Заправка рідкого кисню в літак C-130H Hercules.
Рідкий кисень (РК, англ. Liquid oxygen, LOX) - рідина блідо-синього кольору, яка відноситься до сильних парамагнетикам. Є одним з чотирьох агрегатних станів кисню. Рідкий кисень має густину 1,141 г / см³ і має помірно криогенні властивості з точкою замерзання 50,5 K (-222,65 ° C) і точкою кипіння 90,188 K (-182,96 ° C). Рідкий кисень активно використовується в космічній і газовій галузях, при експлуатації підводних човнів. широко використовується в медицині. Зазвичай промислове отримання грунтується на фракційній перегонці повітря. Коефіцієнт розширення (англ. Expansion ratio) кисню при зміні рідкого агрегатного стану на газоподібне складає 860: 1 при 20 ° C, що іноді використовується в системах постачання киснем для дихання в комерційних і військових літаках.
Основним і практично невичерпним джерелом отримання рідкого кисню є атмосферне повітря: проводиться зріджування повітря і подальше розділення його на кисень і азот.
Через свою кріогенної природи рідкий кисень може викликати крихкість матеріалів. які знаходяться з ним в зіткненні. Рідкий кисень також є дуже потужним окислювальним агентом. органічна речовина швидко згоряє в його середовищі з великим виділенням тепла. Більш того, деякі з цих речовин, будучи просоченими рідким киснем мають властивість непередбачувано вибухати. Нафтопродукти часто демонструють таку поведінку, включаючи асфальт.
Рідкий кисень є широко поширеним окислювальним компонентом ракетного палива зазвичай в комбінації з рідким воднем або гасом. Його використання обумовлене високою питомою імпульсом. який виходить при застосуванні цього окислювача в ракетних двигунах. Кисень - найдешевший із застосовуваних компонентів ракетного палива. Перше використання мало місце в німецькій БР Фау-2. пізніше в американських БР «Редстоун» і РН «Атлас», а також в радянській МБР Р-7. Рідкий кисень активно використовувався в ранніх МБР, але більш пізні версії цих ракет його не використовують через кріогенної природи і необхідності регулярної дозаправки для компенсації википання окислювача, що ускладнює швидкий запуск. Багато сучасних ЖРД використовують РК в якості окислювача, наприклад RS-24. РД-180.
Як ущільнюючих прокладок в системах з рідким киснем застосовуються матеріали, що не втрачають еластичності при низьких температурах: пароніт, фторопласти. відпалені мідь і алюміній. Зберігання та транспортування великих кількостей рідкого кисню здійснюється в ємностях об'ємом від декількох десятків до 1500 м³ з нержавіючої сталі, забезпечених теплоізоляцією. Зовнішній, захисний кожух теплоізоляції може виконуватися і з вуглецевої сталі. Резервуари транспортних ємностей виготовляються також зі сплаву АМц. Застосування вакуумно-порошкової або екранно-вакуумної теплоізоляції дозволяє знизити добові втрати киплячого продукту до рівня 0,1 - 0,5% (в залежності від розмірів ємності) і швидкість підвищення температури переохолодженого - до 0,4 - 0,5 До на добу. Транспортування киплячого кисню виробляється з відкритим вентилем газоскид, а переохолодженого - при закритому вентилі, з контролем тиску не рідше 2 разів на добу; при підвищенні тиску більше, ніж на 0,02 МПа (хат.) вентиль відкривається.
Рідкий кисень також активно використовувався при виготовленні вибухівки «оксиліквіт», але зараз вона рідко використовується через велику кількість інцидентів і нещасних випадків.
Для пояснення відхилення парамагнетіческіх властивостей рідкого кисню від закону Кюрі американським физикохимик Г. Льюїсом в 1924 році була запропонована молекула тетракіслорода (англ. Tetraoxygen) (O4). [1] На сьогоднішній день теорія Льюїса вважається лише частково вірною: комп'ютерне моделювання показує, що хоча в рідкому кисні не утворюється стабільних молекул O4 [2]. молекули O2 насправді мають тенденцію асоціювати в пари з протилежними спинами. які формують тимчасові об'єднання O2 -O2 [2].
Рідкий азот має нижчу точку кипіння 77 K (-196 ° C) і пристрої, які містять рідкий азот можуть конденсувати кисень з повітря: коли велика частина азоту випаровується з такого пристрою виникає ризик того, що залишок рідкого кисню може сильно прореагувати з органічними матеріалами . З іншого боку, рідкий азот або рідкий повітря може виявитися насиченим рідким киснем, якщо залишити ємність на відкритому повітрі - атмосферний кисень буде в ній розчинятися. в той час як азот буде випаровуватися швидше.
Заходи безпеки при роботі з рідким киснем
- Кисень - не токсична продукт, але при роботі з ним повинні використовуватися препарати-запобіжники від можливого обмороження: влітку - бавовняний комбінезон, рукавиці, шкіряні чоботи, окуляри; взимку - валянки, підшиті шкірою, теплі рукавиці, окуляри.
- Кисень - дуже пожежонебезпечний і навіть вибухонебезпечний продукт в контакті з органічними речовинами при наявності навіть невеликого теплового імпульсу. Ледь жевріє на повітрі теплової вогнище розгорається яскравим полум'ям в атмосфері кисню. Відомі трагічні наслідки куріння на місці недавнього протоки рідкого кисню на грунт. Для займання таких матеріалів, як пароніт, гума, бавовняна тканина, поліетилен та ін. В атмосфері кисню досить нагріву їх всього до 200-300 ° С. Навіть різке стиснення органічного матеріалу, просоченого киснем (наприклад, при падінні важкого предмета на асфальт, облитий рідким киснем), може призвести до пожежі і вибух. При контакті з маслами кисень може утворювати з деякими їх компонентами активні ендотермічну перекисні сполуки, накопичення яких може призводити до вибуху, тому контакт кисню з такими речовинами в будь-яких варіантах, робота в промасленим одязі, замасленими руками або інструментом неприпустима. Після закінчення робіт в контакті з рідким або газоподібним киснем забороняється раніше, ніж через 20-30 хв підходити до відкритого вогню, закурювати і т. П. Так як кисень тривалий час утримується в складках одягу, волоссі, що при наявності вогню створює пожежну небезпеку.
- Зварювальні та ремонтні роботи в ємностях і приміщеннях, де зберігається рідкий кисень, повинні проводитися тільки після двох-тригодинного провітрювання їх теплим повітрям (70-80 ° С). Перед заливанням кисню в нову ємність остання обезжиривается.
- При перекачуванні рідкого кисню виробляється попереднє «захолажіваніе» системи малою витратою продукту. Без цього в «гарячій» системі утворюється інтенсивний потік газифікованого кисню, який при наявності різких поворотів і перепадів тиску на елементах системи (вентилі і т. П.) Може викликати загоряння металу.