Жидкий воздух что это
Жидкий воздух
Жидкий воздух замерзает при температуре около 58 К (−215,2 ° C; −355,3 ° F), также при стандартном атмосферном давлении. [ необходима цитата ]
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. [ необходима цитата ]
Процесс изготовления
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.
Жидкий кислород
Жи́дкий кислоро́д (ЖК, англ. Liquid oxygen, LOX ) — жидкость бледно-синего цвета, которая относится к сильным парамагнетикам. Является одним из четырёх агрегатных состояний кислорода. ЖК обладает удельной плотностью 1,141 г/см³ и имеет умеренно криогенные свойства с точкой замерзания 50,5 K (−222,65 °C) и точкой кипения 90,188 K (−182,96 °C). Жидкий кислород активно используется в космической и газовой отраслях, при эксплуатации подводных лодок, широко используется в медицине. Обычно промышленное получение основывается на фракционной перегонке воздуха. Коэффициент расширения (англ. expansion ratio ) кислорода при смене агрегатного состояния на газообразное составляет 860:1 при 20 °C, что иногда используется в системах снабжения кислородом для дыхания в коммерческих и военных самолётах. Основным и практически неисчерпаемым источником получения жидкого кислорода является атмосферный воздух: производится сжижение воздуха и последующее разделение его на кислород и азот.
Из-за своей криогенной природы ЖК может вызвать хрупкость материалов, которые находятся с ним в соприкосновении. Жидкий кислород также является очень мощным окислительным агентом: органическое вещество быстро сгорает в его среде с большим выделением тепла. Более того, некоторые из этих веществ, будучи пропитанными ЖК имеют свойство непредсказуемо взрываться. Нефтепродукты часто демонстрируют такое поведение, включая асфальт.
Жидкий азот имеет более низкую точку кипения 77 K (−196 °C) и устройства, которые содержат жидкий азот могут конденсировать кислород из воздуха: когда большая часть азота испаряется из такого устройства возникает риск того, что остаток жидкого кислорода может сильно прореагировать с органическими материалами. С другой стороны, жидкий азот или жидкий воздух может оказаться насыщенным жидким кислородом, если оставить ёмкость на открытом воздухе — атмосферный кислород будет в ней растворяться, в то время как азот будет испаряться быстрее.
Меры безопасности при работе с жидким кислородом:
4. При перекачке жидкого кислорода производится предварительное «захолаживание» системы малым расходом продукта. Без этого в «горячей» системе образуется интенсивный поток газифицированного кислорода, который при наличии резких поворотов и перепадов давления на элементах системы (вентили и т.п.) может вызвать возгорание металла.
Криогенная технология
Криогенная технология-разделения воздуха с помощью криогенных температур на основные газовые компоненты
ИА Neftegaz.RU. Технология разделения воздуха с помощью криогенных температур на основные газовые компоненты известна очень давно.
Повторяя подобный процесс многократно на ректификационных тарелках воздухоразделительных колонн, получают жидкие кислород, азот и аргон нужной чистоты.
При относительно высокой стоимости криогенные блоки очень надежны, просты в эксплуатации, обладают высокими техническими характеристиками и позволяют получать газы высокой чистоты в очень больших объемах, например, газообразный азот сверхвысокой чистоты (до 1 ppb), который не может быть получен в адсорбционных и мембранных системах.
В то же время криогенные блоки являются экономически эффективными при долгосрочной эксплуатации за счет низкого удельного энергопотребления и низких эксплуатационных затрат.
Широкое применение нержавеющей стали, особенно для трубопроводов и клапанов, позволяет использовать простые и надежные сварные соединения, а также обеспечивает противокоррозионную стойкость. Кроме этого, само по себе сварные соединения нержавеющих трубопроводов как внутри холодного блока, так и в не его, обеспечивают долговечную плотность и не допускают протечек.
Основными техническими преимуществами криогенного способа являются гарантированная высокая чистота продукта при неизменном расходе, а также низкое удельное энергопотребление в течение всего срока эксплуатации.
Минимизация вращающихся и движущихся механизмов обеспечивает долгий ресурс работы криогенных установок.
