Жидкий воздух (Ж. Клод) 1930 год - старые учебники

Скачать Советский учебник

 Жидкий воздух (Ж. Клод) 1930

Назначение: Издание рассчитано на самые широкие круги читателей

© НАУЧНОЕ ХИМИКО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ВСЕХИМПРОМ ВСНХ ЛЕНИНГРАД 1930

Авторство: Ж. Клод, Перевод И.В. Зельцера и В.О. Каплана под редакцией  Е.Н. Богаевленского

Формат: DjVu, Размер файла: 13.4 MB

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие 3     

      ПЕРВАЯ ЧАСТЬ

      Сжижение газов     

      ГЛАВА I Первые этапы 7

      Упругость паров жидкостей — Пары насыщенные и ненасыщенные 8

      Изменения упругости паров различных жидкостей в зависимости от свойств последних и их температуры 10

      Теплота испарения 11

      Необходимость холода для существования сжиженных газов при атмосферном давлении 12

      Влияние давления на температуру кипения 13

ОТКРЫТЬ:  оглавление полностью...

      Уменьшение давления 13

      Холодильные машины, построенные на принципе испарения 13

      Увеличение давления 15

      Возможность использования давления вместо охлаждения при получении некоторых сжиженных газов 16

      Превращение насыщенного пара в жидкость под влиянием давления, превышающего его упругость 18

      Обратимость явлений испарения и сжижения 20

      Теплота сжижения 21

      Ненасыщенный пар, подвергнутый давлению, сжимается подобно газу до начала и перехода в состояние насыщенного пара 22

      Отклонение ненасыщенных паров от закона Мариотта по мере их приближения к состоянию насыщения 23

      Сжижение путем простого охлаждения 25

      Сжижение простым давлением 27

      Опыты Фарадея 28

      Аппарат Тилорье 30

      Некоторые свойства твердой углекислоты 32

      Сжижение п?и помощи одновременного сжатия и охлаждения 33

      Дальнейшие опыты Фарадея 33

     

      ГЛАВА II Критическая точка 35

      Новые неудачи и их причины 35

      Работы Каньяр-де-ля-Тура и мнение Фарадея 37

      Опыты Эндрьюса 38

      Кршическая точка и определяющие ее условия 42

      Классификация газов по их сжижаемости 43

      Классификация Эндрьюса 45

     

      ГЛАВА III Сжижение постоянных газов 45

      Опыты Кальете 45

      Опыт Пикте 50

      Опыты Ольшевского и Вроблевского 54

      Опыты Камерлинг-Оннеса 56

     

      ВТОРАЯ ЧАСТЬ

      Промышленное сжижение воздуха

     

      ГЛАВА IV Расширение и теплообменник Сименса От Сименса до

      Линде 58

      Недостаточность метода многократных циклов 58

      Почему расширение производит холод? 59

      Два основных способа расширения 60

      Необходимость применения теплообменников 61

      О неудавшихся попытках 63

      Опыт Джоуля и Томсона 64

      Способ и аппарат Гамсона 67

      Теплообменник предназначен не только для увеличения охлаждения 69

      Процесс и аппарат Линде 71

      Немного об истории моих работ 74

      Сравнение двух способов расширения 79

      Расширение с внешней работой 82

      Расширение путем простого истечения 83

     

      ГЛАВА V Несовершенство газообразного состояния Работы Вандер-Ваальса 86

      Соответственные состояния 94

      Сжимаемость воздуха при низких температурах 100

      Работы Витковского 100

     

      ГЛАВА VI Расширение простым истечением 104

      Вычисление коэффициента полезного действия 104

      Расширение несовершенного газа путем простого истечения 107

      Падение температуры при расширении создает мнимое и, преувеличенное представление об охлаждающем эффекте 117

      Улучшения, внесенные Линде в способ расширения с внутренней работой 117

      Вычисление охлаждающего эффекта расширения по способу Линде 121

     

