Budući da svi plinovi imaju nekoliko agregatastanja i može biti ukapljen, tada zrak, koji se sastoji od mješavine plinova, također može postati tekućina. U osnovi se proizvodi tekući zrak koji iz njega izvlači čisti kisik, dušik i argon.
Malo povijesti
Do 19. stoljeća znanstvenici su vjerovali da plin ima samojedno agregacijsko stanje, ali naučili su dovesti zrak u tekuće stanje već početkom prošlog stoljeća. To je učinjeno pomoću Linde stroja, čiji su glavni dijelovi bili kompresor (elektromotor opremljen pumpom) i izmjenjivač topline, predstavljeni u obliku dvije namotane cijevi, od kojih je jedna prolazila unutar druge. Treća komponenta dizajna bila je termosica unutar koje se skupljao ukapljeni plin. Dijelovi stroja prekriveni su toplinski izolacijskim materijalima kako bi se spriječio pristup toplinskom plinu izvana. Unutarnja cijev smještena blizu vrata završavala je prigušivačem.
Rad na plin
Tehnologija za dobivanje ukapljenog zraka je priličnojednostavan. Prvo se plinska smjesa čisti od prašine, čestica vode i ugljičnog dioksida. Postoji još jedna važna komponenta, bez koje neće biti moguće stvoriti tekući zrak - tlak. Uz pomoć kompresora zrak se komprimira na 200-250 atmosfera, istodobno ga hladeći vodom. Tada zrak prolazi kroz prvi izmjenjivač topline, nakon čega se dijeli u dvije struje, od kojih veća odlazi u ekspander. Ovaj se pojam naziva klipni stroj koji radi širenjem plina. Pretvara potencijalnu energiju u mehaničku, a plin se hladi jer djeluje.
Nadalje, zrak, nakon što je oprao dva izmjenjivača topline i time ohladio drugi tok koji ide prema suprotnoj strani, izlazi i sakuplja se u termosicu.
Turbo ekspander
Unatoč prividnoj jednostavnosti, upotrebaekspander je nemoguć u industrijskim razmjerima. Plin dobiven prigušivanjem kroz tanku cijev ispada preskup, njegova proizvodnja je nedovoljno učinkovita i troši energiju te je zbog toga neprihvatljiva za industriju. Početkom prošlog stoljeća bilo je pitanje pojednostavljenja taljenja sirovog željeza, a za to je iznijet prijedlog za puhanje iz zraka s visokim udjelom kisika. Dakle, postavilo se pitanje o industrijskoj proizvodnji potonje.
Klipni se ekspander brzo začepi vodomled, pa se zrak mora prethodno osušiti, što postupak čini težim i skupljim. Razvoj turboekspandera koji koristi turbinu umjesto klipa pomogao je riješiti problem. Kasnije su turboekspanderi pronašli primjenu u proizvodnji drugih plinova.
primjena
Tekući zrak sam se nigdje ne koristi, on je međuprodukt u proizvodnji čistih plinova.
Načelo izbora komponenata temelji se na razliciu vrenju komponenata smjese: kisik vrije na -183 °, a dušik na -196 °. Temperatura tekućeg zraka je ispod dvjesto stupnjeva, a zagrijavanjem se može izvršiti odvajanje.
Kada tekući zrak počne polako isparavati,dušik prvi isparava, a nakon što je njegov glavni dio već ispario, kisik kipi na temperaturi od -183 ° C. Činjenica je da dok dušik ostaje u smjesi, on se ne može nastaviti zagrijavati, čak i ako se koristi dodatno zagrijavanje, ali čim većina dušika ispari, smjesa će brzo doseći vrelište sljedećeg dijela smjese , odnosno kisik.
Čišćenje
Međutim, na taj je način nemoguće dobiti čistokisik i dušik u jednoj operaciji. Zrak u tekućem stanju u prvoj fazi destilacije sadrži oko 78% dušika i 21% kisika, ali što dalje proces ide i što manje dušika ostane u tekućini, to će više kisika isparavati s njim. Kada koncentracija dušika u tekućini padne na 50%, sadržaj kisika u pari povećava se na 20%. Stoga se ispareni plinovi ponovno kondenziraju i drugi put podvrgavaju destilaciji. Što je više destilacija, rezultirajući proizvodi će biti čišći.
U industriji
Isparavanje i kondenzacija su dva suprotnapostupak. U prvom slučaju, tekućina mora trošiti toplinu, a u drugom će se toplina osloboditi. Ako nema gubitka topline, tada je toplina koja se oslobađa i troši tijekom ovih procesa jednaka. Dakle, volumen kondenziranog kisika bit će praktički jednak volumenu isparenog dušika. Taj se postupak naziva ispravljanje. Smjesa dva plina, nastala uslijed isparavanja tekućeg zraka, ponovno prolazi kroz nju, a dio kisika prelazi u kondenzat, odajući toplinu, zbog čega dio dušika isparava. Postupak se ponavlja više puta.
Industrijska proizvodnja dušika i kisika odvija se u takozvanim rektifikacijskim stupovima.
Zanimljive činjenice
U kontaktu s tekućim kisikom, mnogo materijalapostati krhki. Uz to, tekući kisik vrlo je snažno oksidirajuće sredstvo, pa kad u njega uđe, organska tvar sagorijeva, oslobađajući puno topline. Kad su impregnirane tekućim kisikom, neke od tih tvari dobivaju nekontrolirana eksplozivna svojstva. Ovo je ponašanje tipično za naftne derivate, koji uključuju konvencionalni asfalt.
