액체 공기는 순수 산소를 얻는 기초입니다.

모든 기체는 몇 가지 응집 상태를 가지며 액화 될 수 있기 때문에 혼합 기체로 구성된 공기는 또한 액체가 될 수 있습니다. 기본적으로 순수한 산소, 질소 및 아르곤을 분리하기 위해 액체 공기가 생성됩니다.

약간의 역사

19 세기까지, 과학자들은 가스가 단지 하나의 총체적 상태를 가지고 있다고 믿었지만 공기를 액체 상태로 가져 오는 것은 지난 세기 초에 배웠다. 이것은 Linde 기계로 이루어졌으며 그 주요 부분은 압축기 (펌프가 장착 된 전기 모터)와 열교환 기 (두 개의 코일 튜브로 표시) 중 하나는 다른 튜브 내부를 통과했습니다. 디자인의 세 번째 구성 요소는 보온병이었고 그 내부에 액화 가스 가 수집되었습니다 . 기계의 세부 사항은 외부에서 열 가스에 대한 접근을 방지하기 위해 단열재로 덮여있었습니다. 목 근처에있는 내부 튜브가 스로틀에서 끝납니다.

가스 작동

액화 공기를 얻는 기술은 아주 간단합니다. 첫째, 가스 혼합물은 먼지, 물 입자 및 이산화탄소로 청소됩니다. 액체 공기압을 생성 할 수없는 또 다른 중요한 요소가 있습니다. 압축기의 도움으로 공기는 물로 냉각하면서 200-250 기압으로 압축 됩니다. 그런 다음 공기는 첫 번째 열교환기를 통과 한 다음 두 개의 흐름으로 나누어지고 그 중 큰 부분은 팽창기로 이동합니다. 이 용어는 가스를 팽창시켜 작동하는 피스톤 기계라고합니다. 그것은 잠재적 인 에너지를 기계적 에너지로 전환시키고, 가스는 냉각되기 때문에 작동합니다.

그런 다음 두 개의 열교환기를 세척하여 두 번째 흐름을 냉각하여 공기를 방출하여 보온병에 모입니다.

확장기

명백한 단순성에도 불구하고, 확장기의 사용은 산업 규모에서 가능하지 않습니다. 얇은 튜브를 통해 스로틀 링하여 얻은 가스는 너무 비싸다. 따라서 효율적이고 에너지가 많이 들지 않으므로 산업계에서는 용납 될 수 없다. 지난 세기 초에 주철의 제련을 단순화하는 문제가 있었는데이 목적을 위해 높은 산소 함량으로 공기에서 날려 버리기위한 제안이있었습니다. 따라서, 후자의 산업적 추출에 관한 의문이 제기되었다.

피스톤 팽창기는 물 얼음으로 빠르게 막히므로 공기를 미리 배수해야하므로 공정이 더 복잡하고 비쌉니다. 이 문제를 해결하기 위해 피스톤 대신 터빈을 사용하는 터보 팽창기가 개발되었습니다. 나중에, 다른 기체를 얻는 과정에서 터보 팽창 기가 사용되었다.

신청서

액체 공기 자체는 아무데도 사용되지 않고 순수한 가스를 얻는 중간 생성물입니다.

성분 분리 원리는 혼합물의 구성 성분의 끓는 점의 차이에 근거합니다 : 산소는 -183 °에서 끓고, 질소는 -196 °에서 끓입니다. 액체 공기의 온도는 200도 이하이며 가열하면 분리 할 수 있습니다.

액체 공기가 천천히 증발하기 시작하면, 처음에는 질소가 휘발되고, 주요 부분이 증발 한 후, -183 °에서 산소가 끓습니다. 사실 질소가 혼합물에 남아있는 한 추가적인 가열이 사용 되더라도 열을 계속할 수 없지만 대부분의 질소가 증발하자마자 혼합물은 혼합물의 다음 부분, 즉 산소의 끓는점에 빨리 도달하게됩니다.

클렌징

그러나 이러한 방식으로 한 번에 순수한 산소와 질소를 얻는 것은 불가능합니다. 증류의 첫 번째 단계에서 액체 상태의 공기는 약 78 %의 질소와 21 %의 산소를 포함하지만, 공정이 진행되고 액체에 남아있는 질소가 적을수록 더 많은 산소가 증발합니다. 액체 내의 질소 농도가 50 %로 떨어지면 증기의 산소 함량은 20 %로 증가합니다. 따라서, 기화 된 가스는 다시 응축되고 증류된다. 증류가 많을수록 제품이 더 순수해질 것입니다.

업계에서

증발과 응축 은 두 가지 반대되는 과정입니다. 처음에는 액체가 열을 소비해야하고, 두 번째 때는 열이 방출됩니다. 열의 손실이없는 경우이 과정에서 방출되고 소비되는 열은 다음과 같습니다. 따라서, 응축 된 산소의 부피는 실제로 증발 된 질소의 부피와 동일 할 것이다. 이 과정을 정류라고합니다. 액체 공기의 증발에 의해 형성된 2 개의 가스의 혼합물은 다시 그것을 통과하고, 산소의 일부는 응축 물로 통과하여 열을 방출함으로써 일부 질소를 증발시킨다. 과정은 여러 번 반복됩니다.

질소 와 산소 의 산업 생산은 소위 정류 컬럼에서 발생합니다.

재미있는 사실

액체 산소에 노출되면 많은 물질이 부서지기 쉽습니다. 또한, 액체 산소 는 매우 강력한 산화제이므로, 들어간 후에는 유기 물질이 타서 열을 많이 뿜어냅니다. 액체 산소가 함침되었을 때, 이들 물질 중 일부는 통제되지 않은 폭발성 재산을 얻습니다. 이러한 현상은 일반적인 아스팔트를 포함한 석유 제품의 전형적인 현상입니다.