Жидкий воздух

редактировать

Жидкий воздух - это воздух, который был охлажден до очень низких температур (криогенных температур ), так что он сконденсировался в бледно-голубая подвижная жидкость. Для термоизоляции от комнатной температуры его хранят в специализированных контейнерах (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 инертные газы посредством процесса, называемого разделение воздуха.

Содержание

  • 1 Свойства
  • 2 Подготовка
    • 2.1 Принцип производства
    • 2.2 Процесс производства
  • 3 Применение
    • 3.1 Транспорт и аккумулирование энергии
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Свойства

Жидкий воздух имеет плотность примерно 870 кг / м (0,87 г / см), хотя плотность может варьироваться в зависимости от элементного состава воздуха. 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 давлениях менее 5,1 атмосферы.

Температура кипения жидкого воздуха составляет -194,35 ° C (78,80 K), 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 примерно при 58 К (-215 ° C или -355 F), также при стандартном атмосферном давлении.

Приготовление

Принцип производства

Составляющие воздуха когда-то были известны как «постоянные газы», ​​так как их нельзя было сжижать только путем сжатия при комнатной температуре. В процессе сжатия температура газа повышается. Это тепло отводится путем охлаждения до температуры окружающей среды в теплообменнике, а затем расширения путем вентиляции в камеру. Расширение вызывает снижение температуры, и за счет теплообмена противотока 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.

Впервые сжижение основных компонентов воздуха было осуществлено польскими учеными Зигмунтом Флорентием Врублевским и Каролем Ольшевским в 1883 году.

Устройства для Производство жидкого воздуха достаточно просто, чтобы экспериментатор мог его изготовить из общедоступных материалов.

Процесс производства

Наиболее распространенным процессом приготовления жидкого воздуха является двухколонный процесс Цикл Хэмпсона – Линде с использованием эффекта Джоуля – Томсона. Воздух под высоким давлением (>60 psig или 520 кПа) подается в нижнюю колонну, в которой он разделяется на чистый азот и богатую кислородом жидкость. Богатая жидкость и часть азота подаются в виде флегмы в верхнюю колонну, которая работает при низком давлении (<10 psig, or 170 kPa), where the final separation into pure nitrogen and oxygen occurs. A raw argon product can be removed from the middle of the upper column for further purification.

Воздух также можно сжижать с помощью процесса Клода, который сочетает охлаждение за Эффект Джоуля-Томсона, изоэнтропическое расширение и регенеративное охлаждение.

Применение

В производственных процессах жидкий воздух, как правило, разделяется на составляющие газы в жидкой или газообразной форме, поскольку кислород особенно полезен для сварки и резки топливным газом, а также для использования в медицине, а аргон используется в качестве исключающего кислород защитного газа при дуговой сварке вольфрамовым электродом. Жидкий азот полезен в различных низкотемпературных применениях, поскольку он не реагирует при нормальных температурах (в отличие от кислорода) и кипит при 77 К (-196 ° C; -321 ° F).

Транспорт и хранение энергии

В период с 1899 по 1902 год автомобиль Liquid Air производился и демонстрировался совместной американо-английской компанией с претензией что они могут построить машину, которая проехала бы сотню миль по жидкому воздуху.

2 октября 2012 года Институт инженеров-механиков заявил, что жидкий воздух может использоваться как средство хранения энергии. Это было основано на технологии, разработанной Питером Дирманом, изобретателем из гаража в Хартфордшире, Англия, для питания транспортных средств.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-27 11:04:49
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте