Tekutý vzduch je základem pro získání čistého kyslíku

Vzhledem k tomu, že všechny plyny mají několik souhrnných stavů a ​​mohou být zkapalněny, může se také stát, že vzduch sestávající ze směsi plynů se stává kapalinou. Obecně se vyrábí kapalný vzduch, aby se z něj oddělil čistý kyslík, dusík a argon.

Trochu historie

Až do 19. století vědci věřili, že plyn má pouze jeden agregátní stav, ale přivést vzduch do tekutého stavu se naučil na počátku minulého století. To bylo provedeno strojem Linde, jehož hlavními součástmi byly kompresor (elektromotor vybavený čerpadlem) a výměník tepla, představované dvěma vinutými trubkami, z nichž jedna procházela uvnitř druhého. Třetí součástí konstrukce byla termoska, uvnitř byla shromážděna zkapalněný plyn. Části stroje byly pokryty tepelně izolačními materiály, aby se zabránilo přístupu k tepelnému plynu zvenčí. Vnitřní trubice umístěná v blízkosti krku byla zakončena plynem.

Provoz plynu

Technologie získání zkapalněného vzduchu je poměrně jednoduchá. Nejprve se směs plynů čistí prachem, vodními částicemi a oxidem uhličitým. Existuje další důležitá součást, bez níž nebude možné vytvářet tlak vzduchu v kapalině. S pomocí kompresoru vzduch je komprimován až do 200-250 atmosfér, zatímco současně ochlazuje vodou. Poté vzduch prochází prvním výměníkem tepla a rozdělí se na dva proudy, z nichž větší se vede do expandéru. Tento termín se nazývá pístový stroj, který funguje expanzí plynu. Přeměňuje potenciální energii na mechanickou energii a plyn ochladí, protože dělá práci.

Potom se po vymytí dvou tepelných výměníků a tím ochlazení druhého proudu, který přichází směrem vzhůru, vytáhne vzduch, který se shromažďuje v termosku.

Expander

I přes zdánlivou jednoduchost není použití expandéru v průmyslovém měřítku možné. Plyn získaný škrcením tenkou trubkou je příliš nákladný, jeho získání není dostatečně účinné a spotřebovává energii, a proto je nepřijatelné pro průmysl. Na počátku minulého století došlo k otázce zjednodušení tavení železa a za tímto účelem bylo navrženo vyfouknout ze vzduchu s vysokým obsahem kyslíku. Tak vznikla otázka průmyslové těžby druhého.

Pístový expandér je rychle ucpaný vodním ledem, takže vzduch musí být předem vypuštěn, což způsobuje, že proces je složitější a nákladnější. K vyřešení problému pomohl vývoj turbo-expandéru pomocí turbíny namísto pístu. Později byly v procesu získávání dalších plynů použity turboexpandery.

Aplikace

Samotný tekutý vzduch se nikde nepoužívá, jedná se o meziprodukt při výrobě čistých plynů.

Princip oddělování složek je založen na rozdílu ve varu jednotlivých částí směsi: kyslík se vaří při -183 ° C a dusík při -196 ° C. Teplota kapalného vzduchu je menší než dvě stě stupňů a při zahřátí můžete oddělit.

Když se tekutý vzduch začne pomalu odpařovat, první těkavost dusíku a po jeho hlavní části se odpaří, při -183 ° kyslík se vaří. Znamená to, že dokud dusík zůstane ve směsi, nemůže pokračovat v ohřátí, i když se použije přídavné zahřátí, ale jakmile se většina dusíku odpaří, směs rychle dosáhne bodu varu další části směsi, tj. Kyslíku.

Čištění

Tímto způsobem je však nemožné získat čistý kyslík a dusík v jedné operaci. Vzduch v kapalném stavu v prvním stupni destilace obsahuje asi 78% dusíku a 21% kyslíku, ale čím dále probíhá proces a méně dusíku zůstává v kapalině, tím více kyslíku se odpaří. Když koncentrace dusíku v kapalině klesne na 50%, obsah kyslíku v páru se zvětšuje na 20%. Odpařované plyny jsou tedy znovu kondenzovány a destilovány ještě jednou. Čím víc destilace, tím čistší budou produkty.

V průmyslu

Odpařování a kondenzace - to jsou dva protichůdné procesy. V první řadě musí tekutina utrácet teplo a ve druhé - teplo se uvolní. Pokud nedojde k žádné ztrátě tepla, teplo uvolněné a spotřebované během těchto procesů je. Objem kondenzovaného kyslíku tak bude téměř roven objemu odpařeného dusíku. Tento proces se nazývá náprava. Směs dvou plynů tvořených odpařováním kapalného vzduchu se opět prochází skrz ni a část kyslíku prochází do kondenzátu, čímž se odvádí teplo, čímž se odpaří část dusíku. Proces se opakuje mnohokrát.

Průmyslové produkce dusíku a kyslík se vyskytuje v tzv. destilačních kolonách.

Zajímavé fakty

Při vystavení tekutému kyslíku se mnoho materiálů stává křehkým. Navíc kapalný kyslík - velmi silný oxidační prostředek, proto se po vniknutí do organické hmoty spálí a uvolní hodně tepla. Když jsou impregnovány kapalným kyslíkem, některé z těchto látek získají nekontrolované výbušné vlastnosti. Toto chování je typické pro ropné produkty, které zahrnují obyčejný asfalt.