При соблюдении проектных условий эксплуатации блока комплексной очистки (БКО) не требуется замена адсорбентов в течение всего срока службы установки.
Процесс генерации жидкого азота
Расплескалась синева: первое получение жидкого кислорода
История сжижения кислорода под конец превратилась в соперничество. Но кто возьмет верх: инженер, всю жизнь проработавший на металлургическом заводе, или специалист по физике низких температур в Женевском университете? Лед или пламень, теория или практика, Эйфелева башня или Суэцкий канал одержат победу? Об этом читайте в рубрике «История науки».
Жидкий кислород, налитый в химический стакан, а не в сосуд Дьюара, удивит вас красивым голубым цветом. Этот цвет в прямом смысле небесной лазури – ведь этот газ составляет 21% воздуха. Но первым человеком, получившим его, был вполне приземленный инженер и владелец завода, не привыкший мечтами парить в небесах.
Луи-Поль Кайете родился в Бургундии, в живописной коммуне Шатийон-сюр-Сен. Школьное образование он начал получать там же, продолжил в Париже, а затем поступил в Горный институт вместе с братом Камилем. Там, в химической лаборатории, Луи познакомился со множеством будущих знаменитостей французского научного мира. Окончив институт, братья совершили несколько поездок в Англию, Австрию и Германию, тоже с образовательными целями: там они увидели самые современные доменные печи и прокатные станы, знакомились с самым передовым оборудованием. Но заниматься всю жизнь одной наукой не получилось: отец и дед молодых людей состарились, и дома, в Бургундии, нужна была помощь в работе на металлургическом заводе.
Myrabella / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0
Но и там Луи не прекратил научных изысканий. Сначала он занялся исследованием процессов горения древесины в печах, показав, что этот процесс приводит к выделению углекислого газа. Была у него слабость и к ботанике: свободное время он уделял своей небольшой оранжерее, где выращивал редкие орхидеи и бегонии, в результате даже опубликовав несколько статей по физиологии растений.
После того, как его брат умер от туберкулеза, а отец и дед – от старости в 1860-х годах, Луи-Поль Кайете остался единственным владельцем завода. Но это только подстегнуло его исследования. Он занялся изучением выплавки чугуна и участием в ней разных газов. Для понимания процессов в плавильных печах ученому нужно было измерить температуру и давление. Однако существующие приборы не работали в большом диапазоне температур и давлений, и Кайете посвятил полтора десятка лет своей жизни усовершенствованию манометров и термометров, а также изучению зависимости объема газов от давления и температуры, описанной законом Бойля-Мариотта.
В 1870 году на первом этаже оранжереи он построил себе лабораторию, оборудованную мощным гидравлическим насосом, чтобы изучать химические вещества при высоком давлении и температуре. Итогом его работы стал манометр, способный измерить давление до 400 атмосфер. В 1891 году он даже установил свой манометр на Эйфелевой башне.
Тогда Кайете и заинтересовался сжатием газов и решил получить их в жидком виде. В ноябре 1877 года он проводил опыты по сжижению ацетилена и диоксида азота, сначала сжимая их под большим давлением, а потом охлаждая их другими сжиженными газами. Кайете использовал эффект Джоуля-Томпсона, зная, что если замораживать газ при сильном давлении, а затем позволить ему резко расшириться, температура газа упадет еще больше.
Аппарат Кайете для сжижения газов
Popular Science Monthly Volume 12/Wikipedia
Этим ученым был физик из Женевы Рауль Пикте. Он был третьим из пяти отпрысков старинного швейцарского рода. Получив образование в Париже, Пикте к тому времени уже семь лет возглавлял кафедру в Женевском университете, занимаясь физикой низких температур. До этого он успел поработать в Египте во время строительства Суэцкого канала, реорганизовав образовательные учреждения в этой стране.
В отличие от своего французского соперника, он сам не занимался инженерным делом и прикладной наукой, хотя и верил в важность образования в обеих областях. Несмотря на это, у него, несомненно, был изобретательский талант: уже в 23 года он сконструировал холодильную установку, которая производила 15 килограммов льда в час. Идея Пикте о том, что в холодильных установках должна быть смесь двух веществ, была развита в дальнейшем и использована на практике при создании холодильников и криогенного оборудования.
