Innehåll
- Hur fungerar separering av gaser genom fraktionerad destillation
- Fraktionerad destillation av flytande luft
- Andra typer av luftseparationsenheter
Luften i jordens atmosfär består av kväve (78 procent), syre (21 procent), argon (0,93 procent), koldioxid (0,038 procent) och andra spårgaser, inklusive vattenånga och andra ädelgaser. Forskare kan utvinna spårgaser från luft genom att använda filter eller kyla luften. Till exempel förvandlas koldioxid till ett fast ämne vid –79 ° C (−110 ° F). För att separera ett luftprov i sina primära komponenter - kväve och syre - måste de kyla luften betydligt mer, ner till −200 ° C (−328 ° F), vilket är nästan lika kallt som Plutos yta. Processen är känd som fraktionerad destillation av flytande luft eller kryogen destillation. Det kräver en luftseparationsenhet som inte skiljer sig från ett konventionellt destillationsrör som används för att rena vatten.
Hur fungerar separering av gaser genom fraktionerad destillation
Varje gas har en karakteristisk kokpunkt, definierad som temperaturen vid vilken den omvandlas från en vätska till en gas. Om du har ett slumpmässigt prov av gaser kan du separera dem genom att gradvis kyla provet tills varje komponentgas vätsker. Den flytande föreningen faller till botten av ett uppsamlingskärl. Efter att all vätska har återvunnits fortsätter kylningen tills temperaturen sjunker till kokpunkten för nästa förening och den vätsker. Vissa föreningar, som koldioxid, kondenserar aldrig. Istället förvandlas de direkt till fasta ämnen, som är lättare att hämta än vätskor.
Fraktionerad destillation av flytande luft
En luftseparationsenhet kallas ofta en syre- eller kvävegenerator, eftersom dess syfte är att extrahera ett eller båda av dessa element från luften. Vid destillationsprocessen leds luften först genom ett filter som absorberar all vattenånga. Sedan börjar kylprocessen. Det handlar om användning av turbiner och kylsystem med hög energi. Koldioxid och andra spårgaser släpper ut när temperaturen når var och en av deras sublimering eller kokpunkter. Sublimering beskriver tillståndsändringen direkt från ett fast ämne till en gas.
När temperaturen når -200 ° C matas den flytande blandningen genom ett rör in i ett kärl som är något varmare i botten (−185 ° C) än den är uppe (−190 ° C). Syre kondenserar vid −183 ° C, så det rinner ut ur kolven genom ett rör i botten. Kväve förvandlas dock tillbaka till en gas eftersom dess kokpunkt är −196 ° C. Den strömmar ut genom ett rör anslutet till toppen av kolven.
Andra typer av luftseparationsenheter
Separation av gaser genom fraktionerad destillation är inte det enda sättet att generera syre eller kväve från luften. En membrangenerator använder ett system av semipermeabla, ihåliga fibermembran som låter mindre molekyler i ett prov av tryckluft passera medan de större blockeras. Denna typ av system kan generera kväve med en renhet mellan 95 och 99,5 procent. I en annan typ av extraktionsmetod cyklas tryckluft under tryck genom en kolmolekylsikt som håller kvar syre och avlägsnar den från luften. Det kvarvarande kvävet kan ha en renhet mellan 95 och 99.9995 procent.