Inhalt
- So funktioniert die Trennung von Gasen durch fraktionierte Destillation
- Die fraktionierte Destillation von flüssiger Luft
- Andere Arten von Luftzerlegungsanlagen
Die Luft in der Erdatmosphäre besteht aus Stickstoff (78 Prozent), Sauerstoff (21 Prozent), Argon (0,93 Prozent), Kohlendioxid (0,038 Prozent) und anderen Spurengasen, einschließlich Wasserdampf und anderen Edelgasen. Wissenschaftler können mithilfe von Filtern oder durch Kühlung der Luft Spurengase aus der Luft entfernen. Beispielsweise verwandelt sich Kohlendioxid bei –79 ° C (–110 ° F) in einen Feststoff. Um eine Luftprobe in ihre Hauptbestandteile - Stickstoff und Sauerstoff - zu zerlegen, müssen sie die Luft deutlich stärker auf -200 ° C (-328 ° F) abkühlen, was fast so kalt ist wie die Oberfläche von Pluto. Das Verfahren ist als fraktionierte Destillation von flüssiger Luft oder Tieftemperaturdestillation bekannt. Hierfür ist eine Luftzerlegungsanlage erforderlich, die einem herkömmlichen Destillationsrohr zur Reinigung von Wasser ähnelt.
So funktioniert die Trennung von Gasen durch fraktionierte Destillation
Jedes Gas hat einen charakteristischen Siedepunkt, definiert als die Temperatur, bei der es sich von einer Flüssigkeit in ein Gas umwandelt. Wenn Sie eine zufällige Stichprobe von Gasen haben, können Sie diese trennen, indem Sie die Probe allmählich abkühlen, bis sich die einzelnen Gaskomponenten verflüssigen. Die verflüssigte Verbindung fällt auf den Boden eines Auffanggefäßes. Nachdem die gesamte Flüssigkeit entnommen wurde, wird weiter gekühlt, bis die Temperatur auf den Siedepunkt der nächsten Verbindung abfällt und sie sich verflüssigt. Einige Verbindungen wie Kohlendioxid verflüssigen sich nie. Stattdessen verwandeln sie sich direkt in Feststoffe, die leichter wiederzugewinnen sind als Flüssigkeiten.
Die fraktionierte Destillation von flüssiger Luft
Eine Luftzerlegungsanlage wird häufig als Sauerstoff- oder Stickstoffgenerator bezeichnet, da sie dazu dient, eines oder beide dieser Elemente aus der Luft zu extrahieren. Bei der Destillation wird die Luft zunächst durch einen Filter geleitet, der den gesamten Wasserdampf aufnimmt. Dann beginnt der Abkühlvorgang. Dabei kommen Turbinen und Hochenergiekälteanlagen zum Einsatz. Kohlendioxid und andere Spurengase setzen sich ab, wenn die Temperatur ihren jeweiligen Sublimations- oder Siedepunkt erreicht. Sublimation beschreibt die Zustandsänderung direkt von einem Feststoff zu einem Gas.
Wenn die Temperatur –200 ° C erreicht, wird die verflüssigte Mischung durch ein Rohr in ein Gefäß geleitet, das am Boden etwas wärmer ist (–185 ° C) als oben (–190 ° C). Sauerstoff verflüssigt sich bei −183 ° C und fließt durch ein Rohr im Boden aus dem Kolben. Stickstoff wird jedoch wieder zu einem Gas, da sein Siedepunkt –196 ° C beträgt. Es fließt durch ein Rohr heraus, das mit dem oberen Teil des Kolbens verbunden ist.
Andere Arten von Luftzerlegungsanlagen
Die Trennung von Gasen durch fraktionierte Destillation ist nicht der einzige Weg, um Sauerstoff oder Stickstoff aus Luft zu erzeugen. Ein Membrangenerator verwendet ein System aus semipermeablen Hohlfasermembranen, durch die kleinere Moleküle in einer Druckluftprobe hindurchtreten und die größeren blockieren. Diese Art von System kann Stickstoff mit einer Reinheit zwischen 95 und 99,5 Prozent erzeugen. Bei einer anderen Art von Extraktionsverfahren wird Druckluft unter Druck durch ein Kohlenstoffmolekularsieb zirkuliert, das den Sauerstoff zurückhält und aus der Luft entfernt. Der verbleibende Stickstoff kann eine Reinheit zwischen 95 und 99,9995 Prozent aufweisen.