В основата на по-адекватно описание на действителността, предвидена от шведския химик Карл Шеле и английският му колега Джоузеф Пристли, който споделя тези или други комплексни съединения с отопление, получил "запалими на въздух", в който пламъка на свещ изгори много по-ярка, отколкото обикновено. Scheele отиде по-далеч: той показа, че по време на горенето на вещества в изолиран обема на съда на въздух се намалява с около двадесет процента, докато в останалите горенето въздух е невъзможно. Въпреки това, ангажираността на теорията за флогистон принуден тези видни учени да излезе с някои очевидни факти обяснения в рамките на установената догма. Първо, който провежда серия от експерименти, предложи нова теория на горене, като посочва, че въздухът се състои от две части - газ (кислород) и инертна атмосфера (азот), - вещество, парене, комбинирани с кислород, свързването е Лавоазие. По-точно претегляне се установи, че масата на продуктите на горенето е винаги по-голяма от масата на изходния материал. В същото време масата на запечатан колба, която той изгори тези или други агенти не се е променило. Във връзка с установената Scheele действителност се намали количеството на въздуха в процеса на горене, Лавоазие и заключи, че реактивната част на въздуха, свързана с изходния материал, образуващ продукти от горенето. По този начин се открива кислород и азот.
В същото време, той взе много години преди тези газове могат да бъдат използвани в промишлен мащаб. По време на първите две трети от кислорода на XIX век произвеждат в много малки количества, лабораторни методи, обаче нито една от които широкото му приложение не бяха обсъдени. Тя ще изглежда парадокс: в атмосферата - целия океан от кислород и азот, остава само да се намери начин да се разделят тези два газа, както и проблема с тях се решават. В същото време, най-естествен метод за разделяне на въздуха на кислород и азот са - поради разликата на точки на кипене, отдавна остава налице. На първо място, поради необходимостта от дълбоко охлаждане. Обикновено същото време, азот и кислород се считат за "постоянни" газове, т.е. газове, които не могат да бъдат подложени на втечняване. Въпреки че, разбира се, тя отразява само липсата на необходимите методи и технологии, а не някаква основна черта на тези газове.
По този начин, една от основните пречки за промишленото производство на атмосферни газове в чиста форма е несъвършен охлаждане оборудване. Един от първия опит да се преодолее тази бариера Полски физика Olszewski и Wroblewski (Университет на Краков), успоредна на Джеймс Dewar (UK), използвайки принципа на каскада хладилно за втечняване на кислород и азот. По-късно, като се използва същата схема Kammerlingh Онес (Холандия) получи и течен въздух. Методът се състои в последователното понижаване на температурата с помощта на няколко компресия тип хладилници с различни работни вещества.
Операционната принципа на процеса на каскада може да бъде проследен с помощта на фиг. 1.
Първо, газ, избран като охлаждащият агент се втечнява при стайна температура със силна компресия от компресора. Топлината, генерирана по време на пресоване, се дава вода охлаждане система. Втечнен газ се подава към изпарителя с ниско налягане, където кипене, отнема топлина, изхождайки след това до компресора където втечнен отново. В този първи етап изпарител е едновременно охлаждащата баня за втечнен hdadagenta втория етап. Естествено, за всеки етап е избран хладилен температура на кипене, която съответства на желаното ниво на охлаждане.
Фиг. 1. хладилника за сгъстяване на парите 1 - компресор; 2 - вода; 3 - охладителния резервоар; 4 - газ; 5 - течност; 6 - изпарител (криостат)
Дървовиден процес е изиграла важна роля в историята на производството на промишлени газове е схематичен въздух szhizhaemost. По-късно обаче той даде път на по-напредналите технологични схеми.
