Изпращането на вашата добра работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Публикувано на http://www.allbest.ru//

Публикувано на http://www.allbest.ru//

Министерство на образованието и науката на Руската федерация

MBOU "Гимназия № 1 на Владивосток"

разделяне на въздуха с кислороден турборазширител

"Производство на кислород в промишлеността"

Работи: Кадишева Ева

Ученик от 8 клас "Б"

МБОУ Гимназия №1

Научен ръководител: Коваленко Н.С.

Владивосток 2016 г

1.Въведение

Кислородът не само съставлява значителна част от атмосферния въздух, земната кора и питейната вода, но и заема 65% от теглото на човешкото тяло, като е най-важният химичен елемент в структурата на човешкото тяло. Този газ е едно от най-широко използваните вещества; той се използва в почти всички области на човешката дейност поради своите химични и физични свойства.

КИСЛОРОДЪТ е химичен елемент с атомен номер 8, атомна маса 16. В периодичната таблица на елементите на Менделеев кислородът се намира във втория период в група VIA. В свободната си форма кислородът е газ без цвят, мирис и вкус.

Развитието на производството на кислород и използването му като интензификатор за много технологични процеси е един от факторите на съвременния технически прогрес, тъй като позволява повишаване на производителността на труда и осигуряване на растеж на производството в редица важни отрасли.

Цел: Изследване на технологии за промишлено производство на кислород

Изучаване на историята на производството на кислород в промишлеността;

Определете предимствата и недостатъците на всеки метод за получаване;

Намерете приложения на кислорода

2.Исторически сведения

Съвременните инсталации за разделяне на въздуха, в които студът се произвежда с помощта на турборазширители, осигуряват на индустрията, предимно металургията и химията, стотици хиляди кубически метри кислороден газ. Те работят не само тук, но и по целия свят.

Първият прототип на турборазширител, създаден от П. Л. Капица, беше малък. И този турборазширител стана „сърцето“ на първата инсталация за производство на кислород по нов метод.

През 1942 г. е построена подобна, но много по-мощна инсталация, която произвежда до 200 кг течен кислород на час. В края на 1944 г. е пусната в експлоатация най-мощната в света турбокислородна инсталация, която произвежда 6-7 пъти повече течен кислород от инсталацията от стар тип и в същото време заема 3-4 пъти по-малка площ.

Модерен агрегат за разделяне на въздуха BR-2, чиято конструкция също използва турборазширител, може да достави три литра газообразен кислород на всеки жител на СССР за един ден на работа.

На 30 април 1945 г. Михаил Иванович Калинин подписва Указ за награждаване на академик П.Л. Капица е удостоен със званието Герой на социалистическия труд „за успешното разработване на нов турбинен метод за производство на кислород и за създаването на мощна турбокислородна инсталация“. Институтът по физически проблеми на Академията на науките на СССР, където е извършена тази работа, е награден с Ордена на Червеното знаме на труда.

3. Методи за получаване

3.1 Криогенен метод за разделяне на въздуха

Атмосферният обезвлажнен въздух е смес, съдържаща кислород 21% и азот 78% по обем, аргон 0,9% и други инертни газове, въглероден диоксид, водна пара и др. За получаване на технически чисти атмосферни газове въздухът се подлага на дълбоко охлаждане и се втечнява ( температура на кипене на течен въздух при атмосферно налягане -194,5° C.)

Процесът изглежда така: въздухът, засмукан от многостепенен компресор, първо преминава през въздушен филтър, където се почиства от прах, преминава през сепаратор на влага, където се отделя водата, която кондензира по време на компресията на въздуха, и водата охладител, който охлажда въздуха и отвежда топлината, генерирана по време на компресията. За абсорбиране на въглероден диоксид от въздуха се включва декарбонизатор, напълнен с воден разтвор на сода каустик. Пълното отстраняване на влагата и въглеродния диоксид от въздуха е от съществено значение, тъй като водата и въглеродният диоксид, замръзнали при ниски температури, запушват тръбопроводите и инсталацията трябва да бъде спряна за размразяване и прочистване.

След преминаване през сушилната батерия сгъстеният въздух навлиза в така наречения разширител, където се получава рязко разширение и съответно се охлажда и втечнява. Полученият течен въздух се подлага на фракционна дестилация или ректификация в дестилационни колони. С постепенното изпаряване на течния въздух първо се изпарява азотът, а останалата течност все повече се обогатява с кислород. Чрез повтаряне на подобен процес многократно върху дестилационните тарелки на колоните за разделяне на въздух се получават течен кислород, азот и аргон с необходимата чистота.