      ГЛАВА VII Расширение с использованием внешней работы 121

      Автоматическая смазка Петролейный эфир 125

      Первые опыты 129

      Первые успехи 131

      Недостатки расширения со сжижением в машине 132

      Сжижение под давлением 135

      Практическое применение 139

      Несколько слов по поводу использования энергии расширения 142

      Улучшение конца расширения Двойное расширение 143

      Многократное расширение 147

      Другой способ 148

      Простое расширение или двойное при сжижении кислорода под давлением 149

      Вычисление предельного полезного действия расширения с внешней работой 151

      Количество возвращаемой энергии 157

      испытание сожителя кислородом 157

      Другие труды в области расширения с внешней работой 157

     

      ТРЕТЬЯ ЧАСТЬ

      Хранение и свойства жидкого воздуха

     

      ГЛАВА VIII Хранение жидкого воздуха 160

      Трудная задача 160

      Первое средство замедлить испарение 165

      Способ д’Арсонваля Сосуды с двойными стенками и безвоздушным пространством между ними 166

      Усовершенствование Дюара Сосуды с двойными посеребренными стенками и безвоздушным пространством между ними 170

      Аппарат для переливания Предосторожности, необходимые при работах с жидким воздухом 172

      Степень пригодности сосудов дАрсонваля и Дюара 175

      Применение низких температур для образования совершенного вакуума 177

      Невозможность хранения жидкого воздуха в закрытых сосудах 178

      ГЛАВА IX Физические свойства и применение жидкого воздуха 179

      Цвет 179

      Изменение точки кипения смесей кислорода и азота в зависимости от их состава 180

      Изменение точки кипения или сжижения в зависимости от давления 182

      Плотности жидкого воздуха, жидкого кислорода и жидкого азота 184

      Теплота испарения жидкого воздуха: Применение в качестве охлаждающею вещества 185

      Теплоемкость жидкого воздуха 187

      Исключительные явления, вызываемые сфероидальным состоянием 187

      Безвредность жидкого воздуха для Микробов 190

      Магнитные свойства жидкого воздуха 191

      Некоторые следствия охлаждения жидким воздухом Полу пламени горелки Бунзена 192

      Отвердевание различных тел в жидком воздухе 193

      Аномалия кожи 195

      Изменение сцепления металлов 195

      Замораживание жидкостей: ртути, спирта и т. д. 197

      Петролейный эфир Опыты д’Арсонваля Термометры для жидкого воздуха 198

      Получение новых газов из атмосферы Труды В Рамзая Сжижение гелий 200

      Замораживание газов Промышленное получение водорода 202

      Замораживание воздуха 202

      Сжижение атмосферного воздуха 204

      Свойства угля при температурах жидкого воздуха. Промышленное производство высоких разряжений 205

      Возможные приложения свойств охлажденного угля — Производство ламп накаливания Металлические сосуды для жидкого воздуха 209

      Производство жидкого кислорода вблизи водопадов 210

      Применение поглотительных свойств угля при изготовлении неоновых трубок 212

      Поглощение углем различных газов Аномалия водорода 213

      Применение охлажденного угля для разделения благородных газов 215

      Теплоемкость тел при низких температурах 216

      Электрическое сопротивление металлов при низких температурах 216

      Работы Каммерлинг-Оннеса Один градус от абсолютного нуля 217

      Магнитные свойства металлов при низких температурах 219

      Изменения окраски Фосфоресценция 219

      Опыты Ж. Беккереля, П. Лебо и др 220

      Применение жидкого воздуха при насадке металлических колец и т. п. 220

      Применение жидкого воздуха в качестве движущей силы 221

      Уменьшение химического сродства при низких температурах 223

      ГЛАВА X Свойства и применения жидкого кислорода 224

      Горение в жидком кислороде 225

      Взрывчатость 227

      Взрывчатые вещества с жидким кислородом 228

      Современное положение вопроса о применении жидкого кислорода в качестве взрывчатого вещества 233

      Другие применения жидкого кислорода 235

      Спасательные аппараты Применение жидкого кислорода в медицине 235

      Респираторы для авиаторов 239

      Превращение при низких температурах кислорода в озон 240

     

      ЧЕТВЕРТАЯ ЧАСТЬ

      Разделение воздуха на составляющие его элементы

     

