İyi çalışmanızı bilgi tabanına göndermek basittir. Aşağıdaki formu kullanın

Bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan öğrenciler, lisansüstü öğrenciler, genç bilim insanları size çok minnettar olacaklardır.

Yayınlanan http://www.allbest.ru//

Yayınlanan http://www.allbest.ru//

Rusya Federasyonu Eğitim ve Bilim Bakanlığı

MBOU "Vladivostok 1 Numaralı Spor Salonu"

oksijen turbo genişletici hava ayırma

"Sanayide oksijen üretimi"

Eseri icra eden: Kadysheva Eva

8. sınıf öğrencisi "B"

MBOU Spor Salonu No.1

Bilimsel danışman: Kovalenko N.S.

Vladivostok 2016

1. Giriş

Oksijen, atmosferik havanın, yer kabuğunun ve içme suyunun önemli bir kısmını oluşturmanın yanı sıra insan vücudunun yapısındaki en önemli kimyasal element olarak insan vücut ağırlığının %65'ini oluşturur. Bu gaz en yaygın kullanılan maddelerden biridir; kimyasal ve fiziksel özelliklerinden dolayı insan faaliyetinin hemen her alanında kullanılmaktadır.

OKSİJEN, atom numarası 8, atom kütlesi 16 olan kimyasal bir elementtir. Mendeleev'in periyodik element tablosunda oksijen, VIA grubunda ikinci periyotta yer alır. Serbest haliyle oksijen renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır.

Oksijen üretiminin geliştirilmesi ve birçok teknolojik sürecin yoğunlaştırıcısı olarak kullanılması, modern teknik ilerlemenin faktörlerinden biridir, çünkü bir dizi önemli endüstride işgücü verimliliğinin artmasına ve üretim büyümesinin sağlanmasına olanak tanır.

Hedef: Endüstriyel oksijen üretimine yönelik teknolojilerin araştırılması

Endüstride oksijen üretiminin tarihini inceleyin;

Her bir elde etme yönteminin avantajlarını ve dezavantajlarını belirleyin;

Oksijen uygulamalarını bulun

2.Tarihsel bilgi

Turbogenleştiriciler kullanılarak soğuğun üretildiği modern hava ayırma tesisleri, başta metalurji ve kimya olmak üzere endüstriye yüzbinlerce metreküp oksijen gazı sağlıyor. Sadece burada değil, dünyanın her yerinde çalışıyorlar.

P. L. Kapitsa tarafından oluşturulan turbo genişleticinin ilk prototipi küçüktü. Ve bu turbo genişletici, yeni bir yöntemle oksijen üretmeye yönelik ilk tesisin "kalbi" oldu.

1942'de saatte 200 kg'a kadar sıvı oksijen üreten benzer ama çok daha güçlü bir tesis inşa edildi. 1944 yılı sonunda eski tip tesise göre 6-7 kat daha fazla sıvı oksijen üreten, aynı zamanda 3-4 kat daha az yer kaplayan dünyanın en güçlü turbo-oksijen tesisi devreye alındı.

Tasarımı aynı zamanda bir turbo genişletici kullanan modern bir hava ayırma ünitesi BR-2, bir günlük çalışma sırasında SSCB'nin her sakinine üç litre gazlı oksijen sağlayabilir.

30 Nisan 1945'te Mikhail Ivanovich Kalinin, Akademisyen P.L.'yi ödüllendiren bir Kararname imzaladı. Kapitsa, "oksijen üretmek için yeni bir türbin yönteminin başarılı bir şekilde geliştirilmesi ve güçlü bir turbo-oksijen tesisinin oluşturulması nedeniyle" Sosyalist Emek Kahramanı unvanını aldı. Bu çalışmanın yapıldığı SSCB Bilimler Akademisi Fiziksel Sorunlar Enstitüsü'ne Kızıl Bayrak Çalışma Nişanı verildi.

3. Elde etme yöntemleri

3.1 Kriyojenik hava ayırma yöntemi

Atmosferik kuru hava, hacimce %21 oksijen ve %78 nitrojen, %0,9 argon ve diğer inert gazlar, karbondioksit, su buharı vb. içeren bir karışımdır. Teknik olarak saf atmosferik gazlar elde etmek için, hava derin soğutmaya tabi tutulur ve sıvılaştırılır ( atmosferik basınçta sıvı havanın kaynama sıcaklığı -194,5° C.)