Криогенният метод за разделяне на въздуха ви позволява да получавате газове с най-високо качество - кислород до 99,9%

3.2 Адсорбционен метод за разделяне на въздуха

Криогенното разделяне на въздуха, с всичките си качествени параметри, е доста скъп метод за производство на промишлени газове. Адсорбционният метод за разделяне на въздуха, базиран на селективната абсорбция на определен газ от адсорбенти, е некриогенен метод и се използва широко поради следните предимства:

висока способност за разделяне на адсорбираните компоненти в зависимост от избора на адсорбент;

бърз старт и спиране в сравнение с криогенните инсталации;

По-голяма гъвкавост на монтажа, т.е. възможност за бърза смяна на режима на работа, производителност и чистота в зависимост от необходимостта;

автоматично регулиране на режима;

възможност за дистанционно управление;

ниски енергийни разходи в сравнение с криогенните блокове;

прост хардуерен дизайн;

ниски разходи за поддръжка;

ниска цена на инсталациите в сравнение с криогенните технологии;

Методът на адсорбция се използва за производство на азот и кислород, тъй като осигурява отлични качествени параметри на ниска цена.

3.3 Мембранен метод за разделяне на въздуха

Мембранният метод за разделяне на въздуха се основава на принципа на селективната пропускливост на мембраните. Състои се в разликата в скоростите на проникване на газове през полимерна мембрана с разлика в парциалните налягания. Към мембраната се подава пречистен сгъстен въздух. В този случай „бързите газове“ преминават през мембраната в зона с ниско налягане и на изход от мембраната се обогатяват с лесно проникващ компонент. Останалата част от въздуха се насища с „бавни газове“ и се отстранява от устройството.

Мембранният метод за промишлено производство на кислород се характеризира с ниски разходи за енергия и експлоатационни разходи. Въпреки това, този метод ви позволява да получите кислород с ниска чистота до 45%.

4. Използване на кислород

Първите изследователи на кислорода забелязали, че в неговата атмосфера се диша по-лесно. Те предсказаха широкото използване на този животворен газ в медицината и дори в ежедневието като средство за подобряване на жизнените функции на човешкото тяло.

Но с по-задълбочено проучване се оказа, че продължителното вдишване на чист кислород от човек може да причини заболяване и дори смърт: човешкото тяло не е адаптирано към живот в чист кислород.

Понастоящем чистият кислород се използва за вдишване само в някои случаи: например, на тежко болните от белодробна туберкулоза се предлага да вдишват кислород на малки порции. Аеронавтите и пилотите използват кислородни устройства по време на полети на голяма надморска височина. Членовете на планинските спасителни екипи често са принудени да работят в атмосфера без кислород. За дишане те използват устройство, в което въздушният състав, необходим за дишане, се поддържа чрез добавяне на кислород от цилиндри, разположени в същото устройство.

По-голямата част от кислорода, произведен в промишлеността, в момента се използва за изгаряне на различни вещества в него, за да се получи много висока температура.

Например, запалим газ ацетилен (C2H2) се смесва с кислород и се изгаря в специални горелки. Пламъкът на тази горелка е толкова горещ, че разтопява желязото. Следователно за заваряване на стоманени продукти се използва кислородно-ацетиленова горелка. Този вид заваряване се нарича автогенно заваряване.

Течният кислород се използва за приготвяне на експлозивни смеси. Специални патрони се пълнят с натрошено дърво (дървесно брашно) или други натрошени запалими вещества и тази запалима маса се навлажнява с течен кислород. Когато такава смес се запали, горенето настъпва много бързо, като се отделят голямо количество газове, нагрети до много висока температура. Налягането на тези газове може да взриви камъни или да изхвърли големи количества почва. Тази експлозивна смес се използва при изграждане на канали, при прокопаване на тунели и др.

Напоследък във въздуха се добавя кислород за повишаване на температурата в пещите при топене на желязо и стомана. Благодарение на това се ускорява производството на стомана и се подобрява нейното качество.

Заключение

По време на изследователската работа целта и поставените задачи бяха постигнати.

Нуждите, които започнаха да възникват в различни области на човешката дейност, поставиха предизвикателства пред учените химици да намерят нови, по-продуктивни и по-евтини начини за производство на чист кислород.

