Da alle gasser har flere aggregeringstilstande og kan gøres flydende, kan luft, der består af en blanding af gasser, også blive en væske. Dybest set produceres flydende luft for at udvinde ren ilt, nitrogen og argon fra den.
Lidt historie
Indtil det 19. århundrede troede videnskabsmænd, at gas kun har én aggregeringstilstand, men de lærte, hvordan man bringer luft til en flydende tilstand allerede i begyndelsen af forrige århundrede. Dette blev gjort ved hjælp af en Linde-maskine, hvis hoveddele var en kompressor (en elektrisk motor udstyret med en pumpe) og en varmeveksler, præsenteret i form af to rør rullet ind i en spiral, hvoraf det ene passerede inde i det andet. Den tredje komponent i designet var en termokande, og flydende gas blev opsamlet inde i den. Maskindele var dækket af varmeisolerende materialer for at forhindre adgang til varmegassen udefra. Det indvendige rør placeret nær halsen sluttede med et gashåndtag.
Gasarbejde
Teknologien til at opnå flydende luft er ret enkel. Først renses blandingen af gasser for støv, vandpartikler og også for kuldioxid. Der er en anden vigtig komponent, uden hvilken det ikke vil være muligt at producere flydende lufttryk. Ved hjælp af en kompressor komprimeres luften op til 200-250 atmosfærer,mens den afkøles med vand. Dernæst går luften gennem den første varmeveksler, hvorefter den deles i to strømme, hvoraf den største går til ekspanderen. Dette udtryk refererer til en stempelmaskine, der virker ved at udvide gassen. Den omdanner potentiel energi til mekanisk energi, og gassen afkøles, fordi den virker.
Yderligere går luften, efter at have vasket de to varmevekslere og derved afkølet den anden strøm, der går mod den, udenfor og samles i en termokande.
Turboexpander
På trods af dens tilsyneladende enkelhed er brugen af en expander umulig i industriel skala. Gassen opnået ved at drosle gennem et tyndt rør viser sig at være for dyr, dens produktion er ikke effektiv nok og energiforbrugende og derfor uacceptabel for industrien. I begyndelsen af forrige århundrede var der tale om at forenkle smeltningen af jern, og hertil fremsattes et forslag om at blæse luft fra luft med højt iltindhold. Derfor opstod spørgsmålet om sidstnævntes industrielle produktion.
Stempelekspanderen bliver hurtigt tilstoppet med vandis, så luften skal tørres først, hvilket gør processen sværere og dyrere. Udviklingen af en turboexpander ved hjælp af en turbine i stedet for et stempel var med til at løse problemet. Senere blev turboekspandere brugt til produktion af andre gasser.
Application
Flydende luft i sig selv bruges ikke nogen steder, det er et mellemprodukt til at opnå rene gasser.
Princippet om adskillelse af bestanddele er baseret på forskellen i kogningdele af blandingen: oxygen koger ved -183 °, og nitrogen ved -196 °. Temperaturen af flydende luft er under to hundrede grader, og ved at opvarme den kan udskillelse udføres.
Når flydende luft langsomt begynder at fordampe, er nitrogen det første, der fordamper, og efter at dets hoveddel allerede er fordampet, koger ilt ved en temperatur på -183°. Faktum er, at mens nitrogen forbliver i blandingen, kan den ikke blive ved med at varme op, selvom der bruges yderligere opvarmning, men så snart det meste af nitrogenet er fordampet, vil blandingen hurtigt nå kogepunktet for den næste del af blanding, dvs. oxygen.
Purification
På denne måde er det dog umuligt at opnå ren ilt og nitrogen i én operation. Luft i flydende tilstand i det første trin af destillationen indeholder omkring 78 % nitrogen og 21 % oxygen, men jo længere processen går, og jo mindre nitrogen der er tilbage i væsken, jo mere ilt vil fordampe med den. Når nitrogenkoncentrationen i væsken falder til 50 %, stiger iltindholdet i dampen til 20 %. Derfor bliver de fordampede gasser igen kondenseret og destilleret en anden gang. Jo flere destillationer der var, jo renere vil de resulterende produkter være.
I branchen
Fordampning og kondensering er to modsatrettede processer. I det første tilfælde skal væsken forbruge varme, og i det andet tilfælde frigives varme. Hvis der ikke er noget varmetab, er den varme, der frigives og forbruges under disse processer, den samme. Således vil volumenet af kondenseret ilt være næsten lig med volumenetfordampet nitrogen. Denne proces kaldes berigtigelse. Blandingen af to gasser dannet som følge af fordampningen af flydende luft ledes igen igennem den, og noget af ilten passerer ind i kondensatet, mens der afgives varme, hvorved noget af kvælstoffet fordamper. Processen gentages mange gange.
Industriel produktion af nitrogen og oxygen foregår i de såkaldte destillationskolonner.
Interessante fakta
Når de kommer i kontakt med flydende ilt, bliver mange materialer skøre. Derudover er flydende ilt et meget kraftigt oxidationsmiddel, derfor brænder organiske stoffer ud, når de først er i det, og frigiver meget varme. Når de er imprægneret med flydende ilt, opnår nogle af disse stoffer ukontrollerede eksplosive egenskaber. Denne adfærd er typisk for olieprodukter, som omfatter konventionel asf alt.
