La Liquefazione dei Gas e la Macchina di Linde
La liquefazione dei gas è un processo in cui i gas vengono trasformati in liquidi attraverso particolari procedimenti e impianti, come ad esempio la macchina di Linde, connotata da particolarità nei procedimenti e negli impianti utilizzati. La temperatura critica del gas in questione assume importanza in questo processo. Se la temperatura critica è superiore a quella ambiente, il gas può essere portato alla condensazione per compressione o accompagnata da un modesto raffreddamento. Se invece questa è inferiore alla temperatura ambiente, il gas richiede una procedura complessa che implica un raffreddamento al di sotto della temperatura critica.
Alcuni gas liquefacibili per compressione e successivamente conservati e trasportati in bombole sono di grande importanza, tra cui l’anidride carbonica, il cloro, l’ammoniaca, l’anidride solforosa e i gas liquefatti del petrolio costituiti da idrocarburi a basso peso molecolare, come il propano e il butano, ampiamente impiegati come combustibili per uso domestico.
Per i gas che possiedono una temperatura critica molto bassa, come azoto, ossigeno, idrogeno ed elio, è necessario operare un intenso raffreddamento che non può essere raggiunto con nessuna sorgente di freddo esistente in natura. In questo caso, si può ricorrere a un’espansione di tipo Joule-Thomson, in cui la temperatura di un gas diminuisce in seguito a un’espansione adiabatica condotta ad entalpia costante, ovvero una trasformazione adiabatica dalla quale non si ottiene alcun lavoro. Questo processo può essere effettuato tramite la macchina di Linde per la liquefazione dell’aria.
La macchina di Linde sfrutta un compressore per comprimere l’aria a una certa pressione, ad esempio 200 atm, e questa viene poi raffreddata attraverso un refrigerante ad acqua. Successivamente, l’aria compressa entra in uno scambiatore di calore che si trova inizialmente a temperatura ambiente. Attraverso una valvola di espansione, il gas si espande ad una pressione inferiore a quella iniziale, ad esempio 1 atm, generando un raffreddamento. L’aria espansa e raffreddata entra in un serbatoio e ritorna nello scambiatore controcorrente rispetto alla nuova aria entrante, continuando il processo di raffreddamento fino a condensazione. Questo processo è applicabile ai gas con temperatura critica superiore alla temperatura ambiente, mentre per gas con temperatura critica molto bassa, come l’elio e l’idrogeno, è necessario un pre-raffreddamento con mezzi esterni.
In conclusione, la liquefazione dei gas tramite la macchina di Linde è un processo complesso e importante, utilizzato in diverse situazioni per ottenere la liquefazione di gas adatto per varie applicazioni industriali.
