Tekutý vzduch - Liquid air

Kapalný vzduch je vzduch , který byl ochlazen na velmi nízké teploty ( kryogenní teploty ), takže zkondenzoval na bledě modrou mobilní kapalinu. Pro tepelnou izolaci od pokojové teploty se skladuje ve specializovaných nádobách ( často se používají vakuově izolované baňky ). Kapalný vzduch může rychle absorbovat teplo a vrátit se do svého plynného stavu. Často se používá ke kondenzaci jiných látek na kapaliny a / nebo jejich tuhnutí a jako průmyslový zdroj dusíku , kyslíku , argonu a dalších inertních plynů procesem nazývaným separace vzduchu .

Vlastnosti

Kapalný vzduch má hustotu přibližně 870  kg / m 3 (870  g / l 0,87  g / cm 3 ). Hustota daného vzorku vzduchu se mění v závislosti na složení daného vzorku (např. Vlhkost a CO
2
koncentrace). Jelikož suchý plynný vzduch obsahuje přibližně 78% dusíku, 21% kyslíku a 1% argonu , hustota kapalného vzduchu při standardním složení se vypočítá z procenta složek a jejich příslušných hustot kapaliny (viz kapalný dusík a kapalný kyslík ). Přestože vzduch obsahuje stopová množství oxidu uhličitého (asi 0,040%), oxid uhličitý tuhne z plynné fáze, aniž by procházel mezilehlou kapalnou fází, a proto nebude přítomen v kapalném vzduchu při tlacích nižších než 5,1  atm (520  kPa ).

Bod varu kapalného vzduchu je -194,35  ° C (78,80  K ; -317,83  ° F ), což je mezi bodem varu kapalného dusíku a kapalného kyslíku . Může však být obtížné udržovat stabilní teplotu při varu kapaliny, protože dusík se nejprve vaří, takže směs je bohatá na kyslík a mění se bod varu. K tomu může za určitých okolností dojít také kvůli kapalnému vzduchu kondenzujícímu kyslík z atmosféry.

Kapalný vzduch zamrzá přibližně při 58 K (-215,2 ° C; 355,3 ° F), a to i při standardním atmosférickém tlaku.

Příprava

Princip výroby

Složky vzduchu byly kdysi známé jako „trvalé plyny“, protože je nebylo možné zkapalnit pouze kompresí při pokojové teplotě. Proces komprese zvýší teplotu plynu. Toto teplo se odvádí ochlazením na teplotu okolí ve výměníku tepla a poté se rozšiřuje odvětráním do komory. Expanze způsobí snížení teploty a protisměrnou výměnou tepla expandovaného vzduchu se tlakový vzduch vstupující do expandéru dále ochladí. Při dostatečném stlačení, proudění a odvodu tepla se nakonec vytvoří kapičky kapalného vzduchu, které pak mohou být použity přímo pro demonstrace při nízké teplotě.

Hlavní složky vzduchu poprvé zkapalnili polští vědci Zygmunt Florenty Wróblewski a Karol Olszewski v roce 1883.

Zařízení pro výrobu kapalného vzduchu jsou dostatečně jednoduchá na to, aby je experimentátor vyrobil pomocí běžně dostupných materiálů.

Proces výroby

Nejběžnějším procesem pro přípravu kapalného vzduchu je dvousloupcový Hampson-Lindeův cyklus využívající Joule-Thomsonův efekt . Vzduch je pod vysokým tlakem (> 75  atm (7600  kPa ; 1100  psi )) přiváděn do spodní kolony, ve které je rozdělen na čistý dusík a kapalinu bohatou na kyslík. Bohatá kapalina a část dusíku se přivádí jako zpětný tok do horního sloupce, který pracuje při nízkém tlaku (<25 atm (2 500 kPa; 370 psi)), kde dochází ke konečné separaci na čistý dusík a kyslík. Surový argonový produkt může být odstraněn ze středu horního sloupce pro další čištění.

Vzduch lze zkapalnit také Claudovým procesem , který kombinuje chlazení Joule-Thomsonovým efektem , isentropickou expanzi a regenerativní chlazení.

aplikace

Ve výrobních procesech je kapalný vzduchový produkt typicky frakcionován na své základní plyny buď v kapalné nebo plynné formě, protože kyslík je obzvláště vhodný pro svařování a řezání palivových plynů a pro lékařské použití a argon je užitečný jako stínění bez kyslíku plyn v plynovém wolframu obloukové svařování . Kapalný dusík je užitečný v různých nízkoteplotních aplikacích, protože je nereaktivní za normálních teplot (na rozdíl od kyslíku) a má teplotu varu při 77 K (-196 ° C; -321 ° F).

Doprava a skladování energie

V letech 1899 až 1902 byl automobil Liquid Air vyroben a předveden společnou americko-anglickou společností s tvrzením, že by mohli zkonstruovat automobil, který by běžel sto mil na kapalném vzduchu.

Dne 2. října 2012 Institution of Mechanical Engineers uvedl, že kapalný vzduch může být použit jako prostředek k ukládání energie. To bylo založeno na technologii, kterou vyvinul Peter Dearman, vynálezce garáží v Hertfordshire v Anglii, pro pohon vozidel.

Viz také

Reference

externí odkazy