Криогеника что это

Криогеника

Криоге́ника — раздел физики низких температур, изучающий закономерности изменения свойств различных веществ в условиях криогенных температур. Кроме этого, этим термином обозначают технологии и аппаратно-методические средства работы в условиях низких температур.

Содержание

Низкие температуры

В 1971 году Международная академия холода приняла рекомендацию, согласно которой криогенными температурами следует называть температуры ниже 120 K (температура конденсации природного газа) до температуры 0,7 K (температура получения жидкого гелия под вакуумом). Все температуры ниже 0,3 K — это область сверхнизких температур, для получения которых используются специальные методы охлаждения.

Методы получения низких температур

Холодильные циклы

Обратный Цикл Карно

Дроссельный цикл

Цикл построен на изоэнтальпийном охлаждении при прохождении через дроссель.

Источники холода в цикле

Дросселирование

Не является источником холода, а лишь реализует процесс снижения температуры. Источник холода это процесс в котором происходит изменение энтальпии. Дросселирование это изоэнтальпийный процесс.

Детандирование

Детандирование — адиабатное расширение (происходит от фр.). Различаются детандеры: поршневые, турбо, роторные и др. типов. Детандер является одним из основных источников «холода» (наряду с компрессором в криогенном цикле). Адиабатный КПД поршневых детандеров может достигать 90 % и более, у турбодетандеров при высоких температурах указанный параметр не превышает 70 % (при снижении рабочего диапазона температур КПД снижается).

Адиабатическое размагничивание

Адиабатическое размагничивание — метод получения температур ниже 0,7 K. Метод основан на эффекте выделения теплоты из парамагнитных солей при их намагничивании и последующем поглощении теплоты при их размагничивании.

Так же существует ядерное адиобатное размагничивание. В настоящий момент при помощи этого метода, достигнута наинизшая температура.

См. также

Криогеника
Криогенная техника

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Криогеника» в других словарях:

КРИОГЕНИКА — [ Словарь иностранных слов русского языка

криогеника — Область науки, охватывающая исследование, развитие и применение криогенной техники. [ГОСТ 21957 76] Тематики криогенная техника EN cryogenics DE Kryogenie FR cryogénie … Справочник технического переводчика

Криогеника — 5. Криогеника D. Kryogenie E. Cryogenics F. Cryogenie Область науки, охватывающая исследование, развитие и применение криогенной техники Источник: ГОСТ 21957 76: Техника криогенная. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

криогеника — ж. то же, что крионика Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

криогеника — криог еника, и … Русский орфографический словарь

Криоагент — Криоагент вещество, использующееся в качестве рабочего тела в криогенных системах. Криоагенты имеют температуру кипения ниже −120˚C. В качестве криоагента используются, как правило, чистые газы: гелий, азот, кислород, аргон и некоторые… … Википедия

Воздухоразделительные установки — (ВРУ) установки для разделения воздуха на компоненты, а именно на: кислород, азот, аргон, неон, ксенон, криптон. Газовый состав воздуха на земле одинаков, за исключением углекислого газа, углеводородов и аммиака, концентрация которых на… … Википедия

Саймон, Фрэнсис — Фрэнсис Саймон / Франц Ойген Симон Sir Francis Simon / Franz Eugen Simon … Википедия

ГОСТ 21957-76: Техника криогенная. Термины и определения — Терминология ГОСТ 21957 76: Техника криогенная. Термины и определения оригинал документа: 5. Аргон По ГОСТ 10157 Определения термина из разных документов: Аргон Вещества, используемые в криогенной технике 4. Азот По ГОСТ 9293 Определен … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Балдин, Александр Михайлович — (р. 26.II.1926) советский физик, академик (1981; чл. кор. 1972). Р. в Москве. Окончил Московский инженерно физический ин т (1949). В 1949 68 работал в Физическом ин те АН СССР (с 1960 зав. сектором), с 1961 также в Объединенном ин те ядерных… … Большая биографическая энциклопедия

Криогенная технология

ИА Neftegaz.RU. Технология разделения воздуха с помощью криогенных температур на основные газовые компоненты известна очень давно.

