Трохи історії
До 19 століття вчені вважали, що газ має лише одне агрегатний стан, але доводити повітря до рідкого стану навчилися вже на початку минулого століття. Це робилося за допомогою машини Лінде, основними частинами якої були компресор (електродвигун, забезпечений насосом) і теплообмінник, представлений у вигляді двох згорнутих в спіраль трубок, одна з яких проходила усередині іншої. Третім компонентом конструкції був термос, всередині нього і збирався скраплений газ. Деталі машини покривалися теплоізоляційними матеріалами, щоб запобігти доступ до газу теплоти ззовні. Знаходиться поблизу горловини внутрішня трубка закінчувалася дроселем.
Робота газу
Технологія отримання зрідженого повітря досить проста. Спочатку суміш газів очищають від пилу, часток води, а також від вуглекислого газу. Є ще одна важлива складова, без якої не вийде зробити рідке повітря, - тиск. З допомогою компресора повітря стискають до 200-250 атмосфер, одночасно охолоджуючи його водою. Далі повітря йде через перший теплообмінник, після чого ділиться на два потоку, більший з яких йде в детандер. Цим терміном називають поршневу машину, яка працює за рахунок розширення газу. Вона перетворює потенційну енергію в механічну, і газ охолоджується, тому що робить роботу.Далі повітря, омивши два теплообмінника і тим самим охолодивши другий потік, що йде назустріч, виходить назовні і збирається в термосі.
Турбодетандером
Незважаючи на уявну простоту, застосування детандера неможливо в промислових масштабах. Отриманий шляхом дроселювання через тонку трубку газ виявляється занадто доріг, отримання його недостатньо ефективно і енергозатратно, а отже неприйнятно для промисловості. На початку минулого століття стояв питання про спрощення виплавки чавуну, і для цього було висунуто пропозицію робити піддув повітря з високим вмістом кисню. Таким чином виникло питання і про промислової видобутку останнього. Поршневий детандер швидко забивається водяним льодом, тому повітря треба попередньо осушити, що робить процес складніше і дорожче. Вирішити проблему допомогла розробка турбодетандера, що використовує замість поршня турбіну. Пізніше турбодетандери знайшли застосування у процесі отримання і інших газів.Застосування
Сам рідкий повітря як такої ніде не використовується, це проміжний продукт в отриманні чистих газів. Принцип виділення складових заснований на різниці в кипінні складових частин суміші: кисень закипає при -183°, а азот при -196°. Температура рідкого повітря нижче двохсот градусів, і нагріваючи його, можна проводити поділ. Коли рідкий повітря починає випаровуватися повільно, першим азот випаровується, а після того, як його основна частина вже випарувалася, при температурі -183° закипає кисень. Справа в тому, що поки азот залишається в суміші, вона не може продовжити нагріватися, навіть якщо використовувати додатковий підігрів, але як тільки більша частина азоту випарується, суміш швидко досягне температури кипіння наступної частини суміші, тобто кисню.
Очищення
Однак таким шляхом неможливо отримати чисті кисень і азот за одну операцію. Повітря в рідкому стані на першій стадії перегонки містить близько 78 % азоту і 21 % кисню, однак чим далі йде процес і чим менше азоту залишається в рідині, тим більше разом з ним буде випаровуватися і кисню. Коли концентрація азоту в рідини падає до 50 %, вміст кисню в парах збільшується до 20 %. Тому испаренние гази знову конденсують і піддають перегонці вдруге. Чим більше було перегонок, тим чистіше будуть отримані продукти.У промисловості
Випаровування і конденсація - це два протилежних процесу. При першому рідину повинна затратити тепло, а при другому - тепло буде виділятися. У разі якщо немає втрати тепла, то теплота, що виділяється і споживана під час цих процесів, дорівнює. Таким чином обсяг сконденсованого кисню буде практично дорівнює обсягу випаруваного азоту. Цей процес називається ректифікацією. Суміш двох газів, утворена внаслідок випаровування рідкого повітря, знову пропускається через нього, і деяка частина кисню переходить в конденсат, віддаючи при цьому тепло, за рахунок чого випаровується деяка частина азоту. Процес повторюється безліч разів. Промислове одержання азоту і кисню відбувається в так званих ректифікаційних колонах.