Ker imajo vsi plini več agregacijskih stanj in so lahko utekočinjeni, lahko zrak, sestavljen iz mešanice plinov, postane tudi tekočina. V bistvu se proizvaja tekoči zrak, da se iz njega pridobi čisti kisik, dušik in argon.
Malo zgodovine
Do 19. stoletja so znanstveniki verjeli, da ima plin samo eno agregacijsko stanje, vendar so se naučili, kako zrak spraviti v tekoče stanje, že v začetku prejšnjega stoletja. To je bilo storjeno s strojem Linde, katerega glavna dela sta bila kompresor (elektromotor, opremljen s črpalko) in toplotni izmenjevalec, predstavljen v obliki dveh cevi, zvite v spiralo, od katerih je ena prešla v drugo. Tretja komponenta zasnove je bil termos, v njem pa je bil zbran utekočinjen plin. Deli stroja so bili prekriti s toplotnoizolacijskimi materiali, da se prepreči dostop toplotnega plina od zunaj. Notranja cev, ki se nahaja blizu vratu, se je končala z dušilko.
plin
Tehnologija pridobivanja utekočinjenega zraka je precej preprosta. Najprej se mešanica plinov očisti iz prahu, vodnih delcev in tudi iz ogljikovega dioksida. Obstaja še ena pomembna komponenta, brez katere ne bo mogoče proizvajati tekočega zraka - tlak. S pomočjo kompresorja se zrak stisne do 200-250 atmosfer,pri hlajenju z vodo. Nato zrak gre skozi prvi toplotni izmenjevalec, nato pa se razdeli na dva toka, od katerih večji gre v ekspander. Ta izraz se nanaša na batni stroj, ki deluje z raztezanjem plina. Pretvarja potencialno energijo v mehansko energijo in plin se ohladi, ker deluje.
Dalje zrak, ki spere oba toplotna izmenjevalnika in s tem ohladi drugi tok, ki gre proti njemu, gre ven in se zbere v termos.
Turbo ekspander
Kljub navidezni preprostosti je uporaba ekspanderja v industrijskem obsegu nemogoča. Plin, pridobljen z dušenjem skozi tanko cev, se izkaže za predrag, njegova proizvodnja ni dovolj učinkovita in energijsko potratna ter zato nesprejemljiva za industrijo. V začetku prejšnjega stoletja se je pojavilo vprašanje poenostavitve taljenja železa in za to je bil predlagan pihanje zraka iz zraka z visoko vsebnostjo kisika. Tako se je postavilo vprašanje o industrijski proizvodnji slednjega.
Razširjevalnik bata se hitro zamaši z vodnim ledom, zato je treba zrak najprej posušiti, kar oteži in podraži postopek. Razvoj turboekspanderja z uporabo turbine namesto bata je pomagal rešiti problem. Kasneje so bili turboekspanderji uporabljeni pri proizvodnji drugih plinov.
Prijava
Sama tekoči zrak se ne uporablja nikjer, je vmesni produkt pri pridobivanju čistih plinov.
Načelo ločevanja sestavin temelji na razliki v vrenjudeli zmesi: kisik vre pri -183 °, dušik pa pri -196 °. Temperatura tekočega zraka je pod dvesto stopinj in s segrevanjem se lahko izvede ločitev.
Ko začne tekoči zrak počasi izhlapevati, prvi izhlapi dušik in potem, ko njegov glavni del že izhlapi, vre kisik pri temperaturi -183°. Dejstvo je, da medtem ko dušik ostane v zmesi, se ne more še naprej segrevati, tudi če uporabimo dodatno ogrevanje, ampak takoj, ko večina dušika izhlapi, bo mešanica hitro dosegla vrelišče naslednjega dela mešanice. mešanica, tj. kisik.
Očiščenje
Vendar na ta način ni mogoče dobiti čistega kisika in dušika v eni operaciji. Zrak v tekočem stanju na prvi stopnji destilacije vsebuje približno 78 % dušika in 21 % kisika, a dlje ko gre proces in manj dušika ostane v tekočini, več kisika bo izhlapelo z njim. Ko koncentracija dušika v tekočini pade na 50%, se vsebnost kisika v pari poveča na 20%. Zato se uparjeni plini ponovno kondenzirajo in destilirajo drugič. Več kot je bilo destilacije, čistejši bodo nastali izdelki.
V industriji
Izhlapevanje in kondenzacija sta dva nasprotna procesa. V prvem primeru mora tekočina porabiti toploto, v drugem primeru pa se toplota sprosti. Če toplotne izgube ni, je toplota, ki se sprošča in porabi med temi procesi, enaka. Tako bo prostornina kondenziranega kisika skoraj enaka prostorniniuparjen dušik. Ta postopek se imenuje rektifikacija. Zmes dveh plinov, ki nastane kot posledica izhlapevanja tekočega zraka, se ponovno pretaka skozi njo, del kisika pa preide v kondenzat, pri čemer odda toploto, zaradi česar del dušika izhlapi. Postopek se večkrat ponovi.
Industrijska proizvodnja dušika in kisika poteka v tako imenovanih destilacijskih kolonah.
Zanimiva dejstva
Pri stiku s tekočim kisikom mnogi materiali postanejo krhki. Poleg tega je tekoči kisik zelo močno oksidacijsko sredstvo, zato organske snovi, ko so v njem, izgorejo in sproščajo veliko toplote. Ko so impregnirane s tekočim kisikom, nekatere od teh snovi pridobijo nenadzorovane eksplozivne lastnosti. To vedenje je značilno za naftne derivate, ki vključujejo običajen asf alt.
