Maapallon ilmakehän ilma koostuu typestä (78 prosenttia), hapesta (21 prosenttia), argonista (0,93 hiilidioksidi (0,038 prosenttia) ja muut hivekaasut, mukaan lukien vesihöyry ja muut jalokaasut kaasuja. Tutkijat voivat erottaa jäljellä olevat kaasut ilmasta suodattimien avulla tai jäähdyttämällä ilmaa. Esimerkiksi hiilidioksidi muuttuu kiinteäksi aineeksi -79 ° C: ssa (-110 ° F). Ilmanäytteen erottamiseksi sen pääkomponenteiksi - typeksi ja hapeksi - niiden on jäähtyttävä ilmaa huomattavasti enemmän, jopa -200 ° C: seen (−328 ° F), joka on melkein yhtä kylmä kuin Pluto. Prosessi tunnetaan nestemäisen ilman jakotislauksena tai kryogeenisenä tislauksena. Se vaatii ilmanerotusyksikön, joka ei ole toisin kuin tavanomainen tislausputki, jota käytetään veden puhdistamiseen.
Kuinka kaasujen erottaminen murto-tislauksella toimii
Jokaisella kaasulla on tyypillinen kiehumispiste, joka määritellään lämpötilana, jossa se muuttuu nesteestä kaasuksi. Jos sinulla on satunnainen kaasunäyte, voit erottaa ne jäähdyttämällä näytettä asteittain, kunnes jokainen komponenttikaasu nesteytyy. Nesteytetty yhdiste putoaa keräysastian pohjaan. Kun kaikki neste on saatu, jäähdytys jatkuu, kunnes lämpötila laskee seuraavan yhdisteen kiehumispisteeseen ja se nesteytyy. Jotkut yhdisteet, kuten hiilidioksidi, eivät koskaan nesteydy. Sen sijaan ne muuttuvat suoraan kiinteiksi aineiksi, joita on helpompi hakea kuin nesteitä.
Nestemäisen ilman tislaus
Ilmanerotusyksikköä kutsutaan usein happi- tai typpigeneraattoriksi, koska sen tarkoituksena on poistaa yksi tai molemmat näistä elementeistä ilmasta. Tislausprosessissa ilma johdetaan ensin suodattimen läpi, joka absorboi kaiken vesihöyryn. Sitten jäähdytysprosessi alkaa. Siihen sisältyy turbiinien ja energiatehokkaiden jäähdytysjärjestelmien käyttö. Hiilidioksidi ja muut hivekaasut laskeutuvat, kun lämpötila saavuttaa kunkin sublimaatio- tai kiehumispisteen. Sublimointi kuvaa tilan muutoksen suoraan kiinteästä aineesta kaasuksi.
Kun lämpötila saavuttaa -200 ° C, nesteytetty seos syötetään putken kautta astiaan, joka on pohjassa hieman lämpimämpi (-185 ° C) kuin yläosassa (-190 ° C). Happi nesteytyy -183 ° C: ssa, joten se virtaa pullosta pohjassa olevan putken kautta. Typpi muuttuu kuitenkin takaisin kaasuksi, koska sen kiehumispiste on −196 ° C. Se virtaa ulos pullon yläosaan liitetyn putken läpi.
Muun tyyppiset ilmanerotusyksiköt
Kaasujen erottaminen jakotislauksella ei ole ainoa tapa tuottaa happea tai typpeä ilmasta. Kalvogeneraattori käyttää puoliläpäisevien, onttokuituisten kalvojen järjestelmää, joka sallii paineilmanäytteessä olevien pienempien molekyylien kulkemisen ja samalla estää suuremmat. Tämän tyyppinen järjestelmä voi tuottaa typpeä, jonka puhtaus on 95-99,5 prosenttia. Eräässä muussa uuttomenetelmässä paineilmaa kierrätetään paineen alla hiilimolekyyliseulan läpi, joka pitää hapen ja poistaa sen ilmasta. Jäljellä olevan typen puhtaus voi olla 95-99,9995 prosenttia.