а гелий —ниже 30—20 К. В качестве хладоагентов для предварительного охлаждения в таких процессах используют криоагенты с низкими температурами кипения [c.215]

Системы L с охлаждаемой де-гандерами СПО и ступенью Линде для веществ с Аг г <О при Го.с (нео-па, водорода и гелия) отличаются от опнсанных выше только одной принципиальной особенностью, состоящей в том, что температура инверсии лежит на уровне, входящем в интервал предварительного охлаждения (а не выше его, как в системах Клода, Гейландта и Капицы). Поэтому граница между охлаждаемой и неохлаждаемой частями СПО (линия а-а на рис. 8.12) должна быть ниже инверсионной температуры. [c.221]

Температура инверсии гелия —40° К, поэтому только с помощью жидкого водорода можно обеспечить практически рациональное предварительное охлаждение для ожижения Не методом дросселирования. Дроссельэффект резко возрастает с понижением температуры значения давлений инверсии, обеспечивающие наибольший дроссельэффект, составляют 3,0—1,5 Мн1м в интервале температур 20—10° К. Откачкой паров над жидкостью до 0,12 мм рт. ст. температура кипения гелия может быть снижена до Г К. Дальнейшее понижение температуры таким способом ограничивается возможностями вакуум-насосов, из-за чрезвычайно низкой упругости паров Не. Так, например, при температуре О,Г К равновесное давление паров составляет всего 4,2 10 мм рт. ст. Теплота испарения гелия составляет 2,8 кдж л и является минимальной (кроме Не ) для всех существующих жидкостей. Это обстоятельство является причиной серьезных трудностей, возникающих при производстве, хранении и обращении с жидким гелием. [c.134]

Сжижение водорода достигается обычно многоступенчатым охлаждение.м в каскадных установках, для которых расход энергии меньше, чем в других. По для ожижения водорода могут использоваться различные холодильные циклы, основанные как на эффекте дроссе.лирования (эффект Джоуля — Томпсона), так и на расширении водорода с производством внеииюй работы в расширительной машине-детандере. При этом должны учитываться некоторые специфические свойства водорода, а именно 1, В отличие от др.угнх газов водород при обычной температуре имеет отрицательный дроссе.,1ь-эффект, т. е. при расширении нагревается. Для получения положительного дроссель-эффекта сжатый водород должен быть предварительно охлажден до температуры ниже температуры инверсии (около 200 К). Это обычно достигается охлаждением до температуры ниже 80 К испаряющимся жидким азотом (в специальных теплообменниках) [c.95]

Температура инверсии для водорода довольно низкая (около —70° С), поэтому для получения положительного эффекта дросселирования, т.е. охлаждения, иеоб.ходи.мо сжатый водород предварительно охладить ниже его температуры инверсии. [c.162]

Гелий — самый низкокипящий газ. Температура кипения гелия —269° С. Кроме того, гелий обладает очень высокой текучестью. Температура инверсии у гелия ниже, чем у водорода, и составляет —233° С. Поэтому для ожижения гелия, кроме предварительного азотного о.хлаж-дения, требуется дополнительное охлаждение. Применение жидкого водорода для о.хлаждения [c.163]

В случае водорода и гелия легко показать с помощью расчетов, описанных в гл. VI, что изотермическое ДЯ расширения при атмо-сфер ом давлении является отрицательной величиной, и поэтому невозможно сжижать эти газы только посредством данного метода. Из обсуждения, приведенного в гл. VII, очевидно, что точка инверсии для этих двух газов лежит ниже комнатной температуры. Например, для водорода легко вычислить, что при давлении в 1 атм температура инверсии равна примерно 200° . Следовательно, для сжижения этого газа посредством дросселирования необходимо предварительно охладить его по меньшей мере до этой температуры, потому что для более высокой температуры значения 1 будут отрицательшл, и из соотношения [c.532]

Применение дросселирования для сжижения гелия осложнено тем, что его температура инверсии очень низкая (Тинв 40 К), следовательно, для предварительного охлаждения гелия необходим жидкий водород. Для начального охлаждения применяют жидкий азот. [c.35]

