Étant donné que tous les gaz ont plusieurs états d'agrégation et peuvent être liquéfiés, l'air, constitué d'un mélange de gaz, peut également devenir liquide. Fondamentalement, l'air liquide est produit pour en extraire de l'oxygène pur, de l'azote et de l'argon.
Un peu d'histoire
Jusqu'au XIXe siècle, les scientifiques pensaient que le gaz n'avait qu'un seul état d'agrégation, mais ils ont appris à amener l'air à l'état liquide dès le début du siècle dernier. Cela a été fait à l'aide d'une machine Linde, dont les pièces principales étaient un compresseur (un moteur électrique équipé d'une pompe) et un échangeur de chaleur, présentés sous la forme de deux tubes enroulés en spirale, dont l'un passait à l'intérieur de l'autre. Le troisième composant de la conception était un thermos, et le gaz liquéfié était collecté à l'intérieur. Les pièces de la machine étaient recouvertes de matériaux calorifuges pour empêcher l'accès au gaz de chauffage de l'extérieur. La chambre à air située près du col se terminait par un étranglement.
Travail au gaz
La technologie pour obtenir de l'air liquéfié est assez simple. Tout d'abord, le mélange de gaz est nettoyé de la poussière, des particules d'eau et également du dioxyde de carbone. Il existe un autre composant important, sans lequel il ne sera pas possible de produire de l'air liquide - la pression. À l'aide d'un compresseur, l'air est comprimé jusqu'à 200-250 atmosphères,tout en le refroidissant avec de l'eau. Ensuite, l'air passe par le premier échangeur de chaleur, après quoi il est divisé en deux flux, dont le plus important va au détendeur. Ce terme fait référence à une machine à piston qui fonctionne en dilatant du gaz. Il convertit l'énergie potentielle en énergie mécanique et le gaz se refroidit car il fonctionne.
De plus, l'air, ayant lavé les deux échangeurs de chaleur et refroidissant ainsi le deuxième flux allant vers lui, sort à l'extérieur et se rassemble dans un thermos.
Extenseur turbo
Malgré son apparente simplicité, l'utilisation d'un détendeur est impossible à l'échelle industrielle. Le gaz obtenu par étranglement à travers un tube mince s'avère trop coûteux, sa production n'est pas assez efficace et énergivore, et donc inacceptable pour l'industrie. Au début du siècle dernier, il était question de simplifier la fusion du fer, et pour cela une proposition a été avancée pour souffler de l'air à haute teneur en oxygène. Ainsi, la question s'est posée de la production industrielle de ces derniers.
Le détendeur à piston se bouche rapidement avec de la glace d'eau, de sorte que l'air doit d'abord être séché, ce qui rend le processus plus difficile et coûteux. Le développement d'un turbodétendeur utilisant une turbine au lieu d'un piston a aidé à résoudre le problème. Plus tard, les turbodétendeurs ont été utilisés dans la production d'autres gaz.
Demande
L'air liquide lui-même n'est utilisé nulle part, c'est un produit intermédiaire dans l'obtention de gaz purs.
Le principe de séparation des constituants est basé sur la différence d'ébullitionparties du mélange: l'oxygène bout à -183 ° et l'azote à -196 °. La température de l'air liquide est inférieure à deux cents degrés, et en le chauffant, la séparation peut être effectuée.
Lorsque l'air liquide commence à s'évaporer lentement, l'azote est le premier à s'évaporer, et après que sa partie principale se soit déjà évaporée, l'oxygène bout à une température de -183 °. Le fait est que tant que l'azote reste dans le mélange, il ne peut pas continuer à chauffer, même si un chauffage supplémentaire est utilisé, mais dès que la majeure partie de l'azote s'est évaporée, le mélange atteindra rapidement le point d'ébullition de la partie suivante du mélange, c'est-à-dire de l'oxygène.
Purification
Cependant, il est impossible d'obtenir de l'oxygène et de l'azote purs en une seule opération. L'air à l'état liquide au premier stade de la distillation contient environ 78 % d'azote et 21 % d'oxygène, mais plus le processus avance et moins il reste d'azote dans le liquide, plus l'oxygène s'évapore avec lui. Lorsque la concentration d'azote dans le liquide chute à 50 %, la teneur en oxygène dans la vapeur augmente à 20 %. Par conséquent, les gaz évaporés sont à nouveau condensés et distillés une seconde fois. Plus il y a de distillations, plus les produits résultants seront propres.
Dans l'industrie
L'évaporation et la condensation sont deux processus opposés. Dans le premier cas, le liquide doit consommer de la chaleur, et dans le second cas, de la chaleur sera dégagée. S'il n'y a pas de perte de chaleur, la chaleur dégagée et consommée au cours de ces processus est égale. Ainsi, le volume d'oxygène condensé sera presque égal au volumeazote évaporé. Ce processus est appelé rectification. Le mélange de deux gaz formés à la suite de l'évaporation de l'air liquide le traverse à nouveau et une partie de l'oxygène passe dans le condensat, tout en dégageant de la chaleur, à cause de laquelle une partie de l'azote s'évapore. Le processus est répété plusieurs fois.
La production industrielle d'azote et d'oxygène a lieu dans les soi-disant colonnes de distillation.
Faits intéressants
Au contact de l'oxygène liquide, de nombreux matériaux deviennent cassants. De plus, l'oxygène liquide est un agent oxydant très puissant, donc, une fois dedans, les substances organiques brûlent, dégageant beaucoup de chaleur. Lorsqu'elles sont imprégnées d'oxygène liquide, certaines de ces substances acquièrent des propriétés explosives incontrôlées. Ce comportement est typique des produits pétroliers, dont l'asph alte conventionnel.
