Indhold
- Sådan fungerer separering af gasser ved fraktioneret destillation
- Fraktioneret destillation af flydende luft
- Andre typer luftseparationsenheder
Luften i jordens atmosfære består af nitrogen (78 procent), ilt (21 procent), argon (0,93 procent), kuldioxid (0,038 procent) og andre sporgasser, herunder vanddamp og andre ædelgasser. Forskere kan udtrække sporingsgasser fra luft ved hjælp af filtre eller afkøling af luften. F.eks. Forvandles kuldioxid til et fast stof ved -79 ° C (-110 ° F). For at adskille en luftprøve i dens primære komponenter - nitrogen og ilt - er de nødt til at køle luften markant mere ned til −200 ° C (−328 ° F), der er næsten lige så kold som Plutos overflade. Processen er kendt som den fraktionerede destillation af flydende luft eller kryogen destillation. Det kræver en luftseparationsenhed, som ikke er i modsætning til et konventionelt destillationsrør, der anvendes til rensning af vand.
Sådan fungerer separering af gasser ved fraktioneret destillation
Hver gas har et karakteristisk kogepunkt, defineret som den temperatur, ved hvilken den omdannes fra en væske til en gas. Hvis du har en tilfældig prøve af gasser, kan du adskille dem ved gradvis at afkøle prøven, indtil hver komponentgas væsker. Den flydende forbindelse falder til bunden af en opsamlingsbeholder. Efter at al væske er hentet, fortsætter afkøling, indtil temperaturen falder til kogepunktet for den næste forbindelse, og den væsker. Nogle forbindelser, såsom kuldioxid, kondenserer aldrig. I stedet forvandles de direkte til faste stoffer, som er lettere at hente end væsker.
Fraktioneret destillation af flydende luft
En luftseparationsenhed kaldes ofte en ilt- eller nitrogengenerator, da dens formål er at udtrække et eller begge af disse elementer fra luften. I destillationsprocessen ledes luften først gennem et filter, der absorberer al vanddamp. Derefter begynder køleprocessen. Det involverer brug af turbiner og højenergi-kølesystemer. Kuldioxid og andre sporingsgasser sætter sig ud, når temperaturen når hver af deres sublimering eller kogepunkter. Sublimering beskriver ændringen af tilstand direkte fra et fast stof til en gas.
Når temperaturen når -2 ° C, føres den flydende blanding gennem et rør ind i et kar, der er lidt varmere i bunden (−185 ° C), end det er øverst (-190 ° C). Oxygen kondenserer ved −183 ° C, så det strømmer ud af kolben gennem et rør i bunden. Kvælstof omdannes imidlertid til en gas, fordi dens kogepunkt er −196 ° C. Det strømmer ud gennem et rør, der er forbundet til toppen af kolben.
Andre typer luftseparationsenheder
Adskillelse af gasser ved fraktioneret destillation er ikke den eneste måde at frembringe ilt eller nitrogen fra luft. En membrangenerator bruger et system af semipermeable, hule fibermembraner, der tillader mindre molekyler i en prøve af komprimeret luft at passere, mens de større blokeres. Denne type system kan generere nitrogen med en renhed mellem 95 og 99,5 procent. I en anden type ekstraktionsmetode cykliseres komprimeret luft under tryk gennem en kulstofmolekylsigt, der tilbageholder ilt og fjerner den fra luften. Det tilbageholdte nitrogen kan have en renhed mellem 95 og 99.9995 procent.