      ГЛАВА XI Общие соображения Различные способы 241

      Значение этой проблемы 241

      Разделение воздуха на элементы требует затраты энергии 242

      Различные способы для кислорода из воздуха 246

     

      ГЛАВА XII Некоторые особенности испарения жидкого воздуха

      Идея Паркинсона 247

      Особенности испарения жидкого воздуха 248

      Опыты Бейли 251

     

      ГЛАВА ХIII Рекуперация холода 253

      Одновременное испарение и сжижение 254

      Необходимость сжимать сжижаемый воздух 258

      Необходимость в добавочном холоде 259

      Указатели уровня для жидкого воздуха 261

      ГЛАВА XIV Различные способы последовательного испарения 263

      Первый аппарат Линде (1895 г) 263

      Аппарат Гамсона (1896 г) 265

      Аппарат Труппа 266

      Метод Пикте (1899 г) 267

     

      ГЛАВА XV Кислород воздуха сжижается первым 268

     

      ГЛАВА XVI Некоторые соображения по поводу сжижения газовых смесей 272

      Сжижение газовых смесей при постоянной температуре 274

      Графический способ Дюгема и применение его для определения соответствующих содержаний 281

     

      ГЛАВА XVII Применение предварительного сжижения кислорода воздуха 284

      Предварительная дефлегмация (1902 г) 291

      ГЛАВА XVIII Ректификация 297

      Аппарат Линде (1902 г) 298

      Аппарат Леви и Гельброннера (1902), Пикте (1903) 300

      Аппарат Ж. Клода 300

      Показатели количества подачи жидкости 301

      Получение двух разных жидкостей в единой жидкой ванне 301

      Условия, необходимые для правильной ректификации 303

      Улучшения в производстве бедной жидкости 304

      Практическое применение предварительной дефлегмации Аппарат с „единым циклом" 306

      Теплообменники с двумя отделениями 309

      Термодинамический коэффициент полезного действия при разделении элементов воздуха путем сжижения 309

      Другие методы — Повторное сжижение (Леви, Гельброннер) 312

      Различные методы частичного разделения кислорода и азота во время сжижения воздуха — Принцип возрастающей самоочистки азота — Метод Р Леви (1903) 313

      Производство жидкого азота, метод Линде 316

      Новый аппарат Линде

      Аппараты для жидкого кислорода 318

      Аппарат Ле-Руж (О-во Г Air Liquide) 319

      Аппарат Мессера 321

      Аппарат Industriegas-Gesellschaft 322

      Рациональная схема аппарата для жидкого кислорода 324

     

      ГЛАВА XIX Эксплуатация аппаратов 324

      Очистка воздуха 324

      Очистка от углекислоты 325

      Осушка охлаждением 327

      Схема Линде 327

      Теплообменники Ж. Клода с оттаиванием 328

      Количество холода, расходуемое при сушке охлаждением 330

      Пуск в ход аппарата О-ва lAir Liquide 330

      Использование энергии расширения 335

      Аварии, имевшие место при эксплуатации аппаратов 338

     

      ГЛАВА XX Производство благородных газов 344

      Гелий и неон 345

      Определение содержания неона и гелия в атмосферном воздухе 346

      Гелий, аммиак и аэронавтика 347

      Гелий в Соединенных Штатах и Канаде 348

      Аргон 351

      Криптон и ксенон 354

Скачать бесплатный учебник  СССР - Жидкий воздух (Ж. Клод) 1930 года

Скачать

Скачать...DjVu

 

ОТКРЫТЬ: - отрывок из учебника...

 ПРЕДИСЛОВИЕ

      Двадцать семь лет тому назад меня называли утопистом после каждого моего публичного выступления, на котором я демонстрировал жидкий воздух и его свойства и пытался предсказать все те его применения, кроме лабораторных изысканий, которые осуществились впоследствии.

      Но Жорж Клод шел в своих предположениях еще дальше меня и он был прав, — поэтому с полной верой и убеждением я мог закончить предисловие к изданной им в 1903 году книге следующими словами: „Сжижение воздуха в промышленном масштабе является не только революцией в науке, но также — и притом, главным образом — революцией экономической и социальной". Все то богатое содержание, которое Клод вложил в свой первый труд, новое издание которого он предлагает в настоящей книге, полностью подтверждает те предположения, которые я высказал 27 лет тому назад.

