Prvý komerčný generátor kyslíka sa objavil v roku 1903; v roku 1908 holandská spoločnosť Camerin Onnes predchladila hélium kvapalným vodíkom a expandovala za entiapalpických podmienok za adiabatických podmienok znížením teploty pod 4,2 K. Získajte tekuté hélium; v roku 1965 vynašiel Sovietsky zväz Neganov a ďalší vynález riediacej chladničky, aby teplota dosiahla 0,025 K; od 70. rokov minulého storočia ľudia používajú demagnetizačnú chladiacu technológiu na ďalšie zníženie chladiacej teploty zariadenia&# 39.
Skvapalnenie plynu Skvapalnenie plynu sa realizuje zariadením na skvapalňovanie tkanív na základe cyklu skvapalňovania. Hlavnými skvapalňovacími cyklami sú skvapalňovací cyklus Linde a skvapalňovací cyklus Claude.
① Cyklus skvapalňovania Linde: Cyklus, ktorý využíva škrtiaci účinok škrtiacej klapky na skvapalnenie surového plynu (obrázok 1). Surový plyn normálneho tlaku pl a normálnej teploty T1 je stlačený v kompresore zo stavu 1 do stavu 2 a zodpovedajúci tlak je p2. Teplota sa pomocou tepelného výmenníka zníži na stav 3, potom sa pomocou škrtiacej klapky zníži tlak a do stavu sa vykoná expanzia izoenthalpie. 4. V tomto okamihu sa časť plynu premení na kvapalinu a vypustí sa zo zásobníka kvapaliny; časť plynu, ktorá neskvapalnila, sa vo výmenníku tepla znovu zahreje na stav 1, čím sa vytvorí tepelný cyklus.
② Claudeov cyklus skvapalňovania: Cyklus, ktorý využíva na skvapalnenie surového plynu izentropickú expanziu a izenthalpickú expanziu v kombinácii s chladením (obrázok 2). Surový plyn normálneho tlaku pl a normálnej teploty T1 je stlačený zo stavu 1 do stavu 2 pri strednej teplote v kompresore, zodpovedajúci tlak je p2 a teplota je znížená do stavu 3 pomocou tepelného výmenníka E1. Potom sa plyn rozdelí na dve časti, časť plynu pokračuje v prechode cez tepelné výmenníky E2 a E3 a ochladí sa na stavy 4 a 5 a potom sa entalpia expanduje do stavu 6 cez škrtiacu klapku. V tomto okamihu sa časť plynu zmení na kvapalinu a je vypúšťaná zo zásobníka kvapaliny; neskvapalnená časť plynu sa opätovne zahreje na stav 8 vo výmenníku tepla E3 a potom splynie s ďalšou časťou plynu, ktorá sa expanduje do stavu 8 v expandéri so strednou entropiou, a nakoniec sa vymení. Ohrievače E2 a E1 sa znova ohrejú do stavu 1, čím sa vytvorí termodynamický cyklus. Na tomto základe vyvinuté ďalšie skvapalňovacie cykly, ako sú napríklad škrtiace cykly skvapalňovania s ďalšími chladiacimi cyklami (napríklad cykly predchladenia amoniakom alebo kvapalným dusíkom alebo inými studenými zdrojmi) alebo isentropické expanzné skvapalňovacie cykly s externými chladiacimi cyklami (napríklad externé chladenie dusíkom). cyklus), cyklus skvapalňovania izentropickej expanzie, chladiaci cyklus s regeneratívnym plynom (pozri cyklus chladničky) a viacstupňový cyklus skvapalňovania s izentropickou expanziou.
Vyššie uvedené rôzne cykly sú ideálne cykly. V praktických aplikáciách však kompresný proces kompresora nie je izotermický proces, tepelný výmenník má nedostatočný dohrev a stratu studenej kapacity v dôsledku vnikania vonkajšieho tepla a expandér má adiabatické straty a mechanické straty, takže je potrebné kompenzáciu v skutočnom procese chladenia. Opatrenia na dosiahnutie tepelnej bilancie procesu.
Separácia plynov Medzi bežne používané princípy separácie surových plynov patrí hlboká kryogénna rektifikácia, hlboká kryogénna frakčná kondenzácia a hlboká kryogénna adsorpcia. ①Hlboká a nízkoteplotná destilácia: najskôr skvapalnite surový plyn a potom jednotlivé zložky oddeľte podľa rozdielnej teploty kondenzácie (odparovania) každej zložky pomocou princípu rektifikácie. Proces separácie sa uskutočňuje v hlbokej kryogénnej rektifikačnej veži. Táto metóda je vhodná pre surový plyn s podobnou kondenzačnou teplotou oddelených zložiek, ako je napríklad separácia kyslíka a dusíka zo vzduchu. ②Hlboká nízkoteplotná segregácia: pomocou rozdielu v kondenzačnej teplote každej zložky v surovom plyne znížite teplotu surového plynu vo výmenníku tepla, jednotlivé zložky skvapalňujte z vysokej na nízku a oddeľte kvapalinu v oddeľovač. Táto metóda je vhodná na separáciu surového plynu, ako je koksárenský plyn, kde je kondenzačná teplota separovaných zložiek ďaleko. ③Hlboká a nízkoteplotná adsorpcia: Použitie poréznych tuhých adsorbentov má vlastnosti selektívnej adsorpcie na adsorpciu určitých zložiek nečistôt pri hlbokých a nízkych teplotách za získania čistých produktov. Napríklad adsorbér molekulárneho sita sa používa na adsorpciu kyslíka a dusíka zo surového argónu pri teplote kvapalného vzduchu na získanie rafinovaného argónu.
Podľa potrieb procesu sa niekedy používa jeden princíp samostatne a niekedy sa používa niekoľko princípov súčasne.