Zkapalňování plynů


Nachází – li se plyn pod kritickou teplotou, lze ho zkapalnit pouhým stlačením (viz Obr.1). Avšak
kritická teplota některých plynů je velmi nízká. Např. pro He je 5,3 K, pro H[2] je 33 K, pro N[2]
je 126,1 K a pro O[2] 154,4 K. Avšak technicky jednodušší a prakticky důležitější pro uchovávání
zkapalněných plynů je získávat je při atmosférickém tlaku. Proto je nutné zkapalňovat je při
teplotě nižší, než je teplota kritická, kdy tlak jejich nasycených par je roven tlaku
atmosférickému. Pro uvedené plyny je tato teplota: He (4,4 K), H[2] (20,5 K), N[2](77,4 K) a O[2]
(90 K). Dosažení tak nízkých teplot je poměrně složité a používá se k tomu J – T jev i adiabatická
expanze.

Postup ochlazování plynu pomocí těchto metod je následující: plyn je izotermicky stlačen na vysoký
tlak několika set atmosfér při pokojové teplotě. Potom plyn expanduje buď pomocí J – T procesu,
nebo adiabaticky. V obou případech se plyn ochladí. Takto ochlazený plyn se používá k ochlazení
následující dávky plynu, stlačeného na vyšší tlak. Proto následující výchozí dávka stlačeného plynu
má nižší teplotu, než v předcházejícím cyklu ochlazování. Proto po expanzi této dávky plynu bude
teplota plynu ještě nižší. Využijeme ji k ochlazení další dávky plynu, atd. Nakonec dosáhneme
požadované nízké teploty.

V reálných zkapalňovačích ( Obr.4) se obvykle požívá kombinace procesů ochlazování. První ochlazení
se provádí pomocí studené vody. Kromě toho je proces ochlazování kvazicyklický, tj. v předcházející
fázi ochlazená dávka plynu, ochlazená např. na 200 at, se částečně vrací do stádia stlačení a
cestou ochlazuje následující dávku stlačeného plynu, která je potom ochlazena buď v J – T procesu,
nebo pomocí adiabatické expanze. Kombinace těchto dvou procesů se koná tak, aby byl proces
zkapalňování nejefektivnější.


Poznámka: 1 at = 9,80665.10^4 Pa, nebo méně přesně 0,1 MPa)