Жидкий воздух: свойства, состав и применение

Воздух, как и многие другие газы, может находиться в нескольких агрегатных состояниях. В том числе стать жидкостью при соблюдении определенных условий. Рассмотрим свойства, состав и область применения жидкого воздуха.

Воздух, как и многие другие газы, может находиться в нескольких агрегатных состояниях. В том числе стать жидкостью при соблюдении определенных условий. Рассмотрим свойства, состав и область применения жидкого воздуха.

Охлаждая воздух до криогенных, т.е. очень низких температур, получают жидкость бледно-голубого цвета. При поглощении тепла она вновь возвращается в газообразное состояние. Для хранения жидкого воздуха используют особые контейнеры или сосуды Дьюара.

Свойства и состав жидкого воздуха

Газообразный сухой воздух — это смесь трех основных компонентов. Их примерное соотношение:

• азот (N) — 78,084 %;
• кислород (О) — 20,947 %;
• аргон (Ar) — 0,934 %.

Углекислый газ (CO₂) в составе занимает около 0,03 %. При охлаждении он не переходит в жидкость, а твердеет. Именно поэтому в жидком воздухе при давлении равном 520 кПа углекислота не присутствует.

Остальные вещества, например, неон, криптон, метан, гелий и водород присутствуют в следовых количествах. Их объем варьируется от 0,001818 % до 0,0000087 %.

Свойства жидкого воздуха:

• Плотность — примерно 0,87 г/см³. Напрямую зависит от состава конкретного образца, в частности от концентрации углекислого газа.
• Температура кипения составляет -194,35 °C. Поддержание постоянной температуры затруднительно, потому что азот испаряется быстрее, а следовательно, меняется химический состав смеси и нужные для этого процесса условия.
• Температура замерзания — при нормальном атмосферном давлении около -215,2 °C.

Как получают жидкий воздух

В начале 19 века ученым удалось при помощи машины Линде довести воздух до жидкого состояния. Основные элементы установки:

• компрессор — электродвигатель с насосом;
• теплообменник — две спиралевидные трубки, расположенные одна в другой;
• специальный термос для накопления сжиженного газа.

Все комплектующие обязательно покрывали слоем теплоизоляции. Это необходимо для ограждения газов от повышенных окружающих температур.

Технология включала несколько последовательных этапов:

1. Газовая воздушная смесь проходит очистку от примесей пыли и воды.
2. Компрессором нагнетают давление до 250 атм. Сжатый таким образом воздух требуется охладить, потому что в процессе происходит выделение тепла. Для этого используют обычную воду.
3. Далее, после прохождения первого теплообменника, газ разделяют на два потока. Больший направляется в поршневую машину (детандер). Она активизируется благодаря расширению вещества — потенциальную энергию преобразует в механическую. За счет совершения этой работы газ охлаждается.
4. Пройдя через второй теплообменник, образовавшиеся капли жидкости накапливаются в термосе.

Основная проблема — невозможность использования детандеров в крупных производственных масштабах. Это связано с тем, что дросселирование больших объемов вещества через узкую трубку дорого и энергозатратно. Тем более, что поршни машины обрастают льдом, а значит, требуется осушение воздуха. Это бы дополнительно усложнило процесс. Поэтому поршни решено было заменить на турбину.

Продукты перегонки жидкого воздуха и их применение

Чаще всего газовую смесь сжижают и используют для получения других веществ — в основном это азот и кислород. Другие инертные газы тоже можно получить путем фракционной перегонки жидкого воздуха.

Способ основан на разнице в температурах кипения составляющих:

• для кислорода -183 °C;
• для азота это -196 °C.

При нагревании жидкого воздуха, первым выкипает азот, оставляя насыщенную кислородом жидкость. Достигая температуры -183 °C начинает улетучиваться и кислород. Таким образом, благодаря термическому воздействию успешно разделяют газовую смесь.

Особенность процесса — невозможность выделения азота и кислорода высокой степени чистоты за один прогон. При приближении концентрации N к 50 %, насыщение паров кислородом доходит до 20 %. Поэтому газ конденсируют и направляют в установки для последующих перегонок. В промышленных масштабах кислород и азот получают на ректификационных колоннах.

Продукты перегонки применимы в различных сферах:

• кислород — необходим на производстве для сварки или резки, а также используется в медицине;
• азот — популярен в качестве хладагента в медицине и косметологии.

Приобретая криогенные жидкости, важно убедиться в высоком уровне их качества. Для этого мы готовы предоставить всю необходимую документацию. Производство проходит в полном соответствии с технологическим процессом и требованиями безопасности уже более 15 лет. Для доставки используем собственные автомобили и экранно- или порошково-вакуумную изоляцию. Для заказа жидкого азота или кислорода звоните или оставляйте заявку на сайте.