Hantar kerja baik anda di pangkalan pengetahuan adalah mudah. Gunakan borang di bawah

Pelajar, pelajar siswazah, saintis muda yang menggunakan pangkalan pengetahuan dalam pengajian dan kerja mereka akan sangat berterima kasih kepada anda.

Disiarkan pada http://www.allbest.ru//

Disiarkan pada http://www.allbest.ru//

Kementerian Pendidikan dan Sains Persekutuan Rusia

MBOU "Gimnasium No. 1 Vladivostok"

pemisahan udara turboexpander oksigen

"Pengeluaran oksigen dalam industri"

Kerja yang dilakukan oleh: Kadysheva Eva

pelajar darjah 8 "B"

Gimnasium MBOU No

Penyelia saintifik: Kovalenko N.S.

Vladivostok 2016

1. Pengenalan

Oksigen bukan sahaja membentuk bahagian penting udara atmosfera, kerak bumi dan air minuman, ia juga menduduki 65% daripada berat badan manusia, sebagai unsur kimia terpenting dalam struktur tubuh manusia. Gas ini adalah salah satu bahan yang paling banyak digunakan dalam hampir semua bidang aktiviti manusia kerana sifat kimia dan fizikalnya.

OKSIGEN ialah unsur kimia dengan nombor atom 8, jisim atom 16. Dalam jadual unsur berkala Mendeleev, oksigen terletak dalam tempoh kedua dalam kumpulan VIA. Dalam bentuk bebasnya, oksigen ialah gas tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa.

Perkembangan pengeluaran oksigen dan penggunaannya sebagai penguat banyak proses teknologi merupakan salah satu faktor kemajuan teknikal moden, kerana ia membolehkan peningkatan produktiviti buruh dan memastikan pertumbuhan pengeluaran dalam beberapa industri penting.

Matlamat: Penyelidikan teknologi untuk pengeluaran oksigen industri

Mengkaji sejarah pengeluaran oksigen dalam industri;

Mengenal pasti kelebihan dan kekurangan setiap kaedah mendapatkan;

Cari aplikasi oksigen

2.Maklumat sejarah

Loji pemisahan udara moden, di mana sejuk dihasilkan menggunakan pengembang turbo, menyediakan industri, terutamanya metalurgi dan kimia, dengan ratusan ribu meter padu gas oksigen. Mereka bekerja bukan sahaja di sini, tetapi di seluruh dunia.

Prototaip pertama turboexpander yang dicipta oleh P. L. Kapitsa adalah kecil. Dan turboexpander ini menjadi "jantung" pemasangan pertama untuk menghasilkan oksigen menggunakan kaedah baru.

Pada tahun 1942, pemasangan yang serupa, tetapi lebih berkuasa telah dibina, yang menghasilkan sehingga 200 kg oksigen cecair sejam. Pada penghujung tahun 1944, pemasangan turbo-oksigen yang paling berkuasa di dunia telah mula beroperasi, menghasilkan 6-7 kali lebih banyak oksigen cecair daripada pemasangan jenis lama, dan pada masa yang sama menduduki kawasan 3-4 kali lebih sedikit.

Unit pemisah udara moden BR-2, reka bentuk yang juga menggunakan turboexpander, boleh membekalkan tiga liter oksigen gas kepada setiap penduduk USSR dalam satu hari operasi.

Pada 30 April 1945, Mikhail Ivanovich Kalinin menandatangani Dekri yang menganugerahkan Academician P.L. Kapitsa menerima gelaran Wira Buruh Sosialis "untuk kejayaan pembangunan kaedah turbin baharu untuk menghasilkan oksigen dan untuk penciptaan pemasangan turbo-oksigen yang berkuasa." Institut Masalah Fizikal Akademi Sains USSR, tempat kerja ini dilakukan, telah dianugerahkan Order of the Red Banner of Buruh.

3. Kaedah mendapatkan

3.1 Kaedah pengasingan udara kriogenik

Udara kering atmosfera ialah campuran yang mengandungi oksigen 21% dan nitrogen 78% mengikut isipadu, argon 0.9% dan gas lengai lain, karbon dioksida, wap air, dsb. Untuk mendapatkan gas atmosfera tulen secara teknikal, udara tertakluk kepada penyejukan dan cecair yang mendalam ( suhu mendidih udara cecair pada tekanan atmosfera -194.5° C.)

Prosesnya kelihatan seperti ini: udara yang disedut masuk oleh pemampat berbilang peringkat mula-mula melalui penapis udara, di mana ia dibersihkan daripada habuk, melalui pemisah lembapan, di mana air yang terpeluwap semasa pemampatan udara dipisahkan, dan air penyejuk, yang menyejukkan udara dan menghilangkan haba yang dihasilkan semasa pemampatan. Untuk menyerap karbon dioksida dari udara, penyahkarbonisasi dihidupkan, diisi dengan larutan akueus soda kaustik. Penyingkiran sepenuhnya lembapan dan karbon dioksida dari udara adalah penting, kerana air dan karbon dioksida yang membeku pada suhu rendah menyumbat saluran paip dan pemasangan perlu dihentikan untuk pencairan dan pembersihan.

Selepas melalui bateri pengeringan, udara termampat memasuki pengembang yang dipanggil, di mana pengembangan tajam berlaku dan, dengan itu, ia disejukkan dan dicairkan. Udara cecair yang terhasil tertakluk kepada penyulingan pecahan atau pembetulan dalam lajur penyulingan. Dengan penyejatan udara cecair secara beransur-ansur, terutamanya nitrogen disejat terlebih dahulu, dan cecair yang tinggal semakin diperkaya dengan oksigen. Dengan mengulangi proses yang sama banyak kali pada dulang penyulingan lajur pemisahan udara, oksigen cecair, nitrogen dan argon ketulenan yang diperlukan diperolehi.