В нашата страна всяка година се въвеждат в експлоатация нови станции и цехове за производство на кислород и се разширяват съществуващите.

Атмосферният въздух е неизчерпаем източник на суровини за промишленото производство на кислород. В същото време азотът и ацетиленът се произвеждат едновременно с кислорода, което има положителен ефект върху икономическия процес на разделяне.

Публикувано на Allbest.ru

Подобни документи

Цех за производство на азот и кислород на PKO Saratovorgsintez LLC. Характеристики на произвежданите продукти. Технологична схема на въздухоразделителната инсталация. Характеристики на опасни и вредни производствени фактори, които влияят на работника по време на работа.

доклад от практиката, добавен на 13.09.2015 г


Изследване на състава на оборудването в цех за топене на стомана. Предназначение, конструкция и принцип на работа на машина за подаване на кислород. Конструктивен изчисление на хидравличното задвижване за повдигане на платформата и задвижващия вал на машината за подаване на кислород като част от техническата му модернизация.

дисертация, добавена на 20.03.2017 г


Разделяне на въздуха чрез метод на дълбоко охлаждане. Изготвяне на топлинен и материален баланс на инсталацията. Топлинен баланс на отделни части на въздухоразделителната инсталация. Изчисляване на процеса на ректификация, енергийни разходи. Изчисляване на кондензатор-изпарител.

курсова работа, добавена на 04.03.2013 г


Преглед на съществуващи проекти за пречистване на аргон от кислород. Обосновка на ефективността и изчисляване на инсталация за пречистване на аргон от кислород с помощта на зеолитен адсорбер вместо инсталация за пречистване на аргон чрез каталитично хидрогениране с помощта на водород.

курсова работа, добавена на 23.11.2013 г


Концепцията и спецификата на гъвкавото автоматизирано производство, оценка на основните му предимства. Класификация на отраслите според тяхната степен на гъвкавост. Основи на роботизацията на промишленото производство. Характеристики на лазерната и мембранната технология.

резюме, добавено на 25.12.2010 г


Обща характеристика на производството на чугун и стомана. Физико-химични свойства на получените и използвани газове. Някои физически явления при използване на промишлени газове и пара в Челябинския металургичен завод. Физика в газовия сектор.

резюме, добавено на 13.01.2011 г


Обхват на техническите газове. Проект за автоматизиране на процеса на разделяне на въздуха на азот и кислород в Електрохимическия завод. Обосновка на структурната схема на автоматизацията. Изчисляване на електрическото осветление на цеха и общия светлинен товар.

дисертация, добавена на 16.12.2013 г


Методи за пречистване на промишлени газове от сероводород: технологични схеми и оборудване, предимства и недостатъци. Повърхност и филм, опаковани, мехурчета, пръскащи абсорбери. Технологична схема за пречистване на коксовия газ от сероводород.

курсова работа, добавена на 11.01.2011 г


Основните функции, изпълнявани от скалата на доменната пещ. Скорост на реакцията на изгаряне на горивото, дифузия на кислородни молекули в граничния слой. Количеството произведен въглероден окис, температурата и концентрацията на кислород в газовата фаза. Окислителни зони на пещта.

тест, добавен на 09/11/2013


Обща характеристика на цеха за топене на стомана в OAO Severstal. Въведение в проекта за модернизация на платформата на машината за подаване на кислород към конвертор №3. Анализ на етапите на изчисляване на задвижващия вал и помпените агрегати. Характеристики на конструкцията на ножа за котлони.

Въздухът е неизчерпаем източник на кислород. За да се получи кислород от него, този газ трябва да бъде отделен от азота и другите газове. Индустриалният метод за производство на кислород се основава на тази идея. Изпълнява се с помощта на специално, доста тромаво оборудване. Първо, въздухът се охлажда силно, докато се превърне в течност. След това температурата на втечнения въздух постепенно се повишава. От него първо започва да се отделя азотен газ (точката на кипене на течния азот е -196 ° C) и течността се обогатява с кислород.

Получаване на кислород в лабораторията. Лабораторните методи за производство на кислород се основават на химични реакции.

J. Priestley получава този газ от съединение, наречено живачен (II) оксид. Ученият използвал стъклена леща, с която фокусирал слънчевата светлина върху веществото.

В съвременна версия този експеримент е изобразен на фигура 54. При нагряване живачният (||) оксид (жълт прах) се превръща в живак и кислород. Живакът се отделя в газообразно състояние и кондензира по стените на епруветката под формата на сребристи капки. Кислородът се събира над водата във втората епруветка.