метод Linde, предложен в този немски физик до 1895 Основана от Joule-Thompson ефект, който е за промяна на температурата на газа по време на това разширение чрез съпротивление на потока (дроселен). Фактът, че на вътрешната енергия на реалните газове се състои от потенциалната енергия на привличането между частиците и кинетичната енергия на тяхното хаотично движение. Когато газът се разширява при липса на енергия с външната среда, неговата потенциална енергия увеличава молекулното взаимодействие, тъй като увеличава разстоянието между тях. Растеж на потенциалната енергия се дължи на "източване" на молекулите на по-голямо разстояние един от друг, се компенсира чрез намаляване на тяхната кинетична енергия (топлинна енергия на движение), а оттам и на температурата. Вярно е подобен ефект се наблюдава само до определен праг на температурата, над която тя се променя подпише: Сега газ експанзия се нагрява. В този случай, просто промени самия знак е потенциалната енергия. Ако по-рано (до определена температура), тя се определя от силите на привличане, сега разпространени са сили на отблъскване. И разширение (обратно) дава допълнителен импулс за термична движение на молекули. Тази "обърната" Joule-Thompson ефект при нормални температури типичен за водород.
Въпреки това, въздухът се охлажда от мига доста широк температурен диапазон, което го прави възможно използването на този имот е част от цикъла на Linde. Има въздуха е компресиран от компресора на налягане от 200 атмосфери, топлина на компресия дава на топлообменника и протича през дроселен клапан, а разширяване и охлаждане. Охладеният въздух протича през същия топлообменник, но от друга страна, избор на нова част от топлината от компресирания газ, след което влиза в компресия. Циркулиращи по този начин достатъчно дълго време, въздухът се охлажда до температура, при която, когато се дроселира част започва да се втечни. Въпреки това, Linde качества не е само в това, че е в състояние да изведе на релси промишлено втечняване на въздуха, но най-вече в това, че тя е разделена на втечнен въздух, като азот и кислород с висока чистота.
За това той се използва двойна дестилация Полученият течен въздух, тъй като проста дестилация не води до получаване на желаната чистота на продукта. Въпреки факта, че точката на кипене кислород (-183 ° С) над точката на кипене на азот (-196 ° С) в продължение на тринадесет градуса, напълно се отделят тези газове азот просто изпаряване се провалили.
Идеята се състои в дестилационна колона в насрещно движение на флуида обогатен компонент с ниска точка на кипене (в този случай азот), към двойки газовата смес, обогатена на висококипящи компоненти (кислород). Течността се подава от горната част на колоната, газовата смес се изпарява от дъното.
За да се увеличи фази контактните повърхности се прилага т.нар фракциониране плочи. Влиза в контакт с тях, газът се кондензира частично и течността се изпарява частично. В течно състояние преминава предимно висококипящи част от газа, и изпарен ниска точка на кипене на течността. В резултат на този обмен възходящ поток на газовата смес е обогатена с компонент с ниска точка на кипене и низходящ поток на течност - висока точка на кипене. В конвенционалните дестилационни колони за създаване на възвратно част на флуид, получен на изхода на колона компонент ниска точка на кипене се кондензира и се подава обратно.
Проблемът е, че течната въздух не могат да бъдат отделени "бързо". Прилагането на дори най-ефективните дестилационни колони, можем да получим изхода достатъчно чист азот, а долната част на колоната ще бъде смес от азот и кислород, въпреки че последният обогатен в сравнение с оригиналния състав на въздуха.
Ето защо Линда и предложи схема на двойна дестилация. Накратко описват процесите, протичащи в тях (фиг. 2).
- 1) В първия (нисш) колона етап дестилация се подава втечнен въздух, който по време на дестилацията се разделя на почти чист азот и азот-кислород смес.
- 2) азота кондензира в горната част на първата колона, където е показано, движещи се след това на течността в горната част на втората (горен) колоната за образуване на течен поток, преминаващ надолу.
- 3) смес азот-кислород се подава в средната част на втората колона. Тъй като процесът е непрекъснат, има вече чака от една страна, потокът от газ от изпарител, богата на кислород, а другият - флуидът протича от по-горе, обогатен с азот.
- 4) След като под "кръстосано пожар" азот-кислород смес започва да се отделя в съответствие с принципите, описани по-рано. С газовете в края оставя чист азот и в долната част ще чист кислород.
Елегантността на предложената схема се състои между другото, че изпарителят на втората колона е в същото време за първи кондензатор. Това може значително да намали консумацията на енергия. В същото време, желаната температура се осигурява от разликата в налягането в двете колони и се поддържа автоматично.
