Zrak u Zemljinoj atmosferi sastoji se od dušika (78 posto), kisika (21 posto), argona (0,93 posto), ugljični dioksid (0,038 posto) i ostali plinovi u tragovima, uključujući vodenu paru i druge plemenite plinovi. Znanstvenici mogu iz zraka izvući plinove u tragovima pomoću filtara ili hlađenja zraka. Na primjer, ugljični dioksid pretvara se u krutinu na -79 ° C (-110 ° F). Da bi odvojili uzorak zraka u njegove primarne komponente - dušik i kisik - moraju se ohladiti zrak znatno više, do −200 ° C (−328 ° F), što je gotovo jednako hladno kao i površina Pluton. Postupak je poznat kao frakcijska destilacija tekućeg zraka ili kriogena destilacija. Potrebna je jedinica za odvajanje zraka koja se ne razlikuje od uobičajene destilacijske cijevi koja se koristi za pročišćavanje vode.
Kako djeluje razdvajanje plinova frakcijskom destilacijom
Svaki plin ima karakteristično vrelište, definirano kao temperatura na kojoj se iz tekućine pretvara u plin. Ako imate slučajni uzorak plinova, možete ih odvojiti postupnim hlađenjem uzorka dok se svaki sastojak plina ne ukaplji. Ukapljeni spoj pada na dno sabirne posude. Nakon što je prikupljena sva tekućina, hlađenje se nastavlja sve dok temperatura ne padne do točke vrenja sljedećeg spoja i on se ne ukaplji. Neki spojevi, poput ugljičnog dioksida, nikada se ne ukapljuju. Umjesto toga, pretvaraju se izravno u krutine, koje je lakše dohvatiti od tekućina.
Frakcijska destilacija tekućeg zraka
Jedinica za odvajanje zraka često se naziva generatorom kisika ili dušika, jer je njegova svrha izvlačenje jednog ili oba ova elementa iz zraka. U procesu destilacije zrak se prvo propušta kroz filtar koji apsorbira svu vodenu paru. Tada započinje postupak hlađenja. Podrazumijeva upotrebu turbina i visokoenergetskih rashladnih sustava. Ugljični dioksid i ostali plinovi u tragovima talože se kad temperatura dosegne svaku od njihovih sublimacija ili vrelišta. Sublimacija opisuje promjenu stanja izravno iz krutine u plin.
Kad temperatura dosegne −200 ° C, ukapljena smjesa uvodi se kroz cijev u posudu koja je na dnu nešto toplija (-185 ° C) nego na vrhu (−190 ° C). Kisik se ukapljuje na -183 ° C, pa istječe iz tikvice kroz cijev na dnu. Dušik se natrag pretvara u plin, jer je njegovo vrelište -196 ° C. Istječe kroz cijev spojenu na vrh tikvice.
Ostale vrste jedinica za odvajanje zraka
Odvajanje plinova frakcijskom destilacijom nije jedini način stvaranja kisika ili dušika iz zraka. Membranski generator koristi sustav polupropusnih membrana šupljeg vlakna koji omogućuju prolazak manjih molekula u uzorku komprimiranog zraka dok blokiraju veće. Ova vrsta sustava može generirati dušik čistoće između 95 i 99,5 posto. U drugoj vrsti ekstrakcije, komprimirani zrak cirkulira pod pritiskom kroz molekularno sito ugljika koje zadržava kisik i uklanja ga iz zraka. Preostali dušik može imati čistoću između 95 i 99,9995 posto.