Методът на Пристли вече не се използва, тъй като живачните пари са токсични. Кислородът се произвежда чрез други реакции, подобни на обсъжданата. Те обикновено се появяват при нагряване.

Реакциите, при които от едно вещество се образуват няколко други, се наричат ​​реакции на разлагане.

За получаване на кислород в лабораторията се използват следните кислородсъдържащи съединения:

Калиев перманганат KMnO4 (общо наименование калиев перманганат; веществото е обикновен дезинфектант)

Калиев хлорат KClO3 (тривиално име - сол на Бертоле, в чест на френския химик от края на 18-ти - началото на 19-ти век C.-L. Berthollet)

Малко количество катализатор - манганов (IV) оксид MnO2 - се добавя към калиев хлорат, така че разлагането на съединението става с освобождаване на кислород1.

Структура на молекулите на халкоген хидридите H2Eможе да се анализира с помощта на метода на молекулярната орбитала (МО). Като пример, разгледайте диаграмата на молекулярните орбитали на водна молекула (фиг. 3)

За конструкцията (За повече подробности вижте G. Gray "Electrons and Chemical Bonding", M., издателство "Mir", 1967, стр. 155-62 и G. L. Miessier, D. A. Tarr, "Inorganic Chemistry", Prantice Hall Int. Inc., 1991, p.153-57) диаграма на MO на молекулата H2O, ние ще комбинираме началото на координатите с кислородния атом и ще поставим водородните атоми в равнината xz (фиг. 3). Припокриването на 2s- и 2p-AOs на кислород с 1s-AOs на водород е показано на Фиг. 4. В образуването на МО участват АО на водорода и кислорода, които имат еднаква симетрия и сходни енергии. Въпреки това, приносът на АО за формирането на МО е различен, което се отразява в различни стойности на коефициентите в съответните линейни комбинации на АО. Взаимодействието (припокриването) на 1s-AO на водорода и 2s- и 2pz-AO на кислорода води до образуването на 2a1-свързващи и 4a1-антисвързващи МО.

СВОЙСТВА НА КИСЛОРОДА И МЕТОДИ ЗА ПОЛУЧАВАНЕТО МУ

Кислородът O2 е най-разпространеният елемент на земята. Намира се в големи количества под формата на химични съединения с различни вещества в земната кора (до 50% тегл.), в комбинация с водород във вода (около 86% тегл.) и в свободно състояние в атмосферния въздух в смес предимно с азот в количество 20,93% об. (23,15% тегл.).

Кислородът е от голямо значение за националната икономика. Намира широко приложение в металургията; химическа промишленост; за газопламъчна обработка на метали, огнево сондиране на твърди скали, подземна газификация на въглища; в медицината и различни дихателни апарати, например за полети на голяма височина и в други области.

При нормални условия кислородът е газ без цвят, мирис и вкус, който не е запалим, но активно поддържа горенето. При много ниски температури кислородът се превръща в течност и дори в твърдо вещество.

Най-важните физически константи на кислорода са следните:

Кислородът има голяма химическа активност и образува съединения с всички химични елементи, с изключение на редките газове. Реакциите на кислорода с органичните вещества имат подчертан екзотермичен характер. По този начин, когато сгъстеният кислород взаимодейства с мастни или фино диспергирани твърди горими вещества, възниква тяхното мигновено окисляване и генерираната топлина допринася за спонтанното запалване на тези вещества, което може да причини пожар или експлозия. Това свойство трябва да се вземе особено предвид при работа с кислородно оборудване.

Едно от важните свойства на кислорода е способността му да образува експлозивни смеси със запалими газове и течни запалими пари в широк диапазон, което също може да доведе до експлозии в присъствието на открит пламък или дори искра. Смеси от въздух с газ или пара горива също са експлозивни.

Кислородът може да се получи: 1) чрез химични методи; 2) електролиза на вода; 3) физически от въздуха.

Химическите методи, включващи производството на кислород от различни вещества, са неефективни и в момента имат само лабораторно значение.

Електролизата на водата, т.е. разграждането й на компонентите й - водород и кислород, се извършва в устройства, наречени електролизери. През вода се пропуска постоянен ток, към който се добавя сода каустик NaOH за повишаване на електропроводимостта; кислородът се събира на анода, а водородът - на катода. Недостатъкът на този метод е високата консумация на енергия: 12-15 kW се консумират на 1 m 3 0 2 (в допълнение се получават 2 m 3 N 2). з. Методът е рационален при наличието на евтина електроенергия, както и при производството на електролитен водород, когато кислородът е отпадъчен продукт.