Особенности конструкции водородных и гелиевых ожижителей. Особенности сжижения водорода и гелия обусловлены переходом на более низкий уровень температур, чем при сжижении воздуха, и их физическими свойствами. При сжижении водорода и гелия необходимо применять эффективные и надежные теплообменные аппараты для проведения предварительного охлаждения сжатого газа ниже его температуры инверсии высокоэффективную теплоизоляцию из-за малой теплоты испарения жидких водорода и гелия совершенную очистку прямого потока от примесей, которые при сжижении водорода и гелия выпадают в виде твердых кристаллов и частиц конструкционные материалы ожижительных установок с высокими механическими свойствами при очень низких температурах герметизацию оборудования и систем в целях исключения утечек водорода и гелия орто-параконверсию в водородных ожижителях для уменьшения потерь жидкого водорода при хранении. Основным элементом ожижителей водорода и гелия является низкотемпературный блок, состоящий из теплообменных аппаратов, расшири- тельных машин и другого оборудования, заключенного в кожух с высокоэффективной изоляцией. Помимо низкотемпературного блока ожижительная установка включает целый ряд машин и аппаратов, обеспечивающих ее работу. [c.152]

Ожижитель гелия Капицы. В 1908 г. Каммерлинг Оннесу удалось получить в жидком состоянии гелий, последний из так называемых вечных газов. Трудность ожижения гелия объясняется тем, что для него температура инверсии эффекта Джоуля — Томсона очень низка. Поэтому для того, чтобы иметь возможность использовать эффект Джоуля — Томсона, необходимо предварительно охладить гелий до температуры жидкого водорода. В методе Каммерлинг Оннеса эффект Джоуля — Томсона использовался поэтапно сначала он применялся для охлаждения водорода, а затем гелия. В настоящее время наиболее распространен метод, в котором иа первом этапе охлаждение производится ие водородом, а путем адиабатического расширения. Метод адиабатического расширения впервые был использован Клодом и Хейландом при получении жидкого воздуха, а затем П. Л. Капица применил его для гелия. Примером ожижителя такого рода может служить машина Коллинза. [c.138]

Из Т—s-диаграммы для водорода (рис. 3-4 и 3-5) видно, что при температурах /= 15—20° С эффект Джоуля—Томсона отрицательный, т. е. после дросселирования происходит нагревание. Температура инверсия водорода 190°К, поэтому необходимо предварительное охлаждение его значительно ниже этой температуры. При охлаждении водорода до 80° К (температура кипения воздуха при 1 ата) и дросселировании его с 200 ДО 1 ата изотермичесйий дроссельный эффект составляет — Аг,, = = 45 ккал кг и теоретический коэффициент сжижения р = 0,17. При охлаждении водорода азотом, кипящим под вакуумом р = 0,2 ата, температура может быть понижена до 68° К, изотермический дроссельный эффект составит—Д/ =53 ккал кг и теоретический коэффициент сжижения р 0,26. Для увеличения коэффициента сжижения водорода целесообразно значительно понижать температуру предварительного охлаждения водорода при помощи кипящего под вакуумом азота или воздуха. [c.185]

Орто — пара-превращение водорода подавляется, если в газовой фазе присутствует этилен. Это обстоятельство часто принимают за доказательство того, что хемосорбированный водород не является составной частью поверхностной фазы, но его можно рассматривать также как указание на то, что молекулярный водород вытесняется более сильно адсорбирующимся этиленом, находящимся над поверхностной фазой, т. е. в вандерваальсовом слое. Этилен замедляет также и реакцию дейтеро-водородного обмена при температурах ниже температуры инверсии Цур-Штрассена, т. е. ниже примерно 150°. При этой температуре уже можно обнаружить некоторое количество дейтерированного этилена однако это нельзя расценивать как доказательство диссоциативного механизма, так как и дейтероводородный обмен и орто —пара-конверсия могут протекать через стадию образования полугидрированного комплекса, и-лен легко реагирует с хемосорбированным водородом, и высказано предположение, что реакция гидрирования включает две стадии хемосорбцию водорода на вакансиях в промежутках между молекулами двухточечно адсорбированного этилена и последующее его удаление. [c.198]

У водорода и инертных газов силы сцепления между частицами малы, поэтому при обычных температурах эти газы натреваются. Температура инверсии у водорода -ЬТ С самая низкая тем-пера1ура инверсии —249,4 С у гелия (при нормальном атмосферном лавлеши). Для того чтобы гелий охладить по методу Джоуля — Томсона, необходимо предварительно довести его температуру до величины, меньшей —249,4 С, что делается с помощью кипящего водорода. [c.186]