Ректификация – это, попросту говоря, разгонка, такая же разгонка, как спирта от воды; основана она на том, что жидкий кислород кипит при температуре градусов на 13 выше, чем жидкий азот. Поэтому если ожижить воздух, то при подогревании сперва испарится больше азота, чем кислорода. Повторяя этот процесс несколько раз, можно полностью разделить два газа. Та техническая схема, которая позволяет делать эту повторную разгонку, почти не теряя холода, затраченного на ожижение, и называется ректификацией.

Теперь ставится вопрос: почему современные машины для ректификации воздуха затрачивают в 6 раз больше энергии, чем это возможно теоретически, и возможно ли это улучшить?

Машины, например, французские Клода, немецкие Линде – Френкеля, [а также] Гипрогаза, по существу, очень похожи друг на друга, и их можно описать следующим образом. Они состоят из двух довольно сложных агрегатов. Первый – это машина для ректификации жидкого воздуха, а второй, более сложный, – это холодильная машина для ожижения воздуха. Такая сложность установки, каждый элемент которой вводит некоторые потери, в сумме и дает такую маленькую производительность и в то же время делает всю установку дорогой, громоздкой и мало надежной.

Поэтому, чтобы получить дешево обогащенный воздух, надо, главное, стремиться упростить эту машину, и результатом этого должен получиться удешевленный кислород при меньшем капиталовложении. Как это можно осуществить?

Первое, что подлежит упрощению, это та часть машины, которая делает холод, и вот почему. Для того чтобы ожижить воздух, его сжимают обычно до 220 атмосфер, а потом пропускают через детандер, где он производит работу и охлаждается. Этот метод очень хорош для маленького количества воздуха, порядка 200–300 кубометров в час, где вопрос об экономичности не стоит остро. Но обогащать так количества воздуха порядка 100 000 кубометров в час, которые потребляют ТЭЦ и домны, это встречает большие затруднения.

Дело в том, что сжимать газ до 200 атмосфер можно только посредством поршня, двигающегося в цилиндре, и это также относится к расширению газа в детандере, а именно при больших количествах газа поршневые машины становятся очень дорогими и громоздкими. Тут те же проблемы, которые стояли лет 40–50 назад перед техникой получения механической работы из пара. Когда понадобилось получать десятки тысяч киловатт, то обыкновенная поршневая машина не могла уже выполнять задачу. Только паровая турбина, которая в десятки раз меньше по своим размерам, чем равносильная ей паровая машина, может дать экономично и надежно большие мощности. Можно почти с полной уверенностью сказать, что и для ожижения воздуха нужно перейти от поршневых компрессоров и детандеров к турбокомпрессорам и турбодетандерам. Но для этого надо найти метод ожижения воздуха при более низком давлении, при котором работают турбинные механизмы. Такие попытки делаются уже и во Франции, и в Германии, и у нас. Даже построены турбины, но они позволяют примерно только наполовину сократить размеры поршневых компрессоров в ректификационных установках, но все же они остаются нужны. С этими сложнейшими установками и получают ту затрату энергии 0,4 киловатта на кубометр чистого кислорода, о которой я говорил.