Физическият метод е да се раздели въздухът на неговите компоненти чрез дълбоко охлаждане. Този метод дава възможност за получаване на кислород в почти неограничени количества и е от голямо промишлено значение. Консумацията на електроенергия на 1 m 3 O 2 е 0,4-1,6 kW. h, в зависимост от вида на инсталацията.

ПОЛУЧАВАНЕ НА КИСЛОРОД ОТ ВЪЗДУХА

Атмосферният въздух е предимно механична смес от три газа със следното обемно съдържание: азот - 78,09%, кислород - 20,93%, аргон - 0,93%. Освен това съдържа около 0,03% въглероден диоксид и малки количества редки газове, водород, азотен оксид и др.

Основната задача при получаването на кислород от въздуха е да се раздели въздухът на кислород и азот. По пътя се отделя аргон, чието използване в специални методи за заваряване непрекъснато нараства, както и редки газове, които играят важна роля в редица индустрии. Азотът има някои приложения в заваряването като защитен газ, в медицината и други области.

Същността на метода е дълбоко охлаждане на въздуха, превръщайки го в течно състояние, което при нормално атмосферно налягане може да се постигне в температурния диапазон от -191,8 ° C (начало на втечняване) до -193,7 ° C (край на втечняване ).

Разделянето на течността на кислород и азот се извършва чрез използване на разликата в техните температури на кипене, а именно: T bp. о2 = -182,97°С; Температура на кипене N2 = -195,8° C (при 760 mm Hg).

При постепенното изпаряване на течност азотът, който има по-ниска точка на кипене, първо ще премине в газообразна фаза и при освобождаването му течността ще се обогати с кислород. Повтарянето на този процес многократно прави възможно получаването на кислород и азот с необходимата чистота. Този метод за разделяне на течности на техните съставни части се нарича ректификация.

За производството на кислород от въздуха има специализирани предприятия, оборудвани с високопроизводителни агрегати. В допълнение, големите металообработващи предприятия имат свои собствени кислородни станции.

Ниските температури, необходими за втечняване на въздуха, се получават с помощта на така наречените цикли на охлаждане. Основните хладилни цикли, използвани в съвременните инсталации, са разгледани накратко по-долу.

Хладилният цикъл с дроселиране на въздуха се основава на ефекта на Джаул-Томсън, т.е. рязко понижаване на температурата на газа по време на свободното му разширяване. Диаграмата на цикъла е показана на фиг. 2.

Въздухът се компресира в многостепенен компресор 1 до 200 kgf/cm2 и след това преминава през хладилник 2 с течаща вода. Дълбокото охлаждане на въздуха се получава в топлообменника 3 чрез обратния поток на студен газ от колектора за течност (втечнител) 4 В резултат на разширяването на въздуха в дроселната клапа 5 той се охлажда допълнително и частично. втечнен.

Налягането в колектор 4 се регулира в рамките на 1-2 kgf / cm 2. Течността периодично се източва от колектора в специални контейнери през клапан 6. Невтечнената част от въздуха се изпуска през топлообменник, охлаждайки нови порции входящ въздух.

Охлаждането на въздуха до температура на втечняване става постепенно; При включване на инсталацията има пусков период, през който не се наблюдава втечняване на въздуха, а само охлаждане на инсталацията. Този период отнема няколко часа.

Предимството на цикъла е неговата простота, но недостатъкът е сравнително високата консумация на енергия - до 4,1 kW. h на 1 kg втечнен въздух при налягане на компресора 200 kgf / cm 2; при по-ниско налягане рязко нараства специфичният разход на енергия. Този цикъл се използва в инсталации с малък и среден капацитет за производство на кислород.

Цикълът с дроселиране и предварително охлаждане на въздуха с амоняк е малко по-сложен.

Хладилният цикъл със средно налягане с разширение в разширител се основава на намаляване на температурата на газа по време на разширение с връщане на външната работа. Освен това се използва и ефектът на Джаул-Томсън. Диаграмата на цикъла е показана на фиг. 3.

