Πώς διαχωρίζετε χημικά το οξυγόνο από τον αέρα;
1. Κλασματική απόσταξη
* Αρχή: Αυτή είναι η πιο συνηθισμένη βιομηχανική μέθοδος. Ο αέρας ψύχεται για πρώτη φορά και συμπιέζεται σε υγρή κατάσταση. Τα διαφορετικά συστατικά του αέρα (άζωτο, οξυγόνο, αργόν κ.λπ.) έχουν διαφορετικά σημεία βρασμού. Με τον προσεκτικό έλεγχο της θερμοκρασίας, τα αέρια μπορούν να βράσουν ένα προς ένα, χωρίζοντάς τα. Το οξυγόνο έχει υψηλότερο σημείο βρασμού από το άζωτο, οπότε συλλέγεται αργότερα στη διαδικασία.
* βήματα:
* συμπίεση και δροσερό: Ο αέρας συμπιέζεται για να αυξήσει την πυκνότητα του και στη συνέχεια να ψύχεται χρησιμοποιώντας ψύξη.
* υγροποίηση: Ο συμπιεσμένος αέρας ψύχεται περαιτέρω κάτω από το σημείο συμπύκνωσης του, μετατρέποντάς τον σε υγρό αέρα.
* κλασματική απόσταξη: Ο υγρός αέρας θερμαίνεται προσεκτικά. Το άζωτο, έχοντας το χαμηλότερο σημείο βρασμού, εξατμίζεται πρώτα. Αυτό το αέριο αζώτου συλλέγεται. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το οξυγόνο βράζει στη συνέχεια και συλλέγεται επίσης.
* Πλεονεκτήματα: Πολύ αποτελεσματική και παράγει μεγάλες ποσότητες οξυγόνου.
* Μειονεκτήματα: Απαιτεί σημαντική ενέργεια για συμπίεση και ψύξη.
2. Προσρόφηση ταλάντευσης πίεσης (PSA)
* Αρχή: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί επιλεκτικά προσροφητικά (υλικά που προσελκύουν ορισμένα μόρια) για την απομάκρυνση του αζώτου από τον αέρα, αφήνοντας ένα ρεύμα εμπλουτισμένο σε οξυγόνο.
* βήματα:
* Προσρόφηση: Ο αέρας διέρχεται από ένα κρεβάτι προσροφητικού υλικού, όπως οι ζεόλιθοι. Το άζωτο προσροφάται στο υλικό, ενώ το οξυγόνο διέρχεται.
* εκρόφηση: Η πίεση μειώνεται στην προσροφητική κρεβάτι, προκαλώντας την απελευθέρωση του προσροφημένου αζώτου.
* Αλλαγή: Ενώ ένα κρεβάτι αποδίδεται, χρησιμοποιείται ένα άλλο κρεβάτι για προσρόφηση, εξασφαλίζοντας μια συνεχή παροχή οξυγόνου.
* Πλεονεκτήματα: Σχετικά απλή τεχνολογία, χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας από την κλασματική απόσταξη, καλή για παραγωγή μικρού έως μεσαίας κλίμακας.
* Μειονεκτήματα: Παράγει οξυγόνο με χαμηλότερη καθαρότητα από την κλασματική απόσταξη.
3. Διαχωρισμός μεμβράνης
* Αρχή: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί επιλεκτικά διαπερατές μεμβράνες για να διαχωρίσει το οξυγόνο από τον αέρα. Οι μεμβράνες επιτρέπουν στο οξυγόνο να περάσει πιο εύκολα από το άζωτο.
* βήματα:
* Pressurization: Ο αέρας είναι υπό πίεση και τροφοδοτείται σε μονάδα μεμβράνης.
* Επιλεκτική διαπερατότητα: Τα μόρια οξυγόνου περνούν κατά προτίμηση μέσω της μεμβράνης, ενώ το άζωτο διατηρείται.
* Πλεονεκτήματα: Διατίθενται σχετικά ενεργειακά αποδοτικές, συμπαγείς και φορητές μονάδες.
* Μειονεκτήματα: Χαμηλότερη καθαρότητα οξυγόνου από την κλασματική απόσταξη ή το PSA.
4. Χημικές αντιδράσεις
* Αρχή: Ορισμένες χημικές ουσίες μπορούν να αντιδράσουν με άζωτο στον αέρα, αφήνοντας πίσω του ένα ρεύμα εμπλουτισμένο σε οξυγόνο.
* Παράδειγμα: Χρησιμοποιώντας μια αντίδραση με ένωση όπως το οξείδιο του βαρίου (BAO), το οποίο απορροφά το άζωτο για να σχηματίσει νιτριδικό βάριο (BA3N2). Το αέριο οξυγόνου διαχωρίζεται στη συνέχεια από τα υπόλοιπα αέρια.
* Πλεονεκτήματα: Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή οξυγόνου μικρής κλίμακας σε συγκεκριμένες εφαρμογές.
* Μειονεκτήματα: Δεν είναι τόσο αποτελεσματική όσο άλλες μεθόδους, απαιτεί προσεκτικό χειρισμό χημικών ουσιών.
Επιλέγοντας τη σωστή μέθοδο
Η καλύτερη μέθοδος διαχωρισμού οξυγόνου εξαρτάται από παράγοντες όπως η κλίμακα παραγωγής, η απαιτούμενη καθαρότητα του οξυγόνου και οι ενεργειακές εκτιμήσεις. Η κλασματική απόσταξη παραμένει η πιο αποτελεσματική μέθοδος για την παραγωγή οξυγόνου μεγάλης κλίμακας, ενώ ο διαχωρισμός PSA και μεμβράνης είναι πιο κατάλληλος για μικρότερες εφαρμογές.
