เนื้อหา
อากาศในชั้นบรรยากาศโลกประกอบด้วยไนโตรเจน (78 เปอร์เซ็นต์) ออกซิเจน (21 เปอร์เซ็นต์) อาร์กอน (0.93 เปอร์เซ็นต์) ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (0.038 เปอร์เซ็นต์) และก๊าซติดตามอื่น ๆ รวมถึงไอน้ำและก๊าซมีตระกูลอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์สามารถแยกก๊าซติดตามออกจากอากาศโดยใช้ตัวกรองหรือทำความเย็นในอากาศ ตัวอย่างเช่นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะกลายเป็นของแข็งที่ −79 ° C (−110 ° F) หากต้องการแยกตัวอย่างของอากาศออกเป็นส่วนประกอบหลัก - ไนโตรเจนและออกซิเจน - พวกเขาจะต้องทำให้อากาศเย็นลงอย่างมีนัยสำคัญมากขึ้นถึง −200 ° C (−328 ° F) ซึ่งเกือบจะเย็นเท่ากับพื้นผิวของดาวพลูโต กระบวนการนี้เรียกว่าการแยกส่วนของอากาศเหลวหรือการกลั่นด้วยอุณหภูมิ มันต้องการหน่วยแยกอากาศซึ่งไม่แตกต่างจากหลอดกลั่นธรรมดาที่ใช้ในการทำน้ำให้บริสุทธิ์
วิธีการแยกก๊าซโดยการกลั่นแบบเศษส่วน
ก๊าซแต่ละชนิดนั้นมีจุดเดือดที่เป็นลักษณะเฉพาะซึ่งหมายถึงอุณหภูมิที่มันเปลี่ยนจากของเหลวเป็นก๊าซ หากคุณมีตัวอย่างของก๊าซสุ่มคุณสามารถแยกพวกมันออกได้โดยค่อยๆทำให้ตัวอย่างเย็นลงจนกระทั่งก๊าซแต่ละองค์ประกอบเหลว สารประกอบที่เป็นของเหลวนั้นจะตกอยู่ที่ก้นถังสะสม หลังจากดึงของเหลวทั้งหมดออกแล้วการระบายความร้อนจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งอุณหภูมิลดลงจนถึงจุดเดือดของสารประกอบถัดไปและทำให้เป็นของเหลว สารประกอบบางชนิดเช่นคาร์บอนไดออกไซด์จะไม่ทำให้เป็นของเหลว แต่จะเปลี่ยนเป็นของแข็งโดยตรงซึ่งจะดึงได้ง่ายกว่าของเหลว
Fractional Distillation ของอากาศเหลว
หน่วยแยกอากาศมักถูกเรียกว่าเครื่องกำเนิดออกซิเจนหรือไนโตรเจนเนื่องจากจุดประสงค์ของมันคือการแยกองค์ประกอบเหล่านี้หนึ่งหรือทั้งสองอย่างออกจากอากาศ ในกระบวนการกลั่นอากาศจะผ่านตัวกรองที่ดูดซับไอน้ำทั้งหมดเป็นครั้งแรก จากนั้นกระบวนการทำความเย็นจะเริ่มขึ้น มันเกี่ยวข้องกับการใช้กังหันและระบบทำความเย็นพลังงานสูง ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซติดตามอื่น ๆ จะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงถึงจุดระเหิดหรือจุดเดือดแต่ละจุด การระเหิดอธิบายการเปลี่ยนแปลงสถานะโดยตรงจากของแข็งเป็นก๊าซ
เมื่ออุณหภูมิสูงถึง −200 ° C ส่วนผสมที่เป็นของเหลวจะถูกป้อนผ่านท่อเข้าไปในภาชนะที่อุ่นกว่าเล็กน้อย (−185 ° C) เล็กน้อยกว่าที่อยู่ด้านบน (−190 ° C) ออกซิเจนเหลวที่ −183 ° C ดังนั้นมันจึงไหลออกจากขวดผ่านท่อที่อยู่ด้านล่าง อย่างไรก็ตามไนโตรเจนเปลี่ยนกลับเป็นก๊าซอย่างไรก็ตามเนื่องจากจุดเดือดของมันคือ −196 ° C มันไหลผ่านท่อที่เชื่อมต่อกับด้านบนของขวด
หน่วยแยกอากาศประเภทอื่น ๆ
การแยกก๊าซโดยการกลั่นแบบเศษส่วนไม่ใช่วิธีเดียวที่จะสร้างออกซิเจนหรือไนโตรเจนจากอากาศ ตัวสร้างเมมเบรนใช้ระบบของเมมเบรนเส้นใยกลวงแบบกึ่งสังเคราะห์ที่ยอมให้โมเลกุลขนาดเล็กลงในตัวอย่างของอากาศอัดที่จะผ่านไปในขณะที่บล็อกสิ่งที่มีขนาดใหญ่กว่า ระบบประเภทนี้สามารถสร้างไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์ระหว่าง 95 และ 99.5 เปอร์เซ็นต์ ในวิธีการสกัดแบบอื่นนั้นอัดอากาศจะถูกขี่จักรยานภายใต้ความดันผ่านตะแกรงโมเลกุลคาร์บอนซึ่งจะรักษาออกซิเจนและเอาออกจากอากาศ ไนโตรเจนที่เหลือสามารถมีความบริสุทธิ์ระหว่าง 95 และ 99.9995 เปอร์เซ็นต์