Въздухът се компресира в компресор 1 до 20-40 kgf / cm 2, преминава през хладилник 2 и след това през топлообменници 3 и 4. След топлообменник 3 по-голямата част от въздуха (70-80%) се изпраща към разширението на буталото машина-разширител 6, а по-малка част въздух (20-30%) отива за свободно разширение в дроселната клапа 5 и след това в колектора 7, който има клапан 8 за източване на течността. В разширител 6

въздухът, вече охладен в първия топлообменник, върши работа - избутва буталото на машината, налягането му пада до 1 kgf / cm 2, поради което температурата пада рязко. От разширителя студен въздух с температура около -100 ° C се изхвърля навън през топлообменници 4 и 3, охлаждайки входящия въздух. Така разширителят осигурява много ефективно охлаждане на инсталацията при относително ниско налягане в компресора. Работата на разширителя се използва полезно и това частично компенсира разхода на енергия за компресиране на въздуха в компресора.

Предимствата на цикъла са: относително ниско налягане на компресия, което опростява конструкцията на компресора и увеличен капацитет на охлаждане (благодарение на разширителя), което осигурява стабилна работа на инсталацията, когато кислородът се приема в течна форма.

Хладилен цикъл с ниско налягане с разширение в турбодетандер, разработен от акад. P. L. Kapitsa, се основава на използването на въздух с ниско налягане с производството на студ само чрез разширяване на този въздух във въздушна турбина (турбодеспандер) с производство на външна работа. Диаграмата на цикъла е показана на фиг. 4.

Въздухът се компресира от турбокомпресор 1 до 6-7 kgf/cm2, охлажда се с вода в хладилник 2 и се подава към регенератори 3 (топлообменници), където се охлажда от обратен поток студен въздух. До 95% от въздуха след регенераторите се изпраща в турборазширителя 4, разширява се до абсолютно налягане от 1 kgf / cm 2 с външна работа и се охлажда рязко, след което се подава в тръбното пространство на кондензатора 5 и кондензира останалия сгъстен въздух (5%), влизащ в пръстена. От кондензатора 5 основният въздушен поток се насочва към регенераторите и охлажда входящия въздух, а течният въздух преминава през дроселната клапа 6 в колектора 7, от който се отвежда през клапан 8. Диаграмата показва един регенератор , но реално те са няколко и се включват един по един.

Предимствата на цикъла с ниско налягане с турборазширител са: по-висока ефективност на турбомашините в сравнение с буталните машини, опростяване на технологичната схема, повишена надеждност и експлозивна безопасност на инсталацията. Цикълът се използва в инсталации с голям капацитет.

Разделянето на течния въздух на компоненти се извършва чрез процеса на ректификация, чиято същност е, че парообразната смес от азот и кислород, образувана по време на изпарението на течния въздух, преминава през течност с по-ниско съдържание на кислород. Тъй като в течността има по-малко кислород и повече азот, тя има по-ниска температура от парата, преминаваща през нея, и това причинява кондензация на кислород от парата и нейното обогатяване на течността с едновременното изпаряване на азот от течността, т.е. неговото обогатяване на парата над течността.

Представа за същността на процеса на коригиране може да се даде от фигурата, показана на фиг. 5 е опростена диаграма на процеса на многократно изпаряване и кондензация на течен въздух.

Предполагаме, че въздухът се състои само от азот и кислород. Нека си представим, че има няколко съда (I-V), свързани един с друг; горният съдържа течен въздух, съдържащ 21% кислород. Благодарение на стъпаловидно разположение на съдовете, течността ще тече надолу и в същото време постепенно ще се обогатява с кислород, а температурата му ще се повишава.

Да приемем, че в съд II има течност, съдържаща 30% 0 2, в съд III - 40%, в съд IV - 50% и в съд V - 60% кислород.

За да определим съдържанието на кислород в парната фаза, ще използваме специална графика - Фиг. 6, чиито криви показват съдържанието на кислород в течност и пара при различни налягания.

Нека започнем да изпаряваме течността в съд V при абсолютно налягане 1 kgf/cm 2 . Както се вижда от фиг. 6, над течността в този съд, състояща се от 60% 0 2 и 40% N 2, може да има равновесен състав на парите, съдържащ 26,5% 0 2 и 73,5% N 2, имащ същата температура като течността. Подаваме тази пара в съд IV, където течността съдържа само 50% 0 2 и 50% N 2 и следователно ще бъде по-студена. От фиг. 6 показва, че парата над тази течност може да съдържа само 19% 0 2 и 81% N 2 и само в този случай температурата му ще бъде равна на температурата на течността в този съд.

