Тъй като всички газове имат няколко агрегатни състояния и могат да бъдат втечнени, въздухът, състоящ се от смес от газове, също може да стане течност. По принцип се произвежда течен въздух за извличане на чист кислород, азот и аргон от него.
Малко история
До 19-ти век учените вярваха, че газът има само едно агрегатно състояние, но те се научиха как да привеждат въздуха в течно състояние още в началото на миналия век. Това беше направено с помощта на машина Linde, основните части на която бяха компресор (електрически двигател, оборудван с помпа) и топлообменник, представен под формата на две тръби, навити в спирала, едната от които преминаваше вътре в другата. Третият компонент на дизайна беше термос и вътре в него се събираше втечнен газ. Частите на машината бяха покрити с топлоизолационни материали, за да се предотврати достъпът на топлинния газ отвън. Вътрешната тръба, разположена близо до шията, завършваше с дросел.
Газова работа
Технологията за получаване на втечнен въздух е доста проста. Първо, сместа от газове се почиства от прах, водни частици, а също и от въглероден диоксид. Има още един важен компонент, без който няма да е възможно да се произведе течен въздух - налягане. С помощта на компресор въздухът се компресира до 200-250 атмосфери,докато се охлажда с вода. След това въздухът преминава през първия топлообменник, след което се разделя на два потока, по-големият от които отива към разширителя. Този термин се отнася до бутална машина, която работи чрез разширяване на газ. Той преобразува потенциалната енергия в механична енергия и газът се охлажда, защото работи.
Освен това въздухът, след като измива двата топлообменника и по този начин охлажда втория поток, отиващ към него, излиза навън и се събира в термос.
Турбо разширител
Въпреки привидната си простота, използването на разширител е невъзможно в индустриален мащаб. Газът, получен чрез дроселиране през тънка тръба, се оказва твърде скъп, производството му не е достатъчно ефективно и енергоемко и следователно неприемливо за индустрията. В началото на миналия век имаше въпрос за опростяване на топенето на желязо и за това беше предложено да се издуха въздух от въздух с високо съдържание на кислород. Така възникна въпросът за индустриалното производство на последното.
Разширителят на буталото бързо се запушва с воден лед, така че въздухът трябва да се изсуши първо, което прави процеса по-труден и скъп. Разработването на турборазширител, използващ турбина вместо бутало, помогна за решаването на проблема. По-късно турборазширителите се използват в производството на други газове.
Заявление
Самият течен въздух не се използва никъде, той е междинен продукт за получаване на чисти газове.
Принципът на разделяне на съставките се основава на разликата в кипенеточасти от сместа: кислород кипи при -183 °, и азот при -196 °. Температурата на течния въздух е под двеста градуса и чрез нагряване може да се извърши отделяне.
Когато течният въздух започне бавно да се изпарява, азотът се изпарява първи, а след като основната му част вече се изпари, кислородът кипи при температура -183°. Факт е, че докато азотът остава в сместа, тя не може да продължи да се нагрява, дори ако се използва допълнително нагряване, но веднага щом по-голямата част от азота се изпари, сместа бързо ще достигне точката на кипене на следващата част от смес, т.е. кислород.
Пречистване
Въпреки това, по този начин е невъзможно да се получат чист кислород и азот с една операция. Въздухът в течно състояние на първия етап на дестилация съдържа около 78% азот и 21% кислород, но колкото по-напред върви процесът и колкото по-малко азот остава в течността, толкова повече кислород ще се изпари с него. Когато концентрацията на азот в течността спадне до 50%, съдържанието на кислород в парата се увеличава до 20%. Следователно, изпарените газове отново се кондензират и се дестилират втори път. Колкото повече дестилации са били, толкова по-чисти ще бъдат получените продукти.
В индустрията
Изпарението и кондензацията са два противоположни процеса. В първия случай течността трябва да консумира топлина, а във втория случай топлината ще се отдели. Ако няма топлинни загуби, тогава отделената и изразходвана по време на тези процеси топлина е еднаква. По този начин обемът на кондензирания кислород ще бъде почти равен на обемаизпарен азот. Този процес се нарича ректификация. Сместа от два газа, образувана в резултат на изпаряването на течен въздух, отново преминава през нея и част от кислорода преминава в кондензата, като отделя топлина, поради което част от азота се изпарява. Процесът се повтаря много пъти.
Индустриалното производство на азот и кислород се извършва в така наречените дестилационни колони.
Интересни факти
При контакт с течен кислород много материали стават крехки. В допълнение, течният кислород е много мощен окислител, следователно, веднъж в него, органичните вещества изгарят, отделяйки много топлина. При импрегниране с течен кислород някои от тези вещества придобиват неконтролирани експлозивни свойства. Това поведение е типично за петролните продукти, които включват конвенционален асфалт.
