Въпрос No2 Как се получава кислород в лабораторията и в промишлеността? Напишете уравненията на съответните реакции. Как се различават тези методи един от друг?

отговор:

В лабораторията кислородът може да се получи по следните начини:

1) Разлагане на водороден пероксид в присъствието на катализатор (манганов оксид

2) Разлагане на бертолетова сол (калиев хлорат):

3) Разлагане на калиев перманганат:

В промишлеността кислородът се получава от въздуха, който съдържа около 20 обемни процента. Въздухът се втечнява под налягане и екстремно охлаждане. Кислородът и азотът (вторият основен компонент на въздуха) имат различни точки на кипене. Следователно те могат да бъдат разделени чрез дестилация: азотът има по-ниска точка на кипене от кислорода, така че азотът се изпарява преди кислорода.

Разлики между промишлени и лабораторни методи за производство на кислород:

1) Всички лабораторни методи за производство на кислород са химични, т.е. настъпва трансформация на едни вещества в други. Процесът на получаване на кислород от въздуха е физически процес, тъй като трансформацията на някои вещества в други не се извършва.

2) Кислородът може да се получи от въздуха в много по-големи количества.

Кислородът е един от най-използваните газове от човечеството; той се използва широко в почти всички области на нашия живот. Металургията, химическата промишленост, медицината, националната икономика, авиацията - това е само кратък списък от области, в които това вещество не може да бъде избегнато.

Кислородът се произвежда по две технологии: лабораторна и индустриална. Първите методи за производство на безцветен газ се основават на химични реакции. Кислородът се получава чрез разлагане на калиев перманганат, бертолетова сол или водороден пероксид в присъствието на катализатор. Лабораторните техники обаче не могат да задоволят напълно нуждите от този уникален химичен елемент.

Вторият метод за производство на кислород е криогенна ректификация или използване на адсорбционни или мембранни технологии. Първият метод осигурява висока чистота на продуктите на разделяне, но има по-дълъг период на стартиране (в сравнение с вторите методи).

Инсталациите за адсорбция на кислород са се доказали като едни от най-добрите високопроизводителни системи за производство на обогатен с кислород въздух. Те позволяват получаването на безцветен газ с чистота до 95% (до 99% с използване на допълнителен етап на пречистване). Използването им е икономически оправдано, особено в ситуации, когато няма нужда от кислород с висока чистота, за който би трябвало да се плаща повече.

Основни характеристики на криогенните системи

Интересувате ли се от производство на кислород с чистота до 99,9%? След това обърнете внимание на инсталациите, работещи на базата на криогенна технология. Предимства на системите за производство на кислород с висока чистота:

• дълъг експлоатационен живот на инсталацията;
• висока производителност;
• способността за получаване на кислород с чистота от 95 до 99,9%.

Но поради големите размери на криогенните системи, невъзможността за бързо стартиране и спиране и други фактори, използването на криогенно оборудване не винаги е препоръчително.

Принцип на действие на адсорбционните агрегати

Работната схема на кислородни системи, използващи адсорбционна технология, може да бъде представена по следния начин:

• сгъстеният въздух се движи в приемника, в системата за обработка на въздуха, за да се отърве от механичните примеси и филтрира капковата влага;
• пречистеният въздух се изпраща в блока за адсорбционно разделяне на въздуха, който включва адсорбери с адсорбент;
• по време на работа адсорберите са в две състояния - абсорбция и регенерация; на етапа на абсорбция кислородът навлиза в приемника на кислород, а азотът на етапа на генериране се изхвърля в атмосферата; след което кислородът се изпраща до потребителя;
• ако е необходимо, налягането на газа може да се увеличи с помощта на кислороден бустер компресор и след това да се напълни отново в бутилки.

Адсорбционните комплекси се отличават с високо ниво на надеждност, пълна автоматизация, лекота на поддръжка, малки размери и тегло.

Предимства на системите за разделяне на газ

Инсталациите и станциите, използващи адсорбционна технология за производство на кислород, се използват широко в различни области: заваряване и рязане на метали, строителство, рибовъдство, отглеждане на миди, скариди и др.

Предимства на системите за разделяне на газ:

• способността за автоматизиране на процеса на производство на кислород;
• няма специални изисквания към помещенията;
• бърз старт и стоп;
• висока надеждност;
• ниска цена на произведения кислород.

Предимства на адсорбционните инсталации на NPK Grasys

Интересувате ли се от производството на кислород чрез промишлени методи? Искате ли да получавате кислород с минимални финансови разходи? Изследователската и производствена компания Grasys ще ви помогне да решите проблема си на най-високо ниво. Предлагаме надеждни и ефективни системи за получаване на кислород от въздуха. Ето основните отличителни характеристики на нашите продукти:

• пълна автоматизация;
• дизайни, обмислени до най-малкия детайл;
• модерни системи за наблюдение и контрол.

Кислородът, произведен от нашите адсорбционни агрегати за разделяне на въздуха, е с чистота до 95% (с възможност за последваща обработка до 99%). Газ с такива характеристики се използва широко в металургията за заваряване и рязане на метали и в националната икономика. Произвежданото от нас оборудване използва съвременни технологии, които предоставят уникални възможности в областта на газовата сепарация.

Характеристики на нашите инсталации за адсорбция на кислород:

• висока надеждност;
• ниска цена на произведения кислород;
• иновативна високо интелигентна система за наблюдение и контрол;
• лекота на поддръжка;
• възможност за производство на кислород с чистота до 95% (с възможност за допълнително пречистване до 99%);
• производителност до 6000 m³/h.

