Wie produziert man flüssigen Stickstoff? Kann es zu Hause gemacht werden?

Flüssiger Stickstoff wird in großen kryogenen Anlagen erzeugt, die die Luft in einzelne Teile teilen. Zuerst tritt normale atmosphärische Luft in sie ein, die gereinigt und dann komprimiert wird. Es wird dann gequencht und anschließend durch Destillation fraktioniert. Es ist nicht möglich, es zu Hause auf diese Weise herzustellen.

Produktion von flüssigem Stickstoff

Das Ausgangsmaterial für die Herstellung von flüssigem Stickstoff ist ein Gemisch aus flüssigen Gasen, d. H. Luft oder Stickstoffgas. Zunächst müssen alle Staubpartikel in einer mehrstufigen Filtration aus der Luft entfernt werden. Die saubere Luft wird durch hygroskopische Adsorber oder Kondensation weiter entwässert, indem der Taupunkt durch Unterkühlung gesenkt wird. Kohlendioxid wird durch Absorption mit Natriumhydroxidlösung aus der Luft entfernt. Um Stickstoffgas zu verflüssigen, ist es wichtig, eine kritische Temperatur zu erreichen, d. H. Temperaturen, oberhalb derer Stickstoff im flüssigen Zustand nicht mehr existieren kann. Eine Verflüssigung ist daher nur möglich, wenn wir eine Temperatur erreichen, die unter der kritischen Temperatur liegt. Die kritische Temperatur von Stickstoff beträgt -146,0 ° C. Das Abkühlen der Luft unter die kritische Temperatur ist auf zwei Arten möglich. Die erste ist die Expansionsmethode der Linde durch eine Drosselklappe (Abb. 3.1). Die Luft wird durch Erhitzen auf 20 MPa erwärmt und dann in einem Kühler abgekühlt. Die Luftkühlung verwendet Wasser, die in der Kühlung verwendete Maschinenkühlung oder die expandierende Luft selbst. Anschließend dehnt sich die Luft auf der Expansionsdüse mit einem reduzierten Druck von etwa 2 MPa schnell in den Raum hinter der Düse aus. Die Ausdehnung der Luft führt zu einem Kjoule-Thomson-Effekt. Mit zunehmender Ausdehnung nimmt der Abstand zwischen den Molekülen zu. Die zur Überwindung der Kräfte zwischen ihnen verbrauchte Energie führt zu einem Temperaturabfall. Das zweite ist Claudes Methode, bei der das expandierende Gas mechanische Arbeit leistet, indem es den Widerstand des Kolbens überwindet. Die für die Ausführung der Arbeit erforderliche interne Energie führt zu einem Temperaturabfall. In der Praxis wird eine Kombination beider Methoden verwendet, um Gase zu verflüssigen. Claudes Methode wird für die anfängliche Abkühlung verwendet und die Expansion von Linde wird zur Verflüssigung verwendet. Der Vorgang wird zyklisch wiederholt. Die Luft ist nach der Expansion immer kühler, bis sie die Kondensationstemperatur zu einer Flüssigkeit erreicht. Die Flüssigkeit, die hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff besteht, muss dann in die einzelnen Komponenten der Rektifikationssäule getrennt werden.

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