Повітря в земній атмосфері складається з азоту (78 відсотків), кисню (21 відсоток), аргону (0,93 відсотків), вуглекислого газу (0,038 відсотка) та інших слідів газів, включаючи водяну пару та інші благородні речовини гази. Вчені можуть витягати сліди газів із повітря, використовуючи фільтри або охолоджуючи повітря. Наприклад, вуглекислий газ перетворюється на тверду речовину при -79 ° C (-110 ° F). Щоб розділити зразок повітря на його основні компоненти - азот та кисень - вони повинні охолонути повітря значно більше, до −200 ° C (−328 ° F), що майже так само холодно, як поверхня Плутон. Процес відомий як фракційна дистиляція рідкого повітря або кріогенна дистиляція. Для цього потрібен блок поділу повітря, який не схожий на звичайну дистиляційну трубку, що використовується для очищення води.
Як працює поділ газів дробовою дистиляцією
Кожен газ має характерну температуру кипіння, що визначається як температура, при якій він перетворюється з рідини в газ. Якщо у вас є випадкова проба газів, ви можете розділити їх, поступово охолоджуючи пробу, поки кожен компонентний газ не зріджується. Зріджена сполука потрапляє на дно ємності для збору. Після вилучення всієї рідини охолодження триває до тих пір, поки температура не опуститься до температури кипіння наступної сполуки і вона не зріджується. Деякі сполуки, такі як вуглекислий газ, ніколи не розріджуються. Натомість вони перетворюються безпосередньо на тверді речовини, які легше отримати, ніж рідини.
Фракційна дистиляція рідкого повітря
Блок поділу повітря часто називають генератором кисню або азоту, оскільки його метою є вилучення одного або обох цих елементів з повітря. В процесі дистиляції повітря спочатку пропускається через фільтр, який поглинає всю водяну пару. Потім починається процес охолодження. Він передбачає використання турбін та високоенергетичних холодильних систем. Вуглекислий газ та інші слідові гази осідають, коли температура досягає кожної точки їх сублімації або температури кипіння. Сублімація описує зміну стану безпосередньо з твердого на газ.
Коли температура досягає −200 ° C, зріджена суміш подається через трубку в посудину, яка трохи тепліша внизу (-185 ° C), ніж у верхній частині (-190 ° C). Кисень зріджується при -183 ° C, тому він витікає з колби через трубку на дні. Однак азот знову перетворюється на газ, оскільки його температура кипіння становить -196 ° C. Він витікає через трубку, приєднану до верхньої частини колби.
Інші типи блоків відділення повітря
Поділ газів фракційною дистиляцією не є єдиним способом утворення кисню або азоту з повітря. Мембранний генератор використовує систему напівпроникних порожнистих волоконних мембран, що дозволяють меншим молекулам проби стисненого повітря проходити, блокуючи більші. Цей тип системи може генерувати азот з чистотою від 95 до 99,5 відсотків. В іншому типі способу екстракції стиснене повітря циркулює під тиском через вуглецеве молекулярне сито, яке утримує кисень і видаляє його з повітря. Залишок азоту може мати чистоту від 95 до 99,9995 відсотків.
