Inhoud
- Hoe scheiding van gassen door fractionele destillatie werkt
- De fractionele destillatie van vloeibare lucht
- Andere soorten luchtscheidingsunits
De lucht in de atmosfeer van de aarde bestaat uit stikstof (78 procent), zuurstof (21 procent), argon (0,93 procent), koolstofdioxide (0,038 procent) en andere sporengassen, waaronder waterdamp en andere edelgassen. Wetenschappers kunnen sporengassen uit de lucht halen door filters te gebruiken of de lucht te koelen. Koolstofdioxide verandert bijvoorbeeld in een vaste stof bij −79 ° C (−110 ° F). Om een luchtmonster in zijn primaire componenten - stikstof en zuurstof - te scheiden, moeten ze de lucht aanzienlijk meer koelen, tot -200 ° C (-328 ° F), dat bijna net zo koud is als het oppervlak van Pluto. Het proces staat bekend als de fractionele destillatie van vloeibare lucht of cryogene destillatie. Het vereist een luchtscheidingsunit die niet anders is dan een conventionele destillatiebuis die wordt gebruikt voor het zuiveren van water.
Hoe scheiding van gassen door fractionele destillatie werkt
Elk gas heeft een karakteristiek kookpunt, gedefinieerd als de temperatuur waarbij het van een vloeistof in een gas transformeert. Als u een willekeurig monster gassen heeft, kunt u deze scheiden door het monster geleidelijk af te koelen totdat elk componentgas vloeibaar wordt. De vloeibare verbinding valt op de bodem van een verzamelvat. Nadat alle vloeistof is onttrokken, gaat de koeling door totdat de temperatuur daalt tot het kookpunt van de volgende verbinding en deze vloeibaar wordt. Sommige verbindingen, zoals kooldioxide, worden nooit vloeibaar. In plaats daarvan veranderen ze rechtstreeks in vaste stoffen, die gemakkelijker op te halen zijn dan vloeistoffen.
De fractionele destillatie van vloeibare lucht
Een luchtscheidingsunit wordt vaak een zuurstof- of stikstofgenerator genoemd, omdat het doel is om een of beide van deze elementen uit de lucht te extraheren. In het destillatieproces wordt de lucht eerst door een filter geleid dat alle waterdamp absorbeert. Daarna begint het koelproces. Het gaat om het gebruik van turbines en energierijke koelsystemen. Koolstofdioxide en andere sporengassen zetten zich af wanneer de temperatuur elk van hun sublimatie- of kookpunten bereikt. Sublimatie beschrijft de toestandsverandering rechtstreeks van een vast in een gas.
Wanneer de temperatuur -200 ° C bereikt, wordt het vloeibaar gemaakte mengsel door een buis in een vat gevoerd dat aan de onderkant iets warmer is (-185 ° C) dan aan de bovenkant (-190 ° C). Zuurstof wordt vloeibaar bij -183 ° C, zodat het door een buis in de bodem uit de kolf stroomt. Stikstof verandert echter weer in een gas, omdat het kookpunt −196 ° C is. Het vloeit naar buiten door een buis verbonden met de bovenkant van de kolf.
Andere soorten luchtscheidingsunits
Scheiding van gassen door fractionele destillatie is niet de enige manier om zuurstof of stikstof uit lucht te genereren. Een membraangenerator maakt gebruik van een systeem van semipermeabele, holle vezelmembranen waarmee kleinere moleculen in een monster perslucht kunnen passeren, terwijl de grotere worden geblokkeerd. Dit type systeem kan stikstof genereren met een zuiverheid tussen 95 en 99,5 procent. Bij een ander type extractiemethode wordt perslucht onder druk door een moleculaire koolstofzeef geleid die de zuurstof vasthoudt en uit de lucht verwijdert. De stikstof die overblijft kan een zuiverheid hebben tussen 95 en 99.9995 procent.