Kaedah pemisahan udara kriogenik membolehkan anda memperoleh gas dengan kualiti tertinggi - oksigen sehingga 99.9%

3.2 Kaedah pengasingan udara penjerapan

Pemisahan udara kriogenik, dengan semua parameter kualitinya, adalah kaedah yang agak mahal untuk menghasilkan gas industri. Kaedah penjerapan pemisahan udara, berdasarkan penyerapan terpilih gas tertentu oleh penjerap, adalah kaedah bukan kriogenik, dan digunakan secara meluas kerana kelebihan berikut:

kapasiti pemisahan yang tinggi untuk komponen terjerap bergantung pada pilihan penjerap;

mula cepat dan berhenti berbanding tumbuhan kriogenik;

Fleksibiliti pemasangan yang lebih besar, i.e. keupayaan untuk menukar mod operasi, produktiviti dan kebersihan dengan cepat bergantung pada keperluan;

peraturan mod automatik;

kemungkinan alat kawalan jauh;

kos tenaga yang rendah berbanding dengan blok kriogenik;

reka bentuk perkakasan mudah;

kos penyelenggaraan yang rendah;

kos pemasangan yang rendah berbanding dengan teknologi kriogenik;

Kaedah penjerapan digunakan untuk menghasilkan nitrogen dan oksigen, kerana ia memberikan parameter kualiti yang sangat baik pada kos yang rendah.

3.3 Kaedah pemisahan udara membran

Kaedah pemisahan udara membran adalah berdasarkan prinsip kebolehtelapan terpilih membran. Ia terdiri daripada perbezaan dalam kadar penembusan gas melalui membran polimer dengan perbezaan tekanan separa. Udara termampat yang disucikan dibekalkan ke membran. Dalam kes ini, "gas cepat" melalui membran ke dalam zon dengan tekanan rendah dan, pada pintu keluar dari membran, diperkaya dengan komponen yang mudah menembusi. Baki bahagian udara tepu dengan "gas perlahan" dan dikeluarkan dari peranti.

Kaedah membran pengeluaran oksigen industri dicirikan oleh kos tenaga yang rendah dan kos operasi. Walau bagaimanapun, kaedah ini membolehkan anda mendapatkan oksigen dengan ketulenan rendah sehingga 45%.

4.Penggunaan oksigen

Penyelidik oksigen pertama menyedari bahawa ia lebih mudah untuk bernafas dalam atmosferanya. Mereka meramalkan penggunaan meluas gas pemberi kehidupan ini dalam perubatan dan juga dalam kehidupan seharian sebagai cara untuk meningkatkan fungsi penting tubuh manusia.

Tetapi dengan kajian yang lebih mendalam, ternyata penyedutan oksigen tulen yang berpanjangan oleh seseorang boleh menyebabkan penyakit dan juga kematian: tubuh manusia tidak disesuaikan dengan kehidupan dalam oksigen tulen.

Pada masa ini, oksigen tulen digunakan untuk penyedutan hanya dalam beberapa kes: contohnya, mereka yang sakit teruk dengan tuberkulosis pulmonari ditawarkan untuk menyedut oksigen dalam bahagian kecil. Aeronaut dan juruterbang menggunakan peranti oksigen semasa penerbangan altitud tinggi. Anggota pasukan penyelamat gunung sering dipaksa bekerja dalam suasana yang tiada oksigen. Untuk pernafasan, mereka menggunakan peranti di mana komposisi udara yang diperlukan untuk pernafasan dikekalkan dengan menambah oksigen daripada silinder yang terletak di peranti yang sama.

Sebahagian besar oksigen yang dihasilkan secara industri kini digunakan untuk membakar pelbagai bahan untuk mendapatkan suhu yang sangat tinggi.

Sebagai contoh, gas asetilena mudah terbakar (C2H2) dicampur dengan oksigen dan dibakar dalam penunu khas. Api penunu ini sangat panas sehingga mencairkan besi. Oleh itu, obor oksigen-asetilena digunakan untuk mengimpal produk keluli. Kimpalan jenis ini dipanggil kimpalan autogenous.

Oksigen cecair digunakan untuk menyediakan campuran mudah letupan. Kartrij khas diisi dengan kayu hancur (tepung kayu) atau bahan mudah terbakar lain yang dihancurkan dan jisim mudah terbakar ini dibasahkan dengan oksigen cecair. Apabila campuran sedemikian dinyalakan, pembakaran berlaku dengan sangat cepat, menghasilkan sejumlah besar gas yang dipanaskan pada suhu yang sangat tinggi. Tekanan gas-gas ini boleh meletupkan batu atau membuang sejumlah besar tanah. Campuran bahan letupan ini digunakan dalam pembinaan terusan, semasa menggali terowong, dsb.

Baru-baru ini, oksigen telah ditambah ke udara untuk meningkatkan suhu dalam relau apabila melebur besi dan keluli. Ini mempercepatkan pengeluaran keluli dan meningkatkan kualitinya.

Kesimpulan

Semasa kerja penyelidikan, matlamat dan tugasan yang diberikan telah dicapai.

Keperluan yang mula timbul dalam pelbagai bidang aktiviti manusia menimbulkan cabaran bagi saintis kimia untuk mencari cara baharu, lebih produktif dan lebih murah untuk menghasilkan oksigen tulen.

