A levegôbôl élünk. Termékeinket tehát a levegôbôl nyerjük, azaz a levegôbôl élünk.

Átírás

1 A levegôbôl élünk A levegô egy gázelegy, amelynek 78 %-a nit - rogén, 21%-a oxigén, a fennmaradó 1%-ot argon és más nemesgázok, valamint szén-dioxid alkotják. Az oxigént, a nitrogént és az argont rendkívül alacsony hômérsékleten (-170 C körül) zajló folyamatos desztillációval nyerjük ki a leve - gôbôl. Ehhez cseppfolyósítani, azaz folyékony halmazállapotúvá kell alakítani a levegôt. 1. lépés: a levegô beszívása A levegôkompresszor szívja be a levegôt a környezetünkbôl. 2. lépés: a levegô tisztítása A beszívott környezeti levegôbôl eltávolítjuk a szennyezôdéseket (a port, a vízgôzt, a szén-dioxidot és a szénhidrogéneket). 3. lépés: a levegô sûrítése A levegôkompresszor 6 bar nyomásra sûríti a levegôt. Az összenyomás hatására megnô a levegô hômérséklete (biciklipumpa effektus). 4. lépés: a levegô hûtése, cseppfolyósítása Az így megtisztított, sûrített levegôt hôcserélôkön átvezetve kezdjük el lehûteni, elôször vízzel, majd hûtôgéppel, végül a hideg melléktermékekkel. 170 C körül a levegô cseppfolyósodik. A cseppfolyósításhoz szükséges hideg elôállítására a gázoknak azt a tulajdonságát használjuk ki, hogy nagy nyomásról kis nyomásra történô kiterjesztéskor lehülnek. (biciklipumpa effektus ellentéte) 5. lépés: a cseppfolyós levegô desztillálása A levegôszétválasztás tisztán fizikai folyamat. A cseppfolyós levegôt az azt alkotó gázok forráspont különbsége alapján választjuk szét. A forráspont az a hômérséklet, amelyen melegítés hatására a folyadék teljes terjedelmében gôzbuborékok képzôdnek (pl. a víz forráspontja 100 C). A szétválasztó berendezés egy mélyhômérsékleten mûködô desztilláló oszlop, melynek az alját melegítjük, a tetejét hûtjük. 6. lépés: a termékek kinyerése A fizikailag és térben elkülönített nagytisztaságú gázok egy része cseppfolyós formában kinyerhetô, míg a maradék részük hideg gáz formájában a levegô hûtésére, cseppfolyósítására hasznosítható. Az argon kinyeréséhez külön desztilláló oszlop szükséges. A többi nemesgáz gázalakban távozik a szétválasztóból. Az 1-6 lépésben leírt levegôszétválasztás folyamatosan történik, azaz a mûködés minden pillanatában van levegô beszívás, tisztítás, sûrítés, hûtés és szétválasztás, termékelvezetés. A cseppfolyós oxigént és a nitrogént hôszigetelt tartályokban tároljuk, az oxigént 183, a nitrogént 196 C-on. A felhasználóinkhoz vagy cseppfolyós formában tartálykocsikban, vagy gázhalmazállapotban acélpalackokban juttatjuk el a gázokat. Termékeinket tehát a levegôbôl nyerjük, azaz a levegôbôl élünk.

2 Az élet OXIGÉN nélkül elképzelhetetlen A levegô 21 %-a szabad (elemi) oxigén. Kémiailag kötött formában a kôzetekben és a vízben is megtalálható. A földkéreg felsô részének leggyakoribb eleme (aránya 50,5 % a kôzetréteget, a levegôt, a bioszférát és a vízburkot is beleértve), a világûrben a harmadik leggyakoribb anyag. Az oxigén legfontosabb tulajdonsága, hogy reaktív. A nemesgázok kivéte - lével csaknem valamennyi elemmel képes reakcióba lépni, energia felsza - ba dulása mellett oxidokat képezni. Az oxidációs és égési folyamatok lényegesen gyorsabban zajlanak le oxigénnel dúsított légtérben, mint a levegô ben. Az oxigén ennek a tulajdonságának köszönhetôen nagyon sok ipari folyamatban elengedhetetlen. Oxidáló szerként való felhasználásával jelentôsen növelhetô a különféle kémiai reakciók és égési folyamatok hatékonysága elsôsorban a vegyiparban, a metallurgiában, a hegesztés technikában és az üvegiparban. Az oxigén sok szervezet anyagcseréje számára nélkülözhetetlen és vízben is oldódik megfelelô nyomáson és hô - mér sékleten. Ebbôl kifolyólag nagy szerepet játszik a gyógyászat és a környezet technológia számos területén. Egészségügyi oxigént használnak lélegeztetéshez és oxigénhiányos állapotok kezelésére (oxigénterápia), valamint ipari oxigént az ivóvíz elôkezeléséhez, természetes vizek oxigénnel való dúsításához, szennyvizek biológiai tisztításához. Légbôl kapott érdekességek A 90-es években Japánban nyitottak az elsô oxigén bárok, ahol a vendégeknek oxigént szolgálnak fel frissítôként. Azóta a világ számos nagyvárosában mûködnek oxigén bárok, ahol különbözô aromájú oxigént is lehet lélegezni. Az oxigén bárok sikere azon a hiten alapszik, miszerint a levegônél (21%) nagyobb (orvosilag meghatározott) koncentrációjú oxigén belélegzése hozzájárul az egészség megôrzéséhez, erôsíti az immunrendszert, és fokozza a koncentrációs készséget, segíti a másnaposság, vagy akár a migrén tüneteinek enyhítését. Az oxigén körforgást végez a természetben, melynek folytán a levegô oxigéntartalma az oxigén nagy kémiai aktivitása ellenére gyakorlatilag változatlan marad. Az élôlények légzése, a szerves anyagok korhadása és a különféle energiahordozók elégetése következtében nagy mennyiségû oxigén fogy el a levegôbôl. A növényekben viszont egy ellentétes folyamat, a fotoszintézis zajlik, mely során annyi oxigén szabadul fel, ami pótolja az égési folya ma tokban elfogyott mennyiséget. Az oxigén háromatomos formája az ózon (O 3 ). A Földet körülvevô ózonréteg védôernyôként visszatartja az ultraibolya sugarak nagy részét, így fontos szerepe van a földi élet megóvásában. Az ózont fertôtlenítésre, fehérítésre, alkoholos italok érlelésére is használják. fotó: wikipedia A cseppfolyós oxigén a folyékony hajtóanyagú rakétákban a tüzelôanyag elégetéséhez szükséges.