İşlem şuna benzer: Çok kademeli bir kompresör tarafından emilen hava, önce tozdan arındırıldığı bir hava filtresinden geçer, hava sıkıştırması sırasında yoğunlaşan suyun ayrıldığı bir nem ayırıcıdan geçer ve su havayı soğutan ve sıkıştırma sırasında oluşan ısıyı ortadan kaldıran soğutucu. Havadaki karbondioksiti emmek için, sulu bir kostik soda çözeltisi ile doldurulmuş bir karbon giderici açılır. Düşük sıcaklıklarda su ve karbon dioksitin donması boru hatlarını tıkadığından ve çözülme ve temizleme için tesisatın durdurulması gerektiğinden, havadaki nemin ve karbondioksitin tamamen uzaklaştırılması önemlidir.

Basınçlı hava, kurutma bataryasından geçtikten sonra, keskin bir genleşmenin meydana geldiği genişleticiye girer ve buna göre soğutulur ve sıvılaştırılır. Elde edilen sıvı hava, damıtma kolonlarında fraksiyonel damıtma veya rektifikasyona tabi tutulur. Sıvı havanın kademeli olarak buharlaşmasıyla önce esas olarak nitrojen buharlaşır, geri kalan sıvı giderek oksijenle zenginleşir. Hava ayırma kolonlarının distilasyon tepsilerinde benzer bir işlem defalarca tekrarlanarak istenilen saflıkta sıvı oksijen, nitrojen ve argon elde edilir.

Kriyojenik hava ayırma yöntemi, en yüksek kalitede gazlar elde etmenizi sağlar -% 99,9'a kadar oksijen

3.2 Adsorpsiyonlu hava ayırma yöntemi

Kriyojenik hava ayrıştırma, tüm kalite parametreleriyle birlikte endüstriyel gazların üretiminde oldukça pahalı bir yöntemdir. Belirli bir gazın adsorbanlar tarafından seçici olarak emilmesine dayanan hava ayırmanın adsorpsiyon yöntemi, kriyojenik olmayan bir yöntemdir ve aşağıdaki avantajlardan dolayı yaygın olarak kullanılır:

adsorban seçimine bağlı olarak adsorbe edilen bileşenler için yüksek ayırma kapasitesi;

kriyojenik tesislere kıyasla hızlı başlatma ve durdurma;

Daha fazla kurulum esnekliği, yani. ihtiyaca bağlı olarak çalışma modunu, üretkenliği ve temizliği hızlı bir şekilde değiştirme yeteneği;

otomatik mod düzenlemesi;

uzaktan kumanda imkanı;

kriyojenik bloklara kıyasla düşük enerji maliyetleri;

basit donanım tasarımı;

düşük bakım maliyetleri;

kriyojenik teknolojilere kıyasla düşük kurulum maliyeti;

Adsorpsiyon yöntemi, düşük maliyetle mükemmel kalite parametreleri sağladığından nitrojen ve oksijen üretmek için kullanılır.

3.3 Membran hava ayırma yöntemi

Membran hava ayırma yöntemi, membranların seçici geçirgenliği prensibine dayanmaktadır. Kısmi basınçlarda bir farkla gazların bir polimer membrandan nüfuz etme oranlarındaki farktan oluşur. Membrana saflaştırılmış basınçlı hava verilir. Bu durumda "hızlı gazlar" membrandan düşük basınçlı bir bölgeye geçer ve membrandan çıkışta kolayca nüfuz eden bir bileşenle zenginleştirilir. Havanın geri kalan kısmı “yavaş gazlar” ile doyurulur ve cihazdan uzaklaştırılır.

Endüstriyel oksijen üretiminin membran yöntemi, düşük enerji maliyetleri ve işletme maliyetleri ile karakterize edilir. Ancak bu yöntem %45'e kadar düşük saflıkta oksijen elde etmenizi sağlar.

4.Oksijen kullanımı

İlk oksijen araştırmacıları atmosferinde nefes almanın daha kolay olduğunu fark ettiler. Bu hayat veren gazın tıpta ve hatta günlük yaşamda insan vücudunun hayati fonksiyonlarını iyileştirmenin bir yolu olarak yaygın şekilde kullanılacağını öngördüler.

Ancak daha derinlemesine bir çalışma, bir kişinin saf oksijenin uzun süre solunmasının hastalığa ve hatta ölüme neden olabileceği ortaya çıktı: insan vücudu, saf oksijenle hayata adapte edilmemiştir.

