Жидкий воздух - Liquid air
Жидкий воздух - это воздух , который был охлажден до очень низких температур ( криогенных температур ), так что он конденсировался в бледно-голубую подвижную жидкость. Для термоизоляции от комнатной температуры его хранят в специализированных емкостях ( часто используются термосы с вакуумной изоляцией ). Жидкий воздух может быстро поглощать тепло и возвращаться в газообразное состояние. Он часто используется для конденсации других веществ в жидкость и / или их отверждения, а также в качестве промышленного источника азота , кислорода , аргона и других инертных газов в процессе, называемом разделением воздуха .
Характеристики
Жидкий воздух имеет плотность примерно 870 кг / м 3 (870 г / л ; 0,87 г / см 3 ). Плотность данного образца воздуха варьируется в зависимости от состава этого образца (например, влажность и CO
2концентрация). Поскольку сухой газообразный воздух содержит примерно 78% азота, 21% кислорода и 1% аргона , плотность жидкого воздуха при стандартном составе рассчитывается по процентному содержанию компонентов и их соответствующих плотностей жидкости (см. Жидкий азот и жидкий кислород ). Хотя воздух содержит следовые количества диоксида углерода (около 0,040%), диоксид углерода затвердевает из газовой фазы, не проходя через промежуточную жидкую фазу, и, следовательно, не будет присутствовать в жидком воздухе при давлении менее 5,1 атм (520 кПа ).
Температура кипения жидкого воздуха составляет -194,35 ° C (78,80 K ; -317,83 ° F ), что является промежуточным звеном между точками кипения жидкого азота и жидкого кислорода . Однако может быть трудно поддерживать стабильную температуру во время кипения жидкости, так как азот выкипит первым, оставив смесь богатой кислородом и изменив точку кипения. Это также может происходить в некоторых случаях из-за того, что жидкий воздух конденсирует кислород из атмосферы.
Жидкий воздух замерзает при температуре около 58 К (−215,2 ° C; −355,3 ° F), также при стандартном атмосферном давлении.
Подготовка
Принцип производства
Компоненты воздуха когда-то были известны как «постоянные газы», поскольку их нельзя было сжижать только путем сжатия при комнатной температуре. Процесс сжатия повысит температуру газа. Это тепло удаляется путем охлаждения до температуры окружающей среды в теплообменнике, а затем расширяется за счет вентиляции в камеру. Расширение вызывает снижение температуры, и за счет противоточного теплообмена расширенного воздуха сжатый воздух, поступающий в детандер, дополнительно охлаждается. При достаточном сжатии, потоке и отводе тепла в конечном итоге образуются капли жидкого воздуха, которые затем можно использовать непосредственно для демонстрации низких температур.
Основные составляющие воздуха были впервые сжижены польскими учеными Зигмунтом Флорентием Врублевским и Каролем Ольшевским в 1883 году.
Устройства для производства жидкого воздуха достаточно просты, чтобы экспериментатор мог их изготовить из общедоступных материалов.
Процесс изготовления
Наиболее распространенный процесс подготовки жидкого воздуха - это двухколонный цикл Хэмпсона – Линде с использованием эффекта Джоуля – Томсона . Воздух под высоким давлением (> 75 атм (7600 кПа ; 1100 фунтов на кв. Дюйм )) подается в нижнюю колонну, в которой он разделяется на чистый азот и богатую кислородом жидкость. Богатая жидкость и часть азота подают в виде флегмы в верхнюю колонну, которая работает при низком давлении (<25 атм (2500 кПа; 370 фунтов на кв. Дюйм)), где происходит окончательное разделение на чистый азот и кислород. Сырой аргон можно удалить из середины верхней колонки для дальнейшей очистки.
Воздух также можно сжижать с помощью процесса Клода , который сочетает в себе охлаждение за счет эффекта Джоуля-Томсона , изэнтропическое расширение и регенеративное охлаждение.
Заявление
В производственных процессах жидкий воздух обычно разделяется на составляющие газы в жидкой или газообразной форме, так как кислород особенно полезен для сварки топливным газом и резки, а также для медицинского использования, а аргон используется в качестве исключающей кислород защиты. газа в газовой вольфрамовой дуговой сварки . Жидкий азот полезен в различных низкотемпературных применениях, поскольку он неактивен при нормальных температурах (в отличие от кислорода) и кипит при 77 К (-196 ° C; -321 ° F).
Транспорт и хранение энергии
Между 1899 и 1902 годами автомобиль Liquid Air был произведен и продемонстрирован совместной американо-английской компанией с заявлением, что они могут построить автомобиль, который проехал бы сотню миль на жидком воздухе.
2 октября 2012 года Институт инженеров-механиков заявил, что жидкий воздух можно использовать в качестве средства хранения энергии. Это было основано на технологии, разработанной Питером Дирманом, изобретателем гаражей в Хартфордшире , Англия, для питания транспортных средств.
Смотрите также
- Жидкий азот
- Жидкий кислород
- Криогенный накопитель энергии
- Промышленный газ
- Сжижение газов
- Автомобиль с жидким азотом