Pošto svi gasovi imaju nekoliko agregacionih stanja i mogu biti ukapljeni, vazduh, koji se sastoji od mešavine gasova, takođe može postati tečnost. U osnovi, tečni zrak se proizvodi kako bi se iz njega izvukao čisti kisik, dušik i argon.
Malo istorije
Sve do 19. veka naučnici su verovali da gas ima samo jedno agregatno stanje, ali su naučili kako da vazduh dovedu u tečno stanje već početkom prošlog veka. To je učinjeno pomoću Linde mašine, čiji su glavni dijelovi bili kompresor (elektromotor opremljen pumpom) i izmjenjivač topline, predstavljen u obliku dvije cijevi umotane u spiralu, od kojih je jedna prolazila unutar druge. Treća komponenta dizajna bila je termosica, a unutar nje se skupljao tečni plin. Delovi mašine su prekriveni toplotnoizolacionim materijalima kako bi se sprečio pristup toplotnom gasu izvana. Unutrašnja cijev koja se nalazi blizu vrata završavala je sa gasom.
Plinski radovi
Tehnologija za dobijanje tečnog vazduha je prilično jednostavna. Prvo, mješavina plinova se čisti od prašine, čestica vode, a također i od ugljičnog dioksida. Postoji još jedna važna komponenta bez koje neće biti moguće proizvesti tekući zrak - tlak. Uz pomoć kompresora, zrak se komprimira do 200-250 atmosfera,dok ga hladite vodom. Zatim zrak prolazi kroz prvi izmjenjivač topline, nakon čega se dijeli na dva toka, od kojih veći ide u ekspander. Ovaj izraz se odnosi na klipnu mašinu koja radi ekspanzijom gasa. On pretvara potencijalnu energiju u mehaničku energiju i gas se hladi jer radi.
Dalje, vazduh, nakon što je oprao dva izmenjivača toplote i na taj način ohladio drugi tok koji ide ka njemu, izlazi napolje i skuplja se u termos.
Turbo ekspander
Uprkos njegovoj prividnoj jednostavnosti, upotreba ekspandera je nemoguća u industrijskim razmjerima. Plin dobijen prigušivanjem kroz tanku cijev ispada preskup, njegova proizvodnja nije dovoljno efikasna i energetski zahtjevna, a samim tim i neprihvatljiva za industriju. Početkom prošlog stoljeća pojavilo se pitanje pojednostavljenja topljenja željeza, a za to je iznijet prijedlog da se iz zraka izduvava zrak s visokim sadržajem kisika. Tako se postavilo pitanje o industrijskoj proizvodnji potonjeg.
Epander klipa se brzo začepljuje vodenim ledom, tako da se vazduh prvo mora osušiti, što proces čini težim i skupljim. Razvoj turboekspandera koji koristi turbinu umjesto klipa pomogao je u rješavanju problema. Kasnije su turboekspanderi korišteni u proizvodnji drugih plinova.
Prijava
Sam tečni vazduh se nigde ne koristi, on je međuproizvod u dobijanju čistih gasova.
Princip razdvajanja sastojaka zasniva se na razlici u ključanjudijelovi smjese: kisik ključa na -183°, a dušik na -196°. Temperatura tečnog vazduha je ispod dve stotine stepeni, a zagrevanjem se može izvršiti odvajanje.
Kada tečni vazduh počne polako da isparava, azot prvi isparava, a nakon što njegov glavni deo već ispari, kiseonik ključa na temperaturi od -183°. Činjenica je da dok dušik ostaje u smjesi, ona ne može nastaviti zagrijavati, čak i ako se koristi dodatno zagrijavanje, ali čim veći dio dušika ispari, smjesa će brzo dostići tačku ključanja sljedećeg dijela smjesa, tj. kisik.
Pročišćavanje
Međutim, na ovaj način je nemoguće dobiti čisti kiseonik i azot u jednoj operaciji. Vazduh u tečnom stanju u prvoj fazi destilacije sadrži oko 78% azota i 21% kiseonika, ali što proces ide dalje i što manje azota ostane u tečnosti, to će više kiseonika ispariti sa njim. Kada koncentracija dušika u tekućini padne na 50%, sadržaj kisika u pari raste na 20%. Stoga se ispareni plinovi ponovo kondenzuju i destiliraju po drugi put. Što je više destilacija, to će rezultirajući proizvodi biti čistiji.
U industriji
Isparavanje i kondenzacija su dva suprotna procesa. U prvom slučaju, tekućina mora trošiti toplinu, au drugom slučaju toplina će se oslobađati. Ako nema gubitka toplote, tada je toplota koja se oslobađa i troši tokom ovih procesa jednaka. Tako će zapremina kondenzovanog kiseonika biti skoro jednaka zapreminiispareni azot. Ovaj proces se naziva rektifikacija. Smjesa dva plina nastala kao rezultat isparavanja tekućeg zraka ponovo prolazi kroz nju, a dio kisika prelazi u kondenzat, pri čemu odaje toplinu, zbog čega dio dušika isparava. Proces se ponavlja mnogo puta.
Industrijska proizvodnja azota i kiseonika odvija se u tzv. destilacionim kolonama.
Zanimljive činjenice
Kada su u kontaktu sa tečnim kiseonikom, mnogi materijali postaju krti. Osim toga, tekući kisik je vrlo moćno oksidacijsko sredstvo, stoga, jednom u njemu, organske tvari izgaraju, oslobađajući puno topline. Kada su impregnirane tečnim kiseonikom, neke od ovih supstanci dobijaju nekontrolisana eksplozivna svojstva. Ovo ponašanje je tipično za naftne derivate, koji uključuju konvencionalni asf alt.
