चूंकि सभी गैसों में एकत्रीकरण की कई अवस्थाएँ होती हैं और इन्हें द्रवीभूत किया जा सकता है, गैसों के मिश्रण से बनी हवा भी तरल हो सकती है। मूल रूप से, इसमें से शुद्ध ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और आर्गन निकालने के लिए तरल हवा का उत्पादन किया जाता है।
थोड़ा सा इतिहास
19वीं शताब्दी तक, वैज्ञानिकों का मानना था कि गैस में एकत्रीकरण की केवल एक अवस्था होती है, लेकिन उन्होंने पिछली सदी की शुरुआत में ही हवा को तरल अवस्था में लाना सीख लिया था। यह एक लिंडे मशीन का उपयोग करके किया गया था, जिसके मुख्य भाग एक कंप्रेसर (एक पंप से सुसज्जित एक इलेक्ट्रिक मोटर) और एक हीट एक्सचेंजर थे, जिसे दो ट्यूबों के रूप में एक सर्पिल में घुमाया गया था, जिनमें से एक दूसरे के अंदर से गुजरा था। डिजाइन का तीसरा घटक थर्मस था, और इसके अंदर तरलीकृत गैस एकत्र की गई थी। बाहर से गर्मी गैस तक पहुंच को रोकने के लिए मशीन के पुर्जों को गर्मी-इन्सुलेट सामग्री के साथ कवर किया गया था। गर्दन के पास स्थित भीतरी ट्यूब एक गला घोंटना के साथ समाप्त हो गई।
गैस का काम
तरलीकृत हवा प्राप्त करने की तकनीक काफी सरल है। सबसे पहले, गैसों के मिश्रण को धूल, पानी के कणों और कार्बन डाइऑक्साइड से भी साफ किया जाता है। एक और महत्वपूर्ण घटक है, जिसके बिना तरल वायु-दाब उत्पन्न करना संभव नहीं होगा। कंप्रेसर की मदद से हवा को 200-250 वायुमंडल तक संपीड़ित किया जाता है,पानी से ठंडा करते समय। इसके बाद, हवा पहले हीट एक्सचेंजर के माध्यम से जाती है, जिसके बाद इसे दो धाराओं में विभाजित किया जाता है, जिनमें से बड़ा विस्तारक में जाता है। यह शब्द एक पिस्टन मशीन को संदर्भित करता है जो गैस का विस्तार करके काम करता है। यह स्थितिज ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदल देता है और गैस ठंडी हो जाती है क्योंकि यह काम करती है।
इसके अलावा, हवा, दो हीट एक्सचेंजर्स को धोकर और इस तरह अपनी ओर जाने वाले दूसरे प्रवाह को ठंडा करके, बाहर जाती है और एक थर्मस में जमा हो जाती है।
टर्बो विस्तारक
अपनी स्पष्ट सादगी के बावजूद, औद्योगिक पैमाने पर विस्तारक का उपयोग असंभव है। एक पतली ट्यूब के माध्यम से थ्रॉटलिंग द्वारा प्राप्त गैस बहुत महंगी हो जाती है, इसका उत्पादन पर्याप्त कुशल और ऊर्जा-खपत नहीं है, और इसलिए उद्योग के लिए अस्वीकार्य है। पिछली शताब्दी की शुरुआत में, लोहे के गलाने को सरल बनाने का सवाल था, और इसके लिए उच्च ऑक्सीजन सामग्री के साथ हवा से हवा उड़ाने का प्रस्ताव रखा गया था। इस प्रकार, बाद के औद्योगिक उत्पादन के बारे में सवाल उठे।
पिस्टन विस्तारक जल्दी से पानी की बर्फ से भरा हो जाता है, इसलिए हवा को पहले सूखना चाहिए, जिससे प्रक्रिया अधिक कठिन और महंगी हो जाती है। एक पिस्टन के बजाय टर्बाइन का उपयोग करके टर्बोएक्सपैंडर के विकास ने समस्या को हल करने में मदद की। बाद में, अन्य गैसों के उत्पादन में टर्बोएक्सपैंडर्स का उपयोग किया गया।
