Расчет установки для ожижения водорода, страница 2

Т,К ..........................................  15   20,39   30     50     60    70

Q. Дж/Г.................................... 527   525    506    364    285   216

T, К ..........................................  75   100   125   150   175   200  250

Q, Дж/Г....................................... 185  88,3  37,5  15,1   5,7   2,06  0.23

Отсюда видно, что теплота, выделяющаяся при конверсии в сжиженном нормальном водороде, больше теплоты испарения (447 Дж/г), поэтому даже в идеально изолированном сосуде нормальный жидкий водород может испариться в процессе орто-парапреврашения. Потери жидкости при этом составляют около 18 % за первые сутки, а через 100 ч остается менее 60 % жид­кости.

    Для уменьшения потерь жидкого водорода при хранении в процессе его ожижения обязательна ускоренная конверсия в присутствии твердых катализаторов. Конверсию чаще всего проводят на нескольких температурных уровнях: например, при температурах 65-75 и 20 К. Ускорение конверсии в присутствии катализатора объясняется тем, что на его поверхности происхо­дит процесс установившейся адсорбции: попадающие на поверх­ность катализатора молекулы ортоводорода покидают ее в сос­тоянии парамоднфмкации. Катализаторами могут быть различ­ные твердые вещества: активированный уголь, окислы метал­лов, гидроокиси железа, никеля, хрома, марганца. Катализаторам придают зернистую структуру (размер зерен около 1 мм). Про­цесс конверсии в жидком нормальном водороде можно ускорить также с помощью ультразвука. Однако практически этот способ не используют. Если жидкий параводород испарить и нагреть, то он длительное время будет оставаться в парамодификации даже при температуре выше 300 К. Для возвращения к равно­весному составу водород нагревают до температуры 1000 К в при­сутствии катализаторов (никеля, вольфрама, платины).

    Водород обладает рядом уникальных свойств. Это самый легкий газ, его плотность во всех состояниях меньше плотности других веществ, поэтому его удельная массовая теплоемкость в любых агрегатных состояниях саман большая. Скорость движения молекул водорода больше, чем любых других, поэтому он характеризуется и наибольшей скоростью диффузии. В газообразном состоянии водород имеет наибольшую теплопроводность и наименьшую вязкость. Плот­ность льда водорода, как и других криогенных веществ, больше плотности жидкости. Физические свойства орто- и пара-модификаций различаются. При этом различия плотности, теплоты испарения, теплоты плавления, теплопроводности жид­кости, скорости звука невелики, что можно не принимать во внимание при инженерных расчетах. Наибольшие отличия харак­терны только для теплоемкости, а следовательно, и тепло­проводности в интервале температур 80-250 К, т.е. в области вырождения вклада вращательного движе­ния в теплоемкость. В указанном интервале темпе­ратур значения теплоемкости и теплопроводности параводорода могут на 20 % превышать их значения для нормального водорода.

Растворимость гелия в жидком водороде при давлении меньше 0,3 МПа близка к нулю, В этой связи газообразный более холодный гелий можно использовать, например, для переохлаж­дения жидкого водорода, организуя барботажный процесс.

Водород горит в присутствии воздуха или кислорода бледно-голубым или почти бесцветным (если нет примесей) пламенем с высокой нормальной скоростью фронта его распространения (2,7 м/с) и низкой излучательной способностью. Воспламеняе­мость смесей водорода с воздухом и кислородом зависит от концентрации водорода. Например, для смеси с воздухом при атмосферном давлении и температуре 293 К диапазон воспламе­няемости соответствует объемной доле водорода 4-75 %, а особо взрывоопасный диапазон — 18-65 %, Газообразный водород в значительной мере пожаровзрывоопасен, и обращение с ним требует определенных мер предосторожности. Детонация (устойчивая детонационная волна) возникает преимущественно при воспламенении в ограниченных объемах (аппаратах, трубах, машинах, помещениях и др,) и редко наблюдается в открытом пространстве. При использовании жидкого водорода дополни­тельно возникает опасность взрыва вследствие образования детонирующих конденсированных смесей: жидкий водород — твердый кислород и жидкий водород — твердый, обогащенный кислородом воздух, поэтому особое внимание придают чистоте жидкого водорода и контролю над его составом.