Δεδομένου ότι όλα τα αέρια έχουν πολλές καταστάσεις συσσωμάτωσης και μπορούν να υγροποιηθούν, ο αέρας, που αποτελείται από ένα μείγμα αερίων, μπορεί επίσης να γίνει υγρός. Βασικά, ο υγρός αέρας παράγεται για να εξάγει καθαρό οξυγόνο, άζωτο και αργό από αυτόν.
Λίγη ιστορία
Μέχρι τον 19ο αιώνα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι το αέριο έχει μόνο μία κατάσταση συσσωμάτωσης, αλλά έμαθαν πώς να φέρνουν τον αέρα σε υγρή κατάσταση ήδη στις αρχές του περασμένου αιώνα. Αυτό έγινε χρησιμοποιώντας ένα μηχάνημα Linde, τα κύρια μέρη του οποίου ήταν ένας συμπιεστής (ηλεκτρικός κινητήρας εξοπλισμένος με αντλία) και ένας εναλλάκτης θερμότητας, που παρουσιάζονταν με τη μορφή δύο σωλήνων έλασης σε σπείρα, εκ των οποίων ο ένας περνούσε μέσα στον άλλο. Το τρίτο συστατικό του σχεδίου ήταν ένα θερμός και μέσα σε αυτό συγκεντρώθηκε υγροποιημένο αέριο. Τα μέρη της μηχανής καλύφθηκαν με θερμομονωτικά υλικά για να αποτραπεί η πρόσβαση στο θερμικό αέριο από το εξωτερικό. Ο εσωτερικός σωλήνας που βρισκόταν κοντά στο λαιμό τελείωνε με γκάζι.
Εργασία αερίου
Η τεχνολογία για τη λήψη υγροποιημένου αέρα είναι αρκετά απλή. Πρώτον, το μείγμα αερίων καθαρίζεται από σκόνη, σωματίδια νερού και επίσης από διοξείδιο του άνθρακα. Υπάρχει ένα άλλο σημαντικό συστατικό, χωρίς το οποίο δεν θα είναι δυνατή η παραγωγή υγρού αέρα - πίεσης. Με τη βοήθεια ενός συμπιεστή, ο αέρας συμπιέζεται έως και 200-250 ατμόσφαιρες,ενώ το ψύχουμε με νερό. Στη συνέχεια, ο αέρας διέρχεται από τον πρώτο εναλλάκτη θερμότητας, μετά τον οποίο χωρίζεται σε δύο ρεύματα, το μεγαλύτερο από τα οποία πηγαίνει στον διαστολέα. Αυτός ο όρος αναφέρεται σε μια μηχανή εμβόλου που λειτουργεί με διαστολή αερίου. Μετατρέπει τη δυνητική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια και το αέριο ψύχεται επειδή λειτουργεί.
Περαιτέρω, ο αέρας, έχοντας πλύνει τους δύο εναλλάκτες θερμότητας και έτσι ψύχοντας τη δεύτερη ροή που πηγαίνει προς αυτόν, βγαίνει έξω και συγκεντρώνεται σε ένα θερμός.
Turbo expander
Παρά τη φαινομενική απλότητά του, η χρήση ενός διαστολέα είναι αδύνατη σε βιομηχανική κλίμακα. Το αέριο που λαμβάνεται με στραγγαλισμό μέσω ενός λεπτού σωλήνα αποδεικνύεται πολύ ακριβό, η παραγωγή του δεν είναι αρκετά αποδοτική και ενεργοβόρα και επομένως απαράδεκτη για τη βιομηχανία. Στις αρχές του περασμένου αιώνα, υπήρχε θέμα απλούστευσης της τήξης του σιδήρου, και για αυτό υποβλήθηκε μια πρόταση να φυσά αέρας από αέρα με υψηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο. Έτσι, προέκυψε το ερώτημα για τη βιομηχανική παραγωγή της τελευταίας.
Ο διαστολέας του εμβόλου γρήγορα φράσσεται με πάγο νερού, επομένως ο αέρας πρέπει να στεγνώσει πρώτα, καθιστώντας τη διαδικασία πιο δύσκολη και δαπανηρή. Η ανάπτυξη ενός στροβιλοδιαστολέα που χρησιμοποιεί έναν στρόβιλο αντί για ένα έμβολο βοήθησε στην επίλυση του προβλήματος. Αργότερα, χρησιμοποιήθηκαν στροβιλοδιαστολείς για την παραγωγή άλλων αερίων.
