Budući da svi plinovi imaju nekoliko agregatnih stanja i mogu biti ukapljeni, zrak, koji se sastoji od mješavine plinova, također može postati tekućina. U osnovi, tekući zrak se proizvodi kako bi se iz njega izvukao čisti kisik, dušik i argon.
Malo povijesti
Sve do 19. stoljeća znanstvenici su vjerovali da plin ima samo jedno agregatno stanje, ali su kako zrak dovesti u tekuće stanje naučili već početkom prošlog stoljeća. To je učinjeno pomoću Linde stroja, čiji su glavni dijelovi bili kompresor (elektromotor opremljen pumpom) i izmjenjivač topline, predstavljeni u obliku dviju cijevi smotanih u spiralu, od kojih je jedna prolazila unutar druge. Treća komponenta dizajna bila je termosica, a unutar nje se skupljao ukapljeni plin. Dijelovi stroja prekriveni su toplinski izolacijskim materijalima kako bi se spriječio pristup toplinskom plinu izvana. Unutarnja cijev koja se nalazi blizu vrata završavala je gasom.
plin
Tehnologija dobivanja ukapljenog zraka prilično je jednostavna. Prvo, mješavina plinova se čisti od prašine, čestica vode, a također i od ugljičnog dioksida. Postoji još jedna važna komponenta, bez koje neće biti moguće proizvesti tekući zrak - tlak. Uz pomoć kompresora, zrak se komprimira do 200-250 atmosfera,dok ga hladi vodom. Zatim zrak prolazi kroz prvi izmjenjivač topline, nakon čega se dijeli na dva toka, od kojih veći ide u ekspander. Ovaj izraz se odnosi na klipni stroj koji radi ekspandirajući plin. Pretvara potencijalnu energiju u mehaničku energiju i plin se hladi jer radi.
Dalje, zrak, nakon što je oprao dva izmjenjivača topline i na taj način ohladio drugi tok koji ide prema njemu, izlazi van i skuplja se u termosicu.
Turbo ekspander
Unatoč svojoj prividnoj jednostavnosti, upotreba ekspandera je nemoguća u industrijskim razmjerima. Plin dobiven prigušivanjem kroz tanku cijev ispada preskup, njegova proizvodnja nije dovoljno učinkovita i energetski zahtjevna, a samim time i neprihvatljiva za industriju. Početkom prošlog stoljeća pojavilo se pitanje pojednostavljenja taljenja željeza, a za to je iznijet prijedlog da se iz zraka ispuhuje zrak s visokim udjelom kisika. Tako se postavilo pitanje o industrijskoj proizvodnji potonjeg.
Klipni ekspander brzo se začepi vodenim ledom, pa se zrak prvo mora osušiti, što proces čini težim i skupljim. Razvoj turboekspandera koji koristi turbinu umjesto klipa pomogao je u rješavanju problema. Kasnije su turboekspanderi korišteni u proizvodnji drugih plinova.
Prijava
Sam tekući zrak se nigdje ne koristi, on je međuproizvod u dobivanju čistih plinova.
Načelo razdvajanja sastojaka temelji se na razlici u ključanjudijelovi smjese: kisik vrije na -183°, a dušik na -196°. Temperatura tekućeg zraka je ispod dvjesto stupnjeva, a zagrijavanjem se može izvršiti odvajanje.
Kada tekući zrak počne polako isparavati, dušik prvi isparava, a nakon što je njegov glavni dio već ispario, kisik ključa na temperaturi od -183°. Činjenica je da dok dušik ostaje u smjesi, ona se ne može nastaviti zagrijavati, čak i ako se koristi dodatno zagrijavanje, ali čim veći dio dušika ispari, smjesa će brzo dostići točku vrelišta sljedećeg dijela smjesa, tj. kisik.
Pročišćenje
Međutim, na ovaj način je nemoguće dobiti čisti kisik i dušik u jednoj operaciji. Zrak u tekućem stanju u prvoj fazi destilacije sadrži oko 78% dušika i 21% kisika, ali što proces ide dalje i što manje dušika ostane u tekućini, to će više kisika ispariti s njim. Kada koncentracija dušika u tekućini padne na 50%, sadržaj kisika u pari raste na 20%. Stoga se ispareni plinovi ponovno kondenziraju i destiliraju drugi put. Što je više destilacija bilo, to će rezultirajući proizvodi biti čišći.
U industriji
Isparavanje i kondenzacija su dva suprotna procesa. U prvom slučaju tekućina mora trošiti toplinu, au drugom slučaju toplina će se oslobađati. Ako nema gubitka topline, tada je toplina koja se oslobađa i troši tijekom ovih procesa jednaka. Tako će volumen kondenziranog kisika biti gotovo jednak volumenuispareni dušik. Taj se proces naziva ispravljanje. Smjesa dvaju plinova nastala kao rezultat isparavanja tekućeg zraka ponovno prolazi kroz nju, a dio kisika prelazi u kondenzat, pritom odajući toplinu, zbog čega dio dušika isparava. Proces se ponavlja mnogo puta.
Industrijska proizvodnja dušika i kisika odvija se u takozvanim destilacijskim stupovima.
Zanimljive činjenice
Kada su u kontaktu s tekućim kisikom, mnogi materijali postaju krhki. Osim toga, tekući kisik je vrlo snažno oksidacijsko sredstvo, stoga, jednom u njemu, organske tvari izgaraju, oslobađajući puno topline. Kada su impregnirane tekućim kisikom, neke od tih tvari dobivaju nekontrolirana eksplozivna svojstva. Ovo ponašanje je tipično za naftne derivate, koji uključuju konvencionalni asf alt.