Принцип работы криогенных установок основан на сжижении воздуха и последующем его разделении на азот, кислород и аргон.
Такой способ получения газов называется разделением воздуха методом глубокого охлаждения.
Криогенными считаются температуры ниже 120 К (-153 o С).
Сначала воздух сжимается компрессором, затем, после прохождения теплообменников, расширяется в машине-детандере или дроссельном вентиле, в результате чего охлаждается до температуры 93 °K и превращается в жидкость.
Дальнейшее разделение жидкого воздуха, состоящего в основном из жидкого азота и жидкого кислорода, основано на различии температуры кипения его компонентов: кислорода — 90,18 °K, азота — 77,36 °K.
При постепенном испарении жидкого воздуха сначала выпаривается преимущественно азот, а остающаяся жидкость все более обогащается кислородом.

Повторяя подобный процесс многократно на ректификационных тарелках воздухоразделительных колонн, получают жидкие кислород, азот и аргон нужной чистоты.
При относительно высокой стоимости криогенные блоки очень надежны, просты в эксплуатации, обладают высокими техническими характеристиками и позволяют получать газы высокой чистоты в очень больших объемах, например, газообразный азот сверхвысокой чистоты (до 1 ppb), который не может быть получен в адсорбционных и мембранных системах.

В то же время криогенные блоки являются экономически эффективными при долгосрочной эксплуатации за счет низкого удельного энергопотребления и низких эксплуатационных затрат.
Широкое применение нержавеющей стали, особенно для трубопроводов и клапанов, позволяет использовать простые и надежные сварные соединения, а также обеспечивает противокоррозионную стойкость. Кроме этого, само по себе сварные соединения нержавеющих трубопроводов как внутри холодного блока, так и в не его, обеспечивают долговечную плотность и не допускают протечек.
Основными техническими преимуществами криогенного способа являются гарантированная высокая чистота продукта при неизменном расходе, а также низкое удельное энергопотребление в течение всего срока эксплуатации.
Минимизация вращающихся и движущихся механизмов обеспечивает долгий ресурс работы криогенных установок.
При соблюдении проектных условий эксплуатации блока комплексной очистки (БКО) не требуется замена адсорбентов в течение всего срока службы установки.

Криогеника — Cryogenics

Изучение производства и поведения материалов при очень низких температурах Жидкий азот Это диаграмма инфракрасного пространства телескоп, которому нужно холодное зеркало и инструменты. Один прибор должен быть еще холоднее, и в нем есть криокулер. Прибор находится в зоне 1, а его криоохладитель — в зоне 3, в более теплой зоне космического корабля. (см. MIRI (Mid-Infrared Instrument) или Космический телескоп Джеймса Уэбба ) Дьюар среднего размера наполняется жидким азотом из более крупного криогенного резервуара.

In физика, криогеника — это производство и поведение материалов при очень низких температурах.

Неясно, в какой точке шкалы температур охлаждение заканчивается и начинается криогеника, но ученые считают газ криогенным, если его можно сжижать при температуре -150 ° C или ниже (123 K ; -238 ° F Национальный институт стандартов и технологий США рассматривает область криогеники как область температур ниже -180 ° C (93 K; -292 ° F). Это логическая разделительная линия, поскольку нормальная точки кипения так называемых постоянных газов (например, гелий, водород, неон, азот, кислород и нормальный воздух ) лежат ниже -180 ° C, в то время как хладагенты фреон, углеводороды и другие распространенные хладагенты имеют температуру кипения выше -180 ° C.

Открытие сверхпроводящих материалов с критическими температурами, значительно превышающими точку кипения жидкого азота, вызвал новый интерес к надежным и недорогим методам производства высокотемпературного криогенного охлаждения. Термин «высокотемпературный криогенный» описывает температуры в диапазоне от температуры выше точки кипения жидкого азота, −195,79 ° C (77,36 K; −320,42 ° F), до −50 ° C (223 K; −58 ° F).

Криогеники используют шкалу температуры Кельвина или Ранкина, обе из которых измеряют от абсолютного нуля, а не более обычные шкалы, такие как Цельсия, которая измеряется от точки замерзания воды на уровне моря или Фаренгейта с нулевым значением при произвольной температуре.

Содержание

1 Определения и различия
2 Этимология
3 Криогенные жидкости

4 Промышленное применение

4.1 Криогенная обработка
4.2 Топливо

Определения и различия

Этимология

Слово «криогеника» происходит от греческого κρύο (крио) — «холодный» + γονική (генический) — «производственный».