Αίτηση
Ο ίδιος ο υγρός αέρας δεν χρησιμοποιείται πουθενά, είναι ένα ενδιάμεσο προϊόν για την απόκτηση καθαρών αερίων.
Η αρχή του διαχωρισμού των συστατικών βασίζεται στη διαφορά βρασμούμέρη του μείγματος: το οξυγόνο βράζει στους -183 ° και το άζωτο στους -196 °. Η θερμοκρασία του υγρού αέρα είναι κάτω από διακόσιους βαθμούς και με τη θέρμανση του μπορεί να γίνει διαχωρισμός.
Όταν ο υγρός αέρας αρχίζει να εξατμίζεται αργά, το άζωτο είναι το πρώτο που εξατμίζεται και αφού το κύριο μέρος του έχει ήδη εξατμιστεί, το οξυγόνο βράζει σε θερμοκρασία -183 °. Το γεγονός είναι ότι ενώ το άζωτο παραμένει στο μείγμα, δεν μπορεί να συνεχίσει να θερμαίνεται, ακόμη και αν χρησιμοποιηθεί πρόσθετη θέρμανση, αλλά μόλις εξατμιστεί το μεγαλύτερο μέρος του αζώτου, το μείγμα θα φτάσει γρήγορα στο σημείο βρασμού του επόμενου μέρους του μείγμα, δηλαδή οξυγόνο.
Καθαρισμός
Ωστόσο, με αυτόν τον τρόπο είναι αδύνατο να ληφθεί καθαρό οξυγόνο και άζωτο σε μία λειτουργία. Ο αέρας σε υγρή κατάσταση στο πρώτο στάδιο της απόσταξης περιέχει περίπου 78% άζωτο και 21% οξυγόνο, αλλά όσο προχωρά η διαδικασία και όσο λιγότερο άζωτο παραμένει στο υγρό, τόσο περισσότερο οξυγόνο θα εξατμιστεί μαζί του. Όταν η συγκέντρωση αζώτου στο υγρό πέσει στο 50%, η περιεκτικότητα του ατμού σε οξυγόνο αυξάνεται στο 20%. Επομένως, τα εξατμισμένα αέρια συμπυκνώνονται και πάλι και αποστάζονται για δεύτερη φορά. Όσο περισσότερες αποστάξεις έγιναν, τόσο πιο καθαρά θα είναι τα προϊόντα που θα προκύψουν.
Στη βιομηχανία
Η εξάτμιση και η συμπύκνωση είναι δύο αντίθετες διαδικασίες. Στην πρώτη περίπτωση, το υγρό πρέπει να καταναλώνει θερμότητα και στη δεύτερη περίπτωση, θα απελευθερωθεί θερμότητα. Εάν δεν υπάρχει απώλεια θερμότητας, τότε η θερμότητα που απελευθερώνεται και καταναλώνεται κατά τη διάρκεια αυτών των διεργασιών είναι ίση. Έτσι, ο όγκος του συμπυκνωμένου οξυγόνου θα είναι σχεδόν ίσος με τον όγκοεξατμισμένο άζωτο. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διόρθωση. Το μείγμα δύο αερίων που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της εξάτμισης του υγρού αέρα διέρχεται ξανά μέσα από αυτό και μέρος του οξυγόνου περνά στο συμπύκνωμα, ενώ εκπέμπει θερμότητα, λόγω της οποίας εξατμίζεται μέρος του αζώτου. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται πολλές φορές.
Η βιομηχανική παραγωγή αζώτου και οξυγόνου πραγματοποιείται στις λεγόμενες στήλες απόσταξης.
Ενδιαφέροντα γεγονότα
Όταν έρχονται σε επαφή με υγρό οξυγόνο, πολλά υλικά γίνονται εύθραυστα. Επιπλέον, το υγρό οξυγόνο είναι ένας πολύ ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας, επομένως, όταν εισέλθει σε αυτό, οι οργανικές ουσίες καίγονται, απελευθερώνοντας πολλή θερμότητα. Όταν εμποτίζονται με υγρό οξυγόνο, ορισμένες από αυτές τις ουσίες αποκτούν ανεξέλεγκτες εκρηκτικές ιδιότητες. Αυτή η συμπεριφορά είναι χαρακτηριστική των προϊόντων πετρελαίου, τα οποία περιλαμβάνουν τη συμβατική άσφαλτο.