3 NITROGÉN, földi atmoszféránk leggyakoribb eleme Az általunk belélegzett levegônek körülbelül 78 %-a nitrogén. Gyakorlatilag inert (közömbös) gáz, azaz szokásos környezeti feltételek között nem lép reakcióba más anyagokkal. A nit - rogén nem éghetô és az égési folya - ma tokat is képes elfojtani. A nitrogént sokféleképpen hasznosítja az ipar és a kutatás. Ezen alkalmazásokban a nitrogén két alapvetô fizikai tulajdonságát használják ki: inert gázként rendkívül csekély reakciókészségét és hûtôközegként mélyhûtött, cseppfolyós formában hûtô, fagyasztó hatását. A nitrogén használat után változatlan formában kerül vissza a légkörbe. A nitrogént például védôgázként alkalmazzák a vegyiparban, az élelmiszeriparban és a metallurgia területén, cseppfolyós mélyhûtött formában élelmiszerek fagyasztására, hulladékanyagok újrahasznosítására, biológiai minták konzerválására. Hûtôközegként a reumaterápiában és a kriosebészetben is elterjedt. Fontos felhasználási terület még az ammónia- és a nitrogénmûtrágya gyártás. Nitrogéngrillezett orosz palacsinta kaviárral, málna habcsók nit - rogénnel és hozzá egy bloody mary nitrokoktél - ez a legújabb konyhamûvészeti trend: a Cryocooking, vagyis a molekuláris fôzés cseppfolyós nitrogénnel. A konyhamûvészet kreativitása a bio technológia eszközeivel párosulva olyan különleges ételek elkészítését teszi lehetôvé, mint a habcsók golyó, melynek mínusz 70 C-ra fagyott kérgében 20 C-os meleg töltelék rejtôzik. A kriosebészet a szélsôséges hideget használja bizonyos daganattípusok eltávolítására. A beavatkozás során cseppfolyós nitrogént (-196 C) használnak a rendellenes sejtek elfagyasztására és elpusztítására. A nitrogént Daniel Rutherford fedezte fel 1772-ben. fotó: wikipedia A nitrogén minden élô organizmusban elôfordul, aminosavak, proteinek, nukleinsavak építôeleme.

