Τι είναι η κλασματική απόσταξη αέρα;

Ο αέρας στην ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από άζωτο (78 τοις εκατό), οξυγόνο (21 τοις εκατό), αργόν (0,93 τοις εκατό), διοξείδιο του άνθρακα (0,038 τοις εκατό) και άλλα ιχνοστοιχεία, συμπεριλαμβανομένων υδρατμών και άλλων ευγενών αέρια. Οι επιστήμονες μπορούν να εξαγάγουν 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 χωρίσουν ένα δείγμα αέρα στα κύρια συστατικά του - άζωτο και οξυγόνο - πρέπει να κρυώσουν ο αέρας σημαντικά περισσότερο, έως −200 ° C (−328 ° F), ο οποίος είναι σχεδόν τόσο κρύος όσο η επιφάνεια του Πλούτων. Η διαδικασία είναι γνωστή ως η κλασματική απόσταξη υγρού αέρα ή κρυογονική απόσταξη. Απαιτεί μονάδα διαχωρισμού αέρα που δεν είναι αντίθετη με έναν συμβατικό σωλήνα απόσταξης που χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό του νερού.

Κάθε αέριο έχει ένα χαρακτηριστικό σημείο βρασμού, που ορίζεται ως η θερμοκρασία στην οποία μετατρέπεται από ένα υγρό σε αέριο. Εάν έχετε ένα τυχαίο δείγμα αερίων, μπορείτε να τα διαχωρίσετε με ψύξη σταδιακά του δείγματος έως ότου κάθε συστατικό αέριο υγροποιηθεί. Η υγροποιημένη ένωση πέφτει στον πυθμένα ενός δοχείου συλλογής. Αφού ανακτηθεί όλο το υγρό, η ψύξη συνεχίζεται έως ότου η θερμοκρασία πέσει στο σημείο βρασμού της επόμενης ένωσης και υγροποιηθεί. Ορισμένες ενώσεις, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, ποτέ δεν υγροποιούνται. Αντ 'αυτού, μετατρέπονται απευθείας σε στερεά, τα οποία είναι πιο εύκολο να ανακτηθούν από τα υγρά.

Μια μονάδα διαχωρισμού αέρα ονομάζεται συχνά γεννήτρια οξυγόνου ή αζώτου, δεδομένου ότι σκοπός της είναι η εξαγωγή ενός ή και των δύο αυτών στοιχείων από τον αέρα. Κατά τη διαδικασία απόσταξης, ο αέρας περνά πρώτα από ένα φίλτρο που απορροφά όλους τους υδρατμούς. Στη συνέχεια ξεκινά η διαδικασία ψύξης. Περιλαμβάνει τη χρήση στροβίλων και συστημάτων ψύξης υψηλής ενέργειας. Το διοξείδιο του άνθρακα και άλλα ίχνη αιωρούνται όταν η θερμοκρασία φτάσει σε καθένα από τα σημεία εξάχνωσης ή βρασμού τους. Η εξάχνωση περιγράφει την αλλαγή κατάστασης απευθείας από ένα στερεό σε αέριο.

Όταν η θερμοκρασία φτάσει τους −200 ° C, το υγροποιημένο μείγμα τροφοδοτείται μέσω ενός σωλήνα σε ένα δοχείο που είναι ελαφρώς θερμότερο στον πυθμένα (−185 ° C) από ό, τι στην κορυφή (−190 ° C). Το οξυγόνο υγροποιείται στους −183 ° C, έτσι ρέει έξω από τη φιάλη μέσω ενός σωλήνα στο κάτω μέρος. Ωστόσο, το άζωτο μετατρέπεται σε αέριο, επειδή το σημείο βρασμού του είναι −196 ° C. Ρέει έξω μέσω ενός σωλήνα συνδεδεμένου στην κορυφή της φιάλης.

Ο διαχωρισμός των αερίων με κλασματική απόσταξη δεν είναι ο μόνος τρόπος παραγωγής οξυγόνου ή αζώτου από τον αέρα. Μια γεννήτρια μεμβράνης χρησιμοποιεί ένα σύστημα ημιδιαπερατών μεμβρανών κοίλης ίνας που επιτρέπει σε μικρότερα μόρια σε ένα δείγμα πεπιεσμένου αέρα να περάσουν ενώ εμποδίζουν τα μεγαλύτερα. Αυτός ο τύπος συστήματος μπορεί να παράγει άζωτο με καθαρότητα μεταξύ 95 και 99,5 τοις εκατό. Σε έναν άλλο τύπο μεθόδου εκχύλισης, ο πεπιεσμένος αέρας περιστρέφεται υπό πίεση μέσω ενός μοριακού κόσκινου άνθρακα που συγκρατεί το οξυγόνο και το αφαιρεί από τον αέρα. Το άζωτο που απομένει μπορεί να έχει καθαρότητα μεταξύ 95 και 99,9995 τοις εκατό.