Eftersom alla gaser har flera aggregationstillstånd och kan göras flytande, kan luft, som består av en blandning av gaser, också bli en vätska. I grund och botten produceras flytande luft för att extrahera rent syre, kväve och argon från det.
Lite historia
Fram till 1800-talet trodde forskare att gas bara har ett aggregationstillstånd, men de lärde sig hur man bringar luft till ett flytande tillstånd redan i början av förra seklet. Detta gjordes med hjälp av en Linde-maskin, vars huvuddelar var en kompressor (en elektrisk motor utrustad med en pump) och en värmeväxlare, presenterade i form av två rör rullade till en spiral, varav det ena gick in i det andra. Den tredje komponenten i designen var en termos, och flytande gas samlades in i den. Maskindelar täcktes med värmeisolerande material för att förhindra tillgång till värmegasen utifrån. Innerslangen nära halsen slutade med en gasreglage.
Gasarbete
Tekniken för att få flytande luft är ganska enkel. Först renas blandningen av gaser från damm, vattenpartiklar och även från koldioxid. Det finns en annan viktig komponent, utan vilken det inte kommer att vara möjligt att producera flytande lufttryck. Med hjälp av en kompressor komprimeras luft upp till 200-250 atmosfärer,medan du kyler den med vatten. Därefter går luften genom den första värmeväxlaren, varefter den delas upp i två strömmar, varav den största går till expandern. Denna term hänvisar till en kolvmaskin som fungerar genom att expandera gas. Den omvandlar potentiell energi till mekanisk energi och gasen kyls ned eftersom den fungerar.
Vidare går luften, efter att ha tvättat de två värmeväxlarna och därigenom kylt det andra flödet som går mot den, ut och samlas i en termos.
Turboexpander
Trots dess uppenbara enkelhet är det omöjligt att använda en expander i industriell skala. Gasen som erhålls genom strypning genom ett tunt rör visar sig vara för dyr, dess produktion är inte tillräckligt effektiv och energikrävande och därför oacceptabel för industrin. I början av förra seklet var det fråga om att förenkla smältningen av järn och för detta lades fram ett förslag om att blåsa luft från luft med hög syreh alt. Därför uppstod frågan om den senares industriella produktion.
Kolvexpandern blir snabbt igensatt av vattenis, så luften måste torkas först, vilket gör processen svårare och dyrare. Utvecklingen av en turboexpander med en turbin istället för en kolv hjälpte till att lösa problemet. Senare användes turboexpanders vid produktion av andra gaser.
Application
Flytande luft i sig används inte någonstans, det är en mellanprodukt för att få rena gaser.
Principen för separation av beståndsdelar är baserad på skillnaden i kokningdelar av blandningen: syre kokar vid -183 ° och kväve vid -196 °. Temperaturen på flytande luft är under tvåhundra grader, och genom att värma den kan separering utföras.
När flytande luft långsamt börjar avdunsta är kväve det första som avdunstar, och efter att dess huvuddel redan har avdunstat kokar syre vid en temperatur på -183°. Faktum är att medan kväve finns kvar i blandningen kan det inte fortsätta att värmas upp, även om ytterligare uppvärmning används, men så snart det mesta av kvävet har avdunstat kommer blandningen snabbt att nå kokpunkten för nästa del av blandningen. blandning, dvs syre.
Purification
Men på detta sätt är det omöjligt att få rent syre och kväve i en operation. Luft i flytande tillstånd i det första steget av destillationen innehåller cirka 78 % kväve och 21 % syre, men ju längre processen går och ju mindre kväve som finns kvar i vätskan, desto mer syre kommer att avdunsta med den. När kvävekoncentrationen i vätskan sjunker till 50 % ökar syreh alten i ångan till 20 %. Därför kondenseras de förångade gaserna igen och destilleras en andra gång. Ju fler destillationer desto renare blir de resulterande produkterna.
I branschen
Avdunstning och kondensering är två motsatta processer. I det första fallet måste vätskan förbruka värme, och i det andra fallet kommer värme att frigöras. Om det inte finns någon värmeförlust är värmen som frigörs och förbrukas under dessa processer lika stor. Således kommer volymen av kondenserat syre att vara nästan lika med volymenavdunstat kväve. Denna process kallas rättelse. Blandningen av två gaser som bildas som ett resultat av förångningen av flytande luft passerar igen genom den, och en del av syret passerar in i kondensatet, medan det avger värme, på grund av vilket en del av kvävet avdunstar. Processen upprepas många gånger.
Industriell produktion av kväve och syre sker i de så kallade destillationskolonnerna.
Intressanta fakta
När de kommer i kontakt med flytande syre blir många material spröda. Dessutom är flytande syre ett mycket kraftfullt oxidationsmedel, därför brinner organiska ämnen ut när de väl är i det och släpper ut mycket värme. När de impregneras med flytande syre får vissa av dessa ämnen okontrollerade explosiva egenskaper. Detta beteende är typiskt för petroleumprodukter, som inkluderar konventionell asf alt.
