지구 대기의 공기는 질소 (78 %), 산소 (21 %), 아르곤 (0.93 %), 이산화탄소 (0.038 %) 및 기타 미량 가스 (수증기 및 기타 귀족 포함) 가스. 과학자들은 필터를 사용하거나 공기를 냉각하여 공기에서 미량 가스를 추출 할 수 있습니다. 예를 들어 이산화탄소는 -79 ° C (-110 ° F)에서 고체로 변합니다. 공기 샘플을 주요 구성 요소 인 질소와 산소로 분리하려면 냉각해야합니다. -200 ° C (-328 ° F)까지 공기가 훨씬 더 많이 내려갑니다. 명왕성. 이 공정은 액체 공기의 분별 증류 또는 극저온 증류로 알려져 있습니다. 물을 정화하는 데 사용되는 기존의 증류 관과 다르지 않은 공기 분리 장치가 필요합니다.
분별 증류에 의한 가스 분리 작동 원리
각 가스에는 액체에서 가스로 변환되는 온도로 정의되는 특징적인 비등점이 있습니다. 임의의 가스 샘플이있는 경우 각 구성 요소 가스가 액화 될 때까지 샘플을 점차적으로 냉각하여 분리 할 수 있습니다. 액화 화합물은 수집 용기의 바닥으로 떨어집니다. 모든 액체가 회수 된 후 온도가 다음 화합물의 끓는점까지 떨어지고 액화 될 때까지 냉각이 계속됩니다. 이산화탄소와 같은 일부 화합물은 액화되지 않습니다. 대신 액체보다 회수하기 쉬운 고체로 직접 변합니다.
액체 공기의 분별 증류
공기 분리 장치는 공기에서 이러한 요소 중 하나 또는 둘 다를 추출하는 것이 목적이기 때문에 종종 산소 또는 질소 발생기라고합니다. 증류 과정에서 공기는 먼저 모든 수증기를 흡수하는 필터를 통과합니다. 그런 다음 냉각 과정이 시작됩니다. 여기에는 터빈과 고 에너지 냉동 시스템의 사용이 포함됩니다. 이산화탄소 및 기타 미량 가스는 온도가 각각의 승화 또는 끓는점에 도달하면 침전됩니다. 승화는 고체에서 기체로의 상태 변화를 설명합니다.
온도가 -200 ° C에 도달하면 액화 혼합물이 튜브를 통해 상단 (-190 ° C)보다 하단 (-185 ° C)이 약간 더 따뜻한 용기로 공급됩니다. 산소는 -183 ° C에서 액화되므로 바닥에있는 튜브를 통해 플라스크에서 흘러 나옵니다. 그러나 질소는 끓는점이 -196 ° C이기 때문에 다시 가스로 바뀝니다. 플라스크 상단에 연결된 튜브를 통해 흘러 나옵니다.
다른 유형의 공기 분리 장치
분별 증류에 의한 가스 분리는 공기에서 산소 나 질소를 생성하는 유일한 방법이 아닙니다. 멤브레인 생성기는 압축 공기 샘플의 작은 분자를 통과시키면서 큰 분자를 차단하는 반투과성 중공 섬유 멤브레인 시스템을 사용합니다. 이 유형의 시스템은 순도 95 ~ 99.5 %의 질소를 생성 할 수 있습니다. 다른 유형의 추출 방법에서 압축 공기는 산소를 보유하고 공기에서 제거하는 탄소 분 자체를 통해 압력 하에서 순환됩니다. 남은 질소의 순도는 95 ~ 99.9995 %입니다.