Лаборатория Рауля Пикте
Ch. Baude/L’Illustration, du 19 janvier 1878, vol. LXXI, p. 45, et L’Exposition de Paris, journal hebdomadaire, du 28 mai 1878, N°4, p. 28
Разрешить спор помог Анри Девиль – французский физикохимик, разработавший промышленный способ производства алюминия и преподаватель Сорбонны. Также он ввел теорию диссоциации – разложения вещества при нагревании – и изготовил эталоны метра и килограмма из сплава платины и иридия для Международной комиссии мер и весов в 1872 году. К такому влиятельному ученому нельзя было не прислушаться. Так на чьей же он был стороне? Оказалось, Девиль, друг Кайете, получил от него письмо, датированное 2 декабря, с точным и полным описанием опыта по получению кислорода. При возникновении разногласий Анри Девиль тут же доставил доказательства секретарю Академии наук. Так Луи-Поль Кайете и стал известен как первый ученый, получивший кислород в жидком виде.
Как получают жидкий азот?
Для того чтобы понимать основные критерии оценки качества жидкого азота, нужно хорошо знать, как его получают. Рассмотрим особенности производства, а также методы хранения.
Для того чтобы понимать основные критерии оценки качества жидкого азота, нужно хорошо знать, как его получают. Рассмотрим особенности производства, а также методы хранения.
Особенности получения азота
Азот всегда присутствует вокруг нас. Так в земной атмосфере этого газа не менее 75 %, он необходим организму человека для выполнения множества обменных процессов. Высокий процент этого вещества есть в белках, аминокислотах, гемоглобине.
В эпоху активного развития промышленности, азот получали из чилийской селитры. Но с уменьшением количества этого полезного ископаемого человечество использует неисчерпаемые атмосферные запасы.
В одной молекуле газа есть два атома. При этом они очень прочно соединены между собой. Нельзя получить соединение с другими элементами, пока атомная связь не разорвана. Сегодня вы можете купить жидкий азот, который получен из воздуха, доведен до жидкого или газообразного состояния.
Основные области использования азота
Азот очень востребован в промышленности. Он применяется для различных задач — от обработки металлов при высоких температурах до бурения скважин.
Ведется поставка для пищевой промышленности, в которой он применяется для упаковки. Активными заказчиками являются производители систем для пожаротушения, горнодобывающие компании.
Состояния вещества
Прежде чем переходить к рассмотрению того, как производится жидкий азот, нужно уточнить характеристики вещества. Если в процессе изготовления не было допущено нарушения, эти параметры будут соответствовать ГОСТ, а продукт можно будет эффективно использовать для всех поставленных целей.
Состояние для азота при нормальном атмосферном давлении газообразное:
Покупатели используют газ для разных целей. Чаще всего встречается его соединение с водородом, которое помогает выработать аммиак. Он востребован во многих отраслях промышленности — от производства хладагента до изготовления удобрений.
Чтобы азот стал жидким, его нужно довести до температуры −195,8 °С. Важно учитывать особенность поведения азотно-кислородной смеси во время сильного прогрева. Именно второй элемент начинает быстрее испаряться.
На производстве часто чередуются циклы вскипания и последующего сжижения. Это помогает влиять на состав газов, получать смесь с необходимыми эксплуатационными качествами.
Также применяется свойство перехода газа между состояниями. Если нагреть один литр вещества в жидкой форме, то на выходе можно получить до 700 литров в газообразном варианте. Потому важно обеспечивать правильное хранение в герметичных баллонах без риска нагрева, с изоляцией.
Иногда может потребоваться также переход вещества в твердое состояние. Кристаллизация начинается при охлаждении до −209,86 °С. Полученные кристаллы начинают плавиться при контакте с кислородом.
Как делают жидкий азот
Процесс получения такого вещества в жидком состоянии хорошо отработан и помогает выработать нужный продукт. Рассмотрим основные подходы.
