Keďže všetky plyny majú niekoľko stavov agregácie a môžu byť skvapalnené, vzduch pozostávajúci zo zmesi plynov sa tiež môže stať kvapalinou. Kvapalný vzduch sa v podstate vyrába na extrakciu čistého kyslíka, dusíka a argónu z neho.
Trošku histórie
Až do 19. storočia vedci verili, že plyn má len jeden stav agregácie, ale už na začiatku minulého storočia sa naučili priviesť vzduch do kvapalného stavu. Robilo sa to pomocou stroja Linde, ktorého hlavnými časťami boli kompresor (elektromotor vybavený čerpadlom) a výmenník tepla vo forme dvoch rúrok zvinutých do špirály, z ktorých jedna prechádzala cez druhú. Treťou súčasťou dizajnu bola termoska a v nej sa zachytával skvapalnený plyn. Časti stroja boli pokryté tepelne izolačnými materiálmi, aby sa zabránilo prístupu tepelného plynu zvonku. Vnútorná trubica umiestnená blízko krku končila škrtiacou klapkou.
Plynárstvo
Technológia získavania skvapalneného vzduchu je pomerne jednoduchá. Najprv sa zmes plynov očistí od prachu, častíc vody a tiež od oxidu uhličitého. Je tu ešte jeden dôležitý komponent, bez ktorého nebude možné vyrobiť kvapalný vzduch – tlak. Pomocou kompresora je vzduch stlačený až na 200-250 atmosfér,pri jej chladení vodou. Ďalej vzduch prechádza prvým výmenníkom tepla, po ktorom je rozdelený na dva prúdy, z ktorých väčší ide do expandéra. Tento termín sa vzťahuje na piestový stroj, ktorý pracuje na princípe expanzie plynu. Premieňa potenciálnu energiu na mechanickú energiu a plyn sa ochladzuje, pretože funguje.
Ďalej vzduch po umytí dvoch výmenníkov tepla a tým ochladení druhého prúdu smerujúceho k nemu ide von a zhromaždí sa v termoske.
Turbo expandér
Napriek zdanlivej jednoduchosti je použitie expandéra v priemyselnom meradle nemožné. Plyn získaný škrtením cez tenkú trubicu sa ukazuje ako príliš drahý, jeho výroba nie je dostatočne efektívna a energeticky náročná, a teda pre priemysel neprijateľná. Začiatkom minulého storočia sa objavila otázka zjednodušenia tavenia železa, a preto bol predložený návrh vyfukovať vzduch zo vzduchu s vysokým obsahom kyslíka. Vyvstala teda otázka o priemyselnej výrobe druhého z nich.
Piesový expandér sa rýchlo upchá vodným ľadom, takže vzduch musí byť najskôr vysušený, čo sťažuje a predražuje proces. Problém pomohol vyriešiť vývoj turboexpandéra s použitím turbíny namiesto piestu. Neskôr sa turboexpandéry začali používať pri výrobe iných plynov.
Aplikácia
Samotný kvapalný vzduch sa nikde nepoužíva, je to medziprodukt pri získavaní čistých plynov.
Princíp oddelenia zložiek je založený na rozdiele varučasti zmesi: kyslík vrie pri -183 ° a dusík pri -196 °. Teplota kvapalného vzduchu je nižšia ako dvesto stupňov a jeho zahrievaním je možné vykonať oddelenie.
Keď sa kvapalný vzduch začne pomaly vyparovať, ako prvý sa vyparí dusík a keď sa jeho hlavná časť už odparí, kyslík vrie pri teplote -183°. Faktom je, že kým dusík zostáva v zmesi, nemôže pokračovať v zahrievaní, aj keď sa použije dodatočné zahrievanie, ale akonáhle sa väčšina dusíka odparí, zmes rýchlo dosiahne bod varu ďalšej časti zmes, t.j. kyslík.
Purification
Týmto spôsobom však nie je možné získať čistý kyslík a dusík v jednej operácii. Vzduch v kvapalnom stave v prvom stupni destilácie obsahuje asi 78 % dusíka a 21 % kyslíka, ale čím ďalej proces pokračuje a čím menej dusíka zostáva v kvapaline, tým viac kyslíka sa s ním odparí. Keď koncentrácia dusíka v kvapaline klesne na 50 %, obsah kyslíka v pare sa zvýši na 20 %. Preto sa odparené plyny opäť kondenzujú a destilujú druhýkrát. Čím viac destilácií bolo, tým čistejšie budú výsledné produkty.
V priemysle
Odparovanie a kondenzácia sú dva opačné procesy. V prvom prípade musí kvapalina spotrebovať teplo a v druhom prípade sa teplo uvoľní. Ak nedochádza k tepelným stratám, potom sa teplo uvoľnené a spotrebované počas týchto procesov rovná. Objem kondenzovaného kyslíka sa teda bude takmer rovnať objemuodparený dusík. Tento proces sa nazýva náprava. Zmes dvoch plynov vznikajúca pri odparovaní kvapalného vzduchu ním opäť prechádza a časť kyslíka prechádza do kondenzátu, pričom uvoľňuje teplo, čím sa časť dusíka odparí. Proces sa mnohokrát opakuje.
Priemyselná výroba dusíka a kyslíka prebieha v takzvaných destilačných kolónach.
Zaujímavé fakty
Pri kontakte s tekutým kyslíkom mnohé materiály skrehnú. Okrem toho je kvapalný kyslík veľmi silným oxidačným činidlom, a preto, keď sú v ňom organické látky, horia a uvoľňujú veľa tepla. Pri impregnácii kvapalným kyslíkom niektoré z týchto látok získavajú nekontrolované výbušné vlastnosti. Toto správanie je typické pre ropné produkty, ktoré zahŕňajú konvenčný asf alt.