Следователно, парата, подадена към съд IV от съд V, съдържаща 26,5% O 2, има по-висока температура от течността в съд IV; следователно кислородът на парите кондензира в течността на съд IV и част от азота от него ще се изпари. В резултат на това течността в съд IV ще бъде обогатена с кислород, а парата над нея ще бъде обогатена с азот.

Подобен процес ще се случи и в други съдове и по този начин, когато се оттича от горните съдове в долните, течността се обогатява с кислород, кондензира я от издигащите се пари и им предава своя азот.

Продължавайки процеса нагоре, можете да получите пара, състояща се от почти чист азот, а в долната част - чист течен кислород. В действителност процесът на ректификация, който протича в дестилационните колони на кислородни инсталации, е много по-сложен от описания, но основното му съдържание е същото.

Независимо от технологичната схема на инсталацията и вида на хладилния цикъл, процесът на производство на кислород от въздуха включва следните етапи:

1) почистване на въздуха от прах, водна пара и въглероден диоксид. Свързването на CO 2 се постига чрез преминаване на въздух през воден разтвор на NaOH;

2) компресиране на въздуха в компресор, последвано от охлаждане в хладилници;

3) охлаждане на сгъстен въздух в топлообменници;

4) разширяване на сгъстен въздух в дроселна клапа или разширител за охлаждане и втечняване;

5) втечняване и ректификация на въздуха за производство на кислород и азот;

6) източване на течен кислород в стационарни резервоари и изпускане на газообразен кислород в газови резервоари;

7) контрол на качеството на произведения кислород;

8) пълнене на транспортни резервоари с течен кислород и пълнене на бутилки с газообразен кислород.

Качеството на газообразния и течния кислород се регулира от съответните GOST.

Съгласно GOST 5583-58 газообразният технически кислород се произвежда в три степени: най-висок - със съдържание не по-малко от 99,5% O 2, 1-ви - не по-малко от 99,2% O 2 и 2-ри - не по-малко от 98,5% O 2, останалото е аргон и азот (0,5-1,5%). Съдържанието на влага не трябва да надвишава 0,07 g/f 3 . Кислородът, получен чрез електролиза на вода, не трябва да съдържа повече от 0,7% водород по обем.

Съгласно GOST 6331-52 течният кислород се произвежда в два класа: клас А със съдържание най-малко 99,2% O 2 и клас B със съдържание най-малко 98,5% O 2 . Съдържанието на ацетилен в течния кислород не трябва да надвишава 0,3 cm 3 /l.

Процесният кислород, използван за интензифициране на различни процеси в металургичната, химическата и други индустрии, съдържа 90-98% O 2 .

Контролът на качеството на газообразния и течен кислород се извършва директно по време на производствения процес с помощта на специални инструменти.

Администрация Обща оценка на статията: Публикувано: 2012.06.01

Този урок е посветен на изучаването на съвременните методи за производство на кислород. Ще научите по какви методи и от какви вещества се получава кислород в лабораторията и промишлеността.

Тема: Вещества и техните превръщания

урок:Получаване на кислород

За промишлени цели кислородът трябва да се получава в големи количества и по възможно най-евтиния начин. Този метод за производство на кислород е предложен от лауреата на Нобелова награда Пьотр Леонидович Капица. Той изобретил устройство за втечняване на въздуха. Както знаете, въздухът съдържа около 21% кислород по обем. Кислородът може да се отдели от течния въздух чрез дестилация, т.к Всички вещества, които изграждат въздуха, имат различни точки на кипене. Точката на кипене на кислорода е -183°C, а на азота -196°C. Това означава, че при дестилация на втечнен въздух първо ще заври и се изпари азотът, последван от кислорода.

В лабораторията не се изисква кислород в толкова големи количества, както в промишлеността. Обикновено се доставя в сини стоманени бутилки, в които е под налягане. В някои случаи все още е необходимо да се получи кислород по химичен път. За тази цел се използват реакции на разлагане.

ОПИТ 1. Изсипете разтвор на водороден пероксид в петриево блюдо. При стайна температура водородният пероксид се разлага бавно (не виждаме признаци на реакция), но този процес може да се ускори чрез добавяне на няколко зрънца манганов (IV) оксид към разтвора. Около зърната черен оксид незабавно започват да се появяват газови мехурчета. Това е кислород. Без значение колко дълго протича реакцията, зърната от манганов (IV) оксид не се разтварят в разтвора. Тоест, мангановият (IV) оксид участва в реакцията, ускорява я, но не се изразходва в нея.

