Περιεχόμενο
- Πώς λειτουργεί ο διαχωρισμός των αερίων με κλασματική απόσταξη
- Η κλασματική απόσταξη του υγρού αέρα
- Άλλοι τύποι μονάδων διαχωρισμού αέρα
Ο αέρας στην ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από άζωτο (78%), οξυγόνο (21%), αργό (0,93%), διοξείδιο του άνθρακα (0,038%) και άλλα ιχνοστοιχεία, συμπεριλαμβανομένων υδρατμών και άλλων ευγενών αερίων. Οι επιστήμονες μπορούν να εκχυλίσουν τα αέρια ίχνη από τον αέρα χρησιμοποιώντας φίλτρα ή ψύξη του αέρα. Για παράδειγμα, το διοξείδιο του άνθρακα μετατρέπεται σε στερεό στους -79 ° C (-110 ° F). Για να διαχωρίσουν ένα δείγμα αέρα στα κύρια συστατικά του - άζωτο και οξυγόνο - πρέπει να ψύξουν τον αέρα σημαντικά περισσότερο, κάτω από τους -200 ° C (-328 ° F), που είναι σχεδόν τόσο κρύος όσο η επιφάνεια του Πλούτωνα. Η διαδικασία είναι γνωστή ως κλασματική απόσταξη υγρού αέρα ή κρυογονική απόσταξη. Απαιτεί μια μονάδα διαχωρισμού του αέρα που δεν έρχεται σε αντίθεση με ένα συμβατικό σωλήνα απόσταξης που χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό του νερού.
Πώς λειτουργεί ο διαχωρισμός των αερίων με κλασματική απόσταξη
Κάθε αέριο έχει ένα χαρακτηριστικό σημείο βρασμού, που ορίζεται ως η θερμοκρασία από την οποία μετατρέπεται από ένα υγρό σε ένα αέριο. Εάν έχετε ένα τυχαίο δείγμα αερίων, μπορείτε να τα διαχωρίσετε με τη σταδιακή ψύξη του δείγματος έως ότου κάθε συστατικό αέριο υγροποιηθεί. Η υγροποιημένη ένωση πέφτει στον πυθμένα ενός δοχείου συλλογής. Μετά την ανάκτηση όλου του υγρού, η ψύξη συνεχίζεται έως ότου η θερμοκρασία πέσει στο σημείο βρασμού της επόμενης ένωσης και υγροποιείται. Μερικές ενώσεις, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, ποτέ δεν υγράνουν. Αντ 'αυτού, μετατρέπονται απευθείας σε στερεά, τα οποία είναι ευκολότερο να ανακτηθούν από τα υγρά.
Η κλασματική απόσταξη του υγρού αέρα
Μία μονάδα διαχωρισμού αέρα συχνά ονομάζεται γεννήτρια οξυγόνου ή αζώτου, δεδομένου ότι σκοπός της είναι να εξαγάγει ένα ή και τα δύο από αυτά τα στοιχεία από τον αέρα. Στη διαδικασία απόσταξης, ο αέρας πρώτα διέρχεται από ένα φίλτρο που απορροφά όλο τον υδρατμό. Στη συνέχεια αρχίζει η διαδικασία ψύξης. Περιλαμβάνει τη χρήση στροβίλων και συστημάτων ψύξης υψηλής ενέργειας. Το διοξείδιο του άνθρακα και άλλα ιχνοστοιχεία κατακάθονται όταν η θερμοκρασία φτάσει σε κάθε σημείο εξάχνωσης ή βρασμού. Η εξάχνωση περιγράφει την αλλαγή της κατάστασης απευθείας από ένα στερεό σε ένα αέριο.
Όταν η θερμοκρασία φτάσει τους -200 ° C, το υγροποιημένο μίγμα τροφοδοτείται μέσω ενός σωλήνα σε ένα δοχείο που είναι ελαφρώς θερμότερο στον πυθμένα (-185 ° C) από ότι βρίσκεται στην κορυφή (-190 ° C). Το οξυγόνο υγροποιείται στους -183 ° C, έτσι ρέει έξω από τη φιάλη μέσω ενός σωλήνα στον πυθμένα. Το άζωτο όμως γυρίζει πίσω σε αέριο, επειδή το σημείο βρασμού του είναι -196 ° C. Εκρέει μέσω ενός σωλήνα συνδεδεμένου στην κορυφή της φιάλης.
Άλλοι τύποι μονάδων διαχωρισμού αέρα
Ο διαχωρισμός των αερίων με κλασματική απόσταξη δεν είναι ο μόνος τρόπος για την παραγωγή οξυγόνου ή αζώτου από τον αέρα. Μια γεννήτρια μεμβρανών χρησιμοποιεί ένα σύστημα ημιδιαπερατών μεμβρανών με κοίλες ίνες που επιτρέπουν στα μικρότερα μόρια σε ένα δείγμα πεπιεσμένου αέρα να μπουν ενώ δεσμεύουν τα μεγαλύτερα. Αυτός ο τύπος συστήματος μπορεί να παράγει άζωτο με καθαρότητα μεταξύ 95 και 99,5 τοις εκατό. Σε έναν άλλο τύπο μεθόδου εξαγωγής, ο συμπιεσμένος αέρας κυκλοφορεί υπό πίεση μέσω ενός μοριακού κόσκινου άνθρακα το οποίο συγκρατεί το οξυγόνο και το απομακρύνει από τον αέρα. Το άζωτο που έχει απομείνει μπορεί να έχει καθαρότητα μεταξύ 95 και 99,9995%.