Криогенный метод
Использует в работе атмосферный воздух. В основе подхода лежит его сжижение. Процедура состоит из нескольких 3 этапов:
Разница в температурах позволяет разделить кислород и азот. Для достижения нужной чистоты вещества такую процедуру нужно повторять несколько раз.
Обычно криогенный метод используется, когда нужно получить большой объем продукции. Установки для разделения дорогие, имеют большие размеры. Чтобы разместить их, нужно отыскать большую площадь и подвести коммуникации.
Преимущество технологии заключается в чистоте получаемого вещества. В нем будет минимум примесей. При помощи установок можно также получать кислород и аргон в нужном объеме. Состояния разные — жидкое, газообразное.
Мембранный метод
Достаточно старая, хорошо зарекомендовавшая себя технология. Названа так благодаря использованию специальной мембраны с очень небольшими порами. Когда на нее подается воздух, то он свободно проходит через такую преграду, в то время как азот остается и поступает в накопитель.
У метода есть несколько важных преимуществ:
Установки можно легко разместить на предприятии, они не занимают много места. При этом при изготовлении больших объемов подход обычно оказывается нерентабельным.
Адсорбционный метод
Применение адсорбентов для создания газовых смесей также практикуется многими изготовителями. Подход дает возможность получать большие объемы готового продукта достаточно быстро.
Установка представляет собой две колонны. Вещество, применяемое в работе, есть в каждой их них. Воздух забирается напрямую из атмосферы и сжимается в компрессоре. Давление при этом стабилизируется до нужных показателей в ресивере.
Важно также обеспечить правильную фильтрацию. Она гарантирует, что в готовом продукте не будет различных примесей и загрязнений — от пыли и двуокиси углерода до паров воды, ацетилена, иных веществ, рассеянных в городской воздушной среде.
Когда смесь полностью очищена, наступает процесс адсорбционного разделения. Для этого воздух пропускается через колонну, внутри которой установлены углеродные молекулярные сита. Далее смесь поступает во вторую колонную, где происходит накопление азота в ресивере.
Среди важных преимуществ подобной технологии следующие:
В процессе большое значение имеет расчет уровня рентабельности. Нужно определить, подойдет ли для вас технология.
Важные характеристики готовой смеси
После того как азот был произведен, остается только охладить его до нужного уровня превращения в жидкость. Далее происходит перекачивание в герметичный баллон, отправка заказчикам.
Главной характеристикой готового продукта является степень чистоты. Она указывает на то, в какой области можно использовать такую смесь, не возникнет ли каких-либо непредвиденных проблем и химических реакций при нагреве, контакте с атмосферным воздухом и различными соединениями.
Хранение жидкого азота и техника безопасности
Хорошо понимая, как образуется жидкий азот, можно сделать выводы о его правильной перевозке, хранении и использовании. Важным требованием является поддержание герметичности тары. Потому баллоны, в которые закачивается смесь, должны регулярно проходить проверку, текущий ремонт и обслуживание.
Наша компания не только занимается продажей, но и проверяет баллоны, обеспечивает быструю перевозку продукции. Для транспортировки используется автотранспорт, в который помещаются цистерны, криогенные сосуды.
Чтобы обеспечить сохранность произведенного вещества, его нужно держать в вакууме. Используется закачивание в сосуды Дьюара с двойными стенками. Внутренняя поверхность проходит серебрение до зеркального состояния — это помогает значительно уменьшить теплопередачу.
Готовый продукт нужно использовать со строгим соблюдением техники безопасности. Лучше не допускать долговременного контакта вещества с незащищенной кожей. Если он все-таки произошел, нужно как можно быстрее промыть пораженную область.
При утечках азот начинает накапливаться на уровне пола. При этом он быстро испаряется, в помещении становится меньше кислорода. Потому если протечка сосуда все-таки произошла, нужно как можно быстрее обеспечить правильное проветривание.
«Тантал-Д» — производитель качественного жидкого азота
Наша компания поставляет большое количество газовых смесей. Вы можете заказать азот любого типа с быстрой доставкой.
Также проверяем баллоны, организуем постоянное снабжение, даем официальные гарантии. Чтобы узнать больше про представленные смеси, условия работы и доставки, оставьте заявку на сайте или звоните.