Адсорбционните кислородни инсталации на NPK Grasys са уникална комбинация от глобален дизайнерски опит в производството на оборудване за разделяне на газ и местни иновативни технологии.

Основните причини за сътрудничество с NPK Grasys

Промишленият метод за производство на кислород с помощта на инсталации, базирани на адсорбционна технология, е един от най-обещаващите днес. Позволява ви да получите безцветен газ с минимални енергийни разходи с необходимата чистота. Вещество с тези параметри се търси в металургията, машиностроенето, химическата промишленост и медицината.

Методът на криогенна ректификация е оптималното решение, когато е необходимо да се произведе кислород с висока чистота (до 99,9%).

Водещата местна компания Grasys предлага високоефективни системи за производство на кислород чрез адсорбционна технология при изгодни условия. Имаме богат опит в изпълнението на различни проекти до ключ, така че не се страхуваме дори от най-сложните задачи.

Предимства от работата с отговорен доставчик на оборудване NPK Grasys:

• нашата компания е директен производител, така че цената на продадените инсталации не се увеличава с допълнителни посреднически комисионни;
• висококачествени продукти;
• пълен набор от услуги за ремонт и поддръжка на инсталации за производство на кислород;
• индивидуален подход към всеки клиент;
• дългогодишен опит в сектора за производство на кислород.

Обадете се на нашите мениджъри, за да изясните нюансите на сътрудничеството.

По-подробно можете да се запознаете с кислородното оборудване (кислородни генератори, кислородни инсталации, кислородни станции) на страницата

История на откриването на кислорода Откриването на кислорода бележи нов период в развитието на химията. От древни времена е известно, че за горенето е необходим въздух. Процесът на изгаряне на веществата остава неясен дълго време. В ерата на алхимията теорията за флогистона стана широко разпространена, според която веществата горят поради взаимодействието си с огнената материя, тоест с флогистона, който се съдържа в пламъка. Кислородът е получен от английския химик Джоузеф Пристли през 70-те години на 18 век. Химик нагрява прах от червен живачен (II) оксид, което кара веществото да се разложи до образуване на метален живак и безцветен газ:

2HgO t° → 2Hg + O2

Методи за производство и събиране на кислород в лаборатория

1) Разлагане на живачен (II) оксид

2) Разлагане на калиев перманганат

2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2

Как да открием наличието на кислород? Нека използваме метода на Пристли. Да запалим дървена треска, да изгори малко, след това да я загасим, така че едва да тлее. Нека спуснем тлеещата треска в съд с кислород. Факлата мига ярко! Изходна тръба за газне е била случайно спусната на дъното на приемния съд. Кислородът е по-тежък от въздуха, следователно ще се събира в долната част на приемника, измествайки въздуха от него. Кислородът може да се събира и чрез изместване на водата. За да направите това, изходната тръба за газ трябва да се спусне в епруветка, пълна с вода, и да се спусне в кристализатор с вода с отвора надолу. Когато влезе кислород, газът измества водата от епруветката.

Разлагане на водороден пероксид

Катализатор– вещество, което ускорява скоростта на химична реакция

Изсипете водороден пероксид в колбата и добавете катализатор към течността. Катализаторът може да бъде черен прах - манганов оксид MnO2.Веднага сместа ще започне да се пени поради отделянето на голямо количество кислород. Нека внесем тлееща треска в колбата - тя пламва ярко. Уравнението на реакцията за разлагане на водороден пероксид е:

2H2O2 MnO2 → 2H2O + O2

Моля, обърнете внимание: катализаторът, който ускорява реакцията, е изписан над стрелката или знака «=», защото не се изразходва по време на реакцията, а само я ускорява.

Разлагане на калиев хлорат

2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2.

Разлагане на нитрати

AB → A + B.

Реакциите на разлагане могат да възникнат под въздействието на различни фактори. Това може да е отопление, електрически ток или използване на катализатор. Има реакции, при които веществата се разлагат спонтанно.

Производство на кислород в промишлеността

• В лабораторията кислородът се произвежда чрез реакции на разлагане
• Реакция на разлагане- реакция, в резултат на която сложните вещества се разлагат на по-прости
• Кислородът може да се събира чрез метод на изместване на въздуха или метод на изместване на вода
• За откриване на кислород се използва тлееща треска, която мига ярко в нея
• Катализатор- вещество, което ускорява химична реакция, но не се изразходва в нея

Изпращането на вашата добра работа в базата от 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 получава 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 главно 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 му 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:

висок капацитет на 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;

автоматичен контрол 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, кипящи, 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 образуван 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.

Кислородът (O 2) е химически активен газ без цвят, вкус или мирис.

Най-лесният начин да получите кислород е от въздуха, тъй като въздухът не е съединение и разделянето на въздуха на неговите елементи не е толкова трудно.

Основният промишлен метод за производство на кислород от въздуха е криогенната ректификация, когато течният въздух се разделя на компоненти в дестилационни колони по същия начин, както например маслото се разделя. Но за да се превърне атмосферният въздух в течност, той трябва да се охлади до минус 196°C. За да направите това, последният трябва да бъде компресиран и след това да бъде оставен да се разшири и в същото време да бъде принуден да произведе механична работа. След това, в съответствие със законите на физиката, въздухът трябва да се охлади. Машините, в които това се случва, се наричат ​​разширители. Съвременните криогенни инсталации за разделяне на въздуха, в които студът се получава с помощта на турборазширители, осигуряват на промишлеността, предимно металургията и химията, стотици хиляди кубични метри кислороден газ.

Устройствата за разделяне на въздуха, базирани на мембранна или адсорбционна технология, също се използват успешно в промишлеността.

Приложение на кислорода в промишлеността и медицината