Vsebina
- Kako deluje ločevanje plinov z frakcijsko destilacijo
- Frakcijska destilacija tekočega zraka
- Druge vrste enot za ločevanje zraka
Zrak v Zemljini atmosferi je sestavljen iz dušika (78 odstotkov), kisika (21 odstotkov), argona (0,93 odstotka), ogljikovega dioksida (0,038 odstotka) in drugih plinov v sledovih, vključno z vodno paro in drugimi žlahtnimi plini. Znanstveniki lahko iz zraka črpajo pline v sledovih s pomočjo filtrov ali hlajenja zraka. Ogljikov dioksid se na primer pretvori v trdno snov pri –79 ° C (−110 ° F). Za ločitev vzorca zraka na njegove glavne sestavine - dušik in kisik - morajo zrak bistveno bolj ohladiti, in sicer do −200 ° C (–328 ° F), kar je skoraj tako hladno kot površina Plutona. Postopek je znan kot frakcijska destilacija tekočega zraka ali kriogena destilacija. Zahteva enoto za ločevanje zraka, ki ni podobna običajni destilacijski cevi, ki se uporablja za čiščenje vode.
Kako deluje ločevanje plinov z frakcijsko destilacijo
Vsak plin ima značilno vrelišče, ki je opredeljeno kot temperatura, pri kateri se iz tekočine spremeni v plin. Če imate naključni vzorec plinov, jih lahko ločite tako, da vzorec postopoma ohladite, dokler se vsak sestavni plin ne likvidira. Utekočinjena spojina pade na dno zbiralne posode. Potem, ko je vsa tekočina pridobljena, se hlajenje nadaljuje, dokler temperatura ne pade do vrelišča naslednje spojine in se ne likvidira. Nekatere spojine, na primer ogljikov dioksid, nikoli ne likvidirajo. Namesto tega se spremenijo neposredno v trdne snovi, ki jih je lažje pridobiti kot tekočine.
Frakcijska destilacija tekočega zraka
Enota za ločevanje zraka se pogosto imenuje generator kisika ali dušika, saj je njen namen črpanje enega ali obeh elementov iz zraka. Pri postopku destilacije zrak najprej prehaja skozi filter, ki absorbira vso vodno paro. Nato se začne postopek hlajenja. Vključuje uporabo turbin in visoko energijskih hladilnih sistemov. Ogljikov dioksid in drugi plini v sledovih se usedejo, ko temperatura doseže vsako od njihovih točk sublimacije ali vrelišča. Sublimacija opisuje spremembo stanja neposredno iz trdne snovi v plin.
Ko temperatura doseže –200 ° C, se tekoča mešanica skozi cev dovaja v posodo, ki je na dnu nekoliko toplejša (–185 ° C), kot je na vrhu (–190 ° C). Kisik se likvidira pri –183 ° C, zato iz bučke teče skozi cev na dnu. Dušik pa se vrne v plin, ker je njegova vrelišče −196 ° C. Odteče skozi cev, povezano z vrhom bučke.
Druge vrste enot za ločevanje zraka
Ločevanje plinov s frakcijsko destilacijo ni edini način za ustvarjanje kisika ali dušika iz zraka. Membranski generator uporablja sistem polprepustnih membran iz votlih vlaken, ki omogočajo, da manjše molekule v vzorcu stisnjenega zraka prehajajo, medtem ko blokirajo večje. Ta vrsta sistema lahko ustvari dušik s čistostjo med 95 in 99,5 odstotka. Pri drugi vrsti ekstrakcijskega stiskanja stisnjen zrak pod pritiskom kroži skozi ogljikovo molekularno sito, ki zadržuje kisik in ga odstranjuje iz zraka. Preostali dušik ima lahko čistost med 95 in 99,9995 odstotki.