Obsah
- Ako funguje separácia plynov frakčnou destiláciou
- Frakčná destilácia tekutého vzduchu
- Ostatné typy jednotiek na oddelenie vzduchu
Vzduch v zemskej atmosfére sa skladá z dusíka (78%), kyslíka (21%), argónu (0,93%), oxidu uhličitého (0,038%) a ďalších stopových plynov vrátane vodnej pary a iných vzácnych plynov. Vedci môžu extrahovať stopové plyny zo vzduchu pomocou filtrov alebo ochladením vzduchu. Napríklad oxid uhličitý sa premení na pevnú látku pri teplote -79 ° C (-110 ° F). Na oddelenie vzorky vzduchu do jeho primárnych zložiek - dusíka a kyslíka - musia vzduch chladiť podstatne viac, až na -200 ° C (-328 ° F), ktorý je takmer rovnako studený ako povrch Pluta. Tento proces je známy ako frakčná destilácia tekutého vzduchu alebo kryogénna destilácia. Vyžaduje vzduchovú separačnú jednotku, ktorá nie je na rozdiel od konvenčnej destilačnej trubice používanej na čistenie vody.
Ako funguje separácia plynov frakčnou destiláciou
Každý plyn má charakteristický bod varu, definovaný ako teplota, pri ktorej sa mení z kvapaliny na plyn. Ak máte náhodnú vzorku plynov, môžete ich oddeliť postupným ochladzovaním vzorky, až kým každá zložka plynu nekvapalí. Skvapalnená zlúčenina padá na dno zbernej nádoby. Po odstránení všetkej kvapaliny pokračuje chladenie, až kým teplota neklesne na teplotu varu ďalšej zlúčeniny a kým nedôjde ku skvapalneniu. Niektoré zlúčeniny, ako napríklad oxid uhličitý, nikdy nekapalujú. Namiesto toho sa premieňajú priamo na pevné látky, ktoré sa ľahšie získavajú ako kvapaliny.
Frakčná destilácia tekutého vzduchu
Jednotka na separáciu vzduchu sa často nazýva generátor kyslíka alebo dusíka, pretože jej účelom je extrahovať jeden alebo oba tieto prvky zo vzduchu. V destilačnom procese vzduch najskôr prechádza cez filter, ktorý absorbuje všetku vodnú paru. Potom sa začne proces chladenia. Zahŕňa to použitie turbín a vysokoenergetických chladiacich systémov. Oxid uhličitý a ďalšie stopové plyny sa usadzujú, keď teplota dosiahne každý z ich bodov sublimácie alebo varu. Sublimácia popisuje zmenu stavu priamo z tuhej látky na plyn.
Keď teplota dosiahne -200 ° C, skvapalnená zmes sa privádza trubicou do nádoby, ktorá je na dne mierne teplá (-185 ° C) ako na vrchu (-190 ° C). Kyslík skvapalňuje pri teplote -183 ° C, takže z banky steká trubicou na dne. Dusík sa však premieňa späť na plyn, pretože jeho teplota varu je -196 ° C. Tečie cez trubicu pripojenú k hornej časti banky.
Ostatné typy jednotiek na oddelenie vzduchu
Separácia plynov frakčnou destiláciou nie je jediným spôsobom, ako zo vzduchu vytvárať kyslík alebo dusík. Membránový generátor používa systém semipermeabilných membrán z dutých vlákien, ktoré umožňujú prechod menších molekúl vo vzorke stlačeného vzduchu a blokovanie väčších. Tento typ systému môže vytvárať dusík s čistotou medzi 95 a 99,5 percentami. Pri inom spôsobe extrakcie sa stlačený vzduch cyklizuje pod tlakom cez uhlíkové molekulové sito, ktoré zadržiava kyslík a odstraňuje ho zo vzduchu. Zostávajúci dusík môže mať čistotu medzi 95 a 99,9995%.