Siden alle gasser har flere aggregeringstilstander og kan gjøres flytende, kan luft, som består av en blanding av gasser, også bli en væske. I utgangspunktet produseres flytende luft for å trekke ut rent oksygen, nitrogen og argon fra den.
Litt av historien
Fram til 1800-tallet trodde forskerne at gass bare har én aggregeringstilstand, men de lærte hvordan man bringer luft til flytende tilstand allerede på begynnelsen av forrige århundre. Dette ble gjort ved hjelp av en Linde-maskin, hvor hoveddelene var en kompressor (en elektrisk motor utstyrt med en pumpe) og en varmeveksler, presentert i form av to rør rullet inn i en spiral, hvorav det ene gikk inn i det andre. Den tredje komponenten i designet var en termos, og flytende gass ble samlet inn i den. Maskindeler ble dekket med varmeisolerende materialer for å hindre tilgang til varmegassen fra utsiden. Det indre røret som er plassert nær halsen, endte med en gasspjeld.
Gassarbeid
Teknologien for å oppnå flytende luft er ganske enkel. Først renses blandingen av gasser fra støv, vannpartikler og også fra karbondioksid. Det er en annen viktig komponent, uten hvilken det ikke vil være mulig å produsere flytende lufttrykk. Ved hjelp av en kompressor komprimeres luft opp til 200-250 atmosfærer,mens den avkjøles med vann. Deretter går luften gjennom den første varmeveksleren, hvoretter den deles i to strømmer, hvorav den største går til ekspanderen. Dette begrepet refererer til en stempelmaskin som fungerer ved å utvide gass. Den konverterer potensiell energi til mekanisk energi og gassen kjøles ned fordi den fungerer.
Videre går luften, etter å ha vasket de to varmevekslerne og dermed avkjølt den andre strømmen som går mot den, ut og samles i en termos.
Turbo expander
Til tross for sin tilsynelatende enkelhet, er bruken av en ekspander umulig i industriell skala. Gassen oppnådd ved å strupe gjennom et tynt rør viser seg å være for dyr, produksjonen er ikke effektiv nok og energikrevende, og derfor uakseptabel for industrien. I begynnelsen av forrige århundre var det snakk om å forenkle smeltingen av jern, og for dette ble det fremmet forslag om å blåse luft fra luft med høyt oksygeninnhold. Dermed oppsto spørsmålet om den industrielle produksjonen av sistnevnte.
Stempelekspanderen blir fort tilstoppet av vannis, så luften må tørkes først, noe som gjør prosessen vanskeligere og dyrere. Utviklingen av en turbokspander med en turbin i stedet for et stempel bidro til å løse problemet. Senere ble turbokspandere brukt i produksjonen av andre gasser.
Application
Flytende luft i seg selv brukes ikke noe sted, det er et mellomprodukt for å oppnå rene gasser.
Prinsippet for separasjon av bestanddeler er basert på forskjellen i kokingdeler av blandingen: oksygen koker ved -183 °, og nitrogen ved -196 °. Temperaturen på flytende luft er under to hundre grader, og ved å varme den kan separasjon gjennomføres.
Når flytende luft langsomt begynner å fordampe, er nitrogen den første som fordamper, og etter at hoveddelen allerede er fordampet, koker oksygen ved en temperatur på -183 °. Faktum er at mens nitrogen forblir i blandingen, kan det ikke fortsette å varmes opp, selv om tilleggsoppvarming brukes, men så snart mesteparten av nitrogenet har fordampet, vil blandingen raskt nå kokepunktet til neste del av blanding, dvs. oksygen.
Purification
Men på denne måten er det umulig å få rent oksygen og nitrogen i én operasjon. Luft i flytende tilstand ved første trinn av destillasjonen inneholder ca. 78 % nitrogen og 21 % oksygen, men jo lenger prosessen går og jo mindre nitrogen som er igjen i væsken, jo mer oksygen vil fordampe med den. Når nitrogenkonsentrasjonen i væsken synker til 50 %, øker oksygeninnholdet i dampen til 20 %. Derfor blir de fordampede gassene igjen kondensert og destillert en gang til. Jo flere destillasjoner det var, jo renere vil de resulterende produktene være.
I bransjen
Fordampning og kondensering er to motsatte prosesser. I det første tilfellet må væsken forbruke varme, og i det andre tilfellet frigjøres varme. Hvis det ikke er noe varmetap, er varmen som frigjøres og forbrukes under disse prosessene lik. Dermed vil volumet av kondensert oksygen være nesten lik volumetfordampet nitrogen. Denne prosessen kalles utbedring. Blandingen av to gasser dannet som et resultat av fordampning av flytende luft føres igjen gjennom den, og noe av oksygenet passerer inn i kondensatet, mens det avgir varme, på grunn av dette fordamper noe av nitrogenet. Prosessen gjentas mange ganger.
Industriell produksjon av nitrogen og oksygen skjer i de såk alte destillasjonskolonnene.
Interessante fakta
Når de kommer i kontakt med flytende oksygen, blir mange materialer sprø. I tillegg er flytende oksygen et veldig kraftig oksidasjonsmiddel, derfor brenner organiske stoffer ut når de er i det, og frigjør mye varme. Når de er impregnert med flytende oksygen, får noen av disse stoffene ukontrollerte eksplosive egenskaper. Denne oppførselen er typisk for petroleumsprodukter, som inkluderer konvensjonell asf alt.
