เนื่องจากก๊าซทั้งหมดมีสถานะการรวมตัวหลายสถานะและสามารถทำให้เป็นของเหลวได้ อากาศที่ประกอบด้วยส่วนผสมของก๊าซจึงกลายเป็นของเหลวได้เช่นกัน โดยทั่วไป อากาศเหลวถูกผลิตขึ้นเพื่อแยกออกซิเจนบริสุทธิ์ ไนโตรเจน และอาร์กอนออกมา
ประวัติศาสตร์เล็กน้อย
จนถึงศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าก๊าซมีสถานะการรวมตัวเพียงสถานะเดียว แต่พวกเขาได้เรียนรู้วิธีนำอากาศไปสู่สถานะของเหลวแล้วเมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมา ทำได้โดยใช้เครื่องจักรของลินเด้ ซึ่งส่วนประกอบหลักคือคอมเพรสเซอร์ (มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีปั๊ม) และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน นำเสนอในรูปของท่อสองท่อที่ม้วนเป็นเกลียว ซึ่งหนึ่งในนั้นผ่านเข้าไปในอีกท่อหนึ่ง องค์ประกอบที่สามของการออกแบบคือกระติกน้ำร้อนและมีการรวบรวมก๊าซเหลวไว้ข้างใน ชิ้นส่วนเครื่องจักรถูกหุ้มด้วยวัสดุฉนวนป้องกันความร้อนเพื่อป้องกันการเข้าถึงก๊าซความร้อนจากภายนอก ยางในที่อยู่ใกล้กับคอปิดท้ายด้วยคันเร่ง
งานแก๊ส
เทคโนโลยีในการรับอากาศเหลวนั้นค่อนข้างง่าย ขั้นแรก ทำความสะอาดส่วนผสมของก๊าซจากฝุ่น อนุภาคน้ำ และจากคาร์บอนไดออกไซด์ มีองค์ประกอบที่สำคัญอีกประการหนึ่งโดยที่จะไม่สามารถผลิตอากาศ - ความดันของเหลวได้ ด้วยความช่วยเหลือของคอมเพรสเซอร์อากาศจะถูกบีบอัดได้ถึง 200-250 บรรยากาศในขณะที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ ถัดไป อากาศจะไหลผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนชุดแรก หลังจากนั้นจะแบ่งออกเป็นสองสาย ซึ่งขนาดใหญ่กว่าจะไปที่ตัวแผ่รังสี คำนี้หมายถึงเครื่องลูกสูบที่ทำงานโดยการขยายแก๊ส มันแปลงพลังงานศักย์เป็นพลังงานกลและก๊าซจะเย็นลงเพราะมันทำงาน
ยิ่งไปกว่านั้น ล้างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทั้งสองตัวแล้วจึงทำให้กระแสที่สองเย็นลง ออกไปข้างนอกแล้วเก็บในกระติกน้ำร้อน
เครื่องขยายเทอร์โบ
แม้จะดูเรียบง่าย แต่การใช้เครื่องขยายสัญญาณนั้นเป็นไปไม่ได้ในระดับอุตสาหกรรม ก๊าซที่ได้จากการควบคุมปริมาณผ่านท่อบาง ๆ จะมีราคาแพงเกินไป การผลิตไม่มีประสิทธิภาพเพียงพอและสิ้นเปลืองพลังงาน ดังนั้นจึงไม่เป็นที่ยอมรับสำหรับอุตสาหกรรม ในตอนต้นของศตวรรษที่ผ่านมา มีคำถามเกี่ยวกับการลดความซับซ้อนของการหลอมเหล็ก และด้วยเหตุนี้ จึงมีข้อเสนอในการเป่าลมจากอากาศที่มีปริมาณออกซิเจนสูง จึงเกิดคำถามขึ้นเกี่ยวกับการผลิตภาคอุตสาหกรรมในยุคหลัง
ตัวขยายลูกสูบจะอุดตันอย่างรวดเร็วด้วยน้ำแข็ง น้ำจึงต้องทำให้อากาศแห้งก่อน ทำให้กระบวนการนี้ยากขึ้นและมีราคาแพง การพัฒนาเทอร์โบเอ็กซ์เพนเดอร์โดยใช้เทอร์ไบน์แทนลูกสูบช่วยแก้ปัญหาได้ ต่อมามีการใช้เทอร์โบเอ็กซ์เพนเดอร์ในการผลิตก๊าซอื่นๆ
