Tā kā visām gāzēm ir vairāki agregātistāvoklī un var būt sašķidrināts, tad arī gaiss, kas sastāv no gāzu maisījuma, var kļūt par šķidrumu. Būtībā šķidrais gaiss tiek ražots, lai no tā iegūtu tīru skābekli, slāpekli un argonu.
Nedaudz vēstures
Līdz 19. gadsimtam zinātnieki uzskatīja, ka gāzei ir tikaiviens agregācijas stāvoklis, taču viņi jau pagājušā gadsimta sākumā iemācījās, kā gaisu nogādāt šķidrā stāvoklī. Tas tika veikts, izmantojot Linde mašīnu, kuras galvenās daļas bija kompresors (elektromotors, kas aprīkots ar sūkni) un siltummainis, kas uzrādīti divu saritinātu cauruļu veidā, no kuriem viens šķērsoja otru. Trešā dizaina sastāvdaļa bija termoss, kura iekšpusē tika savākta sašķidrināta gāze. Mašīnas daļas tika pārklātas ar siltumizolējošiem materiāliem, lai novērstu piekļuvi siltuma gāzei no ārpuses. Iekšējā caurule, kas atrodas netālu no kakla, beidzās ar aizrīšanos.
Gāzes darbs
Sašķidrinātā gaisa iegūšanas tehnoloģija ir diezganvienkārši. Pirmkārt, gāzes maisījumu notīra no putekļiem, ūdens daļiņām un oglekļa dioksīda. Ir vēl viena svarīga sastāvdaļa, bez kuras nebūs iespējams radīt šķidru gaisu - spiediens. Ar kompresora palīdzību gaiss tiek saspiests līdz 200-250 atmosfērām, vienlaikus to atdzesējot ar ūdeni. Tad gaiss iet caur pirmo siltummaini, pēc kura tas tiek sadalīts divās plūsmās, no kurām lielākā iet uz paplašinātāju. Šo terminu sauc par virzuļmašīnu, kas darbojas, paplašinot gāzi. Tas pārveido potenciālo enerģiju mehāniskajā enerģijā, un gāze atdziest, jo tā darbojas.
Tālāk gaiss, mazgājot abus siltummaiņus un tādējādi atdzesējot otro plūsmu, kas iet uz pretējo pusi, iznāk un tiek savākts termosā.
Turbo paplašinātājs
Neskatoties uz šķietamo vienkāršību, izmantošanarūpnieciskā mērogā nav iespējams. Gāze, kas iegūta, droselējot caur plānu cauruli, izrādās pārāk dārga, tās ražošana ir nepietiekami efektīva un enerģiju patērējoša, tāpēc rūpniecībai nepieņemama. Pagājušā gadsimta sākumā bija jautājums par čuguna kausēšanas vienkāršošanu, un tam tika izvirzīts priekšlikums padarīt pūšanu no gaisa ar augstu skābekļa saturu. Tādējādi radās jautājums par pēdējās rūpniecisko ražošanu.
Virzuļa paplašinātājs ātri aizsērē ūdeniledus, tāpēc gaisam jābūt iepriekš izžāvētam, kas padara procesu grūtāku un dārgāku. Problēmu palīdzēja atrisināt turbo paplašinātāja izstrāde, kas virzuļa vietā izmanto turbīnu. Vēlāk turbo paplašinātāji atrada pielietojumu citu gāzu iegūšanas procesā.
Pieteikums
Pats šķidrais gaiss netiek izmantots nekur, tas ir starpprodukts tīru gāzu ražošanā.
Komponentu izvēles princips ir balstīts uz atšķirībumaisījuma sastāvdaļu vārīšanās temperatūrā: skābeklis vārās pie -183 ° un slāpeklis pie -196 °. Šķidrā gaisa temperatūra ir zemāka par diviem simtiem grādu, un, to sildot, var veikt atdalīšanu.
Kad šķidrais gaiss sāk lēnām iztvaikot,slāpeklis ir pirmais, kas iztvaiko, un pēc tam, kad tā galvenā daļa jau ir iztvaikojusi, skābeklis vārās -183 ° C temperatūrā. Fakts ir tāds, ka, kamēr slāpeklis paliek maisījumā, tas nevar turpināt uzkarsēt, pat ja tiek izmantota papildu sildīšana, bet, tiklīdz lielākā daļa slāpekļa iztvaiko, maisījums ātri sasniegs nākamās maisījuma daļas viršanas temperatūru , tas ir, skābeklis.
Attīrīšana
Tomēr šādā veidā nav iespējams iegūt tīruskābeklis un slāpeklis vienā darbībā. Šķidrā stāvoklī esošajā gaisā destilācijas pirmajā posmā ir aptuveni 78% slāpekļa un 21% skābekļa, taču, jo process turpinās un jo mazāk slāpekļa paliek šķidrumā, jo vairāk skābekļa ar to iztvaiko. Kad slāpekļa koncentrācija šķidrumā samazinās līdz 50%, skābekļa saturs tvaikos palielinās līdz 20%. Tāpēc iztvaicētās gāzes atkal kondensējas un otrreiz tiek destilētas. Jo vairāk destilāciju ir, jo tīrāki būs iegūtie produkti.
Rūpniecībā
Iztvaikošana un kondensācija ir divas pretējasprocess. Pirmajā gadījumā šķidrumam jātērē siltums, un otrajā - siltums tiks atbrīvots. Ja nav siltuma zudumu, tad šo procesu laikā izdalītais un patērētais siltums ir vienāds. Tādējādi kondensētā skābekļa tilpums praktiski būs vienāds ar iztvaikotā slāpekļa tilpumu. Šo procesu sauc par labošanu. Divu gāzu maisījums, kas izveidojies šķidrā gaisa iztvaikošanas rezultātā, atkal tiek izvadīts caur to, un daļa skābekļa pāriet kondensātā, izdalot siltumu, kā dēļ daļa slāpekļa iztvaiko. Process tiek atkārtots daudzas reizes.
Rūpnieciskā slāpekļa un skābekļa ražošana notiek tā sauktajās rektifikācijas kolonnās.
Interesanti fakti
Saskaroties ar šķidru skābekli, daudzi materiālikļūt trausls. Turklāt šķidrais skābeklis ir ļoti spēcīgs oksidētājs, tādēļ, nokļūstot tajā, organiskās vielas sadedzina, atbrīvojot daudz siltuma. Piesūcinot ar šķidru skābekli, dažas no šīm vielām iegūst nekontrolētas sprādzienbīstamas īpašības. Šī uzvedība ir raksturīga naftas produktiem, kas ietver parasto asfaltu.
