Жидкий воздух своими руками

Жидкий воздух — основа для получения чистого кислорода

Так как все газы имеют несколько агрегатных состояний и могут быть сжижены, то воздух, состоящий из смеси газов, тоже может стать жидкостью. В основном жидкий воздух производят для выделения из него чистого кислорода, азота и аргона.

Немного истории

До 19 века ученые считали, что газ имеет лишь одно агрегатное состояние, но доводить воздух до жидкого состояния научились уже в начале прошлого века. Это делалось при помощи машины Линде, основными частями которой были компрессор (электродвигатель, снабженный насосом) и теплообменник, представленный в виде двух свернутых в спираль трубок, одна из которых проходила внутри другой. Третьим компонентом конструкции был термос, внутри него и собирался сжиженный газ. Детали машины покрывались теплоизоляционными материалами, чтобы предотвратить доступ к газу теплоты извне. Находящаяся вблизи горловины внутренняя трубка оканчивалась дросселем.

Работа газа

Технология получения сжиженного воздуха довольно проста. Сначала смесь газов очищают от пыли, частиц воды, а также от углекислого газа. Есть еще одна важная составляющая, без которой не получится произвести жидкий воздух, — давление. С помощью компрессора воздух сжимают до 200-250 атмосфер, одновременно охлаждая его водой. Далее воздух идет через первый теплообменник, после чего делится на два потока, больший из которых идет в детандер. Этим термином называют поршневую машину, которая работает за счет расширения газа. Она преобразовывает потенциальную энергию в механическую, и газ охлаждается, потому что совершает работу.

Далее воздух, омыв два теплообменника и тем самым охладив второй поток, идущий навстречу, выходит наружу и собирается в термосе.

Турбодетандер

Несмотря на кажущуюся простоту, применение детандера невозможно в промышленных масштабах. Полученный путем дросселирования через тонкую трубку газ оказывается слишком дорог, получение его недостаточно эффективно и энергозатратно, а следовательно неприемлемо для промышленности. В начале прошлого века стоял вопрос об упрощении выплавки чугуна, и для этого было выдвинуто предложение делать поддув из воздуха с высоким содержанием кислорода. Таким образом возник вопрос и о промышленной добыче последнего.

Поршневой детандер быстро забивается водяным льдом, поэтому воздух нужно предварительно осушить, что делает процесс сложнее и дороже. Решить проблему помогла разработка турбодетандера, использующего вместо поршня турбину. Позднее турбодетандеры нашли применение в процессе получения и других газов.

Применение

Сам жидкий воздух как таковой нигде не используется, это промежуточный продукт в получении чистых газов.

Принцип выделения составляющих основан на разнице в кипении составных частей смеси: кислород закипает при —183°, а азот при —196°. Температура жидкого воздуха ниже двухсот градусов, и нагревая его, можно производить разделение.

Когда жидкий воздух начинает медленно испаряться, первым улетучивается азот, а после того, как его основная часть уже испарилась, при температуре —183° закипает кислород. Дело в том, что пока азот остается в смеси, она не может продолжить нагреваться, даже если использовать дополнительный подогрев, но как только большая часть азота улетучится, смесь быстро достигнет температуры кипения следующей части смеси, то есть кислорода.

Очищение

Однако таким путем невозможно получить чистые кислород и азот за одну операцию. Воздух в жидком состоянии на первой стадии перегонки содержит около 78 % азота и 21 % кислорода, однако чем дальше идет процесс и чем меньше азота остается в жидкости, тем больше вместе с ним будет испаряться и кислорода. Когда концентрация азота в жидкости падает до 50 %, содержание кислорода в парах увеличивается до 20 %. Поэтому испаренные газы вновь конденсируют и подвергают перегонке во второй раз. Чем больше было перегонок, тем чище будут полученные продукты.

В промышленности

Испарение и конденсация — это два противоположных процесса. При первом жидкость должна затратить тепло, а при втором — тепло будет выделяться. В случае если нет потери тепла, то теплота, выделяемая и потребляемая во время этих процессов, равна. Таким образом объем сконденсированного кислорода будет практически равен объему испаренного азота. Этот процесс называется ректификацией. Смесь двух газов, образованная вследствие испарения жидкого воздуха, снова пропускается через него, и некоторая часть кислорода переходит в конденсат, отдавая при этом тепло, за счет чего испаряется некоторая часть азота. Процесс повторяется множество раз.

