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지구 대기의 대기는 질소 (78 %), 산소 (21 %), 아르곤 (0.93 %), 이산화탄소 (0.038 %) 및 기타 수증기 및 기타 희가스를 포함한 기타 미량 가스로 구성됩니다. 과학자들은 필터를 사용하거나 공기를 냉각시켜 공기에서 미량 가스를 추출 할 수 있습니다. 예를 들어, 이산화탄소는 -79 ° C (-110 ° F)에서 고체로 변합니다. 공기 샘플을 1 차 구성 요소 (질소 및 산소)로 분리하려면 공기를 -200 ° C (-328 ° F)로 낮추어야하는데, 이는 거의 명왕성 표면처럼 차갑습니다. 이 공정은 액체 공기의 분별 증류 또는 극저온 증류로 알려져 있습니다. 물을 정화하는 데 사용되는 기존 증류 튜브와 다르지 않은 공기 분리 장치가 필요합니다.
분수 증류에 의한 가스 분리의 작동 방식
각 가스는 액체에서 가스로 변하는 온도로 정의되는 특징적인 비점을 가지고 있습니다. 임의의 가스 샘플이있는 경우 각 구성 요소 가스가 액화 될 때까지 샘플을 서서히 냉각시켜 분리 할 수 있습니다. 액화 된 화합물은 수집 용기의 바닥으로 떨어진다. 모든 액체가 회수 된 후, 온도가 다음 화합물의 비점으로 떨어질 때까지 냉각이 계속되고 액화된다. 이산화탄소와 같은 일부 화합물은 액체화되지 않습니다. 대신, 액체보다 직접 회수하기 쉬운 고체로 직접 변합니다.
액체 공기의 분별 증류
공기 분리 장치는 종종 산소 또는 질소 발생기라고 불리우며, 그 목적은 공기에서 이러한 요소 중 하나 또는 둘 다를 추출하는 것이기 때문입니다. 증류 과정에서 공기는 먼저 모든 수증기를 흡수하는 필터를 통과합니다. 그런 다음 냉각 과정이 시작됩니다. 터빈과 고 에너지 냉동 시스템을 사용합니다. 온도가 각각의 승화 또는 비점에 도달 할 때 이산화탄소 및 기타 미량 가스가 침전됩니다. 승화는 고체에서 기체로 직접 상태 변화를 설명합니다.
온도가 -200 ° C에 도달하면, 액화 된 혼합물은 튜브를 통해 상단 (-190 ° C)보다 바닥 (-185 ° C)에서 약간 더 따뜻한 용기로 공급됩니다. 산소는 -183 ° C에서 액화되므로 플라스크 밖으로 바닥의 튜브를 통해 흐릅니다. 그러나 비등점이 -196 ° C이기 때문에 질소는 다시 기체로 변합니다. 플라스크 상단에 연결된 튜브를 통해 흘러 나옵니다.
다른 유형의 공기 분리 장치
분별 증류에 의한 가스 분리는 공기에서 산소 또는 질소를 생성하는 유일한 방법은 아닙니다. 막 발생기는 반투과성, 중공 사막 시스템을 사용하여 압축 공기 샘플에서 더 작은 분자가 통과하면서 더 큰 분자를 막을 수있게합니다. 이러한 유형의 시스템은 95 ~ 99.5 %의 순도로 질소를 생성 할 수 있습니다. 다른 유형의 추출 방법에서, 압축 공기는 산소를 유지하고 공기로부터 제거하는 탄소 분 자체를 통해 압력 하에서 순환된다. 남겨진 질소는 95 내지 99.9995 %의 순도를 가질 수있다.