Принцип отримання кисню з рідкого повітря заснований на тому, що температура кипіння основних складових частин повітря різна.
Температура кипіння кисню дорівнює -183 °, а температура кипіння азоту -196 °. Тому при повільному випаровуванні рідкого повітря з нього спочатку випаровується головним чином азот. Після того як основна частина азоту випарується, температура залишилася рідини підвищиться до -183 °, і кисень почне кипіти.
На цьому принципі заснована будь-яка дрібна, або фракційна, перегонка рідкої суміші, що складається з декількох речовин, які мають різні температурами кипіння. Дробової така перегонка називається тому, що суміш рідин переганяється по частинах, починаючи від тієї рідини, яка кипить при більш низькій температурі. До тих пір поки не перегону основна частина низкокипящей рідини, температура всієї суміші, незважаючи на підігрівання, буде залишатися майже без зміни. Як тільки рідина, що кипить при більш низькій температурі, буде відігнана, температура швидко підвищиться до точки кипіння наступної частини суміші, і так до тих пір, поки не відганяючи по частинах вся переганяти рідина.
На цьому принципі заснована перегонка нафти, з якої відганяють спочатку бензин, який кипить при більш низькій температурі, ніж інші складові частини нафти, за ним - гас, далі переганяють більш важкий вид палива - так зване дизельне паливо, або соляровое масло.
У перегінному апараті після відгону бензину, гасу і дизельного палива залишається мазут. Нагріваючи мазут до ще більш високої температури, отримують різні мастила і гудрон.
При одноразової фракційної перегонці не можна відразу отримати чисті продукти відгону. Після першої перегонки отримані продукти забруднені сполуками, температури кипіння яких близькі. Щоб звільнитися від домішок, необхідні наступні перегонки.
При одноразовому випаровуванні рідкого повітря також неможливо отримати чистий кисень і азот. Спочатку, коли в рідкому повітрі міститься 21 відсоток кисню і 78 відсотків азоту, випаровується головним чином азот. Однак чим менше азоту буде залишатися в рідини, тим більше одночасно з азотом почне випаровуватися кисню. Так, наприклад, коли в рідкій фазі залишиться 50 відсотків азоту, в парах над такою рідиною буде вже близько 20 відсотків кисню. Щоб отримати чистий кисень і азот, недостатньо випарувати рідке повітря один раз.
Газоподібні продукти, отримані після випаровування, конденсируют - перетворюють знову в рідину, яка піддається вторинній перегонці. Чим більше повторюють процес випаровування і конденсації, тим чистіше отримують продукти відгону.
Конденсація і випаровування є двома протилежними процесами. При випаровуванні рідини необхідно затратити тепло, при конденсації пари - тепло виділяється. Якщо ніяких втрат тепла немає, то теплота випаровування речовини буде дорівнює теплоті його конденсації.
Для отримання кисню з рідкого повітря необхідно затратити деяку кількість тепла - приховану теплоту випаровування.
Якщо газоподібний кисень пропустити через рідке повітря, він сконденсіруется і перетвориться в рідину. При цьому виділиться тепло, зване прихованої теплотою конденсації. Рідке повітря, отримавши це тепло, відразу ж витратить його на випаровування азоту, температура кипіння якого нижче температури кипіння кисню.
Так як прихована теплота конденсації кисню майже дорівнює прихованої теплоті випаровування азоту, то з рідкого повітря виділиться за обсягом приблизно стільки ж азоту, скільки сконденсировалось кисню.
На принципі багаторазової конденсації кисню з одночасним випаровуванням азоту з рідкого повітря заснований процес поділу рідкого повітря на чистий газоподібний азот і чистий рідкий кисень.
Такий процес поділу носить назву ректифікації.
Він полягає в тому, що газоподібна суміш азоту і кисню, яка утворюється при випаровуванні рідкого повітря, знову пропускається через рідкий повітря. При цьому кисень конденсується, виділяючи тепло. За рахунок цього тепла випаровується нова частина азоту. пропускаючи
новоутворені гази через рідке повітря, можна врешті-решт отримати чистий газоподібний азот і рідкий чистий кисень.
Апарат, в якому поділяють рідке повітря на азот і кисень, називається ректифікаційної колоною.
Колона ректифікації розділена перегородками на камери-тарілки. Зверху в колону повільно подають рідкий повітря. За зливним склянках він поступово стікає вниз, заповнюючи все тарілки колони. Перегородки зроблені з латунного листа, в якому на відстані близько 3 міліметрів один від одного в шаховому порядку пробиті дрібні отвори діаметром 0,8-0,9 міліметра. Гази, що утворюються при випаровуванні рідкого повітря, легко проходять через такі отвори, не даючи рідини просочитися через них. Потрапляючи в рідину, гази вспенивают її і перемішуються з нею. Під час перемішування газоподібний кисень конденсується і переходить в рідину, а азот, випаровуючись, йде через отвори в перегородках вгору, на наступну тарілку. Таким чином, на кожній тарілці гази збагачуються азотом і збіднюється киснем.
У міру накопичення рідина стікає через краю зливних більше і більше збагачуючись киснем.
В результаті нагорі, на виході з колони, виходить чистий газоподібний азот, а внизу збирається чистий рідкий кисень, який зливають через кран.
Так з атмосферного повітря отримують для промисловості кисень.
Поділіться посиланням з друзями