Криогенные жидкости

Криогенные жидкости с их точкой кипения в кельвинах.

Жидкость	Точка кипения (K)
Гелий-3	3,19
Гелий-4	4,214
Водород	20,27
Неон	27,09
Азот	77,09
Воздух	78,8
Фтор	85,24
Аргон	87,24
Кислород	90,18
Метан	111.7

Промышленное применение

Криогенный клапан

Сжиженные газы, такие как жидкий азот и жидкий гелий, используются во многих криогенных приложениях. Жидкий азот является наиболее часто используемым элементом в криогенной технике, и его можно законно купить во всем мире. Также широко используется жидкий гелий, который позволяет достичь самых низких достижимых температур.

Эти жидкости могут храниться в колбах Дьюара, которые представляют собой двустенные контейнеры с высоким вакуумом между стенками для уменьшения теплопередачи в жидкость. Типичные лабораторные колбы Дьюара имеют сферическую форму, сделаны из стекла и защищены металлическим внешним контейнером. Сосуды Дьюара для очень холодных жидкостей, таких как жидкий гелий, имеют еще один контейнер с двойными стенками, заполненный жидким азотом. Сосуды Дьюара названы в честь их изобретателя Джеймса Дьюара, человека, который первым сжижил водород. Термосы — это меньшие по размеру термосы, заключенные в защитный кожух.

Криогенные этикетки со штрих-кодом используются для маркировки сосудов Дьюара, содержащих эти жидкости, и не замерзают до -195 градусов Цельсия.

Криогенные перекачивающие насосы — это насосы, используемые на пирсах СПГ для передачи сжиженного природного газа из танкеров для перевозки СПГ в резервуары для хранения СПГ, а также криогенные клапаны.

Криогенная обработка

Область криогеники продвинулась вперед во время Второй мировой войны, когда ученые обнаружили, что металлы, замороженные до низких температур, обладают большей устойчивостью к износу. На основе этой теории криогенного упрочнения промышленная криогенная обработка была основана в 1966 году Эдом Бушем. Имея опыт работы в отрасли термообработки, Буш основал в Детройте компанию под названием CryoTech в 1966 году, которая объединилась с 300 Lower в 1999 году и стала крупнейшей в мире и старейшая коммерческая криогенная перерабатывающая компания. Изначально Буш экспериментировал с возможностью увеличения срока службы металлических инструментов до уровня от 200% до 400% от первоначального ожидаемого срока службы с помощью криогенного отпуска вместо термической обработки. В конце 1990-х это переросло в обработку других частей.

Криогены, такие как жидкий азот, в дальнейшем используются для специального охлаждения и замораживания. Некоторые химические реакции, подобные тем, которые используются для производства активных ингредиентов для популярных препаратов статинов, должны происходить при низких температурах примерно -100 ° C (-148 ° F). Специальные криогенные химические реакторы используются для отвода тепла реакции и создания низкотемпературной среды. Для замораживания пищевых продуктов и биотехнологических продуктов, таких как вакцины, требуется азот в системах шоковой заморозки или иммерсионной заморозки. Некоторые мягкие или эластичные материалы становятся твердыми и хрупкими при очень низких температурах, что делает криогенное измельчение (криомельницу ) вариантом для некоторых материалов, которые нелегко измельчить при более высокие температуры.

Криогенная обработка — это не замена термической обработки, а скорее продолжение цикла нагрев – закалка – отпуск. Обычно при закалке конечная температура равна температуре окружающей среды. Единственная причина этого в том, что большинство установок для термообработки не имеют охлаждающего оборудования. В температуре окружающей среды нет ничего металлургически значимого. Криогенный процесс продолжает это действие от температуры окружающей среды до -320 ° F (140 ° R; 78 K; -196 ° C). В большинстве случаев за криогенным циклом следует процедура теплового отпуска. Поскольку все сплавы не имеют одинаковых химических компонентов, процедура отпуска варьируется в зависимости от химического состава материала, термической истории и / или конкретного применения инструмента.

Весь процесс занимает 3–4 дня.

Топливо

Еще одно применение криогенной техники — криогенное топливо для ракет с жидким водородом в качестве наиболее широко используемого примера. Жидкий кислород (LOX) еще более широко используется, но в качестве окислителя, а не топлива. Рабочая лошадка НАСА Space Shuttle использовала криогенное водородно-кислородное топливо в качестве основного средства выхода на орбиту. LOX также широко используется с керосином РП-1, некриогенным углеводородом, например, в ракетах, построенных для советской космической программы Сергеем Королевым.

