Com que tots els gasos tenen diversos estats d'agregació i poden ser liquats, l'aire, format per una barreja de gasos, també es pot convertir en líquid. Bàsicament, es produeix aire líquid per extreure'n oxigen pur, nitrogen i argó.
Una mica d'història
Fins al segle XIX, els científics creien que el gas només té un estat d'agregació, però ja a principis del segle passat van aprendre a portar l'aire a un estat líquid. Això es va fer mitjançant una màquina Linde, les parts principals de la qual eren un compressor (un motor elèctric equipat amb una bomba) i un intercanviador de calor, presentats en forma de dos tubs enrotllats en espiral, un dels quals passava per dins l' altre. El tercer component del disseny era un termo, i al seu interior es va recollir gas liquat. Les peces de la màquina estaven cobertes amb materials termoaïllants per evitar l'accés al gas tèrmic des de l'exterior. El tub interior situat prop del coll acabava amb un accelerador.
Treball de gas
La tecnologia per obtenir aire liquat és força senzilla. En primer lloc, la barreja de gasos es neteja de la pols, les partícules d'aigua i també del diòxid de carboni. Hi ha un altre component important, sense el qual no serà possible produir aire líquid a pressió. Amb l'ajuda d'un compressor, l'aire es comprimeix fins a 200-250 atmosferes,mentre es refreda amb aigua. A continuació, l'aire passa pel primer intercanviador de calor, després del qual es divideix en dos corrents, el més gran dels quals va a l'expansor. Aquest terme es refereix a una màquina de pistons que funciona expandint gas. Converteix l'energia potencial en energia mecànica i el gas es refreda perquè funciona.
A més, l'aire, després d'haver rentat els dos intercanviadors de calor i refredant així el segon flux que va cap a ell, surt a l'exterior i es recull en un termo.
Turbo expansor
Malgrat la seva aparent simplicitat, l'ús d'un expansor és impossible a escala industrial. El gas obtingut per estrangulament a través d'un tub prim resulta massa car, la seva producció no és prou eficient i consumeix energia i, per tant, inacceptable per a la indústria. A principis del segle passat es va tractar de simplificar la fosa del ferro, i per això es va plantejar una proposta de bufar aire d'aire amb un alt contingut d'oxigen. Així, va sorgir la pregunta sobre la producció industrial d'aquesta última.
L'expansor del pistó s'obstrueix ràpidament amb gel d'aigua, de manera que primer s'ha d'assecar l'aire, cosa que fa que el procés sigui més difícil i car. El desenvolupament d'un turboexpansor que utilitzava una turbina en lloc d'un pistó va ajudar a resoldre el problema. Més tard, es van utilitzar turboexpansors en la producció d' altres gasos.
Aplicació
L'aire líquid en si no s'utilitza enlloc, és un producte intermedi en l'obtenció de gasos purs.
El principi de separació dels components es basa en la diferència d'ebullicióparts de la mescla: l'oxigen bull a -183 °, i el nitrogen a -196 °. La temperatura de l'aire líquid està per sota dels dos-cents graus i, escalfant-lo, es pot dur a terme la separació.
Quan l'aire líquid comença a evaporar-se lentament, el nitrogen és el primer que s'evapora, i després que la seva part principal ja s'hagi evaporat, l'oxigen bull a una temperatura de -183 °. El fet és que mentre el nitrogen roman a la mescla, no pot continuar escalfant-se, fins i tot si s'utilitza calefacció addicional, però tan bon punt s'hagi evaporat la major part del nitrogen, la mescla arribarà ràpidament al punt d'ebullició de la part següent del mescla, és a dir, oxigen.
Purificació
No obstant això, d'aquesta manera és impossible obtenir oxigen i nitrogen purs en una sola operació. L'aire en estat líquid a la primera etapa de la destil·lació conté aproximadament un 78% de nitrogen i un 21% d'oxigen, però com més avança el procés i com menys nitrogen quedi al líquid, més oxigen s'evaporarà amb ell. Quan la concentració de nitrogen en el líquid cau al 50%, el contingut d'oxigen del vapor augmenta fins al 20%. Per tant, els gasos evaporats es tornen a condensar i es destil·len una segona vegada. Com més destil·lacions hi hagi, més nets seran els productes resultants.
A la indústria
L'evaporació i la condensació són dos processos oposats. En el primer cas, el líquid ha de consumir calor, i en el segon, s'alliberarà calor. Si no hi ha pèrdua de calor, la calor alliberada i consumida durant aquests processos és igual. Així, el volum d'oxigen condensat serà gairebé igual al volumnitrogen evaporat. Aquest procés s'anomena rectificació. La mescla de dos gasos formada com a conseqüència de l'evaporació de l'aire líquid es torna a passar a través d'ell, i una part de l'oxigen passa al condensat, alhora que desprèn calor, per la qual cosa s'evapora part del nitrogen. El procés es repeteix moltes vegades.
La producció industrial de nitrogen i oxigen té lloc a les anomenades columnes de destil·lació.
Dats interessants
En contacte amb l'oxigen líquid, molts materials es tornen trencadissos. A més, l'oxigen líquid és un agent oxidant molt potent, per tant, un cop en ell, les substàncies orgàniques es cremen, alliberant molta calor. Quan s'impregnen amb oxigen líquid, algunes d'aquestes substàncies adquireixen propietats explosives incontrolades. Aquest comportament és típic dels productes derivats del petroli, que inclouen l'asf alt convencional.