Di negara kita, stesen dan bengkel baru untuk pengeluaran oksigen ditugaskan setiap tahun dan yang sedia ada diperluaskan.

Udara atmosfera adalah sumber bahan mentah yang tidak habis-habis untuk pengeluaran industri oksigen. Pada masa yang sama, nitrogen dan asetilena dihasilkan serentak dengan oksigen, yang mempunyai kesan positif terhadap proses pemisahan ekonomi.

Disiarkan di Allbest.ru

Dokumen yang serupa

Bengkel pengeluaran nitrogen dan oksigen PKO Saratovorgsintez LLC. Ciri-ciri produk perkilangan. Gambar rajah teknologi unit pengasingan udara. Ciri-ciri faktor pengeluaran berbahaya dan berbahaya yang menjejaskan pekerja semasa bekerja.

laporan amalan, ditambah 09/13/2015


Kajian komposisi peralatan di kedai peleburan keluli. Tujuan, reka bentuk dan prinsip operasi mesin bekalan oksigen. Pengiraan struktur pemacu hidraulik untuk mengangkat platform dan aci pemacu mesin bekalan oksigen sebagai sebahagian daripada pemodenan teknikalnya.

tesis, ditambah 03/20/2017


Pemisahan udara menggunakan kaedah penyejukan dalam. Merangka keseimbangan terma dan bahan pemasangan. Imbangan terma bahagian individu loji pengasingan udara. Pengiraan proses pembetulan, kos tenaga. Pengiraan kondenser-penyejat.

kerja kursus, ditambah 03/04/2013


Kajian semula reka bentuk sedia ada untuk membersihkan argon daripada oksigen. Justifikasi kecekapan dan pengiraan pemasangan untuk menulenkan argon daripada oksigen menggunakan penjerap zeolit ​​dan bukannya pemasangan untuk menulenkan argon melalui penghidrogenan pemangkin menggunakan hidrogen.

kerja kursus, ditambah 23/11/2013


Konsep dan ciri khusus pengeluaran automatik yang fleksibel, penilaian kelebihan utamanya. Pengelasan industri mengikut tahap fleksibiliti mereka. Asas robotisasi pengeluaran perindustrian. Ciri-ciri teknologi laser dan membran.

abstrak, ditambah 25/12/2010


Ciri-ciri umum pengeluaran besi dan keluli. Sifat fiziko-kimia bagi gas yang diperoleh dan digunakan. Beberapa fenomena fizikal apabila menggunakan gas industri dan wap di Loji Metalurgi Chelyabinsk. Fizik dalam sektor gas.

abstrak, ditambah 01/13/2011


Skop gas teknikal. Projek untuk mengautomasikan proses pengasingan udara kepada nitrogen dan oksigen di Loji Elektro-Kimia. Justifikasi gambar rajah struktur automasi. Pengiraan lampu elektrik bengkel dan jumlah beban lampu.

tesis, ditambah 16/12/2013


Kaedah untuk menulenkan gas industri daripada hidrogen sulfida: skim dan peralatan teknologi, kelebihan dan kekurangan. Permukaan dan filem, dibungkus, menggelegak, penyembur penyembur. Skim teknologi untuk menulenkan gas ketuhar kok daripada hidrogen sulfida.

kerja kursus, ditambah 01/11/2011


Fungsi utama yang dilakukan oleh batu relau letupan. Kadar tindak balas pembakaran bahan api, resapan molekul oksigen ke dalam lapisan sempadan. Jumlah karbon monoksida yang dihasilkan, suhu dan kepekatan oksigen dalam fasa gas. Zon pengoksidaan relau.

ujian, ditambah 09/11/2013


Ciri-ciri umum kedai peleburan keluli di OAO Severstal. Pengenalan kepada projek untuk memodenkan platform mesin bekalan oksigen kepada penukar No. 3. Analisis peringkat pengiraan aci pemacu dan unit pam. Ciri-ciri reka bentuk pemotong hob.

Udara adalah sumber oksigen yang tidak habis-habis. Untuk mendapatkan oksigen daripadanya, gas ini mesti diasingkan daripada nitrogen dan gas lain. Kaedah perindustrian untuk menghasilkan oksigen adalah berdasarkan idea ini. Ia dilaksanakan menggunakan peralatan khas yang agak menyusahkan. Pertama, udara disejukkan dengan baik sehingga ia berubah menjadi cecair. Kemudian suhu udara cecair meningkat secara beransur-ansur. Gas nitrogen mula dibebaskan daripadanya terlebih dahulu (takat didih nitrogen cecair ialah -196 ° C), dan cecair diperkaya dengan oksigen.

Mendapatkan oksigen di makmal. Kaedah makmal untuk menghasilkan oksigen adalah berdasarkan tindak balas kimia.

J. Priestley memperoleh gas ini daripada sebatian yang dipanggil merkuri(II) oksida. Saintis itu menggunakan kanta kaca yang mana dia memfokuskan cahaya matahari pada bahan tersebut.

Dalam versi moden, eksperimen ini digambarkan dalam Rajah 54. Apabila dipanaskan, merkuri (||) oksida (serbuk kuning) bertukar menjadi merkuri dan oksigen. Merkuri dibebaskan dalam keadaan gas dan terpeluwap pada dinding tabung uji dalam bentuk titisan keperakan. Oksigen dikumpulkan di atas air dalam tabung uji kedua.

