Получение жидкого воздуха явилось наибольшим успехом в деле завоевания недр воздушного океана. Жидкий воздушное пространство употребляется во многих отраслях науки и техники. На базе свойств тел и исследования поведения при низких температурах развился большой раздел физики— физика низких температур. Но промышленность интересовалась не столько самим жидким воздухом, сколько его составными частями. Перед наукой была поставлена задача разделения воздуха на его составные части. На первый взгляд это думается несложной задачей. В первом патенте на разделение воздуха на его составные части, что был забран еще в первой половине 90-ых годов девятнадцатого века, об этом сообщено следующее: «Азот возможно отделен от кислорода методом легкого подогрева сосуда, в котором находится жидкий воздушное пространство, к примеру, при помощи струи атмосферного воздуха; азот, как имеющий более низкую точку кипения, чем кислород, испарится, а кислород останется». Вправду, кислород кипит при атмосферном давлении при —183 градуса, азот при тех же условиях закипает при —195,67 градуса. Так, в то время, когда жидкий воздушное пространство закипает, сперва из него испаряется более летучий азот, остающаяся жидкость обедняется азотом и обогащается кислородом.
Но в действительности процесс данный существенно сложнее. Дело в том, что в то время, когда кипит жидкий воздушное пространство, то из него по большей части улетучивается азот, но вместе с азотом улетает и часть кислорода. И чем продолжительнее идет испарение жидкого воздуха, тем большее количество кислорода улетает с азотом. Задача содержится в том, дабы избавиться от этих примесей кислорода, улетавших вместе с азотом.
Это удалось сделать, применяя следующее явление. В случае, если мы через жидкий воздушное пространство начнем пропускать очень сильно охлажденный газообразный кислород, то жидкий воздушное пространство начнет понемногу испаряться. Если бы мы постарались проанализировать выделяющийся наряду с этим из жидкого воздуха газ, то скоро убедились бы, что из жидкого воздуха удаляется смесь, более богатая азотом, чем воздушное пространство. Происходит это по причине того, что часть кислорода сконденсировалась, превратилась в жидкость, поскольку его температура кипения выше температуры кипения жидкого воздуха. Но за счет тепла, которое внес газообразный кислород, испарится самая летучая часть жидкого воздуха — азот. Представим себе аппарат, на дне которого кипит жидкий воздушное пространство. Из него улетает азот с примесью кислорода. Улетающая смесь газа потом проходит через слой жидкого воздуха. Часть кислорода наряду с этим прохождении сконденсируется, жидкость обогатится кислородом, а газ, напротив, утратит часть кислорода, но обогатится азотом. В случае, если данный процесс повторить многократно, то в следствии мы возьмём чистый азот. Таковой аппарат, в котором многократно происходит обрисованный процесс, именуется ректификационной колонной для разделения жидкого воздуха. Ректификационная колонна представляет собой высокую железную колонну, поделённую по высоте на отдельные секции —• «тарелки». Сверху в данный аппарат вводится жидкий воздушное пространство, что с тарелки на тарелку по особым переливным трубкам стекает в низ колонны. Снизу колонны, где кипит жидкий воздушное пространство, идет поток газа, что проходит через сетчатые донья тарелок, направляясь в верх аппарата. Теория разделения смесей жидкостей была в первый раз создана русским ученым Д. П. Коноваловым в первой половине 80-ых годов XIX века.
В случае, если создать в ректификационной колонне такие условия, в то время, когда жидкость будет понемногу обменивать молекулы содержащегося в ней азота, каковые будут из нее улетать, на молекулы кислорода, каковые, напротив, она будет улавливать из газа, идущего в верх колонны, то при соответствующей высоте аппарата и соответствующем регулировании подачи жидкого воздуха мы можем добиться таких условий, что в определенном месте колонны мы будем выводить чистый жидкий кислород, а сверху колонны непрерывно будем приобретать газообразный азот.
Современные фабрики для разделения и сжижения воздуха его на составные части являются высокомеханизированные и непрерывно действующие фирмы (рис. 3). Они перерабатывают миллионы кубических метров воздуха, выдавая высокой чистоты азот и такой же чистоты кислород.
Но было бы ошибочно думать, что кроме того на этих фирмах все увеличено до совершенства, что пытливому, изобретательному уму человека тут нечего делать, не над чем трудиться. Напротив. Как мы знаем, что для выделения из воздуха 1 кубометра кислорода теоретически требуется затратить 0,068 киловатт-часа электроэнергии, на самом же деле кроме того в лучших установках на это еще тратится 0,5 киловатт-часа, другими словами практически на порядок больше, чем требуется теорией. Какой простор для изобретательской мысли, для усовершенствования процесса! Применяя процессы ректификации, возможно выделить из воздуха и редкие газы: аргон, неон и другие, поскольку их температуры кипения резко отличаются друг от друга. Так, к примеру, аргон при атмосферном давлении кипит при —185,8 градуса, а неон лишь при —245,9 градуса, гелий же кипит лишь при температуре —268,8 градуса.
В начале XX века воздушное пространство начали разделять на его составные части в производственных условиях. Потребителем воздуха первым делом была химическая индустрия. Первым газом из воздуха, на что химическая индустрия предъявила массовый спрос, был азот.