Gazlar Nasıl Sıvılaştırılır?

Gazların sıvılaştırılması çeşitli yöntemler kullanılarak bir gazın sıvı durumuna getirilmesidir. Bu yöntemler bilimsel ticari ya da endüstriyel amaçlar için kullanılabilir. Çoğu gaz normal atmosfer basıncı altında basitçe soğutularak sıvı haline getirilebilir. Karbon dioksit gibi birkaç gaz için de ayrıca basınç altında tutma işlemi uygulanması gerekir.
Sıvılaştırma gaz moleküllerinin temel özelliklerinin analizinde ve gazların depolanmasında kullanılır.

Her bir gaz kendine has kritik bir sıcaklığın altında sıvılaştırılabilir. CO2’nin kritik sıcaklığı 31°C (304°K)dir. Bu gaz kolayca sıvılaştırılıp endüstride kullanma gayesiyle basınçlı çelik silindirler içinde depo edilir. Hava, Oksijen, Azot, Hidrojen ve Helyumun kritik sıcaklıkları ise çok daha düşüktür. Bu gazların sıvılaştırılması büyük bir teknik başarı olmuş ve birçok endüstriyel uygulamalarla sonuçlanmıştır. 

Kaskat işlemi

1877 yılında İsviçreli fizikçi Raoul Pictet, buharlaşmanın soğutma ve basıncın sıvılaştırma etkilerini müştereken kullanarak, oksijeni sıvılaştırdı. Oksijenin kritik sıcaklığın altındaki -140°C(133°K) sıcaklığına inmek için iki kademe kullanmıştır. İlk kademede SO2 sıkıştırılarak sıvılaştırıldı ve sonra buharlaştırıldı. Böylece yine sıkılaştırılarak sıvılaştırılmış CO2 ihtiva eden ikinci kademenin soğutulması sağlandı. Bunun da buharlaştırılması ile üçüncü kademedeki O2 soğutuldu ve 500 atmosferlik bir basınç altında sıkıştırılıp sıvı Oksijen elde edildi. Sıcaklık kademeler halinde düşürüldüğü için Pictet’in metoduna kaskat işlemi denir. Bu işlem helyum veya hidrojeni sıvılaştırmada kullanılamaz. Çünkü hiçbir madde buharlaştırılarak Hidrojenin kritik sıcaklığı olan -240°C(33°K) elde edilemez. 

Linde Hampson metodu

1895 yılında Alman Kimyageri Karl von Linde, İngiliz Fizikçisi William Hampson aynı zamanda bir jeneratif (geribesleme) sistemi keşfettiler. Bir jikleyi terk eden gazdan faydalanarak, giren sıkıştırılmış gazın soğutulması sağlandı. Giren gazın sıcaklığı o kadar düşük olur ki, çıkan gazın bir kısmı sıvılaşır. Diğer kısmı ise giren gazın ön soğutmasını sağlamak üzere devamlı geri beslenir. 

Hampson’un hava sıvılaştırıcısında sıkıştırılmış hava, bir ısı eşanjörünün borularından beslenir ve daha sonra bir jikleden geçer. Gazın bir kısmı sıvı hava olur. Geri kalan kısmı boruların dışından geçirilerek içeri sıkıştırılmış havanın soğutulmasında kullanılır. Bu metodla neon, hidrojen ve helyum hariç, herhangi bir gaz sıvılaştırılabilir.

Claude metodu

1902’de Fransız Kimyacısı George Claude a diyabetik genleştirme yoluyla hav ayı sıvılaştırmıştır. Onun metodunda pistonlu bir makinanın içindeki yüksek basınçlı hava, çevresiyle herhangi bir ısı alışverişinde bulunmadan iş yapmaktadır. Havanın iş yapması, iç enerjisinin azalmasına, dolayısıyla sıcaklığının düşmesine sebeb olur. Soğutulmuş olan havanın bir kısmı, bir sıvılaştırıcının tüplerinin içine gönderilip sıvılaştırılır. Diğer bir kısmı ise pistonlu makin Aya gelen yüksek basınçlı havayı ön-soğutm aya tabi tutmak için kullanılır. Ön-soğutmadan geçen yüksek basınçlı havanın bir kısmı ise sıvılaştırıcının tüplerinin dış kısmına gönderilir. Pistonlu makinanın teteranlı kullanılması sonucu, soğuk tüplerin üzerinden geçen hava sıvılaşır ve sıvılaştırıcının dibinde birikir. C.W.P Heylandt da adiyabatik genleşmeyi kullanan bir hava sıvılaştırıcısı geliştirmiştir. Onun metodunun Claude metodundan farklılığı pistonlu makinadaki adiyabatik genleşmeyi Linde-Hampson metoduna ilave olarak kullanmasıdır.