Aerul din atmosfera Pământului este format din azot (78%), oxigen (21%), argon (0,93%) procente), dioxid de carbon (0,038 procente) și alte urme de gaze, inclusiv vapori de apă și alte substanțe nobile gaze. Oamenii de știință pot extrage urme de gaze din aer folosind filtre sau răcind aerul. De exemplu, dioxidul de carbon se transformă într-un solid la -79 ° C (-110 ° F). Pentru a separa o probă de aer în componentele sale primare - azot și oxigen - acestea trebuie să se răcească aerul semnificativ mai mult, până la -200 ° C (-328 ° F), care este aproape la fel de rece ca suprafața Pluton. Procesul este cunoscut sub numele de distilarea fracționată a aerului lichid sau distilarea criogenică. Necesită o unitate de separare a aerului care nu este diferită de un tub de distilare convențional utilizat pentru purificarea apei.
Cum funcționează separarea gazelor prin distilare fracționată
Fiecare gaz are un punct de fierbere caracteristic, definit ca temperatura la care se transformă dintr-un lichid într-un gaz. Dacă aveți un eșantion aleatoriu de gaze, le puteți separa răcind treptat eșantionul până când fiecare gaz component se lichidează. Compusul lichidat cade pe fundul unui vas de colectare. După recuperarea întregului lichid, răcirea continuă până când temperatura scade la punctul de fierbere al următorului compus și se lichidează. Unii compuși, cum ar fi dioxidul de carbon, nu se lichidează niciodată. În schimb, se transformă direct în solide, care sunt mai ușor de recuperat decât lichidele.
Distilarea fracționată a aerului lichid
O unitate de separare a aerului este adesea numită generator de oxigen sau azot, deoarece scopul său este de a extrage din aer unul sau ambele elemente. În procesul de distilare, aerul este trecut mai întâi printr-un filtru care absoarbe tot vaporii de apă. Apoi începe procesul de răcire. Aceasta implică utilizarea turbinelor și a sistemelor frigorifice de mare energie. Dioxidul de carbon și alte urme de gaze se stabilesc atunci când temperatura atinge fiecare punct de sublimare sau fierbere. Sublimarea descrie schimbarea stării direct de la un solid la un gaz.
Când temperatura ajunge la -200 ° C, amestecul lichidat este introdus printr-un tub într-un vas care este ușor mai cald în partea de jos (-185 ° C) decât în partea de sus (-190 ° C). Oxigenul se lichidează la -183 ° C, deci curge din balon printr-un tub din fund. Cu toate acestea, azotul se transformă în gaz, deoarece punctul său de fierbere este de -196 ° C. Acesta curge printr-un tub conectat la vârful balonului.
Alte tipuri de unități de separare a aerului
Separarea gazelor prin distilare fracționată nu este singura modalitate de a genera oxigen sau azot din aer. Un generator de membrană utilizează un sistem de membrane semipermeabile, cu fibre goale, care permit trecerea moleculelor mai mici dintr-o probă de aer comprimat, blocându-le pe cele mai mari. Acest tip de sistem poate genera azot cu o puritate cuprinsă între 95 și 99,5 la sută. Într-un alt tip de metodă de extracție, aerul comprimat este ciclat sub presiune printr-o sită moleculară de carbon care reține oxigenul și îl elimină din aer. Azotul rămas poate avea o puritate între 95 și 99,9995%.