Vì tất cả các chất khí đều có một số trạng thái tập hợp và có thể hóa lỏng, nên không khí, bao gồm hỗn hợp các chất khí, cũng có thể trở thành chất lỏng. Về cơ bản, không khí lỏng được tạo ra để chiết xuất oxy, nitơ và argon tinh khiết từ nó.
Một chút lịch sử
Cho đến thế kỷ 19, các nhà khoa học tin rằng khí chỉ có một trạng thái kết tụ, nhưng họ đã học được cách đưa không khí về trạng thái lỏng vào đầu thế kỷ trước. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một máy Linde, các bộ phận chính của chúng là một máy nén (một động cơ điện được trang bị một máy bơm) và một bộ trao đổi nhiệt, được trình bày dưới dạng hai ống cuộn thành hình xoắn ốc, một ống luồn vào bên trong ống kia. Thành phần thứ ba của thiết kế là một cái phích và khí hóa lỏng được thu thập bên trong nó. Các bộ phận của máy được bọc bằng vật liệu cách nhiệt để ngăn chặn sự xâm nhập của khí nhiệt từ bên ngoài. Ống bên trong nằm gần cổ pô kết thúc bằng van tiết lưu.
Côngkhí
Công nghệ thu nhận không khí hóa lỏng khá đơn giản. Đầu tiên, hỗn hợp khí được làm sạch khỏi bụi, các hạt nước và cả khí cacbonic. Có một thành phần quan trọng khác, nếu không có nó sẽ không thể tạo ra không khí lỏng - áp suất. Với sự trợ giúp của máy nén, không khí được nén lên đến 200-250 atm,trong khi làm mát nó bằng nước. Tiếp theo, không khí đi qua thiết bị trao đổi nhiệt đầu tiên, sau đó nó được chia thành hai luồng, luồng lớn hơn sẽ đi đến thiết bị giãn nở. Thuật ngữ này dùng để chỉ một máy piston hoạt động bằng cách giãn nở khí. Nó chuyển đổi thế năng thành cơ năng và khí nguội đi vì nó hoạt động.
Hơn nữa, không khí, sau khi rửa sạch hai bộ trao đổi nhiệt và do đó làm mát dòng thứ hai đi về phía nó, đi ra ngoài và đọng lại trong một cái phích.
Turbo mở rộng
Mặc dù rõ ràng là đơn giản, nhưng việc sử dụng bộ mở rộng là không thể trên quy mô công nghiệp. Khí thu được bằng cách tiết lưu qua một ống mỏng hóa ra lại quá đắt, sản xuất không đủ hiệu quả và tiêu tốn năng lượng, do đó không thể chấp nhận được đối với ngành công nghiệp. Vào đầu thế kỷ trước, người ta đã đặt ra câu hỏi về việc đơn giản hóa quá trình nấu chảy sắt, và vì lý do này, một đề xuất đã được đưa ra để thổi khí từ không khí có hàm lượng oxy cao. Do đó, câu hỏi đã nảy sinh về sản xuất công nghiệp sau này.
Bộ mở rộng piston nhanh chóng bị tắc do đá nước, vì vậy trước tiên phải làm khô không khí, khiến quá trình này trở nên khó khăn và tốn kém hơn. Sự phát triển của động cơ turboexpander sử dụng tuabin thay vì piston đã giúp giải quyết vấn đề. Sau đó, turboexpanders được sử dụng trong sản xuất các loại khí khác.
Đơn
Bản thân không khí lỏng không được sử dụng ở bất cứ đâu, nó là sản phẩm trung gian để thu được khí tinh khiết.
Nguyên tắc phân tách các cấu tử dựa trên sự khác nhau về độ sôicác phần của hỗn hợp: oxy sôi ở -183 ° và nitơ ở -196 °. Nhiệt độ của không khí lỏng là dưới 200 độ, và bằng cách làm nóng nó, có thể tiến hành tách.
Khi không khí lỏng bắt đầu bay hơi từ từ, nitơ là chất bay hơi đầu tiên, và sau khi phần chính của nó đã bay hơi hết, ôxy sôi ở nhiệt độ -183 °. Thực tế là trong khi nitơ vẫn còn trong hỗn hợp, nó không thể tiếp tục nóng lên, ngay cả khi sử dụng thêm hệ thống sưởi, nhưng ngay sau khi phần lớn nitơ đã bay hơi, hỗn hợp sẽ nhanh chóng đạt đến điểm sôi của phần tiếp theo của hỗn hợp, tức là oxy.
Thanh lọc
Tuy nhiên, bằng cách này, không thể thu được oxy và nitơ tinh khiết trong một thao tác. Không khí ở trạng thái lỏng ở giai đoạn đầu tiên của quá trình chưng cất chứa khoảng 78% nitơ và 21% oxy, nhưng quá trình càng đi xa và lượng nitơ còn lại trong chất lỏng càng ít thì lượng oxy sẽ bay hơi cùng với nó. Khi nồng độ nitơ trong chất lỏng giảm xuống 50% thì hàm lượng oxi trong hơi tăng lên 20%. Do đó, các khí bay hơi lại được ngưng tụ và chưng cất lần thứ hai. Càng chưng cất nhiều, sản phẩm thu được sẽ càng sạch.
Trong ngành
Sự bay hơi và sự ngưng tụ là hai quá trình trái ngược nhau. Trong trường hợp đầu tiên, chất lỏng phải tiêu thụ nhiệt, và trong trường hợp thứ hai, nhiệt sẽ được tỏa ra. Nếu không có tổn thất nhiệt thì nhiệt lượng toả ra và tiêu hao trong các quá trình này là bằng nhau. Như vậy, thể tích khí oxi đặc sẽ gần bằng thể tíchnitơ bay hơi. Quá trình này được gọi là chỉnh lưu. Hỗn hợp của hai khí được tạo thành do sự bay hơi của không khí lỏng một lần nữa được đi qua nó, và một phần oxy đi vào chất ngưng tụ, đồng thời tỏa nhiệt, do đó một phần nitơ bay hơi. Quá trình này được lặp lại nhiều lần.
Quá trình sản xuất công nghiệp nitơ và oxy diễn ra trong cái gọi là cột chưng cất.
Sự thật thú vị
Khi tiếp xúc với oxy lỏng, nhiều vật liệu trở nên giòn. Ngoài ra, oxy lỏng là một chất oxy hóa rất mạnh, do đó, khi ở trong nó, các chất hữu cơ cháy hết sẽ tỏa ra rất nhiều nhiệt. Khi ngâm tẩm với oxy lỏng, một số chất này có đặc tính nổ không kiểm soát được. Hành vi này là điển hình của các sản phẩm dầu mỏ, bao gồm nhựa đường thông thường.