Россия Производитель самолетов Туполев разработал вариант своей популярной конструкции Ту-154 с криогенной топливной системой, известный как Ту-155. Самолет использует топливо, называемое сжиженным природным газом или СПГ, и совершил свой первый полет в 1989 году.

Другие применения

Астрономические инструменты на Очень большом телескопе оснащены системами охлаждения с непрерывным потоком.

Некоторые применения криогеники:

В больших городах трудно передавать мощность по воздушным кабелям, поэтому используются подземные кабели. Но подземные кабели нагреваются, и сопротивление провода увеличивается, что приводит к потере энергии. Сверхпроводники могут использоваться для увеличения пропускной способности, хотя для них потребуются криогенные жидкости, такие как азот или гелий, для охлаждения специальных кабелей, содержащих сплавы, для увеличения передачи энергии. Было выполнено несколько технико-экономических обоснований, и месторождение является предметом соглашения в рамках Международного энергетического агентства.

Криогенные газы используются для транспортировки и хранение больших масс замороженных пищевых продуктов. Когда необходимо доставить очень большие количества продуктов питания в такие регионы, как зоны боевых действий, районы, пострадавшие от землетрясения и т. Д., Они должны храниться в течение длительного времени, поэтому используется криогенное замораживание продуктов. Криогенная заморозка пищевых продуктов также полезна для крупных предприятий пищевой промышленности.
Многие инфракрасные (передовые инфракрасные ) камеры требуют криогенного охлаждения своих детекторов.
Определенные редкие группы крови хранятся при низких температурах, например -165 ° C, в банках крови.
Технология криогеники с использованием жидкого азота и CO 2 была встроена в ночной клуб эффектные системы для создания охлаждающего эффекта и белого тумана, который можно освещать цветными огнями.
Криогенное охлаждение используется для охлаждения наконечника инструмента во время обработки на производстве процесс. Увеличивает срок службы инструмента. Кислород используется для выполнения нескольких важных функций в процессе производства стали.
Многие ракеты используют криогенные газы в качестве топлива. К ним относятся жидкий кислород, жидкий водород и жидкий метан.
При замораживании автомобильной или грузовой шины в жидком азоте резина становится хрупкой и может быть раздроблена на мелкие частицы. Эти частицы можно снова использовать для других предметов.
Экспериментальные исследования определенных физических явлений, таких как спинтроника и свойства магнитотранспорта, требуют криогенных температур для наблюдения эффектов.

Производство

Криогенное охлаждение устройств и материалов обычно достигается за счет использования жидкого азота, жидкого гелия или механического криохладителя (в котором используются линии гелия высокого давления).. Криохладители Gifford-McMahon, криохладители с пульсирующей трубкой и криохладители Стирлинга широко используются с выбором на основе требуемой базовой температуры и холодопроизводительности. Самым последним достижением в области криогеники является использование магнитов в качестве регенераторов, а также холодильников. Эти устройства работают по принципу, известному как магнитокалорический эффект.

Детекторы

Существуют различные криогенные детекторы, которые используются для обнаружения криогенных частиц.

Для измерения криогенных температур до 30K используются датчики Pt100, резистивный датчик температуры (RTD). Для температур ниже 30К необходимо использовать кремниевый диод для точности.

Криогенная техника

Демако — специалист по криогенной инфраструктуре. Сорок лет назад наша компания сильно увлеклась этой специализированной областью, эта страсть с тех пор только возросла. Но как именно работает криогенная техника? Что такое криогенные газы, как достигается сверхнизкая температура, какие риски и в каких отраслях промышленности криогенная техника используется больше всего? Вы можете прочитать все это и многое другое на этой странице.

Что такое криогенная технология

Криогеника происходит от греческого слова «Kryos», что означает «холодный». Это область, в которой материалы производятся, хранятся, транспортируются и используются при сверхнизких температурах. Крайний холод может вызвать интересные химические реакции. Например, вещества переходят из газового состояния в жидкое или принимают твердую форму благодаря охлаждению.