आवेदन
स्वयं तरल वायु का कहीं भी उपयोग नहीं किया जाता है, यह शुद्ध गैसों को प्राप्त करने में एक मध्यवर्ती उत्पाद है।
घटकों के पृथक्करण का सिद्धांत उबलने के अंतर पर आधारित हैमिश्रण के भाग: ऑक्सीजन -183 ° पर और नाइट्रोजन -196 ° पर उबलता है। तरल हवा का तापमान दो सौ डिग्री से कम होता है, और इसे गर्म करके पृथक्करण किया जा सकता है।
जब तरल हवा धीरे-धीरे वाष्पित होने लगती है, तो नाइट्रोजन सबसे पहले वाष्पित हो जाती है, और इसके मुख्य भाग के पहले ही वाष्पित हो जाने के बाद, ऑक्सीजन -183 ° के तापमान पर उबलती है। तथ्य यह है कि जबकि नाइट्रोजन मिश्रण में रहता है, यह गर्म होना जारी नहीं रख सकता है, भले ही अतिरिक्त हीटिंग का उपयोग किया जाता है, लेकिन जैसे ही अधिकांश नाइट्रोजन वाष्पित हो जाता है, मिश्रण जल्दी से अगले भाग के क्वथनांक तक पहुंच जाएगा। मिश्रण, यानी ऑक्सीजन।
शुद्धि
हालांकि, इस तरह एक ऑपरेशन में शुद्ध ऑक्सीजन और नाइट्रोजन प्राप्त करना असंभव है। आसवन के पहले चरण में तरल अवस्था में हवा में लगभग 78% नाइट्रोजन और 21% ऑक्सीजन होती है, लेकिन यह प्रक्रिया जितनी आगे बढ़ेगी और तरल में नाइट्रोजन जितनी कम रहेगी, उतनी ही अधिक ऑक्सीजन इसके साथ वाष्पित होगी। जब तरल में नाइट्रोजन की मात्रा 50% तक गिर जाती है, तो वाष्प में ऑक्सीजन की मात्रा 20% तक बढ़ जाती है। इसलिए, वाष्पित गैसों को फिर से संघनित किया जाता है और दूसरी बार आसुत किया जाता है। जितने अधिक आसवन थे, परिणामी उत्पाद उतने ही स्वच्छ होंगे।
उद्योग में
वाष्पीकरण और संघनन दो विपरीत प्रक्रियाएं हैं। पहले मामले में, तरल को गर्मी का उपभोग करना चाहिए, और दूसरे मामले में, गर्मी जारी की जाएगी। यदि गर्मी का नुकसान नहीं होता है, तो इन प्रक्रियाओं के दौरान निकलने वाली और खपत की गई गर्मी बराबर होती है। इस प्रकार, संघनित ऑक्सीजन का आयतन आयतन के लगभग बराबर होगावाष्पित नाइट्रोजन। इस प्रक्रिया को सुधार कहा जाता है। तरल हवा के वाष्पीकरण के परिणामस्वरूप बनने वाली दो गैसों के मिश्रण को फिर से इसके माध्यम से पारित किया जाता है, और कुछ ऑक्सीजन गर्मी देते हुए घनीभूत हो जाती है, जिसके कारण कुछ नाइट्रोजन वाष्पित हो जाती है। प्रक्रिया कई बार दोहराई जाती है।
नाइट्रोजन और ऑक्सीजन का औद्योगिक उत्पादन तथाकथित डिस्टिलेशन कॉलम में होता है।
दिलचस्प तथ्य
तरल ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर कई पदार्थ भंगुर हो जाते हैं। इसके अलावा, तरल ऑक्सीजन एक बहुत शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट है, इसलिए, इसमें एक बार कार्बनिक पदार्थ जल जाते हैं, जिससे बहुत अधिक गर्मी निकलती है। तरल ऑक्सीजन के साथ गर्भवती होने पर, इनमें से कुछ पदार्थ अनियंत्रित विस्फोटक गुण प्राप्त कर लेते हैं। यह व्यवहार पेट्रोलियम उत्पादों के लिए विशिष्ट है, जिसमें पारंपरिक डामर शामिल है।