Kaedah Priestley tidak lagi digunakan kerana wap merkuri adalah toksik. Oksigen dihasilkan menggunakan tindak balas lain yang serupa dengan yang dibincangkan. Mereka biasanya berlaku apabila dipanaskan.

Tindak balas di mana beberapa yang lain terbentuk daripada satu bahan dipanggil tindak balas penguraian.

Untuk mendapatkan oksigen di makmal, sebatian yang mengandungi oksigen berikut digunakan:

Kalium permanganat KMnO4 (nama biasa kalium permanganat; bahannya ialah pembasmi kuman biasa)

Kalium klorat KClO3 (nama remeh - garam Berthollet, sebagai penghormatan kepada ahli kimia Perancis pada akhir abad ke-18 - awal abad ke-19 C.-L. Berthollet)

Sebilangan kecil mangkin - mangan (IV) oksida MnO2 - ditambah kepada kalium klorat supaya penguraian sebatian berlaku dengan pembebasan oksigen1.

Struktur molekul kalkogen hidrida H2E boleh dianalisis menggunakan kaedah orbital molekul (MO). Sebagai contoh, pertimbangkan gambar rajah orbital molekul bagi molekul air (Rajah 3)

Untuk pembinaan (Untuk butiran lanjut, lihat G. Gray "Electrons and Chemical Bonding", M., rumah penerbitan "Mir", 1967, ms. 155-62 dan G. L. Miessier, D. A. Tarr, "Inorganic Chemistry", Prantice Hall Int. Inc., 1991, p.153-57) rajah MO bagi molekul H2O, kita akan menggabungkan asal koordinat dengan atom oksigen, dan meletakkan atom hidrogen dalam satah xz (Rajah 3). Pertindihan 2s- dan 2p-AO oksigen dengan 1s-AO hidrogen ditunjukkan dalam Rajah 4. AO hidrogen dan oksigen, yang mempunyai simetri dan tenaga yang sama, mengambil bahagian dalam pembentukan MO. Walau bagaimanapun, sumbangan AO kepada pembentukan MO adalah berbeza, yang ditunjukkan dalam nilai pekali yang berbeza dalam kombinasi linear AO yang sepadan. Interaksi (tindih) 1s-AO hidrogen dan 2s- dan 2pz-AO oksigen membawa kepada pembentukan 2a1-ikatan dan 4a1-antibonding MOs.

SIFAT-SIFAT OKSIGEN DAN KAEDAH MENDAPATNYA

Oksigen O2 adalah unsur yang paling banyak di bumi. Ia ditemui dalam kuantiti yang banyak dalam bentuk sebatian kimia dengan pelbagai bahan dalam kerak bumi (sehingga 50% berat), dalam kombinasi dengan hidrogen dalam air (kira-kira 86% berat) dan dalam keadaan bebas dalam udara atmosfera dalam campuran terutamanya dengan nitrogen dalam jumlah 20.93% vol. (23.15% berat).

Oksigen sangat penting dalam ekonomi negara. Ia digunakan secara meluas dalam metalurgi; industri kimia; untuk pemprosesan gas-api logam, penggerudian api batu keras, pengegasan bawah tanah arang batu; dalam bidang perubatan dan pelbagai alat pernafasan, contohnya untuk penerbangan altitud tinggi, dan di kawasan lain.

Dalam keadaan biasa, oksigen ialah gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa yang tidak mudah terbakar, tetapi menyokong pembakaran secara aktif. Pada suhu yang sangat rendah, oksigen bertukar menjadi cecair dan juga pepejal.

Pemalar fizikal oksigen yang paling penting adalah seperti berikut:

Oksigen sangat aktif secara kimia dan membentuk sebatian dengan semua unsur kimia kecuali gas nadir. Tindak balas oksigen dengan bahan organik mempunyai ciri eksotermik yang jelas. Oleh itu, apabila oksigen termampat berinteraksi dengan bahan mudah terbakar berlemak atau terpencar halus, pengoksidaan segera mereka berlaku dan haba yang dijana menyumbang kepada pembakaran spontan bahan-bahan ini, yang boleh menyebabkan kebakaran atau letupan. Harta ini mesti diambil kira terutamanya apabila mengendalikan peralatan oksigen.

Salah satu sifat penting oksigen ialah keupayaannya untuk membentuk campuran letupan dengan gas mudah terbakar dan wap mudah terbakar cecair dalam julat yang luas, yang juga boleh menyebabkan letupan dengan kehadiran nyalaan terbuka atau percikan api. Campuran udara dengan gas atau bahan api wap juga boleh meletup.

Oksigen boleh diperolehi: 1) dengan kaedah kimia; 2) elektrolisis air; 3) secara fizikal dari udara.

Kaedah kimia yang melibatkan penghasilan oksigen daripada pelbagai bahan adalah tidak berkesan dan pada masa ini hanya mempunyai kepentingan makmal.

Elektrolisis air, iaitu penguraiannya kepada komponennya - hidrogen dan oksigen, dijalankan dalam peranti yang dipanggil elektrolisis. Arus terus dialirkan melalui air, yang mana soda kaustik NaOH ditambah untuk meningkatkan kekonduksian elektrik; oksigen terkumpul di anod dan hidrogen di katod. Kelemahan kaedah ini ialah penggunaan elektrik yang tinggi: 12-15 kW digunakan setiap 1 m 3 0 2 (selain itu, 2 m 3 N 2 diperolehi). h. Kaedah ini adalah rasional dengan adanya tenaga elektrik yang murah, serta dalam pengeluaran hidrogen elektrolitik, apabila oksigen adalah bahan buangan.

