Вблизи абсолютного нуля - [17]
Остается еще один враг, пожалуй более страшный, — углекислый газ. Замерзая, он сразу обращается в твердое вещество и может моментально забить все трубопроводы установки. Поэтому от углекислого газа освобождаются особенно тщательно. Его и вымораживают, и удаляют химически.
Но вот воздух очищен. Можно производить с ним дальнейшие манипуляции. Прежде всего его сжимают. Для этого имеются мощные компрессоры. Это машины, напоминающие обычные насосы — те самые, с помощью которых накачивают автомобильные и велосипедные камеры. Только компрессор посильнее, а принцип работы один и тот же. При каждом рабочем ходе компрессор захватывает очередную порцию воздуха и вталкивает в сосуд. Чем больше воздуха он добавит туда, тем большим станет и давление.
Зачем повышают давление, вы тоже, конечно, помните?
Для дросселирования да и для хорошей работы детандера надо использовать газы повышенного давления. Причем при дросселировании чем больше это давление, тем лучше, тем сильнее будет охлаждение.
Из компрессора сжатый воздух попадает прямо в холодильную машину. Мы знаем машину Линде, уже знакомились с ней. Посмотрим теперь на более современную установку, которую когда-то в лаборатории создал Петр Леонидович Капица. Ее холодильный цикл так и называется циклом Капицы.
Охлаждение воздуха происходит сразу в двух частях установки.
Тут есть и дроссель, есть и турбодетандер. Турбодетандер — небольшая турбина, которую должен вращать охлаждаемый газ. А дроссель — узкая щель. Газ под большим давлением прорывается сквозь эту щель, охлаждаясь на ходу.
Многим кажется странным, зачем в одной установке иметь и детандер и дроссель. Оказалось, что получать жидкий газ в детандере не очень удобно. Там стоит поршень или турбина. Жидкость будет мешать им работать. Значит, охладить газ в детандере хорошо, а вот доводить до жидкого состояния лучше где-нибудь в другом месте. Другое дело — дроссельная установка. После дроссельного вентиля жидкий воздух никому уже не мешает.
Итак, цикл Капицы. Воздух под небольшим давлением попадает в установку. Это тоже преимущество установки Капицы — не надо сильно повышать давление газа.
На пути воздуха из компрессора в холодильную установку стоит… холодильник! Да, да, именно холодильник.
Как уже отмечалось, и при дросселировании и в детандере газ лучше отдает тепло, если он предварительно охлажден. Поэтому там стоят холодильные установки, в которых циркулирует жидкий аммиак — он сжижается при температуре минус 33,4 °C.
Предварительно охлажденный воздух не сразу попадает в детандер или на дроссельную установку. На его пути стоит теплообменник. Здесь воздух охлаждается встречным потоком холодного воздуха, который появляется после турбодетандера.
Охладили порцию воздуха. И тут ее разделяют на две части.
Одна, основная, мчится к турбодетандеру. Другая — на дроссельную установку. По пути воздух проходит еще один теплообменник и охлаждается очень сильно. Теперь уже после дроссельного вентиля появляются капельки жидкости.
В турбодетандере жидкость не образуется. Там только сильно охлаждают воздух, чтобы затем пустить его в оба теплообменника. И он делает свое дело.
Дальше жидкий воздух начинает свое неторопливое путешествие по разделительным тарелкам. Одна тарелка за другой — так и спускается газ, пока не обернется голубоватым кислородом.
А где его используют, вы уже знаете. Вот азот пока что для нас фигура темная. А между тем сосуды с жидким азотом можно встретить довольно часто.
Встреча в операционной
Температура минус 195,8 градуса. Жидкий азот.
Кислород — газ жизни. Но и значение азота не меньшее. Без азота нет нищи растениям, нет жизни на Земле. Сельское хозяйство не может существовать без удобрений, без аммиака, основной частью которого является азот.
Жидкий азот — постоянный гость и работник лабораторий и заводов. Инженеры и ученые пользуются им для охлаждения. Часто можно встретить большие сосуды, наполненные безопасной, слегка дымящейся жидкостью. Это азот. Холода от него вполне достаточно и обращаться с ним легко. Азот не взрывается, как кислород или тем более водород. Он почти не реагирует на различные окружающие его вещества. Химики говорят, что азот малоактивен, химически не ядовит. Это мы знаем сами — каждый день вполне безопасно для себя вдыхаем изрядные порции азота. Только на больших глубинах у пловцов может наступить азотное отравление. Но в обычных условиях этого никогда не произойдет.
Азот поистине незаменим в некоторых лабораториях и на заводах. Сейчас очень много различных опытов приходится проделывать в вакууме. Так в науке называют пустоту. Откачали мощные насосы из какого-нибудь сосуда весь воздух — тогда оставшееся пустое пространство можно назвать вакуумом. Но все молекулы оттуда отсосать невозможно. Никакой насос с этим не справится. Хоть и немного их, но все же останется. Но о себе в этом случае молекулы почти не дают знать. Вакуум — пустота. Установки, с помощью которых получают такую пустоту, называются вакуумными. Сколько их на одних только ламповых заводах! Ведь из электрической лампочки сначала откачивают воздух, а потом наполняют каким-нибудь спокойным, не склонным к реакциям газом, например криптоном или тем же азотом. Иногда лампочки оставляют пустыми.
