Tā kā visām gāzēm ir vairāki agregācijas stāvokļi un tās var sašķidrināt, arī gaiss, kas sastāv no gāzu maisījuma, var kļūt par šķidrumu. Pamatā tiek ražots šķidrs gaiss, lai no tā iegūtu tīru skābekli, slāpekli un argonu.
Mazliet vēstures
Līdz 19. gadsimtam zinātnieki uzskatīja, ka gāzei ir tikai viens agregācijas stāvoklis, taču jau pagājušā gadsimta sākumā viņi iemācījās novest gaisu šķidrā stāvoklī. Tas tika darīts, izmantojot Linde mašīnu, kuras galvenās daļas bija kompresors (elektromotors, kas aprīkots ar sūkni) un siltummainis, kas tika noformēts divu spirālē velmētu cauruļu veidā, no kurām viena gāja otrā iekšpusē. Trešā dizaina sastāvdaļa bija termoss, un tajā tika savākta sašķidrinātā gāze. Mašīnas daļas tika pārklātas ar siltumizolācijas materiāliem, lai novērstu piekļuvi siltuma gāzei no ārpuses. Iekšējā caurule, kas atrodas netālu no kakla, beidzās ar droseļvārstu.
Gāzes darbs
Sašķidrinātā gaisa iegūšanas tehnoloģija ir pavisam vienkārša. Pirmkārt, gāzu maisījumu attīra no putekļiem, ūdens daļiņām, kā arī no oglekļa dioksīda. Ir vēl viena svarīga sastāvdaļa, bez kuras nebūs iespējams ražot šķidru gaisu - spiedienu. Ar kompresora palīdzību gaiss tiek saspiests līdz 200-250 atmosfērām,vienlaikus atdzesējot to ar ūdeni. Tālāk gaiss iet caur pirmo siltummaini, pēc kura tas tiek sadalīts divās plūsmās, no kurām lielākā nonāk paplašinātājā. Šis termins attiecas uz virzuļmašīnu, kas darbojas, paplašinot gāzi. Tas pārvērš potenciālo enerģiju mehāniskajā enerģijā, un gāze atdziest, jo tā darbojas.
Turklāt gaiss, izmazgājis divus siltummaiņus un tādējādi atdzesējot otru plūsmu, kas iet uz to, iziet ārā un sakrājas termosā.
Turbo paplašinātājs
Neskatoties uz šķietamo vienkāršību, paplašinātāju nav iespējams izmantot rūpnieciskā mērogā. Gāze, kas iegūta, drosējot caur tievu cauruli, izrādās pārāk dārga, tās ražošana nav pietiekami efektīva un enerģiju patērējoša, tāpēc rūpniecībai nepieņemama. Pagājušā gadsimta sākumā bija jautājums par dzelzs kausēšanas vienkāršošanu, un šim nolūkam tika izvirzīts priekšlikums izpūst gaisu no gaisa ar augstu skābekļa saturu. Tādējādi radās jautājums par pēdējo rūpniecisko ražošanu.
Virzuļa paplašinātājs ātri aizsērējas ar ūdens ledu, tāpēc vispirms jāizžāvē gaiss, padarot procesu grūtāku un dārgāku. Problēmu palīdzēja atrisināt turboekspandera izstrāde, izmantojot turbīnu virzuļa vietā. Vēlāk turboekspanderus izmantoja citu gāzu ražošanā.
Pieteikums
Pats šķidrais gaiss nekur netiek izmantots, tas ir starpprodukts tīru gāzu iegūšanā.
Sastāvdaļu atdalīšanas princips ir balstīts uz viršanas atšķirībumaisījuma daļas: skābeklis vārās pie -183 °, un slāpeklis pie -196 °. Šķidrā gaisa temperatūra ir zemāka par divsimt grādiem, un to karsējot 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 ° temperatūrā. Fakts ir tāds, ka, kamēr slāpeklis paliek maisījumā, tas nevar turpināt uzkarst, pat ja tiek izmantota papildu karsēšana, bet, tiklīdz lielākā daļa slāpekļa ir iztvaikojusi, maisījums ātri sasniegs nākamās daļas viršanas temperatūru. maisījums, t.i., skābeklis.
Attīrīšana
Tomēr šādā veidā vienā operācijā nav iespējams iegūt tīru skābekli un slāpekli. Gaiss šķidrā stāvoklī pirmajā destilācijas posmā satur aptuveni 78% slāpekļa un 21% skābekļa, bet jo tālāk process iet 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 kondensē un otrreiz destilē. Jo vairāk tika veikta destilācija, jo tīrāki būs iegūtie produkti.
Nozarē
Iztvaikošana un kondensācija ir divi pretēji procesi. Pirmajā gadījumā šķidrumam jāpatērē siltums, un otrajā gadījumā siltums tiks atbrīvots. Ja siltuma zudumu nav, tad šo procesu laikā izdalītais un patērētais siltums ir vienāds. Tādējādi kondensētā skābekļa tilpums būs gandrīz vienāds ar tilpumuiztvaicēts slāpeklis. Šo procesu sauc par labošanu. Caur to atkal tiek izvadīts divu gāzu maisījums, kas veidojas šķidrā gaisa iztvaikošanas rezultātā, un daļa skābekļa nonāk kondensātā, vienlaikus izdalot siltumu, kā rezultātā daļa slāpekļa iztvaiko. Process tiek atkārtots daudzas reizes.
Slāpekļa un skābekļa rūpnieciskā ražošana notiek tā sauktajās destilācijas kolonnās.
Interesanti fakti
Saskaroties ar šķidro skābekli, daudzi materiāli kļūst trausli. Turklāt šķidrais skābeklis ir ļoti spēcīgs oksidētājs, tāpēc, nonākot tajā, organiskās vielas izdeg, izdalot daudz siltuma. Piesūcinot ar šķidru skābekli, dažas no šīm vielām iegūst nekontrolētas sprādzienbīstamības īpašības. Šāda uzvedība ir raksturīga naftas produktiem, kas ietver parasto asf altu.