Kaedah fizikal adalah untuk memisahkan udara ke dalam komponennya menggunakan penyejukan dalam. Kaedah ini memungkinkan untuk mendapatkan oksigen dalam kuantiti yang hampir tidak terhad dan merupakan kepentingan industri yang utama. Penggunaan elektrik setiap 1 m 3 O 2 ialah 0.4-1.6 kW. h, bergantung pada jenis pemasangan.

MENDAPATKAN OKSIGEN DARIPADA UDARA

Udara atmosfera terutamanya campuran mekanikal tiga gas dengan kandungan isipadu berikut: nitrogen - 78.09%, oksigen - 20.93%, argon - 0.93%. Di samping itu, ia mengandungi kira-kira 0.03% karbon dioksida dan sejumlah kecil gas nadir, hidrogen, nitrous oksida, dll.

Tugas utama dalam mendapatkan oksigen daripada udara adalah untuk memisahkan udara kepada oksigen dan nitrogen. Di sepanjang jalan, argon dipisahkan, penggunaannya dalam kaedah kimpalan khas sentiasa meningkat, serta gas nadir, yang memainkan peranan penting dalam beberapa industri. Nitrogen mempunyai beberapa kegunaan dalam kimpalan sebagai gas pelindung, dalam perubatan dan bidang lain.

Intipati kaedah ini adalah penyejukan udara yang mendalam, mengubahnya menjadi keadaan cair, yang pada tekanan atmosfera normal boleh dicapai dalam julat suhu dari -191.8 ° C (permulaan pencairan) hingga -193.7 ° C (akhir pencairan. ).

Pengasingan cecair kepada oksigen dan nitrogen dilakukan dengan menggunakan perbezaan suhu didihnya, iaitu: T bp. o2 = -182.97° C; Suhu mendidih N2 = -195.8° C (pada 760 mm Hg).

Dengan penyejatan beransur-ansur cecair, nitrogen, yang mempunyai takat didih yang lebih rendah, akan mula-mula masuk ke dalam fasa gas, dan apabila ia dibebaskan, cecair akan diperkaya dengan oksigen. Mengulangi proses ini berkali-kali memungkinkan untuk mendapatkan oksigen dan nitrogen ketulenan yang diperlukan. Kaedah mengasingkan cecair ke dalam bahagian komponennya dipanggil pembetulan.

Untuk menghasilkan oksigen dari udara, terdapat perusahaan khusus yang dilengkapi dengan unit berprestasi tinggi. Di samping itu, perusahaan kerja logam yang besar mempunyai stesen oksigen mereka sendiri.

Suhu rendah yang diperlukan untuk mencairkan udara diperoleh menggunakan kitaran penyejukan yang dipanggil. Kitaran penyejukan utama yang digunakan dalam pemasangan moden dibincangkan secara ringkas di bawah.

Kitaran penyejukan dengan pendikitan udara adalah berdasarkan kesan Joule-Thomson, iaitu penurunan mendadak dalam suhu gas semasa pengembangan bebasnya. Rajah kitaran ditunjukkan dalam Rajah. 2.

Udara dimampatkan dalam pemampat berbilang peringkat 1 hingga 200 kgf/cm2 dan kemudian melalui peti sejuk 2 dengan air yang mengalir. Penyejukan udara yang mendalam berlaku dalam penukar haba 3 oleh aliran balik gas sejuk dari pengumpul cecair (pencair) 4 Hasil daripada pengembangan udara dalam injap pendikit 5, ia juga disejukkan dan sebahagiannya cair.

Tekanan dalam pengumpul 4 dikawal dalam 1-2 kgf/cm 2 . Cecair dialirkan secara berkala daripada pengumpulan ke dalam bekas khas melalui injap 6. Bahagian udara yang tidak cair dilepaskan melalui penukar haba, menyejukkan bahagian baru udara masuk.

Penyejukan udara kepada suhu pencairan berlaku secara beransur-ansur; Apabila pemasangan dihidupkan, terdapat tempoh permulaan di mana tiada pencairan udara diperhatikan, tetapi hanya penyejukan pemasangan berlaku. Tempoh ini mengambil masa beberapa jam.

Kelebihan kitaran adalah kesederhanaannya, tetapi kelemahannya ialah penggunaan kuasa yang agak tinggi - sehingga 4.1 kW. h setiap 1 kg udara cecair pada tekanan pemampat 200 kgf/cm 2; pada tekanan yang lebih rendah, penggunaan tenaga khusus meningkat dengan mendadak. Kitaran ini digunakan dalam pemasangan berkapasiti rendah dan sederhana untuk menghasilkan gas oksigen.

Kitaran dengan pendikitan dan pra-penyejukan udara dengan ammonia agak lebih kompleks.

Kitaran penyejukan tekanan sederhana dengan pengembangan dalam pengembang adalah berdasarkan penurunan suhu gas semasa pengembangan dengan pengembalian kerja luaran. Di samping itu, kesan Joule-Thomson juga digunakan. Rajah kitaran ditunjukkan dalam Rajah. 3.

