Karena semua gas memiliki beberapa keadaan agregasi dan dapat dicairkan, udara, yang terdiri dari campuran gas, juga dapat menjadi cair. Pada dasarnya, udara cair diproduksi untuk mengekstrak oksigen murni, nitrogen, dan argon darinya.
Sedikit sejarah
Hingga abad ke-19, para ilmuwan percaya bahwa gas hanya memiliki satu keadaan agregasi, tetapi mereka telah belajar bagaimana membawa udara ke keadaan cair pada awal abad terakhir. Ini dilakukan dengan menggunakan mesin Linde, yang bagian utamanya adalah kompresor (motor listrik yang dilengkapi dengan pompa) dan penukar panas, disajikan dalam bentuk dua tabung yang digulung menjadi spiral, yang salah satunya dilewatkan di dalam yang lain. Komponen ketiga dari desain adalah termos, dan gas cair dikumpulkan di dalamnya. Bagian-bagian mesin ditutupi dengan bahan isolasi panas untuk mencegah akses ke gas panas dari luar. Ban dalam yang terletak di dekat leher diakhiri dengan throttle.
Pekerjaan gas
Teknologi untuk mendapatkan udara cair cukup sederhana. Pertama, campuran gas dibersihkan dari debu, partikel air, dan juga dari karbon dioksida. Ada komponen penting lainnya, yang tanpanya tidak mungkin menghasilkan tekanan udara cair. Dengan bantuan kompresor, udara dikompresi hingga 200-250 atmosfer,sambil didinginkan dengan air. Selanjutnya, udara melewati penukar panas pertama, setelah itu dibagi menjadi dua aliran, yang lebih besar menuju ekspander. Istilah ini mengacu pada mesin piston yang bekerja dengan cara memuaikan gas. Ini mengubah energi potensial menjadi energi mekanik dan gas menjadi dingin karena ia bekerja.
Selanjutnya, udara, setelah mencuci dua penukar panas dan dengan demikian mendinginkan aliran kedua yang menuju ke sana, keluar dan terkumpul dalam termos.
Turbo expander
Meskipun terlihat sederhana, penggunaan expander tidak mungkin dilakukan pada skala industri. Gas yang diperoleh dengan pelambatan melalui tabung tipis ternyata terlalu mahal, produksinya tidak cukup efisien dan memakan energi, dan karenanya tidak dapat diterima untuk industri. Pada awal abad terakhir, ada pertanyaan untuk menyederhanakan peleburan besi, dan untuk ini diusulkan untuk meniup udara dari udara dengan kandungan oksigen tinggi. Jadi, muncul pertanyaan tentang produksi industri yang terakhir.
Piston expander cepat tersumbat oleh air es, sehingga udara harus dikeringkan terlebih dahulu, membuat proses lebih sulit dan mahal. Pengembangan turboexpander menggunakan turbin alih-alih piston membantu memecahkan masalah. Kemudian, turboexpander digunakan dalam produksi gas lainnya.
Aplikasi
Udara cair itu sendiri tidak digunakan di mana pun, ini adalah produk antara dalam memperoleh gas murni.
Prinsip pemisahan zat berdasarkan perbedaan titik didihbagian dari campuran: oksigen mendidih pada -183 °, dan nitrogen pada -196 °. Suhu udara cair di bawah dua ratus derajat, dan dengan memanaskannya, pemisahan dapat dilakukan.
Ketika udara cair mulai menguap perlahan, nitrogen adalah yang pertama menguap, dan setelah bagian utamanya menguap, oksigen mendidih pada suhu -183 °. Faktanya adalah bahwa sementara nitrogen tetap berada dalam campuran, ia tidak dapat terus memanas, bahkan jika pemanasan tambahan digunakan, tetapi segera setelah sebagian besar nitrogen menguap, campuran akan dengan cepat mencapai titik didih bagian berikutnya dari campuran. campuran, yaitu oksigen.
Pemurnian
Namun, dengan cara ini tidak mungkin mendapatkan oksigen dan nitrogen murni dalam satu operasi. Udara dalam keadaan cair pada tahap pertama penyulingan mengandung sekitar 78% nitrogen dan 21% oksigen, tetapi semakin jauh prosesnya dan semakin sedikit nitrogen yang tersisa dalam cairan, semakin banyak oksigen yang akan menguap bersamanya. Ketika konsentrasi nitrogen dalam cairan turun menjadi 50%, kandungan oksigen dalam uap meningkat menjadi 20%. Oleh karena itu, gas yang diuapkan kembali dikondensasikan dan disuling untuk kedua kalinya. Semakin banyak distilasi, semakin bersih produk yang dihasilkan.
Dalam industri
Penguapan dan pengembunan adalah dua proses yang berlawanan. Dalam kasus pertama, cairan harus mengkonsumsi panas, dan dalam kasus kedua, panas akan dilepaskan. Jika tidak ada kehilangan panas, maka panas yang dilepaskan dan dikonsumsi selama proses ini adalah sama. Dengan demikian, volume oksigen terkondensasi akan hampir sama dengan volumenitrogen yang diuapkan. Proses ini disebut rektifikasi. Campuran dua gas yang terbentuk sebagai hasil dari penguapan udara cair kembali melewatinya, dan beberapa oksigen masuk ke kondensat, sambil mengeluarkan panas, yang menyebabkan beberapa nitrogen menguap. Proses ini diulang berkali-kali.
Produksi nitrogen dan oksigen dalam industri terjadi di kolom distilasi.
Fakta menarik
Saat bersentuhan dengan oksigen cair, banyak bahan menjadi rapuh. Selain itu, oksigen cair adalah zat pengoksidasi yang sangat kuat, oleh karena itu, begitu di dalamnya, zat organik terbakar, melepaskan banyak panas. Ketika diresapi dengan oksigen cair, beberapa zat ini memperoleh sifat eksplosif yang tidak terkendali. Perilaku ini khas produk minyak bumi, yang meliputi aspal konvensional.
