Koska kaikilla kaasuilla on useita aggregaatiotiloja ja ne voidaan nesteyttää, kaasuseoksesta koostuva ilma voi myös muuttua nesteeksi. Pohjimmiltaan nestemäistä ilmaa tuotetaan puhtaan hapen, typen ja argonin poistamiseksi siitä.
Hieman historiaa
1800-luvulle asti tiedemiehet uskoivat, että kaasulla on vain yksi aggregaatiotila, mutta he oppivat saattamaan ilmaa nestemäiseen tilaan jo viime vuosisadan alussa. Tämä tehtiin Linden koneella, jonka pääosat olivat kompressori (pumpulla varustettu sähkömoottori) ja lämmönvaihdin, jotka esitettiin kahden kierteeksi rullatun putken muodossa, joista toinen kulki toisen sisällä. Suunnittelun kolmas komponentti oli termospullo, jonka sisään kerättiin nestekaasua. Koneen osat peitettiin lämpöä eristävällä materiaalilla estämään lämpökaasun pääsy ulkopuolelta. Kaulan lähellä sijaitseva sisäputki päättyi kaasuun.
Kaasutyö
Nesteytetyn ilman saantitekniikka on melko yksinkertainen. Ensinnäkin kaasuseos puhdistetaan pölystä, vesihiukkasista ja myös hiilidioksidista. On toinen tärkeä komponentti, jota ilman ei ole mahdollista tuottaa nestemäistä ilmaa - painetta. Kompressorin avulla ilmaa puristetaan 200-250 ilmakehään,jäähdyttäessäsi sitä vedellä. Seuraavaksi ilma kulkee ensimmäisen lämmönvaihtimen läpi, minkä jälkeen se jaetaan kahteen virtaan, joista suurempi menee laajentimeen. Tämä termi viittaa mäntäkoneeseen, joka toimii laajentamalla kaasua. Se muuttaa potentiaalienergian mekaaniseksi energiaksi ja kaasu jäähtyy, koska se toimii.
Lisäksi ilma, joka on pessyt kaksi lämmönvaihdinta ja siten jäähdyttänyt sitä kohti menevän toisen virtauksen, menee ulos ja kerääntyy termospulloon.
Turbon laajennin
Näennäisestä yksinkertaisuudestaan huolimatta laajentimen käyttö on mahdotonta teollisessa mittakaavassa. Ohuen putken läpi kuristamalla saatu kaasu osoittautuu liian kalliiksi, sen tuotanto ei ole riittävän tehokasta ja energiaa kuluttavaa ja siksi teollisuudelle mahdotonta hyväksyä. Viime vuosisadan alussa oli kysymys raudan sulatuksen yksinkertaistamisesta, ja tätä varten esitettiin ehdotus puh altaa ilmaa korkeahappipitoisesta ilmasta. Niinpä heräsi kysymys jälkimmäisen teollisesta tuotannosta.
Männän laajennin tukkeutuu nopeasti vesijäästä, joten ilma on kuivattava ensin, mikä tekee prosessista vaikeamman ja kalliimman. Turboexpanderin kehittäminen, jossa käytetään turbiinia männän sijaan, auttoi ratkaisemaan ongelman. Myöhemmin turbopaisuttimia käytettiin muiden kaasujen valmistukseen.
Hakemus
Nestemäistä ilmaa ei käytetä missään, se on välituote puhtaiden kaasujen saamiseksi.
Ainesosien erotteluperiaate perustuu kiehumiseroihinosat seoksesta: happi kiehuu -183 °C:ssa ja typpi -196 °C:ssa. Nestemäisen ilman lämpötila on alle kaksisataa astetta ja sitä lämmittämällä voidaan tehdä erotus.
Kun nestemäinen ilma alkaa hitaasti haihtua, typpi haihtuu ensimmäisenä, ja kun sen suurin osa on jo haihtunut, happi kiehuu -183 °:n lämpötilassa. Tosiasia on, että vaikka typpeä jää seokseen, se ei voi jatkaa kuumenemista, vaikka käytettäisiin lisälämmitystä, mutta heti kun suurin osa typestä on haihtunut, seos saavuttaa nopeasti seuraavan osan kiehumispisteen. seos, eli happi.
Puhdistus
Tällä tavalla on kuitenkin mahdotonta saada puhdasta happea ja typpeä yhdellä toimenpiteellä. Tislauksen ensimmäisessä vaiheessa nestemäisessä tilassa oleva ilma sisältää noin 78 % typpeä ja 21 % happea, mutta mitä pidemmälle prosessi etenee ja mitä vähemmän typpeä jää nesteeseen, sitä enemmän happea sen mukana haihtuu. Kun nesteen typpipitoisuus laskee 50 %:iin, höyryn happipitoisuus nousee 20 %:iin. Siksi haihdutetut kaasut kondensoidaan uudelleen ja tislataan toisen kerran. Mitä enemmän tislauksia tehtiin, sitä puhtaampia saadut tuotteet ovat.
Teollisuudessa
Haihtuminen ja kondensaatio ovat kaksi vastakkaista prosessia. Ensimmäisessä tapauksessa nesteen on kulutettava lämpöä, ja toisessa tapauksessa lämpöä vapautuu. Jos lämpöhäviötä ei ole, näiden prosessien aikana vapautuva ja kulutettu lämpö on yhtä suuri. Näin ollen kondensoidun hapen tilavuus on melkein sama kuin tilavuushaihtunut typpi. Tätä prosessia kutsutaan korjaamiseksi. Nestemäisen ilman haihtumisen seurauksena muodostunut kahden kaasun seos johdetaan jälleen sen läpi, ja osa hapesta siirtyy lauhteeseen luovuttaen samalla lämpöä, minkä seurauksena osa typestä haihtuu. Prosessi toistetaan monta kertaa.
Teollinen typen ja hapen tuotanto tapahtuu ns. tislauskolonneissa.
Mielenkiintoisia faktoja
Jos ne joutuvat kosketuksiin nestemäisen hapen kanssa, monet materiaalit muuttuvat hauraiksi. Lisäksi nestemäinen happi on erittäin voimakas hapetin, joten orgaaniset aineet palavat sen sisällä ja vapauttavat paljon lämpöä. Nestemäisellä hapella kyllästettynä osa näistä aineista saa hallitsemattomia räjähdysominaisuuksia. Tämä käyttäytyminen on tyypillistä öljytuotteille, joihin kuuluu perinteinen asf altti.
