要想使空气液化，就需要把空气冷却到临界温度以下。空气及氧气、氮气的沸点、临界温度和临界压力如下表所示。
几种气体的沸点、临界温度和临界压力
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气体种类 |
沸点/℃(在101 kPa时) |
临界温度/℃ |
临界压力/MPa |
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空气 |
-193.0 |
-140.5 |
3.766 |
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氧气 |
-182.9 |
-118.4 |
5.043 |
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氮气 |
-195.8 |
-146.8 |
3.400 |
*1 MPa=1×106 Pa。
在工业上使空气冷冻液化，是利用它在绝热条件下膨胀时本身温度会下降的性质。
压缩了的气体经过阀门的狭窄孔隙降到低压的膨胀过程叫做“节流”。气体在节流膨胀时，必须克服分子间的引力作功，因而消耗一定内能并表现为气体温度降低。如果将空气加压到3×104 kPa，再使它经过膨胀机膨胀到100 kPa，则可降温约100 ℃。再将通过膨胀降温的冷空气送回热交换器，与来自压缩机的高压空气进行热交换，将高压空气冷却。冷却了的高压空气再经过节流膨胀，温度又进一步降低。如此循环一定时间后，通过热交换器深冷的高压空气就能冷却到足够的低温，当它继续降压膨胀时，就有一部分冷凝成液态空气。
液态空气主要是由液态氧、氮和液态稀有气体所组成的混合物(水和二氧化碳已事先除去)，可以在有多层塔板的特制精馏塔内将它们分离。
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