Şu anda, saf oksijen yalnızca bazı durumlarda solumak için kullanılmaktadır: örneğin, ciddi akciğer tüberkülozu hastalarına küçük porsiyonlarda oksijen solumaları önerilmektedir. Havacılar ve pilotlar yüksek irtifa uçuşları sırasında oksijen cihazlarını kullanırlar. Dağ kurtarma ekiplerinin üyeleri çoğu zaman oksijenden yoksun bir atmosferde çalışmaya zorlanıyor. Nefes almak için, aynı cihazda bulunan silindirlerden oksijen eklenerek nefes almak için gerekli hava bileşiminin sağlandığı bir cihaz kullanırlar.

Endüstriyel olarak üretilen oksijenin büyük kısmı şu anda çok yüksek bir sıcaklık elde etmek amacıyla çeşitli maddeleri yakmak için kullanılıyor.

Örneğin yanıcı asetilen gazı (C2H2) oksijenle karıştırılarak özel yakıcılarda yakılır. Bu ocağın alevi o kadar sıcak ki demiri eritiyor. Bu nedenle çelik ürünlerin kaynaklanması için oksijen-asetilen hamlacı kullanılır. Bu tür kaynağa otojen kaynak denir.

Patlayıcı karışımların hazırlanmasında sıvı oksijen kullanılır. Özel kartuşlar ezilmiş odun (odun unu) veya diğer ezilmiş yanıcı maddelerle doldurulur ve bu yanıcı kütle sıvı oksijenle nemlendirilir. Böyle bir karışım ateşlendiğinde, çok hızlı bir şekilde yanma meydana gelir ve çok yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılan büyük miktarda gaz üretilir. Bu gazların basıncı kayaları patlatabilir veya büyük miktarda toprağı dışarı atabilir. Bu patlayıcı karışım kanal yapımında, tünel kazarken vb. kullanılır.

Son zamanlarda demir ve çeliğin eritilmesi sırasında fırınlarda sıcaklığın arttırılması için havaya oksijen eklenmiştir. Bu, çelik üretimini hızlandırır ve kalitesini artırır.

Çözüm

Araştırma çalışması sırasında hedefe ve verilen görevlere ulaşıldı.

İnsan faaliyetinin çeşitli alanlarında ortaya çıkmaya başlayan ihtiyaçlar, kimya bilimcilerinin saf oksijen üretmenin yeni, daha üretken ve daha az maliyetli yollarını bulmaları konusunda zorluklar yarattı.

Ülkemizde oksijen üretimine yönelik her yıl yeni istasyon ve atölyeler devreye alınmakta, mevcut olanlar ise genişletilmektedir.

Atmosfer havası, endüstriyel oksijen üretimi için tükenmez bir hammadde kaynağıdır. Aynı zamanda oksijen ile eş zamanlı olarak nitrojen ve asetilen de üretilmekte ve bu da ekonomik ayırma prosesine olumlu etki yapmaktadır.

Allbest.ru'da yayınlandı

Benzer belgeler

PKO Saratovorgsintez LLC'nin nitrojen ve oksijen üretim atölyesi. Üretilen ürünlerin özellikleri. Hava ayırma ünitesinin teknolojik diyagramı. Çalışanı iş sırasında etkileyen tehlikeli ve zararlı üretim faktörlerinin özellikleri.

uygulama raporu, 09/13/2015 eklendi


Bir çelik eritme atölyesindeki ekipmanın bileşiminin incelenmesi. Oksijen besleme makinesinin amacı, tasarımı ve çalışma prensibi. Teknik modernizasyonun bir parçası olarak oksijen besleme makinesinin platformunu ve tahrik milini kaldırmak için hidrolik tahrikin yapısal hesaplaması.

tez, 20.03.2017 eklendi


Derin soğutma yöntemi kullanılarak havanın ayrıştırılması. Tesisatın termal ve malzeme dengesinin hazırlanması. Hava ayırma tesisinin ayrı parçalarının termal dengesi. Düzeltme sürecinin hesaplanması, enerji maliyetleri. Kondenser-evaporatörün hesaplanması.

kurs çalışması, eklendi 03/04/2013


Argonu oksijenden arındırmak için mevcut tasarımların gözden geçirilmesi. Hidrojen kullanılarak katalitik hidrojenasyon yoluyla argonun saflaştırılmasına yönelik bir tesis yerine, argonun bir zeolit ​​adsorberi kullanılarak oksijenden arındırılmasına yönelik bir tesisin verimliliğinin gerekçelendirilmesi ve hesaplanması.

kurs çalışması, 23.11.2013 eklendi


Esnek otomatik üretimin kavramı ve spesifik özellikleri, ana avantajlarının değerlendirilmesi. Endüstrilerin esneklik derecelerine göre sınıflandırılması. Endüstriyel üretimde robotizasyonun temelleri. Lazer ve membran teknolojisinin özellikleri.