Промышленное получение азота и кислорода происходит в так называемых ректификационных колоннах.

Интересные факты

При контакте с жидким кислородом многие материалы становятся хрупкими. К тому же жидкий кислород — очень мощный окислитель, поэтому, попав в него, органические вещества сгорают, выделяя много тепла. При пропитке жидким кислородом некоторые из этих веществ приобретают неконтролируемые взрывоопасные свойства. Такое поведение свойственно нефтепродуктам, к которым относится обычный асфальт.

Источник

Технология сжижения воздуха (получения жидкого воздуха, азота, кислорода).

Вы используете Internet Explorer устаревшей и не поддерживаемой более версии. Чтобы не было проблем с отображением сайтов или форумов обновите его до версии 7.0 или более новой. Ещё лучше — поставьте браузер Opera или Mozilla Firefox.

опытный

Сабж, граждане.
Хочу получить скромнейшую долю внимания всемогущего коллективного разума с целью разрешения некоторых тематических вопросов.

Итак.
1) Получение жидкого воздуха:
воздух сжимается до необходимого давления, охлаждается до нормальной температуры, расширяется, охлаждаясь ниже температуры кипения и конденсируется.
2) Получение жидкого азота и кислорода связано с различной температурой испарения азота и кислорода. Из жидкого воздуха в определённом температурном диапазоне испаряется азот (который можно затем привести в жидкое состояние аналогичным способом), при этом вода всё больше обогащается кислородом, пока не превратится, собственно, в жидкий кислород.
3) Разумеется, и кислород и азот после этого будут довольно грязными.

Вот, собственно, те скромные сведения которые мне удалось отловить в Сети самостоятельно.
Очень хотел бы услышать комментарии, замечания более опытных или даже знакомых с предметом форумчан.

Источник

Что будет, если опустить руку в жидкий воздух или попытаться сделать глоток?

Воздух — это смесь азота, кислорода, углекислого газа (и некоторых других) в соотношении 78 : 21 : 0,5 : (0,5). Как мы видим, азот занимает почти 4/5 объёма воздуха, поэтому для простоты будем рассуждать не о жидком воздухе, а о жидком азоте. Так вот, температура кипения азота приблизительно –195 °С (очевидно, сжиженный воздух имел бы близкую температуру кипения, и их разница для человеческого организма была бы несущественна, поскольку столь низкие температуры в любом случае вызовут то, о чём пойдёт речь ниже).

Если опустить руку в жидкость со столь низкой температурой, близкой к –200 °C, внутриклеточная и межклеточная вода мгновенно кристаллизуется и, поскольку лёд имеет свойство занимать больший, чем жидкая вода, объём, разорвёт клетки изнутри и отделит их друг от друга. Разумеется, сначала это произойдёт в поверхностных слоях кожи, но охлаждение будет столь значительным, что процесс пойдёт глубже и приведёт к тотальному отмиранию тканей конечности. Однако вы не сможете опустить руку достаточно глубоко для того, чтобы произошло всё это, поскольку в ответ на начавшийся холодовой некроз концевых участков пальцев и обильную болевую сигнализацию вы уже рефлекторно одёрнете руку.

Нечто подобное произойдёт и если попытаться выпить глоток жидкого азота: холодный пар кипящего жидкого азота, ударяющий в лицо, попадающий в нос и полость рта, заставят вас рефлекторно отпрянуть от источника холода. Таким образом, в любом случае рефлексы не дадут вам совершить глупость.

Кроме того, можно опустить руку в ёмкость с жидким азотом настолько быстро, что теплообмен просто не успеет произойти (для этого рука обязательно должна быть сухой). Тот же фокус работает и с расплавленными металлами (только тут уже наоборот, рука должна быть влажной). Конечно, это требует недюжинных сноровки, силы воли и скорости реакции.

Источник

Жидкий воздух своими руками

Химия и Химики № 4 2012