Udara dimampatkan dalam pemampat 1 hingga 20-40 kgf/cm 2, melalui peti sejuk 2 dan kemudian melalui penukar haba 3 dan 4. Selepas penukar haba 3, kebanyakan udara (70-80%) dihantar ke pengembangan omboh pengembang mesin 6, dan bahagian udara yang lebih kecil (20-30%) pergi untuk pengembangan percuma ke injap pendikit 5 dan kemudian ke dalam koleksi 7, yang mempunyai injap 8 untuk mengalirkan cecair. Dalam pengembang 6

udara, yang telah disejukkan dalam penukar haba pertama, berfungsi - ia menolak omboh mesin, tekanannya turun kepada 1 kgf/cm 2, yang menyebabkan suhu turun dengan mendadak. Dari pengembang, udara sejuk, yang mempunyai suhu kira-kira -100 ° C, dilepaskan ke luar melalui penukar haba 4 dan 3, menyejukkan udara masuk. Oleh itu, pengembang menyediakan penyejukan pemasangan yang sangat berkesan pada tekanan yang agak rendah dalam pemampat. Kerja pengembang digunakan dengan berguna dan ini sebahagiannya mengimbangi tenaga yang dibelanjakan untuk pemampatan udara dalam pemampat.

Kelebihan kitaran ialah: tekanan mampatan yang agak rendah, yang memudahkan reka bentuk pemampat, dan peningkatan kapasiti penyejukan (terima kasih kepada pengembang), yang memastikan operasi pemasangan yang stabil apabila oksigen diambil dalam bentuk cecair.

Kitaran penyejukan tekanan rendah dengan pengembangan dalam pengembang turbo, dibangunkan oleh Acad. P. L. Kapitsa, adalah berdasarkan penggunaan udara tekanan rendah dengan penghasilan sejuk hanya melalui pengembangan udara ini dalam turbin udara (turboexpander) dengan penghasilan kerja luaran. Rajah kitaran ditunjukkan dalam Rajah. 4.

Udara dimampatkan oleh pemampat turbo 1 hingga 6-7 kgf/cm2, disejukkan dengan air dalam peti sejuk 2 dan dibekalkan kepada penjana semula 3 (penukar haba), di mana ia disejukkan oleh aliran balik udara sejuk. Sehingga 95% daripada udara selepas penjana semula dihantar ke turboexpander 4, mengembang kepada tekanan mutlak 1 kgf/cm 2 dengan kerja luar dilakukan dan disejukkan secara mendadak, selepas itu ia dibekalkan ke ruang paip pemeluwap 5 dan memekatkan baki udara termampat (5%), memasuki anulus. Dari pemeluwap 5, aliran udara utama diarahkan ke penjana semula dan menyejukkan udara masuk, dan udara cecair disalurkan melalui injap pendikit 6 ke dalam koleksi 7, dari mana ia disalirkan melalui injap 8. Rajah menunjukkan satu penjana semula , tetapi sebenarnya terdapat beberapa daripadanya dan ia dihidupkan satu demi satu.

Kelebihan kitaran tekanan rendah dengan pengembang turbo ialah: kecekapan mesin turbo yang lebih tinggi berbanding mesin jenis omboh, pemudahan skim teknologi, peningkatan kebolehpercayaan dan keselamatan letupan pemasangan. Kitaran ini digunakan dalam pemasangan berkapasiti tinggi.

Pemisahan udara cecair ke dalam komponen dijalankan melalui proses pembetulan, intipatinya ialah campuran wap nitrogen dan oksigen yang terbentuk semasa penyejatan udara cecair dilalui melalui cecair dengan kandungan oksigen yang lebih rendah. Oleh kerana terdapat kurang oksigen dalam cecair dan lebih banyak nitrogen, ia mempunyai suhu yang lebih rendah daripada stim yang melaluinya, dan ini menyebabkan pemeluwapan oksigen daripada stim dan pengayaan cecair dengan penyejatan serentak nitrogen daripada cecair, iaitu, pengayaan wap di atas cecair .

Idea tentang intipati proses pembetulan boleh diberikan oleh angka yang ditunjukkan dalam Rajah. 5 ialah gambar rajah dipermudahkan proses penyejatan berulang dan pemeluwapan udara cecair.

Kami menganggap bahawa udara hanya terdiri daripada nitrogen dan oksigen. Bayangkan terdapat beberapa vesel (I-V) yang bersambung antara satu sama lain; Terima kasih kepada susunan berperingkat kapal, cecair akan mengalir ke bawah dan pada masa yang sama secara beransur-ansur menjadi diperkaya dengan oksigen, dan suhunya akan meningkat.

Mari kita anggap bahawa dalam vesel II terdapat cecair yang mengandungi 30% 0 2, dalam vesel III - 40%, dalam vesel IV - 50% dan dalam vesel V - 60% oksigen.

Untuk menentukan kandungan oksigen dalam fasa wap, kita akan menggunakan graf khas - Rajah. 6, lengkung yang menunjukkan kandungan oksigen dalam cecair dan wap pada pelbagai tekanan.

Mari mulakan penyejatan cecair dalam bekas V pada tekanan mutlak 1 kgf/cm2. Seperti yang dapat dilihat dari Rajah. 6, di atas cecair dalam bekas ini, yang terdiri daripada 60% 0 2 dan 40% N 2, mungkin terdapat komposisi wap keseimbangan yang mengandungi 26.5% 0 2 dan 73.5% N 2, mempunyai suhu yang sama dengan cecair . Kami menyuapkan wap ini ke dalam bekas IV, di mana cecair mengandungi hanya 50% 0 2 dan 50% N 2 dan oleh itu akan menjadi lebih sejuk. Daripada Rajah. 6 menunjukkan bahawa wap di atas cecair ini boleh mengandungi hanya 19% 0 2 dan 81% N 2, dan hanya dalam kes ini suhunya akan sama dengan suhu cecair di dalam bekas ini.

