mini|desno|250px|Tekući dušik
Ukapljivanje plinova ili kondenzacija je prevođenje plinova u kapljevito (tekuće) agregatno stanje. Provodi se najviše radi lakšeg prijevoza i skladištenja plinova te za postizanje niskih temperatura (niskotemperaturna fizika ili kriofizika). Plinovi se mogu ukapljiti hlađenjem, kompresijom ili kombinacijom tih postupaka, pri čemu značajnu ulogu imaju kritični tlak i kritična temperatura koji su svojstveni svakom plinu. Ukapljivanje samo kompresijom pri stalnoj temperaturi uspijeva ako je ta temperatura niža od kritične, a samo hlađenjem pri stalnom tlaku ako je tlak niži od kritičnoga. Tako će zrak pri stalnom atmosferskom tlaku prijeći iz plinovitog u kapljevito agregatno stanje kada ga se ohladi na -194 °C. Slično tome dolazi do ukapljivanja zraka njegovim tlačenjem na dovoljno visok tlak pri stalnoj temperaturi nižoj od kritične (na primjer pri -150 °C za ukapljivanje zraka potreban je tlak od približno 20 bara). Za zrak je, zbog njegove niske kritične temperature, takav postupak nepraktičan, ali je prikladan na primjer za ugljikov dioksid, koji postaje kapljevit primjenom tlaka od 57,4 bara pri temperaturi od 20 °C.
Povijest mini|tekući kisik Pionirske radove na ukapljivanju plinova niske kritične temperature izveli su 1877. gotovo istodobno francuski fizičar Louis Paul Cailletet (1832. – 1913.) i švicarski fizičar Raoul Pictet (1846–1929), postigavši pojavu magle kisika u laboratorijskim uvjetima. Time su dokazali da je kisik plin koji se može dovesti u kapljevito i čvrsto stanje. Prvo ukapljivanje zraka uspjelo je 1883. poljskim fizičarima Zygmuntu Wróblewskomu (1845. – 1888.) i Karolu Olszewskomu (1846. – 1915.) primjenom trostupanjskog rashladnog stroja. Tadašnje stanje rashladne tehnike nije dopuštalo uporabu takvih kaskadnih rashladnih uređaja za industrijsku primjenu, ali se oni danas primjenjuju ravnopravno s ostalim sustavima ukapljivanja plinova.
Prvi industrijski uređaj za ukapljivanje plinova, ponajprije zraka, patentirao je 1895. Carl von Linde. Uređaj je zasnovan na Joule-Thomsonovu učinku, prema kojem plinovi prilikom smanjenja tlaka mijenjaju temperaturu: iznad takozvane inverzne temperature se zagrijavaju, a ispod nje se hlade. Jednostupanjski Lindeov uređaj izvana je dobro izoliran protusmjerni izmjenjivač topline (rekuperator), a čini ga cijev u cijevi. Kroz središnju cijev struji vrlo stlačen plin (oko 200 bara), kojem na izlazu tlak pada na atmosferski. Pritom se zrak hladi za 0,25 °C/bar pa se pri dekompresiji s 200 na 1 bar ohladi za približno 50 °C. Dio tako ohlađenog plina vraća se kroz vanjsku cijev rekuperatora, hladeći u protustruji nadolazeći stlačeni plin. Plin nakon višekratnog prigušivanja poprima temperaturu koja mu je niža od vrelišta te se jedan dio izlučuje kao kapljevita faza, dok se ostatak (zasićena para) vraća u rekuperator kako bi se hladio nadolazeći stlačeni plin. Linde je postupak usavršio uvođenjem stupnjevane kompresije i dekompresije te prethlađenjem plina. Takvi usavršeni postupci koriste se i danas u industrijskim pogonima za ukapljivanje zraka i drugih plinova, a primjenjuju se i slični postupci u kojima je dekompresijski dio zamijenjen ekspanzijskim strojem radi povrata dijela rada utrošenog pri kompresiji. Takvi su postupak sa stapnim kompresorom i ekspanderom te postupak s turbokompresorom i turboekspanderom. Za ukapljivanje plinova služe i strojevi zasnovani na lijevokretnom Stirlingovom procesu (patent Philips) te kaskadni rashladni uređaji.
Primjena mini|desno|250px|Dio pogona za destilaciju zrakaDanas se od plinova najviše ukapljuje zrak, iz kojega se frakcijskom destilacijom izdvajaju: kisik (svjetska proizvodnja viša od 100 milijuna tona na godinu) za metalnu i kemijsku industriju, dušik, koji se u kapljevitom stanju koristi za postizanje niskih temperatura te plemeniti plinovi, od kojih najvišeargon za inertne atmosfere. Osim zraka, u velikim se količinama ukapljuju i gorivi plinovi: smjesa propana i butana u bocama za kućansku uporabu kapljevita je pri sobnoj temperaturi već na umjerenim tlakovima (između 2,5 i 8 bara, ovisno o udjelu propana), a za ukapljivanje metana pri atmosferskom tlaku potrebno ga je ohladiti na temperaturu od -162 °C. U budućnosti se očekuje izdašna primjena vodika kojeg se racionalno skladišti samo u kapljevitom stanju, a kapljeviti helij osobito je važan u istraživanju supravodljivosti.
Izvori
Kategorija:Fizika čvrstog stanja Kategorija:Termodinamika