No products in the cart.

در سری مقالات پیشین به بررسی مفاهیم مختلف فشار پرداختیم. اکنون میخواهیم یکی دیگر از جذاب ترین و کاربردی ترین انواع فشار، یعنی فشار بحرانی را معرفی کنیم. این مفهوم نه تنها در علم ترمودینامیک اهمیت دارد، بلکه پایه اصلی فرایندهایی مانند مایع سازی گازها در صنعت است. اما سؤال کلیدی اینجاست: آیا با افزایش فشار میتوان هر گازی را در دمای محیط به مایع تبدیل کرد؟ پاسخ این سؤال را با بررسی دو مثال ملموس—گاز مایع (LPG) و گاز طبیعی—بیابید.
گاز مایع (LPG): زمانی که شهرها به کپسول های گاز وابسته بودند
شاید شما هم به خاطر داشته باشید که پیش از توسعه شبکه های گازرسانی شهری، در بسیاری از منازل از کپسول های فلزی معروف به گاز مایع یا LPG استفاده می شد. این کپسول ها حاوی مخلوطی از گازهای پروپان و بوتان هستند که در دمای محیط و با اعمال فشاری نسبتاً پایین (حدود ۱۰-۱۵ بار) به حالت مایع درمی آیند. علت این تبدیل ساده، دمای بحرانی بالاتر این گازها نسبت به دمای محیط است:
- پروپان: دمای بحرانی ≈ 96 °C
- بوتان: دمای بحرانی ≈ 152 °C
از آنجا که دمای بحرانی این گازها بالاتر از دمای اتاق است، با افزایش فشار (بدون نیاز به سردسازی شدید) به راحتی مایع می شوند.
گاز طبیعی: همان گازی که امروز در خانه ها و خودروها استفاده می شود
گاز طبیعی که ترکیب اصلی آن متان است، امروزه از طریق شبکه های لوله کشی به منازل رسیده و به عنوان سوخت پاک در خودروهای گازسوز (CNG) نیز کاربرد دارد. اما تفاوت کلیدی این گاز با LPG چیست؟
- متان: دمای بحرانی ≈ منفی ۸۲.۵ درجه سلسیوس
- فشار بحرانی ≈ ۴۶ بار
متان در دمای محیط، مثلا 25 درجه سلسیوس، حتی با اعمال فشار بسیار بالا (مثلاً ۱۰۰ بار) نیز هرگز به مایع تبدیل نمی شود، زیرا دمای محیط بسیار بالاتر از دمای بحرانی آن است. برای مایع سازی متان (تولید LNG یا گاز طبیعی مایع شده)، باید همزمان دو شرط فراهم شود:
۱. کاهش دما به زیر منفی 162 درجه سلسیوس با استفاده از سیستم های کرایوژنیک.
۲. اعمال فشار متناسب.
به همین دلیل، LNG در مخازن عایق بندی شده و تحت دمای فوق العاده پایین نگهداری می شود، در حالی که گاز طبیعی در خطوط لوله و خودروهای گازسوز به صورت گاز فشرده (CNG) و بدون تغییر فاز به مایع استفاده می شود.
نتیجه گیری: فشار بحرانی، کلید درک تفاوت های CNG، LPG و LNG
فشار بحرانی مرزی است که امکان تبدیل گاز به مایع را در یک دمای مشخص تعیین می کند. این مفهوم به خوبی تفاوت بین CNG، LPG و LNG را توضیح می دهد:
- LPG: ترکیبی از پروپان و بوتان با دمای بحرانی بالا (نزدیک به دمای محیط) است. به همین دلیل، با اعمال فشار متوسط (۱۰-۱۵ بار) در دمای اتاق به مایع تبدیل می شود. این ویژگی، ذخیره سازی آن در کپسول های خانگی را ساده می کند.
- CNG: متانِ فشرده شده(به علاوه اندکی گازهای دیگر) به صورت گاز است. از آنجا که دمای بحرانی متان بسیار پایین (-82.5C) است، حتی با فشار ۲۰۰ بار نیز در دمای محیط به مایع تبدیل نمی شود. به همین دلیل، متان به صورت گاز فشرده (و نه مایع) در خطوط لوله و خودروها استفاده می شود.
- LNG: برای مایع سازی متان، باید دما را به زیر دمای بحرانی آن رساند. این فرایند نیازمند ترکیب فشار و سرمایش شدید است تا مولکول های متان به مایع تبدیل شوند.
در یک نگاه:
فشار بحرانی نشان می دهد که چرا برخی گازها مانند پروپان (LPG) بهر احتی در دمای روزمره مایع می شوند، اما متان (LNG) برای مایع شدن به فناوری های پیچیده تر نیاز دارد. این تفاوت ها، پایه طراحی سیستم های انرژی امروزی، از کپسولهای گاز خانگی تا مخازن عظیم LNGاست.
با درک فشار بحرانی، میتوانیم به اهمیت علم ترمودینامیک در حل چالش های انرژی آینده پی ببریم! 🔬⚡