4 A nemes HÉLIUM A hidrogén után a hélium a világegye - temben leggyakrabban elôforduló elem. Légkörünkben ennek ellenére szinte alig található hélium. Ennek következ té b e n jelenleg egész szük ség le tünket héliumtartalmú földgázforrásokból nyerjük. Az USA, Észak-Afrika és Oroszország gazdag lelôhelyei fedezik az igényeket. A gázok közül a hélium cseppfolyósodik a legalacsonyabb hômérsékleten (-269 C), így a hélium a leghidegebb folyadék a Földön. Abszolút inert, kémiailag közömbös gáz, nagy hômérsékleten sem lép reakcióba. Rendkívül jó hôvezetô, kis atomátmérôje miatt a legkisebb réseken, pórusokon is áthatol. A hélium hûtôközegként alkal - mazható az orvosi diagnosz tikában vagy az üvegszál- és szupravezetôgyártásban, felhasználható a tö mörségvizsgálatnál (szivárgás ke - resésnél), fontos szerepet játszik a lézertechnika fejlôdésében, illetve a kutatás majdnem minden területén a korszerû laboratóriumokban, a jövô technikájának elôkészí tésében. A héliumot al kal mazzák még ballon-, búvárés hegesztési védôgázként is. A hélium az egyetlen elem, amelyet elsô ízben nem a Földön fedeztek fel. A Nap színképében jelentkezô fényes sárga vonalat amely egyetlen ismert elem színképvonalainak sem felelt meg elôször egy francia csillagász, Pierre Janssen észlelte 1868-ban. Ezt egy új elemnek tulajdonította, amelyet a Nap görög nevérôl (helios) héliumnak nevezett el. A svájci CERN kutatóintézetben szeptember 10-én próbálták ki elôször az új részecske gyorsító gyûrût, a Nagy Hadron Ütközôgyûrû -t (LHC Large Hadron Collider), amelyben minden eddigitôl nagyobb energiával ütköztetnek egymásnak protonokat, annak reményében, hogy a részecskefizika teljesen új területére nyerhessenek bepillantást. A részecskenyalábok felgyorsítását biztosító nagyerôsségû mágneses mezôt szupravezetô mágnesekkel érik el, melyek hûtéséhez héliumot használnak. A mélytengeri búvárok trimixet, azaz hélium, nitrogén és oxigén keverékét használják légzôkészülékeikben, hogy csökkentsék a nagy nyomáson, normál levegô használatával fellépô nit rogénnarkózis (a nitrogén nagy parciális nyomása okozta eufórikus állapot), a keszonbetegség és az oxigén-toxici tás esélyét. fotó: CERN A hélium rendkívüli tulajdonságait elsôsorban high-tech alkal mazások kifej lesztésénél hasznosítják. A cseppfolyós hélium tovább hûtve nem szilárd, hanem szuperfolyékony állapotba megy át. Ez a szuperfolyadék rendkívül kis viszkozitása (belsô súrlódása) következtében egyszerûen kimászik a nyitott edénybôl. Tudtad? Mickey mouse effektus A héliumot belélegzô személy hangja idôlegesen ma gasabb lesz, mivel a hang a héliumban a levegônél háromszor gyorsabban terjed, és ilyen arányban maga sabbak lesznek a gégében a rezonáns frekvenciák. Bár ez jó szórakozás, a koncentrált hélium túlzott használata az oxigénhiány miatt veszélyes lehet.

5 A pezsgô SZÉN-DIOXID Szén-dioxidot részben természetes forrásokból, részben különféle vegyipari folyamatok melléktermékeként kelet - kezô hulladék ipari gázokból nyer he - tünk. Jelentôs mennyiségû szén-dioxid keletkezik a hôtermelés során az erô - mûvekben, háztartásokban az ener giahordozók (a kôszén, az olaj vagy a földgáz) elégetése során. Természetes CO 2 -források elsôsorban vulkanikus eredetû területeken alakulnak ki. Ilyen helyeken a szén-dioxid részben természetes úton szivárog a felszínre, illetve mélyfúrások segítségével termelik ki. A szén-dioxidot különleges tulajdonságainak köszönhetôen, mint például csekély reakciókészsége (passzivitása), vagy vízben való oldhatósága, mindennapi életünk és a környezet technológia számos terü - letén használjuk. Az élelmiszeriparban például a szén-dioxid tesz bubo ré - kossá sok üdítôitalt. Az ivóvíz elôkezelésénél és a szennyvíz semlegesítésénél szintén gyakori a CO 2 alkalmazása. Mélyhûtött cseppfolyós, illetve szilárd formá ban (szárazjég) -79 C-on hûtô közegként használják. A szén-dioxid az egyik legfontosabb üvegházhatású gáz. Az üvegházhatás a légkör hôvisszatartó képessége. A természetes üvegházhatás nélkül Földünk hômérséklete átlagosan 30 C fokkal alacsonyabb lenne. Ugyanakkor ezt a gázt tartják az általános felmelegedés legfôbb felelôsének és nemzetközi egyezmények kötelezik az államokat a szén-dioxid kibocsátás korlátozására, csökkentésére. Ez a jelenség nem csak Földünkre jellemzô. Legerôsebben Naprendszerünkben a Vénuszon fejti ki hatását, ahol a légkör mintegy 96,5 %-a szén-dioxidból áll. Égi szomszédunk felszíni hômérsékletét mintegy 400 C fok fölé emeli. A növények fejlôdésükhöz a fényenergiát használják fel. A fotoszintézis során ezt kémiai energiává alakítják, amellyel a légkör szén-dioxidjából és vízbôl szerves anyagot, glükózt (szénhidrátot) állítanak elô, a felsza baduló oxigént pedig kibocsátják a légkörbe. A földtörténet prekambrium korában ( millió évvel ezelôtt) a Föld légkörét jobbára vízgôz és szén-dioxid alkotta, mai légkörünk kb. 0,03 % szén-dioxidot tartalmaz. Az elsô magyarországi kísérleti algafarmon egy 4000 l ûrtartalmú fotobioreaktorban termesztenek mikroalgákat. A zárt rendszerben, vízben növekvô algák számára a szén-dioxid biztosítja a fotoszintézishez szükséges tápanyagot. A CO 2 -nek ezen felül egy további fontos szerep is jut: a nagytisztaságú szén-dioxidot a reaktorba juttatva állítják be az algák számára optimális ph-értéket.