özet, 25.12.2010 eklendi


Demir-çelik üretiminin genel özellikleri. Elde edilen ve kullanılan gazların fiziko-kimyasal özellikleri. Çelyabinsk Metalurji Fabrikasında endüstriyel gazlar ve buhar kullanıldığında bazı fiziksel olaylar. Gaz sektöründe fizik.

özet, eklendi: 01/13/2011


Teknik gazların kapsamı. Elektro-Kimya Tesisi'nde havanın nitrojen ve oksijene ayrıştırılması işleminin otomatize edilmesi projesi. Otomasyon yapısal diyagramının gerekçesi. Atölyenin elektrik aydınlatmasının ve toplam aydınlatma yükünün hesaplanması.

tez, 12/16/2013 eklendi


Endüstriyel gazları hidrojen sülfürden arındırma yöntemleri: teknolojik şemalar ve ekipmanlar, avantajlar ve dezavantajlar. Yüzey ve film, paketlenmiş, kabarcıklı, püskürtmeli emiciler. Kok fırını gazını hidrojen sülfürden arındırmak için teknolojik şema.

kurs çalışması, eklendi 01/11/2011


Yüksek fırın kayasının gerçekleştirdiği ana işlevler. Yakıt yanma reaksiyon hızı, oksijen moleküllerinin sınır tabakasına difüzyonu. Gaz fazında üretilen karbon monoksit miktarı, sıcaklık ve oksijen konsantrasyonu. Fırının oksidasyon bölgeleri.

test, 09/11/2013 eklendi


OAO Severstal'daki çelik izabehanesinin genel özellikleri. Oksijen besleme makinesinin platformunu 3 numaralı dönüştürücüye modernize etme projesine giriş. Tahrik mili ve pompalama ünitelerinin hesaplanması aşamalarının analizi. Ocak kesici tasarımının özellikleri.

Hava tükenmez bir oksijen kaynağıdır. Oksijen elde etmek için bu gazın nitrojen ve diğer gazlardan ayrılması gerekir. Oksijen üretmenin endüstriyel yöntemi bu fikre dayanmaktadır. Özel, oldukça hantal ekipman kullanılarak uygulanır. İlk olarak hava, sıvı hale gelinceye kadar büyük ölçüde soğutulur. Daha sonra sıvılaştırılmış havanın sıcaklığı kademeli olarak artırılır. Önce nitrojen gazı salınmaya başlar (sıvı nitrojenin kaynama noktası -196 °C'dir) ve sıvı oksijenle zenginleşir.

Laboratuvarda oksijen alma. Oksijen üretmeye yönelik laboratuvar yöntemleri kimyasal reaksiyonlara dayanmaktadır.

J. Priestley bu gazı cıva(II) oksit adı verilen bir bileşikten elde etti. Bilim adamı, güneş ışığını maddeye odaklamak için bir cam mercek kullandı.

Bu deneyin modern versiyonu Şekil 54'te gösterilmektedir. Isıtıldığında cıva (||) oksit (sarı toz) cıva ve oksijene dönüşür. Cıva gaz halinde salınır ve test tüpünün duvarlarında gümüşi damlalar şeklinde yoğunlaşır. Oksijen ikinci test tüpünde suyun üstünde toplanır.

Cıva buharı zehirli olduğundan Priestley yöntemi artık kullanılmamaktadır. Oksijen, tartışılana benzer diğer reaksiyonlar kullanılarak üretilir. Genellikle ısıtıldığında ortaya çıkarlar.

Bir maddeden birkaç maddenin daha oluştuğu reaksiyonlara ayrışma reaksiyonları denir.

Laboratuvarda oksijen elde etmek için aşağıdaki oksijen içeren bileşikler kullanılır:

Potasyum permanganat KMnO4 (potasyum permanganatın yaygın adı; madde yaygın bir dezenfektandır)

Potasyum klorat KClO3 (önemsiz isim - Berthollet tuzu, 18. yüzyılın sonları - 19. yüzyılın başlarındaki Fransız kimyager C.-L. Berthollet'in onuruna)

Potasyum klorata az miktarda katalizör - manganez (IV) oksit MnO2 - eklenir, böylece bileşiğin ayrışması oksijenin salınmasıyla gerçekleşir1.

