Mivel minden gáznak több halmazállapota van, és cseppfolyósítható is, ezért a gázok keverékéből álló levegő is folyadékká válhat. Alapvetően folyékony levegőt állítanak elő, hogy tiszta oxigént, nitrogént és argont vonjanak ki belőle.
Egy kis történelem
A tudósok a 19. századig azt hitték, hogy a gáznak csak egy aggregációs állapota van, de már a múlt század elején megtanulták, hogyan lehet a levegőt folyékony állapotba hozni. Ez egy Linde géppel történt, melynek fő részei egy kompresszor (szivattyúval felszerelt villanymotor) és egy hőcserélő volt, két spirálba tekert cső formájában, amelyek közül az egyik áthaladt a másikon. A tervezés harmadik eleme egy termosz volt, amelybe cseppfolyósított gázt gyűjtöttek. A gépalkatrészeket hőszigetelő anyagokkal borították be, hogy a hőgáz kívülről ne férhessen hozzá. A nyak közelében található belső cső fojtószeleppel végződött.
Gázüzem
A cseppfolyósított levegő előállításának technológiája meglehetősen egyszerű. Először is, a gázkeveréket megtisztítják a portól, a vízrészecskéktől és a szén-dioxidtól is. Van egy másik fontos összetevő, amely nélkül nem lehet folyékony levegőt előállítani - nyomás. Egy kompresszor segítségével a levegőt 200-250 atmoszférára sűrítik,miközben vízzel hűti. Ezután a levegő átmegy az első hőcserélőn, majd két áramra oszlik, amelyek közül a nagyobb az expanderbe kerül. Ez a kifejezés egy dugattyús gépre vonatkozik, amely gáz expandálásával működik. A potenciális energiát mechanikai energiává alakítja, és a gáz lehűl, mert működik.
Továbbá a levegő, miután megmosta a két hőcserélőt, és ezáltal lehűti a felé irányuló második áramlást, kimegy és egy termoszba gyűlik össze.
Turbó bővítő
A látszólagos egyszerűsége ellenére az expander használata ipari méretekben lehetetlen. A vékony csövön keresztül történő fojtásból nyert gáz túl drágának bizonyul, előállítása nem elég hatékony és energiaigényes, ezért az ipar számára elfogadhatatlan. A múlt század elején szóba került a vas olvasztásának egyszerűsítése, erre javaslatot terjesztettek elő, hogy levegőt fújjanak ki magas oxigéntartalmú levegőből. Felmerült tehát a kérdés az utóbbiak ipari termelésével kapcsolatban.
A dugattyús expander gyorsan eltömődik a vízjégtől, ezért először a levegőt meg kell szárítani, ami megnehezíti és drágábbá teszi a folyamatot. A probléma megoldását segítette a dugattyú helyett turbinát használó turbóexpander kifejlesztése. Később a turbóexpandereket más gázok előállítására is használták.
Alkalmazás
Maga a folyékony levegőt sehol nem használják, ez egy köztes termék a tiszta gázok előállításában.
Az összetevők szétválasztásának elve a forráspont különbségén alapula keverék részei: az oxigén -183 °C-on, a nitrogén pedig -196 °C-on forr. A folyékony levegő hőmérséklete kétszáz fok alatt van, melegítésével az elválasztás elvégezhető.
Amikor a folyékony levegő elkezd lassan elpárologni, először a nitrogén párolog el, és miután fő része már elpárolgott, az oxigén -183 °C-on felforr. A helyzet az, hogy míg a nitrogén a keverékben marad, az nem melegszik tovább, még további fűtés esetén sem, de amint a nitrogén nagy része elpárolog, a keverék gyorsan eléri a következő rész forráspontját. keverék, azaz oxigén.
Tisztítás
Ilyen módon azonban lehetetlen tiszta oxigént és nitrogént egyetlen műveletben előállítani. A folyékony halmazállapotú levegő a desztilláció első szakaszában körülbelül 78% nitrogént és 21% oxigént tartalmaz, de minél tovább halad a folyamat, és minél kevesebb nitrogén marad a folyadékban, annál több oxigén párolog el vele. Amikor a folyadék nitrogénkoncentrációja 50%-ra csökken, a gőz oxigéntartalma 20%-ra nő. Ezért az elpárolgott gázokat ismét kondenzálják és másodszor is desztillálják. Minél több desztilláció történt, annál tisztábbak lesznek a kapott termékek.
Az iparban
A párolgás és a kondenzáció két ellentétes folyamat. Az első esetben a folyadéknak hőt kell fogyasztania, a második esetben pedig hő szabadul fel. Ha nincs hőveszteség, akkor a folyamatok során felszabaduló és elfogyasztott hő egyenlő. Így a kondenzált oxigén térfogata majdnem megegyezik a térfogattalelpárolgott nitrogén. Ezt a folyamatot helyesbítésnek nevezik. A folyékony levegő elpárolgása következtében keletkező két gáz keveréke ismét áthalad rajta, és az oxigén egy része a kondenzátumba kerül, miközben hőt ad le, aminek következtében a nitrogén egy része elpárolog. A folyamat többször megismétlődik.
A nitrogén és oxigén ipari termelése az úgynevezett desztillációs oszlopokban történik.
Érdekes tények
A folyékony oxigénnel érintkezve sok anyag törékennyé válik. Ezenkívül a folyékony oxigén nagyon erős oxidálószer, ezért a szerves anyagok kiégnek, és sok hőt szabadítanak fel. Folyékony oxigénnel impregnálva ezeknek az anyagoknak egy része ellenőrizetlen robbanásveszélyes tulajdonságokra tesz szert. Ez a viselkedés a kőolajtermékekre jellemző, beleértve a hagyományos aszf altot is.
