Kuna kõigil gaasidel on mitu agregatsiooniolekut ja neid saab veeldada, võib gaaside segust koosnev õhk muutuda ka vedelikuks. Põhimõtteliselt toodetakse vedelat õhku, et eraldada sellest puhast hapnikku, lämmastikku ja argooni.
Natuke ajalugu
Kuni 19. sajandini uskusid teadlased, et gaasil on ainult üks agregatsiooni olek, kuid õhu viimist vedelasse olekusse õppisid nad juba eelmise sajandi alguses. Selleks kasutati Linde masinat, mille põhiosadeks olid kompressor (pumbaga elektrimootor) ja soojusvaheti, mis esitati kahe spiraaliks rullitud toruna, millest üks läks teise sisse. Disaini kolmas komponent oli termos, mille sisse koguti veeldatud gaasi. Masinaosad kaeti soojusisolatsioonimaterjalidega, et välistada soojusgaasi ligipääs väljastpoolt. Kaela lähedal asuv sisekumm lõppes gaasihoovaga.
Gaasitöö
Veldatud õhu saamise tehnoloogia on üsna lihtne. Esiteks puhastatakse gaasisegu tolmust, veeosakestest ja ka süsinikdioksiidist. On veel üks oluline komponent, ilma milleta pole vedelat õhku võimalik toota - rõhk. Kompressori abil surutakse õhku kuni 200-250 atmosfääri,samal ajal veega jahutades. Järgmisena läheb õhk läbi esimese soojusvaheti, misjärel jagatakse see kaheks vooluks, millest suurem läheb laiendajasse. See termin viitab kolbmasinale, mis töötab gaasi paisutamise teel. See muudab potentsiaalse energia mehaaniliseks energiaks ja gaas jahtub, sest see töötab.
Lisaks läheb õhk, olles pesnud kaks soojusvahetit ja jahutades seeläbi teist selle poole suunduvat voolu, väljapoole ja koguneb termosesse.
Turbopaisutaja
Hoolimata selle näilisest lihtsusest on laiendaja kasutamine tööstuslikus mastaabis võimatu. Läbi peenikese toru drosseldamisel saadav gaas osutub liiga kalliks, selle tootmine pole piisav alt efektiivne ja energiakulukas ning seetõttu tööstusele vastuvõetamatu. Eelmise sajandi alguses räägiti raua sulatamise lihtsustamisest ja selleks tehti ettepanek puhuda õhku kõrge hapnikusisaldusega õhust. Seega tekkis küsimus viimaste tööstusliku tootmise kohta.
Kolvipaisutaja ummistub kiiresti vesijääga, mistõttu tuleb õhk enne kuivatada, muutes protsessi keerulisemaks ja kulukamaks. Probleemi aitas lahendada turboekspandri väljatöötamine, mis kasutab kolvi asemel turbiini. Hiljem kasutati turbopaisutajaid muude gaaside tootmisel.
Rakendus
Vedelat õhku ennast kuskil ei kasutata, see on vaheprodukt puhaste gaaside saamisel.
Koostisosade eraldamise põhimõte põhineb keemise erinevuselsegu osad: hapnik keeb temperatuuril -183 ° ja lämmastik temperatuuril -196 °. Vedela õhu temperatuur on alla kahesaja kraadi ja seda kuumutades saab eraldada.
Kui vedel õhk hakkab aeglaselt aurustuma, aurustub esimesena lämmastik ja pärast seda, kui selle põhiosa on juba aurustunud, keeb hapnik temperatuuril -183 °. Fakt on see, et kui lämmastikku jääb segusse, ei saa see soojeneda isegi täiendava kuumutamise korral, kuid niipea, kui suurem osa lämmastikust on aurustunud, jõuab segu kiiresti järgmise osa keemistemperatuurini. segu, st hapnik.
Puhastamine
Siiski on sel viisil võimatu ühe toiminguga saada puhast hapnikku ja lämmastikku. Destilleerimise esimese etapi vedelas olekus õhk sisaldab umbes 78% lämmastikku ja 21% hapnikku, kuid mida protsess edasi läheb ja mida vähem lämmastikku vedelikku jääb, seda rohkem hapnikku sellega koos aurustub. Kui lämmastiku kontsentratsioon vedelikus langeb 50% -ni, suureneb hapnikusisaldus aurus 20% -ni. Seetõttu kondenseeritakse aurustunud gaasid uuesti ja destilleeritakse teist korda. Mida rohkem destilleerimisi tehti, seda puhtamad on saadud tooted.
Tööstuses
Aurustumine ja kondenseerumine on kaks vastandlikku protsessi. Esimesel juhul peab vedelik tarbima soojust ja teisel juhul eraldub soojust. Kui soojuskadu ei toimu, on nende protsesside käigus eralduv ja tarbitav soojus võrdne. Seega on kondenseerunud hapniku maht peaaegu võrdne mahugaaurustunud lämmastik. Seda protsessi nimetatakse parandamiseks. Vedela õhu aurustumise tulemusena tekkinud kahe gaasi segu lastakse uuesti läbi ning osa hapnikust läheb kondensaati, eraldades samas soojust, mille tõttu osa lämmastikust aurustub. Protsessi korratakse mitu korda.
Lämmastiku ja hapniku tööstuslik tootmine toimub nn destilleerimiskolonnides.
Huvitavaid fakte
Vedela hapnikuga kokkupuutel muutuvad paljud materjalid rabedaks. Lisaks on vedel hapnik väga võimas oksüdeerija, seetõttu põlevad orgaanilised ained sellesse sattudes läbi, eraldades palju soojust. Vedela hapnikuga immutamisel omandavad mõned neist ainetest kontrollimatud plahvatusohtlikud omadused. See käitumine on tüüpiline naftasaadustele, mis hõlmavad tavalist asf alti.