Успоредно с разделянето на въздуха Linde върху работата на френския учен Клод. В този предварителен втечняване той използва не дроселиране и разширители - машина, в която газът се разширява и не работи, и се охлажда. Тази техника се оказва по-малко ефективен от предложената Linde, главно поради трудностите на работа на механични части при ниска температура. Междувременно, в началото на тридесетте като цяло е проектиран разширяване турбина, в която въздух (или всеки друг газ) се разширява и се завърта режещото турбина, при което охлажда, последвано от втечняване. Такива устройства са дори започнали да се използва частично в промишленото производство, но са имали по-скоро ниска ефективност. А пробив в използването на турбо-разширители предвидени Капица, предложена привидно очевиден идея, към която, обаче, никой преди него се беше сетил. Преди използва за втечняване на газове турбина, подобен на характеристики на пара. Капица също така обърна внимание на факта, че студа сгъстен въздух, които работят в нея в имоти по-близо до водата, отколкото до двойката. Това го накара да се прототип за нова водна турбина турбо-разширител ". Избера най-подходящия тип турбо разширител ще бъде като компромис между водата и парната турбина" - смята, че Капица. Това е наистина драматично увеличи ефикасността на втечняване на газове, така че сега тя е турбо разширител, проектирана от Капица, тя е основата за производство на течен въздух. Последващото разделяне, докато тя преминава по линия препоръчва допълнително Linda.
Фиг. 2. Устройство двойно поправка 1: 2 - отстранени колони; 3 - кондензатор-изпарител
Harder с аргон. Неговата точка на кипене е по-ниска от тази на кислород, но по-висока от тази на азот. Следователно, част от него отива с кислород, и от друга страна - с азот. За да се предотврати това развитие, от средната част на колоната вземат някои фракция разположен в него смес, това насочване към допълнителна колона за разделяне където аргон освободен от кислород азотен смес се връща и аргон се подава към концентрат допълнително пречистване.
Трябва да се отбележи, че до този момент, с изключение на криогенно, има и други методи за разделяне на газ.
Например, методът на адсорбция се характеризира с ниска цена, лекота на управление на процеса и сравнително висока степен на чистота на газовете. В основата на този метод на способността на някои специфични вещества (главно) абсорбира някои газове. При получаване на азот, въздух под налягане се подава към молекулните сита адсорбер съдържащ въглеродни (фиг. 3). В резултат на кислорода абсорбира от адсорбента и изхода е азот. В същото време, количеството кислород, който може да абсорбира адсорбента е ограничен, така че трябва постоянно да извършва регенерация на молекулни сита. Това обикновено се постига понижаване на налягането: кислород се изпарява от повърхността на адсорбента, а последният е готова за нова страна разделяне на въздуха.
За използването на кислород на факта, че азота, се адсорбира върху алумосиликатни сита по-бързо от кислород. Следователно, въздух, преминаващ през адсорбер изпълнен с алумосиликат, за да се получи на изхода на чистотата на кислород от 95%.
Фиг. 3. отделяне на адсорбция газ:
а) схема за получаване на азот от въздуха чрез адсорбция;
б) устройство за адсорбция отделяне на газове
Процесът на мембранно разделяне на въздуха - един метод за получаване на газ от атмосферата. Той се основава на факта, че въздухът е с различна скорост преминават през газ пропусклива мембрана, обикновено полимер (фиг. 4). По този начин въздухът се подава под налягане в мембранния модул, състоящ се от множество кухи полимерни влакна прилагат с слой разделяне. Молекули на кислород и аргон "притиснати чрез" навън през мембраната, а газовата смес, обогатена с азот остава в влакната. Последователно въздух филтруване през няколко мембранни модули позволява да се получи достатъчно чист азот (99.9%).
Фиг. 4. мембранно разделяне на газове:
а) мембрана - кухи полимерни влакна;
б) единица мембранно разделяне
И процеси за разделяне на въздуха на мембранни и адсорбция, които позволяват относително чист азот, могат, обаче, не могат да се похвалят освобождаването на кислород до желаната чистота, за технически цели, да не говорим за аргон и други газове. Следователно, основният процес на отделяне на газ днес остава криогенно метод поправка което позволява да се получат крайни продукти, по същество свободен от примеси.
Свързани статии