Dado que todos los gases tienen varios estados de agregación y pueden licuarse, el aire, que consiste en una mezcla de gases, también puede convertirse en líquido. Básicamente, el aire líquido se produce para extraer de él oxígeno puro, nitrógeno y argón.
Un poco de historia
Hasta el siglo XIX, los científicos creían que el gas solo tiene un estado de agregación, pero ya aprendieron cómo llevar el aire a un estado líquido a principios del siglo pasado. Esto se hizo utilizando una máquina Linde, cuyas partes principales eran un compresor (un motor eléctrico equipado con una bomba) y un intercambiador de calor, presentados en forma de dos tubos enrollados en espiral, uno de los cuales pasaba dentro del otro. El tercer componente del diseño era un termo, y en su interior se recogía gas licuado. Las partes de la máquina se cubrieron con materiales aislantes del calor para evitar el acceso al gas de calor desde el exterior. El tubo interior ubicado cerca del cuello terminó con un acelerador.
Trabajo de gas
La tecnología para obtener aire licuado es bastante sencilla. Primero, la mezcla de gases se limpia de polvo, partículas de agua y también de dióxido de carbono. Hay otro componente importante, sin el cual no será posible producir aire líquido: la presión. Con la ayuda de un compresor, el aire se comprime hasta 200-250 atmósferas,mientras se enfría con agua. A continuación, el aire pasa por el primer intercambiador de calor, después de lo cual se divide en dos corrientes, la mayor de las cuales va al expansor. Este término se refiere a una máquina de pistón que funciona mediante la expansión de gas. Convierte la energía potencial en energía mecánica y el gas se enfría porque hace trabajo.
Además, el aire, habiendo lavado los dos intercambiadores de calor y enfriando así el segundo flujo que va hacia él, sale al exterior y se acumula en un termo.
Expansor Turbo
A pesar de su aparente sencillez, el uso de un expansor es imposible a escala industrial. El gas obtenido por estrangulamiento a través de un tubo delgado resulta demasiado caro, su producción no es lo suficientemente eficiente y consume energía, y por lo tanto es inaceptable para la industria. A principios del siglo pasado, se planteó la cuestión de simplificar la fundición del hierro, y para ello se presentó la propuesta de soplar aire del aire con un alto contenido de oxígeno. Así, surgió la pregunta sobre la producción industrial de estos últimos.
El expansor del pistón se obstruye rápidamente con hielo de agua, por lo que primero se debe secar el aire, lo que hace que el proceso sea más difícil y costoso. El desarrollo de un turboexpansor que utiliza una turbina en lugar de un pistón ayudó a resolver el problema. Posteriormente, se utilizaron turboexpansores en la producción de otros gases.
Solicitud
El aire líquido en sí no se utiliza en ningún lado, es un producto intermedio en la obtención de gases puros.
El principio de separación de constituyentes se basa en la diferencia de ebulliciónpartes de la mezcla: el oxígeno hierve a -183°, y el nitrógeno a -196°. La temperatura del aire líquido está por debajo de los doscientos grados y, calentándolo, se puede llevar a cabo la separación.
Cuando el aire líquido comienza a evaporarse lentamente, el nitrógeno es el primero en evaporarse, y después de que su parte principal ya se haya evaporado, el oxígeno hierve a una temperatura de -183 °. El hecho es que mientras el nitrógeno permanece en la mezcla, no puede continuar calentándose, incluso si se usa calor adicional, pero tan pronto como la mayor parte del nitrógeno se haya evaporado, la mezcla alcanzará rápidamente el punto de ebullición de la siguiente parte de la mezcla. mezcla, es decir, oxígeno.
Purificación
Sin embargo, de esta forma es imposible obtener oxígeno y nitrógeno puros en una sola operación. El aire en estado líquido en la primera etapa de la destilación contiene aproximadamente un 78 % de nitrógeno y un 21 % de oxígeno, pero cuanto más avance el proceso y menos nitrógeno quede en el líquido, más oxígeno se evaporará con él. Cuando la concentración de nitrógeno en el líquido desciende al 50 %, el contenido de oxígeno en el vapor aumenta al 20 %. Por lo tanto, los gases evaporados se condensan nuevamente y se destilan por segunda vez. Cuantas más destilaciones se hayan realizado, más limpios serán los productos resultantes.
En la industria
La evaporación y la condensación son dos procesos opuestos. En el primer caso, el líquido debe consumir calor, y en el segundo caso, se liberará calor. Si no hay pérdida de calor, entonces el calor liberado y consumido durante estos procesos es igual. Así, el volumen de oxígeno condensado será casi igual al volumennitrógeno evaporado. Este proceso se llama rectificación. La mezcla de dos gases formada como resultado de la evaporación del aire líquido pasa nuevamente a través de él, y parte del oxígeno pasa al condensado, mientras emite calor, por lo que parte del nitrógeno se evapora. El proceso se repite muchas veces.
La producción industrial de nitrógeno y oxígeno tiene lugar en las llamadas columnas de destilación.
Datos interesantes
Cuando entran en contacto con el oxígeno líquido, muchos materiales se vuelven quebradizos. Además, el oxígeno líquido es un agente oxidante muy potente, por lo que, una vez en él, las sustancias orgánicas se queman, liberando mucho calor. Al impregnarse con oxígeno líquido, algunas de estas sustancias adquieren propiedades explosivas incontroladas. Este comportamiento es típico de los derivados del petróleo, entre los que se incluye el asf alto convencional.