      Это не просто изложение, это труд, который носит характер совершенно оригинальный, и в котором автор не довольствуется ролью историка в своей области.

      В. продолжение многих лет Ж. Клод неустанно делал новые вклады в разрешение этого вопроса. Он создавал эти страницы не в виде поучительного описания промышленности сжижения воздуха, а главным образом, излагая свои работы и созданные им теории, которые так далеко подвинули наши познания не только в области науки, но и в области применения достижений науки в промышленности.

      Я неустанно следил за всеми изысканиями Клода и самые существенные результаты сообщал в, заседаниях Академий Наук. По некоторым главам настоящей книги можно уяснить себе те пути, по которым продвигались вперед эти изыскания, и по ним можно судить о том, с какой уверенностью и быстротой двигается практика, когда ею руководит ясная, твердо обоснованная научная теория.

      Клод принадлежит к тем блестящим изыскателям, у которых пытливая наблюдательность лабораторного ученого соединяется с трезвым разумом практика. Ни одна теория не имеет для него полной

      ценности до того момента, пока он не получит возможности поставить ее на рельсы практического применения.

      Сказанное подтверждается многими типичными примерами, приводимыми в этой книге. Укажу некоторые из них:

      1) Аппарат для производства жидкого воздуха посредством расширения с производимой при этом внешней работой. Теория доказывает превосходство этого метода работы перед другими, но практическое его применение потерпело неудачу, несмотря на то, что за осуществление брались ученые и видные инженеры. „Теория всегда права, говорит Клод, и, не падая духом от неудачи постигшей его незаурядных предшественников, кропотливо анализирует, что именно в практическом применении не удовлетворяет теорию.

      При этих работах им был открыт способ смазки петролейным эфиром машин, работающих при низких температурах. После этого открытия, аппарат стал работать, но давал только 0,20 литра жидкого воздуха на лошадиную силу/час. „Очевидно, теория еще недостаточно удовлетворена — решает Клод. Он тщательно изучает это явление и путем тонкого анализа устанавливает с несомненностью, что, действительно, теория не удовлетворена. Он убеждается, что при той очень низкой температуре, при которой происходит работа его машины, воздух уже не представляет из себя того идеального газа, который принимается в теории: „это еще не жидкость, — говорит он „но почти уже и не газ. После этого он пытается поднять темпера-туру, при которой происходит расширение, дабы удовлетворить теорию. Он обращается к способу снижения под давлением, потом к сжижению компаунд, затем к сжижению при критической температуре кислорода и т. д.

      Теория удовлетворена и выход жидкого воздуха достигает постепенно 0,66, 0,85, 0,95 л на лошадиную силу/час.

      Да, теория всегда права, но... в верных руках.

      2) Между точками кипения двух составных частей воздуха — кислорода и азота - существует значительная разница. Способность азота испаряться скорее кислорода послужила основанием процесса, экономно разрешающего задачу разделения этих двух газов. Мельчайшие детали процесса испарения были тщательно изучены проф. Линде, проработаны Бали и другими (и никаких разногласий при этом не возникало). Теория обратного явления, а именно, сгущение газообразного воздуха — вызывала разногласия: Дюар (Dewar) считал, что оба элемента воздуха конденсируются одновременно; Линде разделял этот взгляд. Пикте пошел еще дальше и считал,, что именно азот, т. е. более летучий газ, конденсируется первым. Нужно было решить, какая из этих теорий является правильной, потому что если оба газа конденсируются одновременно, то, очевидно, надо сжижать весь воздух полностью, чтобы разделить его элементы; если же один из газов конденсируется раньше другого, то для достижения этого разделения будет достаточно частичного сжижения.

      Клод был глубоко поражен теорией Дюара противоречащей основным законам физики. Как общее положение, рассуждал он, явление сжижения всегда обратно явлению испарения, и воздух может вести себя иначе, только в случае существования какой-то любопытной аномалии. Клод начинает производить опыты и результаты их полностью совпадают с его собственными предположениями и с теориями Gibbs’a, Van-der-Va al s’a и Duhem’a. Подробное изложение этого мы найдем в главе о сжижении газовых смесей.