Наричат ​​се вещества, които ускоряват реакцията, но не се изразходват в реакцията катализатори.

Реакциите, ускорени от катализатори, се наричат каталитичен.

Ускоряване на реакция от катализатор се нарича катализа.

Така мангановият (IV) оксид служи като катализатор в реакцията на разлагане на водороден пероксид. В уравнението на реакцията формулата на катализатора е написана над знака за равенство. Нека напишем уравнението на реакцията. Когато водородният пероксид се разложи, се отделя кислород и се образува вода. Освобождаването на кислород от разтвора е показано със стрелка, сочеща нагоре:

2. Единна колекция от цифрови образователни ресурси ().

3. Електронна версия на списание „Химия и живот“ ().

домашна работа

с. 66-67 № 2 – 5 от учебната тетрадка по химия: 8. клас: към учебника на П.А. Оржековски и др. „Химия. 8 клас” / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековски; под. изд. проф. П.А. Оржековски - М.: АСТ: Астрел: Профиздат, 2006.

Кислородът се появява в земната атмосфера с появата на зелени растения и фотосинтезиращи бактерии. Благодарение на кислорода аеробните организми извършват дишане или окисление. Важно е да се получи кислород в промишлеността - той се използва в металургията, медицината, авиацията, националната икономика и други индустрии.

Свойства

Кислородът е осмият елемент от периодичната таблица. Това е газ, който поддържа горенето и окислява веществата.

ориз. 1. Кислород в периодичната таблица.

Кислородът е официално открит през 1774 г. Английският химик Джоузеф Пристли изолира елемента от живачен оксид:

2HgO → 2Hg + O 2 .

Пристли обаче не знаеше, че кислородът е част от въздуха. Свойствата и наличието на кислород в атмосферата по-късно са определени от колегата на Пристли, френския химик Антоан Лавоазие.

Общи характеристики на кислорода:

• безцветен газ;
• няма мирис и вкус;
• по-тежък от въздуха;
• молекулата се състои от два кислородни атома (O 2);
• в течно състояние има бледосин цвят;
• слабо разтворим във вода;
• е силен окислител.

ориз. 2. Течен кислород.

Наличието на кислород може лесно да се провери чрез спускане на тлееща треска в съд, съдържащ газ. При наличието на кислород факлата избухва в пламъци.

Как го получаваш?

Известни са няколко метода за производство на кислород от различни съединения в индустриални и лабораторни условия. В промишлеността кислородът се получава от въздуха чрез втечняването му под налягане и при температура от -183°C. Течният въздух се подлага на изпарение, т.е. постепенно се нагряват. При -196°C азотът започва да се изпарява и кислородът остава течен.

В лабораторията кислородът се образува от соли, водороден прекис и в резултат на електролиза. Разграждането на солите става при нагряване. Например, калиев хлорат или бертолитова сол се нагряват до 500°C, а калиевият перманганат или калиевият перманганат се нагряват до 240°C:

• 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2;
• 2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 .

ориз. 3. Нагряване на бертолетова сол.

Можете също да получите кислород чрез нагряване на нитрат или калиев нитрат:

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .

При разлагането на водороден пероксид като катализатор се използва манганов (IV) оксид - MnO 2, въглен или железен прах. Общото уравнение изглежда така:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2.

Разтвор на натриев хидроксид се подлага на електролиза. В резултат на това се образуват вода и кислород:

4NaOH → (електролиза) 4Na + 2H 2 O + O 2 .

Кислородът също се изолира от водата чрез електролиза, като се разлага на водород и кислород:

2H 2 O → 2H 2 + O 2.

На ядрените подводници кислородът се получава от натриев пероксид - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2. Методът е интересен с това, че заедно с отделянето на кислород се абсорбира и въглероден диоксид.

Как да използвате

Събирането и разпознаването са необходими за освобождаване на чист кислород, който се използва в промишлеността за окисляване на вещества, както и за поддържане на дишането в космоса, под вода и в задимени помещения (кислородът е необходим на пожарникарите). В медицината кислородните бутилки помагат на пациенти със затруднено дишане да дишат. Кислородът се използва и за лечение на респираторни заболявания.

Кислородът се използва за изгаряне на горива - въглища, нефт, природен газ. Кислородът се използва широко в металургията и машиностроенето, например за топене, рязане и заваряване на метал.

Средна оценка: 4.9. Общо получени оценки: 220.