نظرًا لأن جميع الغازات لها عدة حالات للتجمع ويمكن أن يتم تسييلها ، يمكن أيضًا أن يصبح الهواء ، الذي يتكون من خليط من الغازات ، سائلاً. في الأساس ، يتم إنتاج الهواء السائل لاستخراج الأكسجين النقي والنيتروجين والأرجون منه.
قليلا من التاريخ
حتى القرن التاسع عشر ، اعتقد العلماء أن الغاز له حالة واحدة فقط من التجميع ، لكنهم تعلموا كيفية نقل الهواء إلى الحالة السائلة بالفعل في بداية القرن الماضي. تم ذلك باستخدام آلة Linde ، وأجزاؤها الرئيسية عبارة عن ضاغط (محرك كهربائي مزود بمضخة) ومبادل حراري ، مقدم على شكل أنبوبين ملفوفين في لولب ، أحدهما يمر داخل الآخر. المكون الثالث من التصميم كان عبارة عن ترمس ، ويتم تجميع الغاز المسال بداخله. تمت تغطية أجزاء الماكينة بمواد عازلة للحرارة لمنع الوصول إلى الغاز الحراري من الخارج. الأنبوب الداخلي الموجود بالقرب من الرقبة انتهى بخانق
عمل غاز
تقنية الحصول على الهواء المسال بسيطة للغاية. أولاً ، يتم تنظيف خليط الغازات من الغبار وجزيئات الماء وثاني أكسيد الكربون أيضًا. هناك عنصر مهم آخر ، وبدونه لن يكون من الممكن إنتاج ضغط هواء سائل. بمساعدة الضاغط ، يتم ضغط الهواء حتى 200-250 جوًا ،أثناء تبريده بالماء. بعد ذلك ، يمر الهواء عبر المبادل الحراري الأول ، وبعد ذلك ينقسم إلى تيارين ، يذهب أكبرهما إلى الموسع. يشير هذا المصطلح إلى آلة المكبس التي تعمل عن طريق توسيع الغاز. يحول الطاقة الكامنة إلى طاقة ميكانيكية ويبرد الغاز لأنه يعمل.
علاوة على ذلك ، بعد غسل الهواء للمبادلين الحراريين وبالتالي تبريد التدفق الثاني المتجه نحوه ، يخرج ويتجمع في الترمس.
موسع توربو
على الرغم من بساطته الواضحة ، فإن استخدام الموسع مستحيل على نطاق صناعي. تبين أن الغاز الناتج عن الاختناق من خلال أنبوب رفيع مكلف للغاية ، ولا يتسم إنتاجه بالكفاءة الكافية ويستهلك الطاقة ، وبالتالي فهو غير مقبول للصناعة. في بداية القرن الماضي ، كانت هناك مسألة تبسيط صهر الحديد ، ولهذا تم طرح اقتراح لتفجير الهواء من الهواء الذي يحتوي على نسبة عالية من الأكسجين. وهكذا نشأ التساؤل عن الإنتاج الصناعي للأخير
يتم انسداد موسع المكبس بسرعة بثلج الماء ، لذلك يجب تجفيف الهواء أولاً ، مما يجعل العملية أكثر صعوبة وتكلفة. ساعد تطوير التوربيني باستخدام التوربينات بدلاً من المكبس في حل المشكلة. في وقت لاحق ، تم استخدام الممددات التوربينية في إنتاج الغازات الأخرى.
التطبيق
الهواء السائل نفسه لا يستخدم في أي مكان ، فهو منتج وسيط في الحصول على الغازات النقية
يعتمد مبدأ فصل المكونات على الاختلاف في الغليانأجزاء من الخليط: الأكسجين يغلي عند -183 درجة ، والنيتروجين عند -196 درجة. درجة حرارة الهواء السائل أقل من مائتي درجة ويمكن فصله عن طريق تسخينه.
عندما يبدأ الهواء السائل في التبخر ببطء ، فإن النيتروجين هو أول ما يتبخر ، وبعد أن يتبخر الجزء الرئيسي بالفعل ، يغلي الأكسجين عند درجة حرارة -183 درجة. الحقيقة هي أنه بينما يبقى النيتروجين في الخليط ، لا يمكنه الاستمرار في التسخين ، حتى إذا تم استخدام تسخين إضافي ، ولكن بمجرد أن يتبخر معظم النيتروجين ، سيصل الخليط بسرعة إلى نقطة غليان الجزء التالي من الخليط ، أي الأكسجين.
تنقية
ومع ذلك ، بهذه الطريقة يستحيل الحصول على الأكسجين النقي والنيتروجين في عملية واحدة. يحتوي الهواء في الحالة السائلة في المرحلة الأولى من التقطير على حوالي 78٪ نيتروجين و 21٪ أكسجين ، ولكن كلما تقدمت العملية وبقي نيتروجين أقل في السائل ، كلما تبخر المزيد من الأكسجين معه. عندما ينخفض تركيز النيتروجين في السائل إلى 50٪ ، يزداد محتوى الأكسجين في البخار إلى 20٪. لذلك ، يتم تكثيف الغازات المتبخرة مرة أخرى وتقطيرها مرة أخرى. كلما زاد عدد عمليات التقطير ، كانت المنتجات الناتجة أكثر نظافة.
في الصناعة
التبخر والتكثيف عمليتان متعاكستان. في الحالة الأولى ، يجب أن يستهلك السائل الحرارة ، وفي الحالة الثانية ، سيتم إطلاق الحرارة. إذا لم يكن هناك فقدان للحرارة ، فإن الحرارة المنبعثة والمستهلكة أثناء هذه العمليات متساوية. وبالتالي ، فإن حجم الأكسجين المكثف سيكون مساويًا للحجم تقريبًانيتروجين مبخر. هذه العملية تسمى التصحيح. خليط من اثنين من الغازات التي تشكلت نتيجة تبخر الهواء السائل يمر من خلاله مرة أخرى ، وبعض الأكسجين يمر في المكثف ، مع إطلاق الحرارة ، مما يؤدي إلى تبخر بعض النيتروجين. تتكرر العملية عدة مرات
الإنتاج الصناعي للنيتروجين والأكسجين يحدث في ما يسمى بأعمدة التقطير.
حقائق مثيرة للاهتمام
عند ملامسة الأكسجين السائل ، تصبح العديد من المواد هشة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأكسجين السائل عامل مؤكسد قوي للغاية ، لذلك بمجرد دخوله ، تحترق المواد العضوية ، وتطلق الكثير من الحرارة. عندما يتم تشريبها بالأكسجين السائل ، تكتسب بعض هذه المواد خصائص متفجرة غير خاضعة للرقابة. هذا السلوك نموذجي للمنتجات البترولية ، والتي تشمل الأسفلت التقليدي.