      Благодаря чрезвычайно искусному способу, Клод сумел использовать это свойство. Сжижая относительно незначительную часть обрабатываемого воздуха, он получил непосредственно, без предварительного испарения, жидкость очень богатую кислородом, содержащую почти весь кислород обрабатываемого воздуха. Этот способ заключается в, так называемых, обратных потоках. Он дает возможность полного отделения всего кислорода, содержащегося в обрабатываемом воздухе, путем сжижения только половины его.

      Клод сразу же приступает к практическому применению достигнутых им усовершенствований. Результаты сразу же сказываются. Производство жидкого воздуха и разложение последнего на его элементы (впервые осуществленное проф. Линде в Германии при помощи чрезвычайно искусных, им же открытых, способов сильно развилось во Франции и других странах, благодаря методу Клода, эксплуатируемому Обществом nL’air Liquide“.

      Помимо специального интереса, настоящая книга дает новое подтверждение мнению, неоднократно выраженному мною, о том, что прикладная наука может вносить поправки в недостаточно твердо обоснованные законы, установленные, так называемой, чистой наукой. Всякий физический закон можно считать реально установленным только после того, как он окажется приемлемым и в широких промышленных масштабах; в чистой науке можно ошибаться, устанавливая без особо вредных последствий недостаточно точные законы; в широкой же индустрии это явление либо совсем невозможно, либо ошибка сказывается в непродолжительном времени, приводя к краху. Именно, эти положения мною поддерживались, когда в Академии Наук, под моим председательством, обсуждался вопрос о своевременности открытия Промышленной Секции. Работы Клода доказали мою правоту.

      В заключение я считаю необходимым обратить внимание на одну из интереснейших частей, появляющуюся во всяком случае впервые

      в настоящем издании — это главу, в которой автор излагает те затруднения, которые ему пришлось одолеть при изысканиях технически осуществимых способов попутного извлечения из воздуха содержащихся в нем, зачастую в микроскопических дозах благородных газов, получая их в виде побочных продуктов при производстве азота и кислорода. Помимо этих чрезвычайно интересных научных изысканий, которые стали достоянием действительности, Клод не сомневается в том, что он сумеет найти новые приложения для тех чудесных свойств, которыми обладают эти благородные газы.

      Д-р дАрсонваль.

      Член Института.

      Ножан на Марне.

      16 апреля, 1925 года.

     

      ПЕРВАЯ ЧАСТЬ.

      СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ.

     

      ГЛАВА I.

      Первые этапы.

      Одним из интереснейших отделов физики является тот, который трактует о сжижении газов, и, прежде чем перейти к рассмотрению вопросов, связанных с задачей сжижения воздуха, мы не можем обойти молчанием те многочисленные работы, которые закончились — только в-последнее время — полным господством науки над жидким и газообразным состоянием тел.

      В области сжижения газов теоретические выводы значительно опередили их практическое осуществление. Физики наблюдали, как обычные жидкости, под влиянием тепла, превращаются в пары, столь же подвижные и легкие, как и газы; под влиянием охлаждения эти пары легко возвращались в свое исходное состояние — превращаясь в жидкость. Перед учеными вставал вопрос: не являются ли также и газы — естественные или получаемые химическим путем — парами жидкостей, но жидкостей особенных, несравненно более летучих, чем обычные, и которые‘кипяг при очень низких температурах.

      Не эти ли мысли занимали знаменитого Свифта, когда он сочинял следующий отрывок своего „Путешествия Гулливера“ (3-я часть, Путешествие в Лапута, гл. V — Описание академий в Лагадо

      „Под началом великого ученого находилось 50 рабочих. Одни сгущали воздух, делая его осязаемым, извлекая из него азот и давая испаряться текучим и водянистым частицам и т. д.“.

      Ведь это полная картина производства жидкого воздуха, кислорода и азота — и все это в 1726 году!

      После Свифта понятие о способностях газов сжижаться уясняют приводимые ниже пророческие слова Лавуазье. В то время, когда

      ) На это любопытное сопоставление обратил мое внимание инж. Г. Стейнгель.

