يتطلب فصل النيتروجين عن الأكسجين في التقطير الهوائي السائل عملية محددة تعرف باسم التقطير المبرد. يستفيد التقطير المبرد من نقاط غليان الغازات المختلفة عند درجات حرارة منخفضة لفصل مكونات الخليط.
كيفية فصل النتروجين عن الأكسجين
- التسييل: تتمثل الخطوة الأولى في تبريد خليط الغاز المحتوي على النيتروجين والأكسجين إلى درجة حرارة منخفضة جدًا ، عادةً أقل من -180 درجة مئوية. يؤدي هذا إلى تكثيف الغازات في حالة سائلة.
- الفصل الأولي: يتم بعد ذلك إدخال الخليط السائل في عمود التقطير ، وهو عبارة عن أسطوانة عمودية طويلة بها عدة صواني أو مادة تعبئة. عندما يتدفق الخليط السائل إلى أسفل ، يبدأ في الانفصال بناءً على نقاط غليان الغازات.
- عملية التقطير: داخل عمود التقطير ، يتم تسخين الخليط السائل تدريجياً من القاع. يبدأ الغاز ذو نقطة الغليان المنخفضة ، النيتروجين في هذه الحالة ، في التبخر أولاً ، فيصعد العمود. يبقى الغاز ذو نقطة الغليان الأعلى ، الأكسجين ، في الطور السائل ويستمر في التدفق إلى الأسفل.
- التجميع: عند ارتفاع معين في عمود التقطير ، يتم جمع بخار النيتروجين وتوجيهه إلى مكثف منفصل. في المكثف ، يتم تبريد غاز النيتروجين وتسييله ، ويكون جاهزًا لمزيد من المعالجة أو التخزين.
- فصل الأكسجين: يستمر خليط السائل المتبقي في عمود التقطير ، المخصب بالأكسجين ، في التدفق نحو الأسفل. مع زيادة درجة الحرارة ، يبدأ الأكسجين أيضًا في التبخر ، ويرتفع أعلى العمود. يتم جمع بخار الأكسجين عند نقطة أعلى وتوجيهه إلى المكثف الخاص به.
- التجميع النهائي: في المكثف ، يتم تبريد غاز الأكسجين وتسييله ، وإكمال عملية الفصل. يمكن الآن جمع الأكسجين والنيتروجين بشكل منفصل.
من الجدير بالذكر أن التقطير المبرد هو عملية معقدة وتستهلك الكثير من الطاقة. يتطلب معدات متخصصة وتحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة والضغط. يمكن أن يكون للغازات المنفصلة تطبيقات مختلفة في صناعات مثل الطب والإلكترونيات والفضاء.