แอปพลิเคชัน
อากาศเหลวไม่ได้ถูกใช้ทุกที่ มันเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในการรับก๊าซบริสุทธิ์
หลักการแยกองค์ประกอบอยู่บนพื้นฐานของความแตกต่างในการต้มส่วนของส่วนผสม: ออกซิเจนเดือดที่ -183 ° และไนโตรเจนที่ -196 ° อุณหภูมิของของเหลวในอากาศต่ำกว่า 200 องศา และโดยการให้ความร้อน การแยกตัวก็สามารถทำได้
เมื่ออากาศของเหลวเริ่มระเหยช้าๆ ไนโตรเจนจะระเหยเป็นอันดับแรก และหลังจากที่ส่วนหลักระเหยไปแล้ว ออกซิเจนจะเดือดที่อุณหภูมิ -183 ° ความจริงก็คือในขณะที่ไนโตรเจนยังคงอยู่ในส่วนผสม มันไม่สามารถให้ความร้อนต่อไปได้แม้ว่าจะใช้ความร้อนเพิ่มเติม แต่ทันทีที่ไนโตรเจนส่วนใหญ่ระเหยไป ส่วนผสมจะถึงจุดเดือดของส่วนถัดไปอย่างรวดเร็ว ของผสม เช่น ออกซิเจน
การทำให้บริสุทธิ์
อย่างไรก็ตาม ด้วยวิธีนี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับออกซิเจนและไนโตรเจนบริสุทธิ์ในการดำเนินการครั้งเดียว อากาศในสถานะของเหลวในขั้นตอนแรกของการกลั่นประกอบด้วยไนโตรเจน 78% และออกซิเจน 21% แต่ยิ่งกระบวนการดำเนินต่อไปและไนโตรเจนเหลืออยู่ในของเหลวน้อยลง ออกซิเจนก็จะระเหยไปด้วยมากขึ้น เมื่อความเข้มข้นของไนโตรเจนในของเหลวลดลงเหลือ 50% ปริมาณออกซิเจนในไอจะเพิ่มขึ้นเป็น 20% ดังนั้นก๊าซระเหยจะถูกควบแน่นอีกครั้งและกลั่นเป็นครั้งที่สอง ยิ่งกลั่นมากเท่าไหร่ ผลลัพธ์ที่ได้ก็จะยิ่งสะอาดมากขึ้นเท่านั้น
ในวงการ
การระเหยและการควบแน่นเป็นสองกระบวนการที่ตรงกันข้าม ในกรณีแรก ของเหลวจะต้องใช้ความร้อน และในกรณีที่สอง ความร้อนจะถูกปล่อยออกมา หากไม่มีการสูญเสียความร้อน ความร้อนที่ปล่อยออกมาและบริโภคในระหว่างกระบวนการเหล่านี้จะเท่ากัน ดังนั้นปริมาตรของออกซิเจนควบแน่นจะเกือบเท่ากับปริมาตรไนโตรเจนระเหย กระบวนการนี้เรียกว่าการแก้ไข ส่วนผสมของก๊าซสองชนิดที่เกิดขึ้นจากการระเหยของอากาศของเหลวจะถูกส่งผ่านไปอีกครั้ง และออกซิเจนบางส่วนจะผ่านเข้าไปในคอนเดนเสท ในขณะเดียวกันก็ปล่อยความร้อนออกไป เนื่องจากไนโตรเจนบางส่วนระเหยไป กระบวนการนี้ซ้ำหลายครั้ง
การผลิตไนโตรเจนและออกซิเจนในอุตสาหกรรมเกิดขึ้นในคอลัมน์การกลั่นที่เรียกว่า
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ
เมื่อสัมผัสกับออกซิเจนเหลว วัสดุจำนวนมากจะเปราะ นอกจากนี้ออกซิเจนเหลวยังเป็นตัวออกซิไดซ์ที่ทรงพลังมากดังนั้นเมื่ออยู่ในนั้นสารอินทรีย์จะเผาผลาญและปล่อยความร้อนออกมามาก เมื่อชุบด้วยออกซิเจนเหลว สารบางชนิดจะได้รับคุณสมบัติการระเบิดที่ไม่สามารถควบคุมได้ พฤติกรรมนี้เป็นเรื่องปกติของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม ซึ่งรวมถึงแอสฟัลต์ทั่วไป