Kaj je frakcijska destilacija zraka?

Zrak v zemeljski atmosferi sestavljajo dušik (78 odstotkov), kisik (21 odstotkov), argon (0,93 odstotkov), ogljikovega dioksida (0,038 odstotka) in drugih plinov v sledovih, vključno z vodno paro in drugimi žlahtnimi snovmi plini. Znanstveniki lahko iz zraka izvlečejo sledi plinov z uporabo filtrov ali hlajenjem zraka. Na primer, ogljikov dioksid se pri -79 ° C (-110 ° F) spremeni v trdno snov. Da se vzorec zraka loči na njegove glavne sestavine - dušik in kisik - se morajo ohladiti zrak bistveno bolj, do -200 ° C (-328 ° F), ki je skoraj tako hladen kot površina Pluton. Postopek je znan kot frakcijska destilacija tekočega zraka ali kriogena destilacija. Zahteva enoto za ločevanje zraka, ki ni podobna običajni destilacijski cevi, ki se uporablja za prečiščevanje vode.

Vsak plin ima značilno vrelišče, definirano kot temperatura, pri kateri se iz tekočine spremeni v plin. Če imate naključni vzorec plinov, jih lahko ločite s postopnim hlajenjem vzorca, dokler se posamezni sestavni plin ne utekočini. Utekočinjena spojina pade na dno zbiralne posode. Po pridobitvi celotne tekočine se hlajenje nadaljuje, dokler temperatura ne pade na vrelišče naslednje spojine in se ta ne utekočini. Nekatere spojine, na primer ogljikov dioksid, se nikoli ne utekočinijo. Namesto tega se spremenijo neposredno v trdne snovi, ki jih je lažje pridobiti kot tekočine.

Enoto za ločevanje zraka pogosto imenujemo generator kisika ali dušika, saj je njen namen iz zraka izločiti enega ali oba elementa. V procesu destilacije zrak najprej prehaja skozi filter, ki absorbira vso vodno paro. Nato se začne postopek hlajenja. Vključuje uporabo turbin in visokoenergijskih hladilnih sistemov. Ogljikov dioksid in drugi sledovi plini se naselijo, ko temperatura doseže vsako svojo sublimacijo ali vrelišče. Sublimacija opisuje spremembo stanja neposredno iz trdne snovi v plin.

Ko temperatura doseže -200 ° C, se utekočinjena zmes skozi cev dovede v posodo, ki je na dnu nekoliko toplejša (-185 ° C) kot na vrhu (-190 ° C). Kisik se utekočini pri -183 ° C, zato teče iz bučke skozi cev na dnu. Dušik pa se spet spremeni v plin, ker je njegovo vrelišče −196 ° C. Izteka skozi cev, priključeno na vrh bučke.

Ločevanje plinov z delno destilacijo ni edini način za pridobivanje kisika ali dušika iz zraka. Membranski generator uporablja sistem polprepustnih membran z votlimi vlakni, ki omogočajo prehod manjših molekul v vzorcu stisnjenega zraka, medtem ko blokirajo večje. Ta vrsta sistema lahko tvori dušik s čistočo med 95 in 99,5 odstotka. Pri drugem načinu ekstrakcije stisnjen zrak pod pritiskom kroži skozi ogljikovo molekularno sito, ki zadrži kisik in ga odstrani iz zraka. Čisti dušik ima lahko čistost med 95 in 99,9995 odstotkov.