Жидкий воздух - Liquid air

Жидкий воздух является воздуха который был охлажден до очень низких температур (криогенные температуры ), так что он конденсировался в бледно-голубую подвижную жидкость.^[1] Теплоизолировать от комнатная температура, хранится в специализированных контейнерах (термосы с вакуумной изоляцией часто используются). 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 азот, кислород, аргон, и другие инертные газы через процесс, называемый разделение воздуха.

Характеристики

Жидкий воздух имеет плотность примерно 870 кг / м3.³ (870 г / л или 0,87 г / см³). Плотность данного образца воздуха варьируется в зависимости от состава этого образца (например, влажность и CO₂ концентрация). Поскольку сухой газообразный воздух содержит примерно 78% азота, 21% кислорода и 1% аргон, плотность жидкого воздуха стандартного состава рассчитывается как процентное содержание компонентов и их соответствующие плотности жидкости (см. жидкий азот и жидкий кислород ). Хотя воздух содержит следы углекислый газ (около 0,040%), диоксид углерода затвердевает из газовой фазы, не проходя через промежуточную жидкую фазу, и, следовательно, не будет присутствовать в жидком воздухе при давлении менее 5,1 атмосферы.

Температура кипения жидкого воздуха составляет -194,35 ° C (78,80 K), промежуточная между температурами кипения жидкий азот и жидкий кислород. 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.^[2]

Жидкий воздух замерзает при температуре около 58 K (-215 ° C или -355 F), также при стандартном атмосферном давлении.^{[нужна цитата ]}

Подготовка

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 понижение температуры и на противоточный теплообмен расширенного воздуха воздух под давлением, 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.

Основные компоненты воздуха впервые сжижены польскими учеными. Зигмунт Флорентий Врублевский и Кароль Ольшевский в 1883 г.

Устройства для производства жидкого воздуха достаточно просты, чтобы экспериментатор мог их изготовить из общедоступных материалов.^{[нужна цитата ]}

Процесс изготовления

Самый распространенный процесс подготовки жидкого воздуха - двухколонный. Цикл Хэмпсона – Линде с использованием Эффект Джоуля – Томсона. Воздух подается под высоким давлением (> 60 psig, или 520 кПа) в нижнюю колонну, в которой он разделяется на чистый азот и богатую кислородом жидкость. Богатая жидкость и часть азота подают в виде флегмы в верхнюю колонну, которая работает при низком давлении (<10 фунтов на кв. Дюйм, или 170 кПа), где происходит окончательное разделение на чистый азот и кислород. Сырой аргон можно удалить из середины верхней колонки для дальнейшей очистки.^[3]

Воздух также можно сжижать Процесс Клода, который сочетает в себе охлаждение Эффект Джоуля – Томсона, изэнтропическое расширение и регенеративное охлаждение.^[4]

Заявление

В производственных процессах жидкий воздух обычно разделяется на составляющие газы в жидкой или газообразной форме, поскольку кислород особенно полезен для сварка и резка топливного газа и для медицинского использования, а аргон полезен как исключающий кислород защитный газ в газовая вольфрамовая дуговая сварка. Жидкий азот полезен в различных низкотемпературных приложениях, не реагирует при нормальных температурах (в отличие от кислорода) и кипит при 77 K (-196 ° C; -321 ° F).

Транспорт и хранение энергии

Между 1899 и 1902 годами автомобильная Жидкий воздух был произведен и продемонстрирован совместной американо-английской компанией с заявлением о том, что они могут сконструировать автомобиль, который сможет проехать сто миль на жидком воздухе.

2 октября 2012 г. Институт инженеров-механиков указанный жидкий воздух можно использовать как средство накопления энергии. Это было основано на технологии, разработанной Питером Дирманом, изобретателем гаража в г. Хартфордшир, Англия для силовых транспортных средств.^[5]

Смотрите также

внешняя ссылка

2013-05-20 Обзор технологий MIT статья по разработке жидкого воздуха для транспортировки и хранения энергии в сети

[1] Бэббидж (15 октября 2012 г.). "Разностный двигатель: конец электромобиля?". Экономист. Получено 21 октября, 2012.

[2] Армарарего. W. L. F. и Perrin. Д. Д. Очистка лабораторных химикатов, 4-е издание. Reed Educational and Professional Publishing Ltd (1996 г.). стр36

[3] «Сжижение воздуха,« Linde Air », ректификация: на новые рынки с новыми результатами исследований». Группа Linde. Архивировано из оригинал на 2007-09-27. Получено 2007-08-09.

[4] ttps://uspas.fnal.gov/materials/10MIT/Lecture_2.1.pdf

[5] «Жидкий воздух» дает надежду на сохранение энергии'". Новости BBC. 2012-10-02.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]