Tekoči zrak je osnova za čisti kisik

Ker imajo vsi plini več agregatnih razmer in jih je mogoče utekočiniti, lahko tudi zrak iz mešanice plinov postane tekočina. Na splošno se proizvaja tekoči zrak za ločevanje čistega kisika, dušika in argona iz njega.

Malo zgodovine

Do 19. stoletja so znanstveniki verjeli, da ima plin samo eno agregatno stanje, vendar se je v začetku prejšnjega stoletja naučil, da se zrak v tekočo stanje naučijo. To je bilo storjeno s strojem Linde, katerega glavni deli so bili kompresor (elektromotor s črpalko) in toplotni izmenjevalec, predstavljen kot dve navito cevi, od katerih je eden potekal znotraj drugega. Tretja komponenta dizajna je bila termos, v notranjosti pa je bila zbrana utekočinjeni plin. Deli stroja so bili prekriti s toplotno izolacijskimi materiali, da bi preprečili dostop do zunanjega toplotnega plina. Notranja cevka blizu vratu se je končala z dušilko.

Delovanje plina

Tehnologija pridobivanja utekočinjenega zraka je precej preprosta. Prvič, mešanica plinov očistimo iz prahu, delcev vode in ogljikovega dioksida. Obstaja še ena pomembna komponenta, brez katere ne bo mogoče proizvajati tekočega zračnega tlaka. S pomočjo kompresorja zrak je stisnjen do 200-250 atmosfer, hkrati pa hlajenje z vodo. Potem zrak gre skozi prvi toplotni izmenjevalec, potem je razdeljen na dva toka, večji od katerega gre v ekspander. Ta izraz se imenuje batni stroj, ki deluje s širjenjem plina. Pretvarja potencialno energijo v mehansko energijo in plin se ohladi, ker dela.

Nato se zrak po pranju dveh toplotnih izmenjevalcev in s tem hlajenja drugega toka, ki prihajajo navzven, izteče in se zbira v termo.

Expander

Kljub navidezni preprostosti uporaba razširilnika ni mogoča v industrijskem obsegu. Plin, ki ga dobimo z dušenjem skozi tanko cev je predrag, saj ni dovolj učinkovit in porablja energijo, zato je za industrijo nesprejemljiv. V začetku prejšnjega stoletja je bilo vprašanje poenostavitve taljenja litega železa in v ta namen je bil vložen predlog, da bi iz zraka izžarevali z visoko vsebnostjo kisika. Tako se je pojavilo vprašanje o industrijski ekstrakciji slednje.

Baterijski ekspander je hitro zamašen z vodnim ledom, zato je treba zrak predhodno odcejevati, zaradi česar je postopek bolj zapleten in drag. Za rešitev problema je pomagal razvoj turbo-ekspanderja z uporabo turbine namesto bata. Kasneje so bili v procesu pridobivanja drugih plinov uporabljeni turboexpanders.

Uporaba

Tekoči zrak se ne uporablja nikjer, gre za vmesni proizvod pri proizvodnji čistih plinov.

Načelo ločevanja sestavin temelji na razliki v vrelju sestavnih delov mešanice: kisik vre pri -183 ° in dušik pri -196 °. Temperatura tekočega zraka je manj kot dvesto stopinj in jo ogrevate, lahko ločite.

Ko se tekoči zrak začne počasi izhlapeti, prvi volatilizira dušik in po njegovem glavnem delu upari, pri -183 ° kisik zavre. Bistvo je, da dokler dušik ostane v mešanici, se ne more nadaljevati s segrevanjem, tudi če se uporablja dodatno ogrevanje, vendar takoj, ko večina dušika izhlapi, bo mešanica hitro dosegla vrelišče naslednjega dela mešanice, to je kisika.

Čiščenje

Vendar pa na tak način ni mogoče pridobiti čistega kisika in dušika v eni operaciji. Zrak v tekočem stanju v prvi fazi destilacije vsebuje približno 78% dušika in 21% kisika, vendar še naprej poteka proces in manj dušika ostane v tekočini, več kisika se bo izhlapilo z njim. Ko se koncentracija dušika v tekočini zmanjša na 50%, se vsebnost kisika v hlapih poveča na 20%. Zato se uparjeni plini ponovno kondenzirajo in destilirajo že drugič. Več destilacije, čistejši bodo proizvodi.

V industriji

Izhlapevanje in kondenzacija - to sta dva nasprotna procesa. Na prvi strani mora tekočina porabiti toploto, na drugi pa se toplota sprosti. Če ni nobene izgube toplote, je toplota sproščena in porabljena med temi procesi. Tako bo volumen kondenziranega kisika skoraj enak volumnu evaporiranega dušika. Ta proces se imenuje popravek. Zmes iz dveh plinov, ki nastanejo z izhlapevanjem tekočega zraka, spet prehaja skozi to stran, nekateri kisik pa prehaja v kondenzat, s čimer daje toploto in s tem izhlapi nekaj dušika. Postopek se ponovi večkrat.

Industrijski proizvodnja dušika in kisik se pojavi v tako imenovanih destilacijskih kolonah.

Zanimiva dejstva

Ko so izpostavljeni tekočemu kisiku, veliko materialov postane krhko. Poleg tega tekoči kisik - zelo močan oksidant, zato po vstopu vanj organska snov pere, sprošča veliko toplote. Pri impregniranju s tekočim kisikom nekatere od teh snovi pridobijo nenadzorovane eksplozivne lastnosti. To vedenje je značilno za naftne derivate, ki vključujejo navaden asfalt.