Рис. 8. Газ, выделяющийся при пропускании кислорода через жидкую воздушную смесь, тушит спичку. Это — азот.
Пузырьки газа поднимались вверх и собирались в пробирку. Каково же было удивление исследователей, когда горящая спичка, внесенная в пробирку с собранным газом, мгновенно погасла! В пробирке оказался азот, не поддерживающий горения. Как же это произошло? Почему пузырьки кислорода неожиданно превратились в азот?
Виной всему оказалась разница в температурах ожижения азота и кислорода. Газообразный кислород, попадая в жидкость с температурой более низкой, чем температура его испарения, сам превращается в жидкость. При этом за счет поступившего с ним тепла из жидкой воздушной смеси испаряется некоторое количество азота, покидающего жидкость в виде пузырьков газа. Это интересное явление и привело ученых к созданию так называемого ректификационного аппарата — специального устройства для разделения жидкого воздуха.
Ректификационный аппарат представляет собою высокую металлическую колонну, снабженную большим количеством специальных тарелок с сетками или колпачками. Схема действия такой колонны с сетчатыми тарелками представлена на рисунке 9.
Рис. 9. Схема действия ректификационного аппарата — специального устройства для разделения жидкого воздуха.
Каждая тарелка снабжена сливным стаканом, по которому жидкость переливается с верхней тарелки на нижнюю. Пары испаряющегося жидкого воздуха, содержащие азот и кислород, поднимаются вверх. При этом они свободно проходят через мельчайшие отверстия сеток, препятствуя жидкому воздуху стекать через эти отверстия. Кислород, содержащийся в парах, постепенно конденсируется. Вследствие этого на тарелках накапливается жидкость, излишек которой стекает вниз через сливные стаканы.
Чем длиннее путь пузырьков пара сквозь жидкость и чем больше тарелок вмещает ректификационная колонна, тем чище получится азот, выходящий из ее верхней части, тем меньше примесей будет содержать кислород, остающийся в жидком виде в нижней части колонны. Поэтому современные колонны для разделения воздуха представляют собою высокие сооружения — в 5–6 и более метров; они снабжаются десятками тарелок.
Специальные устройства в ректификационном аппарате позволяют не только разделять жидкий воздух на азот и кислород, но и отделять от воздушной смеси еще одну важную составляющую часть — аргон. Этот газ широко используется для наполнения электрических ламп, а также в других отраслях промышленности.
Современные разделительные аппараты дают возможность получать газ, содержащий до 99,9 процента азота, и кислород почти такой же чистоты.
КИСЛОРОДНЫЕ ТАНКИ
При обычном атмосферном давлении температура жидкого кислорода лишь на 9 градусов выше температуры жидкого воздуха. Поэтому все сосуды, предназначенные для хранения жидкого воздуха, с неменьшим успехом могут быть использованы и для жидкого кислорода.
Жидкий кислород применяется более широко, чем жидкий воздух. Приходится хранить и перевозить десятки тонн жидкого кислорода. Сосуды, в которых сохраняются и перевозятся небольшие количества жидкого воздуха, здесь уже неудобны. Их заменяют специальные «танки».
Основной частью танка является сосуд, обычно шарообразной формы, изготовленный из латуни. Этот пустотелый шар подвешивается на цепях внутри кожуха, сваренного из листового железа. Пространство между латунным шаром и кожухом заполняется веществом, плохо проводящим тепло, — шлаковой ватой или углекислой магнезией.
Жидкий кислород при хранении в шаре танка постепенно испаряется. Если шар плотно закрыть, давление в танке будет непрерывно возрастать и в конечном счете приведет к разрыву сосуда. Чтобы этого не случилось, верхняя часть кислородного танка снабжена особой трубкой, по которой испаряющийся кислород удаляется в атмосферу или направляется в специальные хранилища — газгольдеры.
Каждый кислородный танк снабжается указателем уровня жидкости и манометром, с помощью которого можно следить за давлением во внутреннем сосуде. Однако этого мало. В танке есть предохранительный клапан. Если давление в танке станет больше определенного, клапан автоматически открывается и выпускает часть газа в атмосферу.
Но и этим не ограничиваются предохранительные устройства в кислородных танках. Обычно танки снабжаются еще предохранительной мембраной. Если давление во внутреннем сосуде танка превысит нормальное на полторы-две атмосферы, а клапан почему-либо не открывается, мембрана разрывается и тем самым предотвращает, казалось бы, неминуемую аварию.