      даже легко сжижаемые газы не могли быть приведены в жидкое состояние, знаменитый химик решился сказать:

      „Если бы земля попала внезапно в среду с очень низкой температурой, подобной, например, температуре Юпитера или Сатурна, — вода, которая ныне образует наши реки и моря и, вероятно, значительное большинство из известных нам жидкостей превратились бы в горы и твердые скалы. В этом случае воздух или, по крайней мере, часть газов, его составляющих, изменили-бы свое состояние, превратившись в жидкость из невидимого газа, который существует благодаря нахождению в среде с достаточно высокой температурой, при этом переходе воздуха из одного состояния в другое образовались бы новые, доселе даже не предугадываемые, жидкости".

      Таким образом, начиная с Лавуазье, утверждается мнение, что три состояния вещества — твердое, жидкое и газообразное представляют собой последовательный ряд, при чем каждое из состояний находится в зависимости от температуры окружающей среды.

      Современная наука подтвердила для всех тел, по крайней мере, не разлагающихся при нагревании, полную закономерность и общность этого заключения.

      Без каких-либо других предисловий, перейдем теперь к изучению вопроса о сжижении газов, предварительно вспомнив все те законы, которым подчиняется как испарение жидкостей, так и сгущение их паров.

      Упругость паров жидкостей. — Пары насыщенные и ненасыщенные.

      На рис. 1 изображена барометрическая трубка, заполненная ртутью и погруженная своим открытым концом в сосуд со ртутью же. При этом в пространстве Е образуется пустота; известно, что по высоте ртутного столба АВ (приблизительно 760 мм) определяется атмосферное давление. Введем в барометрическую трубку при помощи загнутой пипетки несколько капель какой-нибудь жидкости: воды, спирта и т. д. Эта жидкость, достигнув свободной поверхности ртути, испарится в пустом пространстве Еу и мы увидим, что уровень ртути, под влиянием образовавшихся паров, понизится от первоначального уровня В до нового уровня С (рис. 2). Высота ВС определяет силу упругости или давление образовавшихся паров при тех условиях, при которых производится опыт. При производстве этого опыта возможны 2 варианта:

      1) В трубку вводится жидкость в избыточном количестве; в этом случае испарится только часть этой жидкости. В барометрическом

      пространстве Е будет содержаться то максимальное количество паров, которое оно может вместить, т. е. пар будет, как принято называть, г насыщенным. Понижение уровня ртути в этом случае будет максимальным и интересно отметить, что это понижение при данной температуре является величиной строго определенной и постоянной, независимо от количества излишка жидкости, введенного в трубку. Можно сказать, что упругость насыщенного пара при определенной температуре является постоянной физической величиной и характеризует жидкость в такой же степени, как ее характеризуют плотность или точка кипения.

      2) Введенная в трубку жидкость испаряется полностью, следовательно, количество ее оказалось недостаточным для образования того количества пара, которое может вместиться в трубку. В данном случае степень понижения уровня ртути не будет представлять собой определенной величины, как это было в первом случае, и будет зависеть от количества введенной жидкости. И совершенно ясно, что если было введено незначительное количество жидкости, то и понижение уровня ртути будет незначительным.

      Таким образом, давление ненасыщенного пара не представляет собою определенной величины и может изменяться в зависимости от количества введенной жидкости в пределах рИс. 1, 2 и 3.

      К сущности понятия ненасыщенного пара мы должны отнестись с должным вниманием, ибо, как впоследствии узнаем, газы представляют собою явление того же порядка, т. е. являются ненасыщенными парами.

      Изменения упругости паров различных жидкостей в зависимости от свойств последних и их температуры.

 

Здесь можно КУПИТЬ Советские УЧЕБНИКИ в бумажном формате!

★ ЕЩЕ ЛИТЕРАТУРА из раздела "НАУКА - ФИЗИКА"

ВСЯ ЛИТЕРАТУРА из раздела "НАУКА - ФИЗИКА"

Полное или частичное копирование материалов сайта разрешается только при указании активной ссылки : Источник материала - "Советское Время"

Яндекс.Метрика