Zawartość
- Jak działa rozdział gazów przez destylację frakcyjną
- Frakcyjna destylacja ciekłego powietrza
- Inne typy jednostek separacji powietrza
Powietrze w atmosferze ziemskiej składa się z azotu (78 procent), tlenu (21 procent), argonu (0,93 procent), dwutlenku węgla (0,038 procent) i innych gazów śladowych, w tym pary wodnej i innych gazów szlachetnych. Naukowcy mogą wydobywać śladowe gazy z powietrza za pomocą filtrów lub chłodzenia powietrza. Na przykład dwutlenek węgla zamienia się w ciało stałe w temperaturze -79 ° C (-110 ° F). Aby oddzielić próbkę powietrza na podstawowe składniki - azot i tlen - muszą znacznie ostudzić powietrze, aż do -200 ° C (-328 ° F), czyli prawie tak zimno jak powierzchnia Plutona. Proces ten znany jest jako destylacja frakcyjna ciekłego powietrza lub destylacja kriogeniczna. Wymaga urządzenia oddzielającego powietrze, które nie różni się od konwencjonalnej rurki destylacyjnej stosowanej do oczyszczania wody.
Jak działa rozdział gazów przez destylację frakcyjną
Każdy gaz ma charakterystyczną temperaturę wrzenia, określoną jako temperatura, w której przekształca się z cieczy w gaz. Jeśli masz losową próbkę gazów, możesz je rozdzielić, stopniowo schładzając próbkę do momentu skroplenia się każdego składnika gazu. Skroplony związek spada na dno naczynia zbiorczego. Po odzyskaniu całej cieczy chłodzenie jest kontynuowane, aż temperatura spadnie do temperatury wrzenia następnego związku i upłynni się. Niektóre związki, takie jak dwutlenek węgla, nigdy nie ulegają upłynnieniu. Zamiast tego zamieniają się bezpośrednio w ciała stałe, które są łatwiejsze do odzyskania niż płyny.
Frakcyjna destylacja ciekłego powietrza
Jednostka oddzielania powietrza jest często nazywana generatorem tlenu lub azotu, ponieważ jej celem jest ekstrakcja jednego lub obu tych pierwiastków z powietrza. W procesie destylacji powietrze jest najpierw przepuszczane przez filtr, który pochłania całą parę wodną. Następnie rozpoczyna się proces chłodzenia. Polega na zastosowaniu turbin i wysokoenergetycznych układów chłodniczych. Dwutlenek węgla i inne gazy śladowe wydzielają się, gdy temperatura osiąga każdą z temperatur sublimacji lub wrzenia. Sublimacja opisuje zmianę stanu bezpośrednio z ciała stałego na gaz.
Gdy temperatura osiągnie - 200 ° C, skroploną mieszaninę podaje się przez rurkę do naczynia, które jest nieco cieplejsze na dole (-185 ° C) niż na górze (-190 ° C). Tlen upłynnia się w temperaturze -183 ° C, więc wypływa z kolby przez rurkę na dnie. Azot zamienia się z powrotem w gaz, ponieważ jego temperatura wrzenia wynosi −196 ° C. Płynie przez rurkę połączoną z górną częścią kolby.
Inne typy jednostek separacji powietrza
Oddzielanie gazów metodą destylacji frakcyjnej nie jest jedynym sposobem wytwarzania tlenu lub azotu z powietrza. Generator membranowy wykorzystuje system półprzepuszczalnych membran z pustych włókien, które pozwalają na przejście mniejszych cząsteczek w próbce sprężonego powietrza, blokując większe. Ten typ układu może generować azot o czystości od 95 do 99,5 procent. W innym sposobie ekstrakcji sprężone powietrze jest poddawane cyklicznie pod ciśnieniem przez sito molekularne z węglem, które zatrzymuje tlen i usuwa go z powietrza. Pozostały azot może mieć czystość między 95 a 99,9995 procent.