氣體液化

氣體液化是指將氣體轉變為液體（凝結）的過程。氣體液化是複雜的程序，為了達到高壓以及非常低的溫度，需要許多的壓縮和膨脹過程，其中也可能會用到渦輪膨脹機（英語：turboexpander）。

用途

液化過程可以用在科學、工業或是商業的應用上。許多氣體在一般氣壓下冷卻就可以成為液體，有些氣體（例如二氧化碳）需要在冷卻時再加壓。氣體液化會用在分析氣體分子的基本特性（分子間作用力），或是將氣體液化後儲存（例如液化石油氣），或是用在製冷和空氣調節（暖通空調，HVAC）。氣體會在冷凝管中液化，釋放汽化熱，之後再在蒸發器中蒸發，再吸收汽化熱。氨是最早使用的製冷劑，仍常常用在工業冷凍中，不過在住家和商業應用上，已被由石油和鹵素製成的冷媒（例如氟氯碳化合物）所取代。

在醫院中，液氧是用來提供給有呼吸問題的病患，液氮會用在需要低溫手術（英語：cryosurgery）的場合，例如在授精器中冷凍精液，科學家和實驗室也會用液氮來保存樣本。液氯會用在水處理的最後方案，也用在水的淨化、工業廢料、污水和泳池的淨化，紙漿和紡織品的漂白、製造四氯化碳、二元醇以及其他的有機化合物（例如光氣）。

氦的液化（⁴He）是用林德－漢普遜循環進行預冷，這使得海克·卡末林·昂內斯在1913年獲得諾貝爾獎。一般大氣壓力下，液氦的沸點是4.22 K（−268.93 °C）。若低於2.17 K，液態的⁴He會變成超流體（超流體氦-4（英語：Superfluid helium-4），彼得·列昂尼多維奇·卡皮察在1978年因此獲得諾貝爾獎），而且有特殊的特性，例如透過第二類聲（英語：second sound）進行熱傳、零黏度、噴泉效應等。

空氣的液化也可以得到氮、氧、氬以及其他大氣中的稀有氣體，方式是透過空氣分離裝置進行分餾。

液態空氣

林德過程

空氣可以透過林德－漢普遜循環液化，在循環中會反覆將空氣壓縮、冷卻再膨脹，每一次膨脹後的空氣溫度都會下降。在溫度較低時分子的活動較慢，所佔的體積也比較小，因此最後會液化成液態空氣。

克洛德過程

也可以透過克洛德（英語：Georges Claude）過程來液化空氣，其中會將空氣在二個腔室中進行二次等熵膨脹。在膨脹過程中，空氣會對外作功，因此帶動膨脹渦輪（英語：expansion turbine）。此時的空氣還不是液態，因為液態的空氣會破壞渦輪。商用的空氣液化裝置會直接在超臨界壓力下壓縮空氣，以避免液態空氣破壞渦輪的問題^[1]。最後空氣會在熱膨脹閥（英語：thermal expansion valve）中進行等焓膨脹，並且液化。

參考資料

^ Greenwood, Harold Cecil. Industrial Gases. D. Van Nostrand. 1919: 87.

外部連結

Liquefaction of Gases （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
History of Liquefying Hydrogen - NASA （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

[1] Greenwood, Harold Cecil. Industrial Gases. D. Van Nostrand. 1919: 87.

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