Omdat alle gassen verschillende aggregatietoestanden hebben en vloeibaar kunnen worden gemaakt, kan lucht, bestaande uit een mengsel van gassen, ook een vloeistof worden. In principe wordt vloeibare lucht geproduceerd om er zuivere zuurstof, stikstof en argon uit te halen.
Een beetje geschiedenis
Tot de 19e eeuw geloofden wetenschappers dat gas maar één aggregatietoestand heeft, maar ze leerden al aan het begin van de vorige eeuw hoe ze lucht in 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 buizen die in een spiraal waren gerold, waarvan de ene in de andere ging. Het derde onderdeel van het ontwerp was een thermoskan en daarin werd vloeibaar gemaakt gas verzameld. Machineonderdelen werden bedekt met warmte-isolerende materialen om toegang tot het warmtegas van buitenaf te voorkomen. De binnenband bij de hals eindigde met een gashendel.
Gaswerk
De technologie voor het verkrijgen van vloeibare lucht is vrij eenvoudig. Eerst wordt het gasmengsel gereinigd van stof, waterdeeltjes en ook van koolstofdioxide. Er is nog een ander belangrijk onderdeel, zonder welke het niet mogelijk zal zijn om vloeibare luchtdruk te produceren. Met behulp van een compressor wordt lucht gecomprimeerd tot 200-250 atmosfeer,terwijl je het afkoelt 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 verwijst naar een pistonmachine die werkt door gas uit te zetten. Het zet potentiële energie om in mechanische energie en het gas koelt af omdat het wel werkt.
Verder gaat de lucht, nadat de twee warmtewisselaars zijn gewassen en daardoor de tweede stroom die ernaartoe gaat afkoelt, naar buiten en verzamelt zich in een thermoskan.
Turbo-expander
Ondanks zijn ogenschijnlijke eenvoud is het gebruik van een expander op industriële schaal onmogelijk. Het gas dat wordt verkregen door smoren door een dunne buis blijkt te duur, de productie ervan is niet efficiënt genoeg en kost veel energie en daarom onaanvaardbaar voor de industrie. Aan het begin van de vorige eeuw was er sprake van vereenvoudiging van het smelten van ijzer en hiervoor werd het voorstel gedaan om lucht uit lucht met een hoog zuurstofgeh alte te blazen. Zo rees de vraag over de industriële productie van deze laatste.
De pistonexpander raakt snel verstopt met waterijs, dus de lucht moet eerst worden gedroogd, wat het proces moeilijker en duurder maakt. De ontwikkeling van een turbo-expander met een turbine in plaats van een zuiger hielp het probleem op te lossen. Later werden turbo-expanders gebruikt bij de productie van andere gassen.
Toepassing
Vloeibare lucht zelf wordt nergens gebruikt, het is een tussenproduct bij het verkrijgen van zuivere gassen.
Het principe van scheiding van bestanddelen is gebaseerd op het verschil in kookpuntdelen van het mengsel: zuurstof kookt bij -183 ° en stikstof bij -196 °. De temperatuur van vloeibare lucht is lager dan tweehonderd graden en door deze te verwarmen, kan scheiding worden uitgevoerd.
Wanneer vloeibare lucht langzaam begint te verdampen, verdampt stikstof als eerste en nadat het grootste deel al is verdampt, kookt zuurstof bij een temperatuur van -183 °. Feit is dat terwijl stikstof in het mengsel blijft, het niet verder kan opwarmen, zelfs niet als er extra verwarming wordt gebruikt, maar zodra de meeste stikstof is verdampt, zal het mengsel snel het kookpunt bereiken van het volgende deel van het mengsel. mengsel, d.w.z. zuurstof.
Zuivering
Op deze manier is het echter onmogelijk om in één keer zuivere zuurstof en stikstof te verkrijgen. Lucht in vloeibare toestand in de eerste fase van destillatie bevat ongeveer 78% stikstof en 21% zuurstof, maar hoe verder het proces gaat en hoe minder stikstof er in de vloeistof achterblijft, hoe meer zuurstof er mee verdampt. Wanneer de stikstofconcentratie in de vloeistof da alt tot 50%, stijgt het zuurstofgeh alte in de damp tot 20%. Daarom worden de verdampte gassen opnieuw gecondenseerd en een tweede keer gedestilleerd. Hoe meer distillaties, hoe schoner de resulterende producten zullen zijn.
In de industrie
Verdamping en condensatie zijn twee tegengestelde processen. In het eerste geval moet de vloeistof warmte verbruiken en in het tweede geval komt er warmte vrij. Als er geen warmteverlies is, is de warmte die vrijkomt en wordt verbruikt tijdens deze processen gelijk. Het volume gecondenseerde zuurstof zal dus bijna gelijk zijn aan het volumeverdampte stikstof. Dit proces wordt rectificatie genoemd. Het door de verdamping van vloeibare lucht gevormde mengsel van twee gassen wordt er weer doorheen geleid en een deel van de zuurstof komt in het condensaat terecht, waarbij warmte wordt afgegeven, waardoor een deel van de stikstof verdampt. Het proces wordt vele malen herhaald.
Industriële productie van stikstof en zuurstof vindt plaats in de zogenaamde destillatiekolommen.
Interessante feiten
Bij contact met vloeibare zuurstof worden veel materialen broos. Bovendien is vloeibare zuurstof een zeer krachtig oxidatiemiddel, daarom verbranden organische stoffen eenmaal erin, waarbij veel warmte vrijkomt. Wanneer geïmpregneerd met vloeibare zuurstof, krijgen sommige van deze stoffen ongecontroleerde explosieve eigenschappen. Dit gedrag is typerend voor aardolieproducten, waaronder conventioneel asf alt.