Akibatnya, stim yang dibekalkan ke vesel IV dari vesel V, yang mengandungi 26.5% O 2, mempunyai suhu yang lebih tinggi daripada cecair dalam vesel IV; oleh itu, oksigen wap terpeluwap dalam cecair vesel IV, dan sebahagian daripada nitrogen daripadanya akan tersejat. Akibatnya, cecair dalam vesel IV akan diperkaya dengan oksigen, dan wap di atasnya akan diperkaya dengan nitrogen.

Proses yang sama akan berlaku dalam vesel lain dan, oleh itu, apabila mengalir dari vesel atas ke bahagian bawah, cecair diperkaya dengan oksigen, memeluwapkannya daripada wap yang meningkat dan memberikan nitrogennya.

Meneruskan proses ke atas, anda boleh mendapatkan wap yang terdiri daripada nitrogen hampir tulen, dan di bahagian bawah - oksigen cecair tulen. Pada hakikatnya, proses pembetulan yang berlaku dalam lajur penyulingan tumbuhan oksigen adalah jauh lebih rumit daripada yang diterangkan, tetapi kandungan asasnya adalah sama.

Tanpa mengira skema teknologi pemasangan dan jenis kitaran penyejukan, proses menghasilkan oksigen dari udara termasuk peringkat berikut:

1) membersihkan udara daripada habuk, wap air dan karbon dioksida. Pengikatan CO 2 dicapai dengan menghantar udara melalui larutan NaOH berair;

2) pemampatan udara dalam pemampat diikuti dengan penyejukan dalam peti sejuk;

3) penyejukan udara termampat dalam penukar haba;

4) pengembangan udara termampat dalam injap pendikit atau pengembang untuk menyejukkan dan mencairkannya;

5) pencairan dan pembetulan udara untuk menghasilkan oksigen dan nitrogen;

6) mengalirkan oksigen cecair ke dalam tangki pegun dan mengeluarkan oksigen gas ke dalam tangki gas;

7) kawalan kualiti oksigen yang dihasilkan;

8) mengisi tangki pengangkutan dengan oksigen cecair dan mengisi silinder dengan oksigen gas.

Kualiti oksigen gas dan cecair dikawal oleh GOST yang berkaitan.

Menurut GOST 5583-58, oksigen teknikal gas dihasilkan dalam tiga gred: tertinggi - dengan kandungan tidak kurang daripada 99.5% O 2, pertama - tidak kurang daripada 99.2% O 2 dan ke-2 - tidak kurang daripada 98.5% O 2 , selebihnya ialah argon dan nitrogen (0.5-1.5%). Kandungan lembapan tidak boleh melebihi 0.07 g/f 3 . Oksigen yang diperoleh melalui elektrolisis air tidak boleh mengandungi lebih daripada 0.7% hidrogen mengikut isipadu.

Menurut GOST 6331-52, oksigen cecair dihasilkan dalam dua gred: gred A dengan kandungan sekurang-kurangnya 99.2% O 2 dan gred B dengan kandungan sekurang-kurangnya 98.5% O 2 . Kandungan asetilena dalam oksigen cecair tidak boleh melebihi 0.3 cm 3 / l.

Oksigen proses yang digunakan untuk mempergiatkan pelbagai proses di industri metalurgi, kimia dan lain-lain mengandungi 90-98% O 2 .

Kawalan kualiti oksigen gas dan juga cecair dijalankan secara langsung semasa proses pengeluaran menggunakan instrumen khas.

Pentadbiran Penilaian keseluruhan artikel: Diterbitkan: 2012.06.01

Pelajaran ini ditumpukan kepada kajian kaedah moden menghasilkan oksigen. Anda akan belajar dengan kaedah apa dan dari bahan apa oksigen diperoleh di makmal dan industri.

Topik: Bahan dan perubahannya

Pelajaran:Mendapatkan oksigen

Untuk tujuan industri, oksigen mesti diperolehi dalam jumlah yang besar dan dengan cara yang paling murah. Kaedah menghasilkan oksigen ini dicadangkan oleh pemenang Hadiah Nobel Pyotr Leonidovich Kapitsa. Dia mencipta alat untuk mencairkan udara. Seperti yang anda ketahui, udara mengandungi kira-kira 21% oksigen mengikut isipadu. Oksigen boleh diasingkan daripada udara cecair melalui penyulingan, kerana Semua bahan yang membentuk udara mempunyai takat didih yang berbeza. Takat didih oksigen ialah -183°C, dan nitrogen ialah -196°C. Ini bermakna apabila menyuling udara cecair, nitrogen akan mendidih dan menyejat terlebih dahulu, diikuti dengan oksigen.

Di makmal, oksigen tidak diperlukan dalam kuantiti yang banyak seperti dalam industri. Ia biasanya dihantar dalam silinder keluli biru di mana ia bertekanan. Dalam sesetengah kes, masih perlu mendapatkan oksigen secara kimia. Untuk tujuan ini, tindak balas penguraian digunakan.

EKSPERIMEN 1. Tuangkan larutan hidrogen peroksida ke dalam cawan Petri. Pada suhu bilik, hidrogen peroksida terurai dengan perlahan (kita tidak melihat tanda-tanda tindak balas), tetapi proses ini boleh dipercepatkan dengan menambahkan beberapa butir mangan(IV) oksida kepada larutan. Gelembung gas serta-merta mula muncul di sekeliling butiran oksida hitam. Ini adalah oksigen. Tidak kira berapa lama tindak balas berlaku, butiran mangan(IV) oksida tidak larut dalam larutan. Iaitu, mangan(IV) oksida mengambil bahagian dalam tindak balas, mempercepatkannya, tetapi tidak dimakan di dalamnya.

