Omdat alle gassen meerdere aggregaten hebbentoestanden en kan vloeibaar worden gemaakt, dan kan de lucht, bestaande uit een mengsel van gassen, ook een vloeistof worden. In feite wordt vloeibare lucht geproduceerd om er pure zuurstof, stikstof en argon uit te halen.
Een beetje geschiedenis
Tot de 19e eeuw dachten wetenschappers dat gas alleen maar heeftéén toestand van aggregatie, maar ze leerden aan het begin van de vorige eeuw hoe ze lucht in een vloeibare toestand konden brengen. Dit werd gedaan met behulp van een Linde-machine, waarvan de belangrijkste onderdelen een compressor (een elektromotor uitgerust met een pomp) en een warmtewisselaar waren, gepresenteerd in de vorm van twee spiraalvormige buizen, waarvan er een in de andere passeerde. Het derde onderdeel van het ontwerp was een thermoskan, waarin vloeibaar gas werd opgevangen. De onderdelen van de machine zijn bedekt met warmte-isolerende materialen om te voorkomen dat warmtegas naar buiten komt. De binnenband bij de nek eindigde met een choke.
Gas werk
De technologie voor het verkrijgen van vloeibare lucht is behoorlijkgemakkelijk. Eerst wordt het gasmengsel ontdaan van stof, waterdeeltjes en kooldioxide. Er is nog een belangrijk onderdeel, zonder welke het niet mogelijk zal zijn om vloeibare luchtdruk te produceren. Met behulp van een compressor wordt de lucht gecomprimeerd tot 200-250 atmosfeer, terwijl deze tegelijkertijd wordt gekoeld met water. Vervolgens gaat de lucht door de eerste warmtewisselaar, waarna deze wordt verdeeld in twee stromen, waarvan de grootste naar de expander gaat. Deze term wordt een zuigermachine genoemd die werkt door gas uit te zetten. Het zet potentiële energie om in mechanische energie en het gas koelt af omdat het werkt.
Verder gaat de lucht, die de twee warmtewisselaars heeft gewassen en daardoor de tweede stroom die ernaartoe gaat gekoeld, naar buiten en wordt opgevangen in een thermoskan.
Turbo-expander
Ondanks de schijnbare eenvoud is het gebruikexpander is onmogelijk op industriële schaal. Het gas dat wordt verkregen door door een dunne buis te smoren, blijkt te duur te zijn, de productie ervan is niet efficiënt genoeg en verbruikt veel energie, en daarom onaanvaardbaar voor de industrie. Aan het begin van de vorige eeuw was er een kwestie van vereenvoudiging van het smelten van ruwijzer, en hiervoor werd een voorstel gedaan om het blazen uit lucht met een hoog zuurstofgehalte te maken. Zo ontstond de vraag over de industriële productie van laatstgenoemde.
De expander van de zuiger raakt snel verstopt met waterijs, dus de lucht moet voorgedroogd zijn, wat het proces moeilijker en duurder maakt. De ontwikkeling van een turboexpander die een turbine gebruikt in plaats van een zuiger, hielp om het probleem op te lossen. Later vonden turborexpanders toepassing bij het verkrijgen van andere gassen.
toepassing
Vloeibare lucht zelf wordt nergens gebruikt; het is een tussenproduct bij het verkrijgen van zuivere gassen.
Het principe van de componentenselectie is gebaseerd op het verschilbij het koken van de componenten van het mengsel: zuurstof kookt bij -183 ° en stikstof bij -196 °. De temperatuur van de vloeibare lucht is lager dan tweehonderd graden en door deze te verwarmen, kan scheiding worden uitgevoerd.
Wanneer vloeibare lucht langzaam begint te verdampenstikstof ontsnapt als eerste, en nadat het grootste deel ervan al is verdampt, kookt zuurstof bij een temperatuur van -183 ° C. Het is een feit dat zolang stikstof in het mengsel blijft, het niet verder kan opwarmen, zelfs niet als er extra wordt verwarmd, maar zodra de meeste stikstof verdampt, zal het mengsel snel het kookpunt bereiken van het volgende deel van het mengsel, dat wil zeggen zuurstof.
Reiniging
Op deze manier is het echter onmogelijk om puur te verkrijgenzuurstof en stikstof in één bewerking. Lucht in vloeibare toestand bevat in de eerste destillatiefase ongeveer 78% stikstof en 21% zuurstof, maar hoe verder het proces verloopt en hoe minder stikstof in de vloeistof achterblijft, hoe meer zuurstof ermee zal verdampen. Wanneer de stikstofconcentratie in de vloeistof daalt tot 50%, neemt het zuurstofgehalte in de damp toe tot 20%. Daarom worden de verdampte gassen opnieuw gecondenseerd en een tweede keer gedestilleerd. Hoe meer distillaties er zijn, hoe schoner de resulterende producten zullen zijn.
In industrie
Verdamping en condensatie zijn twee tegengesteldewerkwijze. In het eerste geval moet de vloeistof warmte afgeven en in het tweede geval komt er warmte vrij. Als er geen warmteverlies is, dan is de warmte die vrijkomt en verbruikt tijdens deze processen gelijk. Het volume gecondenseerde zuurstof zal dus praktisch gelijk zijn aan het volume verdampte stikstof. Dit proces wordt rectificatie genoemd. Een mengsel van twee gassen, gevormd als gevolg van de verdamping van vloeibare lucht, wordt er opnieuw doorheen geleid en een deel van de zuurstof gaat in condensaat en geeft warmte af, waardoor een deel van de stikstof verdampt. Het proces wordt vele malen herhaald.
De industriële productie van stikstof en zuurstof vindt plaats in de zogenaamde rectificatiekolommen.
Interessante feiten
In contact met vloeibare zuurstof, veel materialenbroos worden. Bovendien is vloeibare zuurstof een zeer krachtig oxidatiemiddel, daarom verbrandt organische stof zodra het erin komt, waardoor veel warmte vrijkomt. Sommige van deze stoffen krijgen bij geïmpregneerd met vloeibare zuurstof ongecontroleerde explosieve eigenschappen. Dit gedrag is typisch voor aardolieproducten, waaronder conventioneel asfalt.
