Ваздух у Земљиној атмосфери чине азот (78 процената), кисеоник (21 проценат), аргон (0,93 процената), угљен-диоксида (0,038 процента) и других гасова у траговима, укључујући водену пару и друге племените гасови. Научници могу из ваздуха извући гасове у траговима помоћу филтера или хлађења ваздуха. На пример, угљен-диоксид се претвара у чврсту супстанцу на -79 ° Ц (-110 ° Ф). Да би одвојили узорак ваздуха у његове примарне компоненте - азот и кисеоник - морају се охладити ваздух знатно више, до −200 ° Ц (−328 ° Ф), који је готово једнако хладан као и површина Плутон. Процес је познат као фракциона дестилација течног ваздуха или криогена дестилација. Потребна је јединица за одвајање ваздуха која се не разликује од уобичајене дестилационе цеви која се користи за пречишћавање воде.
Како функционише раздвајање гасова фракционом дестилацијом
Сваки гас има карактеристичну тачку кључања, дефинисану као температура на којој се од течности претвара у гас. Ако имате случајни узорак гасова, можете их раздвојити поступним хлађењем узорка док се сваки састојак гаса не укапљи. Течно једињење пада на дно сабирне посуде. Након што је преузета сва течност, хлађење се наставља све док температура не падне до тачке кључања следећег једињења и течност не постане течна. Нека једињења, попут угљен-диоксида, никада не тече. Уместо тога, претварају се директно у чврсте материје које је лакше добити од течности.
Фракциона дестилација течног ваздуха
Јединица за одвајање ваздуха често се назива генератором кисеоника или азота, јер је његова сврха извлачење једног или оба ова елемента из ваздуха. У процесу дестилације ваздух се прво пропушта кроз филтер који апсорбује сву водену пару. Тада започиње процес хлађења. Укључује употребу турбина и високоенергетских расхладних система. Угљен-диоксид и други гасови у траговима се таложе када температура достигне сваку од њихових сублимација или тачака кључања. Сублимација описује промену стања директно из чврстог у гас.
Када температура достигне -200 ° Ц, течна смеша се кроз цев доводи у посуду која је на дну нешто топлија (-185 ° Ц) него на врху (-190 ° Ц). Кисеоник се укапљује на -183 ° Ц, па излази из боце кроз цев на дну. Азот се, међутим, поново претвара у гас, јер је његова тачка кључања −196 ° Ц. Истјече кроз цијев спојену на врх боце.
Остале врсте јединица за одвајање ваздуха
Одвајање гасова фракционом дестилацијом није једини начин за генерисање кисеоника или азота из ваздуха. Мембрански генератор користи систем полупропусних мембрана са шупљим влакнима који омогућавају пролазак мањих молекула у узорку компримованог ваздуха док блокирају веће. Ова врста система може да генерише азот чистоће између 95 и 99,5 процената. У другој врсти екстракције, компримовани ваздух кружи под притиском кроз молекуларно сито угљеника које задржава кисеоник и уклања га из ваздуха. Преостали азот може имати чистоћу између 95 и 99,9995 процената.