Известная жидкость, которая меняет свое состояние при охлаждении, — это вода. При температуре 0 градусов Цельсия вода превращается из жидкости в твердое вещество, известное как лед. Однако, это не криогенная техника. О криогенике мы говорим только тогда, когда достигается температура -160 градусов Цельсия или ниже. Это температуры, при которых газы становятся жидкими; данный метод используется в различных отраслях промышленности.

Температура, необходимая для сжижения газа, варьируется от одного газа к другому. Например, кислород разжижается при температуре минус 183 градуса Цельсия, в то время как гелий требует температуры не менее минус 269 градусов Цельсия.

Как достигается криогенная температура?

Для достижения температуры замерзания необходимы сложные технологии. В большинстве случаев для генерации криогенных температур используются 4 различных метода:

1. Тепловая проводимость

Тепловая проводимость является, пожалуй, наиболее знакомым методом. При контакте двух продуктов или материалов тепло передается от самого горячего продукта к самому холодному. Этот же принцип применим и к криогенным температурам. Крайний холод передается путем контакта газа, жидкости или твердого вещества с криогенной жидкостью. В результате этого газ, жидкий или твердый, также достигает желаемой криогенной температуры.

2. Испарительное охлаждение

Атомы или молекулы имеют меньше энергии в жидкой форме, чем в газообразной. Во время испарения жидкого продукта атомы или молекулы, находящиеся на поверхности, получают из окружающей жидкости достаточную энергию, чтобы перейти в газообразное состояние. Оставшаяся же жидкость, напротив, удерживает меньше энергии, что делает ее холоднее. Таким образом, вызывая процесс испарения, можно добиться охлаждения жидкости.

3. Охлаждение за счет быстрого расширения

Третий метод — использование эффекта Джоуль-Томпсона. Это включает в себя охлаждение газов путем резкого увеличения объема или одинаково быстрого перепада давления. Этот метод широко используется при сжижении водорода и гелия.

4. Адиабатическое размагничивание

Четвертый и последний метод в основном используется для охлаждения жидкого гелия и включает в себя парамагнитные соли для поглощения тепла. Парамагнитную соль можно рассматривать как огромное количество маленьких магнитов, которые при размещении на сильном магнитном поле и обработке электромагнитом генерируют или используют энергию. Поглощая энергию с этими материалами из газа, газ становится холоднее и холоднее.

demaco

История криогенной технологии

Появляется все больше и больше жидких газов

Когда компания Demaco была впервые представлена в криогенной отрасли около 1985 года, это была относительно новая область специализации. Однако криогенная техника получила широкую известность лишь в XIX веке, так как к тому времени все больше и больше газов можно было успешно сжигать.

Все началось еще в 1877 году, когда Кейлет и Пикте преуспели в разжижении кислорода. Примерно в это время эксперименты шли полным ходом, и вскоре появились жидкие версии других газов. Например, в 1884 году водород стал первым газом, преобразованным в водяную пыль. В 1892 году сэр Джеймс Дьюар разработал вакуумно-изолированный сосуд для хранения криогенных жидкостей, что облегчило работу со сжиженными газами.

В последующие годы специалистам удалось сжижить все большее количество газов, в том числе последний в очереди — гелий. Впервые жидкая форма этого газа была использована в 1908 году.

Криогенные методы в различных отраслях промышленности

Тем временем все больше отраслей промышленности открывали для себя полезность криогенных технологий. Например, в 1961 году криохирургия впервые практиковалась в США. Ученые обнаружили, что медленное охлаждение может разрушить нездоровые человеческие ткани. В Соединенных Штатах для этой цели использовался жидкий азот, а несколько лет спустя врачи в Южной Африке также использовали этот метод. Однако в Южной Африке вместо жидкого азота использовался окись азота.

В отрасли космических полетов в 20-м веке также были внедрены криогенные технологии. В 1961 году американская ракета «Атлас-Центавр» впервые в космической программе использовала жидкий водород и жидкий азот. Это событие считается важной вехой в криогенике и сразу же привело к крупномасштабному производству жидкого водорода для подобных проектов.

Медицинская и аэрокосмическая отрасли являются лишь примерами отраслей, в которых криогенная технология используется уже давно. Криогенная техника также долгое время занимала видное место в научных исследованиях, морской промышленности, а также в массовом производстве сжиженных газов в установках разделения воздуха.
Узнайте больше об отраслях, в которых используются криогенные технологии.

Криогеника что это