Deoarece toate gazele au mai multe stări de agregare și pot fi lichefiate, aerul, format dintr-un amestec de gaze, poate deveni și el lichid. Practic, aerul lichid este produs pentru a extrage oxigen pur, azot și argon din acesta.
Un pic de istorie
Până în secolul al XIX-lea, oamenii de știință credeau că gazul are o singură stare de agregare, dar au învățat cum să aducă aerul într-o stare lichidă deja la începutul secolului trecut. Acest lucru s-a realizat folosind o mașină Linde, ale cărei părți principale erau un compresor (un motor electric echipat cu o pompă) și un schimbător de căldură, prezentate sub forma a două tuburi rulate în spirală, dintre care unul trecea în interiorul celuil alt. A treia componentă a designului a fost un termos, iar în interiorul acestuia a fost colectat gaz lichefiat. Piesele mașinii au fost acoperite cu materiale termoizolante pentru a preveni accesul la gazul termic din exterior. Tubul interior situat în apropierea gâtului se termina cu o accelerație.
Lucrări pe gaz
Tehnologia de obținere a aerului lichefiat este destul de simplă. În primul rând, amestecul de gaze este curățat de praf, particule de apă și, de asemenea, de dioxid de carbon. Există o altă componentă importantă, fără de care nu se va putea produce aer lichid - presiune. Cu ajutorul unui compresor, aerul este comprimat până la 200-250 atmosfere,în timp ce îl răcești cu apă. Apoi, aerul trece prin primul schimbător de căldură, după care este împărțit în două fluxuri, dintre care cel mai mare merge la expandor. Acest termen se referă la o mașină cu piston care funcționează prin extinderea gazului. Transformă energia potențială în energie mecanică, iar gazul se răcește pentru că funcționează.
În plus, aerul, după ce a spălat cele două schimbătoare de căldură și astfel răcind al doilea flux care merge spre el, iese afară și se adună într-un termos.
Turbo expander
În ciuda aparentei sale simplități, utilizarea unui expandator este imposibilă la scară industrială. Gazul obținut prin reglarea printr-un tub subțire se dovedește a fi prea scump, producția sa nu este suficient de eficientă și consumatoare de energie și, prin urmare, inacceptabilă pentru industrie. La începutul secolului trecut, s-a pus problema simplificării topirii fierului, iar pentru aceasta a fost înaintată o propunere de suflare a aerului din aer cu un conținut ridicat de oxigen. Astfel, a apărut întrebarea despre producția industrială a acestuia din urmă.
Extensorul cu piston se înfundă rapid cu gheață de apă, așa că aerul trebuie uscat mai întâi, ceea ce face procesul mai dificil și mai costisitor. Dezvoltarea unui turboexpansor folosind o turbină în loc de piston a ajutat la rezolvarea problemei. Mai târziu, turboexpansoarele au fost folosite în producerea altor gaze.
Aplicație
Aerul lichid în sine nu este folosit nicăieri, este un produs intermediar în obținerea gazelor pure.
Principiul separării constituenților se bazează pe diferența de fierberepărți din amestec: oxigenul fierbe la -183 °, iar azotul la -196 °. Temperatura aerului lichid este sub două sute de grade, iar prin încălzirea acestuia se poate realiza separarea.
Când aerul lichid începe să se evapore încet, azotul este primul care se evaporă, iar după ce partea sa principală s-a evaporat deja, oxigenul fierbe la o temperatură de -183 °. Faptul este că, în timp ce azotul rămâne în amestec, acesta nu poate continua să se încălzească, chiar dacă se folosește încălzire suplimentară, dar de îndată ce cea mai mare parte a azotului s-a evaporat, amestecul va ajunge rapid la punctul de fierbere al următoarei părți a amestec, adică oxigen.
Purificare
Cu toate acestea, în acest fel este imposibil să obțineți oxigen și azot pur într-o singură operație. Aerul în stare lichidă la prima etapă de distilare conține aproximativ 78% azot și 21% oxigen, dar cu cât procesul merge mai departe și cu cât rămâne mai puțin azot în lichid, cu atât se va evapora mai mult oxigen. Când concentrația de azot din lichid scade la 50%, conținutul de oxigen din vapori crește la 20%. Prin urmare, gazele evaporate sunt din nou condensate și distilate a doua oară. Cu cât au fost mai multe distilare, cu atât produsele rezultate vor fi mai curate.
În industrie
Evaporarea și condensarea sunt două procese opuse. În primul caz, lichidul trebuie să consume căldură, iar în al doilea caz, căldura va fi eliberată. Dacă nu există pierderi de căldură, atunci căldura eliberată și consumată în timpul acestor procese este egală. Astfel, volumul de oxigen condensat va fi aproape egal cu volumulazot evaporat. Acest proces se numește rectificare. Amestecul de două gaze format ca urmare a evaporării aerului lichid este trecut din nou prin el, iar o parte din oxigen trece în condensat, în timp ce eliberează căldură, din cauza căreia o parte din azot se evaporă. Procesul se repetă de mai multe ori.
Producția industrială de azot și oxigen are loc în așa-numitele coloane de distilare.
Fapte interesante
La contactul cu oxigenul lichid, multe materiale devin casante. În plus, oxigenul lichid este un agent oxidant foarte puternic, prin urmare, o dată în el, substanțele organice se ard, eliberând multă căldură. Când sunt impregnate cu oxigen lichid, unele dintre aceste substanțe capătă proprietăți explozive necontrolate. Acest comportament este tipic pentru produsele petroliere, care includ asf altul convențional.
