Orą Žemės atmosferoje sudaro azotas (78 proc.), Deguonis (21 proc.), Argonas (0,93 anglies dvideginio (0,038 proc.) ir kitų pėdsakų, įskaitant vandens garus ir kitas taurias dujas dujos. Mokslininkai gali išskirti pėdsakus iš oro naudodami filtrus arba aušindami orą. Pavyzdžiui, anglies dioksidas virsta kieta dalimi, kai temperatūra yra –79 ° C (–110 ° F). Norėdami atskirti oro mėginį į pagrindinius komponentus - azotą ir deguonį, jie turi atvėsti žymiai daugiau oro iki −200 ° C (−328 ° F), kuris yra beveik toks pat šaltas kaip ir Plutonas. Procesas žinomas kaip dalinis skysčio oro arba kriogeninis distiliavimas. Tam reikalingas oro atskyrimo įrenginys, kuris nėra panašus į įprastą distiliavimo vamzdelį, naudojamą vandeniui valyti.
Kaip vyksta dujų atskyrimas frakciniu distiliavimu
Kiekvienos dujos turi būdingą virimo temperatūrą, apibrėžtą kaip temperatūrą, kurioje jos virsta iš skysčio į dujas. Jei turite atsitiktinį dujų mėginį, galite juos atskirti palaipsniui atvėsindami mėginį, kol suskystės kiekvienos komponento dujos. Suskystintas junginys patenka į surinkimo indo dugną. Paėmus visą skystį, aušinimas tęsiasi tol, kol temperatūra nukrinta iki kito junginio virimo temperatūros ir jis suskystėja. Kai kurie junginiai, pavyzdžiui, anglies dioksidas, niekada neskysta. Vietoj to, jie tiesiogiai virsta kietosiomis medžiagomis, kurias lengviau gauti nei skysčius.
Dalinis skysčio oro distiliavimas
Oro atskyrimo įrenginys dažnai vadinamas deguonies ar azoto generatoriumi, nes jo paskirtis yra ištraukti iš oro vieną ar abu šiuos elementus. Distiliavimo procese oras pirmiausia praleidžiamas per filtrą, kuris sugeria visus vandens garus. Tada prasideda aušinimo procesas. Tai apima turbinų ir daug energijos naudojančių šaldymo sistemų naudojimą. Anglies dioksidas ir kitos mikroelementų dujos nusėda, kai temperatūra pasiekia kiekvieną jų sublimacijos ar virimo tašką. Sublimacija apibūdina būsenos pasikeitimą iš kieto į dujas.
Kai temperatūra pasiekia –200 ° C, suskystintas mišinys per vamzdelį tiekiamas į indą, kuris apačioje yra šiek tiek šiltesnis (–185 ° C), nei viršuje (–190 ° C). Deguonis skystėja esant –183 ° C temperatūrai, todėl jis išteka iš kolbos per vamzdelį dugne. Azotas vėl virsta dujomis, nes jo virimo temperatūra yra –196 ° C. Jis išteka per vamzdelį, sujungtą su kolbos viršumi.
Kiti oro atskyrimo įrenginių tipai
Dujų atskyrimas frakcine distiliacija nėra vienintelis būdas deguoniui ar azotui gaminti iš oro. Membranų generatorius naudoja puslaidžių, tuščiavidurio pluošto membranų sistemą, leidžiančią prasiskverbti mažesnėms suslėgto oro mėginio molekulėms, tuo pačiu blokuodama didesnes. Šio tipo sistemos gali gaminti azotą, kurio grynumas yra nuo 95 iki 99,5 proc. Taikant kitą ekstrahavimo metodą, suslėgtas oras slėgiu perduodamas per anglies molekulinį sietą, kuris sulaiko deguonį ir pašalina jį iš oro. Likusio azoto grynumas gali būti nuo 95 iki 99,9995 proc.