מהו זיקוק האוויר השבר?

האוויר באטמוספירה של כדור הארץ מורכב מחנקן (78 אחוז), חמצן (21 אחוז), ארגון (0.93 אחוזים), פחמן דו חמצני (0.038 אחוז) וגזי עקבות אחרים, כולל אדי מים ואצילים אחרים גזים. מדענים יכולים להפיק גזי עקבות מהאוויר באמצעות פילטרים או קירור האוויר. לדוגמה, פחמן דו חמצני הופך למוצק ב -79 מעלות צלזיוס (-110 מעלות צלזיוס). כדי להפריד דגימת אוויר לרכיביה העיקריים - חנקן וחמצן - עליהם להתקרר האוויר משמעותית יותר, עד -200 ° צלזיוס (-328 ° F), קר כמעט כמו פני השטח של פלוטו. התהליך מכונה זיקוק חלקי של אוויר נוזלי או זיקוק קריוגני. זה דורש יחידת הפרדת אוויר שאינה שונה מצינור זיקוק קונבנציונאלי המשמש לטיהור מים.

לכל גז נקודת רתיחה אופיינית המוגדרת כטמפרטורה בה הוא הופך מנוזל לגז. אם יש לך דגימה אקראית של גזים, אתה יכול להפריד אותם על ידי קירור הדגימה בהדרגה עד שכל גז רכיב יתמוגג. התרכובת הנוזלית נופלת לתחתית כלי איסוף. לאחר שכל הנוזלים הוחזרו, הקירור נמשך עד שהטמפרטורה יורדת לנקודת הרתיחה של התרכובת הבאה והיא מתמזגת. תרכובות מסוימות, כגון פחמן דו חמצני, אינן מתמזגות. במקום זאת, הם הופכים ישירות למוצקים, שקל יותר לשלוף אותם מאשר נוזלים.

יחידת הפרדת אוויר נקראת לרוב מחולל חמצן או חנקן, מכיוון שמטרתה לחלץ את אחד היסודות הללו או את שניהם מהאוויר. בתהליך הזיקוק, האוויר מועבר תחילה דרך פילטר הקולט את כל אדי המים. ואז מתחיל תהליך הקירור. זה כרוך בשימוש בטורבינות ובמערכות קירור עתירות אנרגיה. פחמן דו חמצני וגזי עקבות אחרים מתייצבים כאשר הטמפרטורה מגיעה לכל אחת מהסובלימציה או נקודות הרתיחה שלהם. סובלימציה מתארת ​​את שינוי המצב ישירות ממוצק לגז.

כאשר הטמפרטורה מגיעה ל -200 מעלות צלזיוס, התערובת הנוזלית מוזנת דרך צינור לכלי שהוא מעט חם יותר בתחתית (-185 מעלות צלזיוס) מאשר בחלקו העליון (-190 מעלות צלזיוס). חמצן נוזל ב -183 מעלות צלזיוס, ולכן הוא זורם החוצה מהבקבוק דרך צינור בתחתיתו. אולם חנקן הופך חזרה לגז מכיוון שנקודת הרתיחה שלו היא -196 מעלות צלזיוס. הוא זורם החוצה דרך צינור המחובר לראש הבקבוקון.

הפרדת גזים באמצעות זיקוק חלקי אינה הדרך היחידה לייצר חמצן או חנקן מהאוויר. מחולל ממברנה משתמש במערכת של ממברנות חלולות של סיבים חלולים המאפשרות לעבור מולקולות קטנות יותר בדגימת אוויר דחוס תוך כדי חסימתן של הגדולות יותר. מערכת מסוג זה יכולה לייצר חנקן בטוהר שבין 95 ל -99.5 אחוזים. בסוג אחר של שיטת מיצוי, אוויר דחוס מועבר בלחץ באמצעות מסננת מולקולרית פחמנית השומרת על החמצן ומוציאה אותו מהאוויר. לחנקן שנותר יכול להיות טוהר בין 95 ל -99.9995 אחוז.