Bahan yang mempercepatkan tindak balas tetapi tidak digunakan dalam tindak balas dipanggil pemangkin.

Tindak balas yang dipercepatkan oleh mangkin dipanggil pemangkin.

Pecutan tindak balas oleh mangkin dipanggil pemangkinan.

Oleh itu, mangan (IV) oksida berfungsi sebagai pemangkin dalam tindak balas penguraian hidrogen peroksida. Dalam persamaan tindak balas, formula mangkin ditulis di atas tanda sama. Mari kita tuliskan persamaan tindak balas. Apabila hidrogen peroksida terurai, oksigen dibebaskan dan air terbentuk. Pembebasan oksigen daripada larutan ditunjukkan oleh anak panah yang mengarah ke atas:

2. Pengumpulan sumber pendidikan digital bersatu ().

3. Versi elektronik jurnal "Kimia dan Kehidupan" ().

Kerja rumah

Dengan. 66-67 Bil. 2 – 5 daripada Buku Kerja Kimia: Darjah 8: kepada buku teks oleh P.A. Orzhekovsky dan lain-lain "Kimia. darjah 8” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovsky; bawah. ed. prof. P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.

Oksigen muncul di atmosfera bumi dengan kemunculan tumbuhan hijau dan bakteria fotosintesis. Terima kasih kepada oksigen, organisma aerobik menjalankan pernafasan atau pengoksidaan. Adalah penting untuk mendapatkan oksigen dalam industri - ia digunakan dalam metalurgi, perubatan, penerbangan, ekonomi negara dan industri lain.

Hartanah

Oksigen ialah unsur kelapan dalam jadual berkala. Ia adalah gas yang menyokong pembakaran dan mengoksidakan bahan.

nasi. 1. Oksigen dalam jadual berkala.

Oksigen ditemui secara rasmi pada tahun 1774. Ahli kimia Inggeris Joseph Priestley mengasingkan unsur daripada merkuri oksida:

2HgO → 2Hg + O 2 .

Walau bagaimanapun, Priestley tidak tahu bahawa oksigen adalah sebahagian daripada udara. Sifat dan kehadiran oksigen di atmosfera kemudiannya ditentukan oleh rakan sekerja Priestley, ahli kimia Perancis Antoine Lavoisier.

Ciri-ciri umum oksigen:

• gas tidak berwarna;
• tidak mempunyai bau atau rasa;
• lebih berat daripada udara;
• molekul terdiri daripada dua atom oksigen (O 2);
• dalam keadaan cair ia mempunyai warna biru pucat;
• kurang larut dalam air;
• adalah agen pengoksidaan yang kuat.

nasi. 2. Oksigen cecair.

Kehadiran oksigen boleh diperiksa dengan mudah dengan menurunkan serpihan yang membara ke dalam bekas yang mengandungi gas. Dengan kehadiran oksigen, obor itu terbakar.

Bagaimana anda mendapatkannya?

Terdapat beberapa kaedah yang diketahui untuk menghasilkan oksigen daripada pelbagai sebatian dalam keadaan industri dan makmal. Dalam industri, oksigen diperoleh daripada udara dengan mencairkannya di bawah tekanan dan pada suhu -183°C. Udara cecair tertakluk kepada penyejatan, i.e. beransur panas. Pada -196°C, nitrogen mula menyejat, dan oksigen kekal cair.

Di dalam makmal, oksigen terbentuk daripada garam, hidrogen peroksida dan hasil daripada elektrolisis. Penguraian garam berlaku apabila dipanaskan. Contohnya, garam kalium klorat atau bertholit dipanaskan hingga 500°C, dan kalium permanganat atau kalium permanganat dipanaskan hingga 240°C:

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

nasi. 3. Memanaskan garam Berthollet.

Anda juga boleh mendapatkan oksigen dengan memanaskan nitrat atau kalium nitrat:

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .

Apabila mereput hidrogen peroksida, mangan (IV) oksida - MnO 2, karbon atau serbuk besi digunakan sebagai pemangkin. Persamaan umum kelihatan seperti ini:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2.

Larutan natrium hidroksida mengalami elektrolisis. Akibatnya, air dan oksigen terbentuk:

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

Oksigen juga diasingkan daripada air menggunakan elektrolisis, menguraikannya menjadi hidrogen dan oksigen:

2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Pada kapal selam nuklear, oksigen diperoleh daripada natrium peroksida - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2. Kaedah ini menarik kerana karbon dioksida diserap bersama dengan pembebasan oksigen.

Bagaimana nak guna

Pengumpulan dan pengiktirafan adalah perlu untuk membebaskan oksigen tulen, yang digunakan dalam industri untuk mengoksidakan bahan, serta untuk mengekalkan pernafasan di angkasa, di bawah air, dan di dalam bilik berasap (oksigen diperlukan untuk anggota bomba). Dalam perubatan, silinder oksigen membantu pesakit yang mengalami kesukaran bernafas bernafas. Oksigen juga digunakan untuk merawat penyakit pernafasan.

Oksigen digunakan untuk membakar bahan api - arang batu, minyak, gas asli. Oksigen digunakan secara meluas dalam metalurgi dan kejuruteraan mekanikal, contohnya, untuk mencairkan, memotong dan mengimpal logam.

Penilaian purata: 4.9. Jumlah penilaian yang diterima: 220.