Kalkojen hidrit H2E moleküllerinin yapısı moleküler yörünge (MO) yöntemi kullanılarak analiz edilebilir. Örnek olarak, bir su molekülünün moleküler yörüngelerinin diyagramını düşünün (Şekil 3)

Yapım için (Daha fazla ayrıntı için bkz. G. Gray "Elektronlar ve Kimyasal Bağlar", M., yayınevi "Mir", 1967, s. 155-62 ve G. L. Miessier, D. A. Tarr, "İnorganik Kimya", Prantice Hall Int. Inc., 1991, s.153-57) H2O molekülünün MO diyagramını kullanarak, koordinatların kökenini oksijen atomu ile birleştireceğiz ve hidrojen atomlarını xz düzlemine yerleştireceğiz (Şekil 3). 2s- ve 2p-AO oksijenin 1s-AO hidrojen ile örtüşmesi Şekil 4'te gösterilmektedir. MO'ların oluşumunda aynı simetriye ve benzer enerjilere sahip olan hidrojen ve oksijenin AO'ları rol alır. Bununla birlikte, AO'nun MO oluşumuna katkısı farklıdır ve bu, AO'nun karşılık gelen doğrusal kombinasyonlarındaki katsayıların farklı değerlerine yansır. 1s-AO hidrojen ile 2s- ve 2pz-AO oksijenin etkileşimi (örtüşmesi), 2a1-bağlayıcı ve 4a1-antibağlayıcı MO'ların oluşumuna yol açar.

OKSİJENİN ÖZELLİKLERİ VE ELDE EDİLME YÖNTEMLERİ

Oksijen O2 yeryüzünde en çok bulunan elementtir. Yerkabuğunda çeşitli maddeler içeren kimyasal bileşikler halinde büyük miktarlarda (ağırlıkça %50'ye kadar), sudaki hidrojenle kombinasyon halinde (ağırlıkça yaklaşık %86) ve atmosferik havada serbest halde bulunur. esas olarak hacimce %20,93 oranında nitrojen içeren bir karışım. (ağırlıkça %23,15).

Oksijenin ülke ekonomisi açısından önemi büyüktür. Metalurjide yaygın olarak kullanılır; kimyasal endüstri; metallerin gaz-alevle işlenmesi, sert kayaların ateşle delinmesi, kömürlerin yeraltında gazlaştırılması için; tıpta ve çeşitli solunum cihazlarında, örneğin yüksek irtifa uçuşlarında ve diğer alanlarda.

Normal şartlarda oksijen renksiz, kokusuz ve tatsız, yanıcı olmayan ancak aktif olarak yanmayı destekleyen bir gazdır. Çok düşük sıcaklıklarda oksijen sıvıya, hatta katıya dönüşür.

Oksijenin en önemli fiziksel sabitleri şunlardır:

Oksijen kimyasal olarak oldukça aktiftir ve nadir gazlar hariç tüm kimyasal elementlerle bileşikler oluşturur. Oksijenin organik maddelerle reaksiyonları belirgin bir ekzotermik karaktere sahiptir. Bu nedenle, sıkıştırılmış oksijen, yağlı veya ince dağılmış katı yanıcı maddelerle etkileşime girdiğinde, anında oksidasyon meydana gelir ve üretilen ısı, bu maddelerin kendiliğinden yanmasına katkıda bulunur ve bu da yangına veya patlamaya neden olabilir. Oksijen ekipmanı kullanılırken bu özellik özellikle dikkate alınmalıdır.

Oksijenin önemli özelliklerinden biri, yanıcı gazlar ve sıvı yanıcı buharlarla geniş bir aralıkta patlayıcı karışımlar oluşturabilmesidir; bu da açık alev veya kıvılcım varlığında patlamalara yol açabilir. Havanın gaz veya buhar yakıtlarla karışımı da patlayıcıdır.

Oksijen şu şekilde elde edilebilir: 1) kimyasal yöntemlerle; 2) suyun elektrolizi; 3) fiziksel olarak havadan.

Çeşitli maddelerden oksijen üretimini içeren kimyasal yöntemler etkisizdir ve şu anda yalnızca laboratuvar açısından öneme sahiptir.

Suyun elektrolizi, yani bileşenlerine (hidrojen ve oksijen) ayrışması, elektrolizör adı verilen cihazlarda gerçekleştirilir. Elektrik iletkenliğini arttırmak için kostik soda NaOH'nin eklendiği sudan doğru bir akım geçirilir; oksijen anotta, hidrojen ise katotta toplanır. Bu yöntemin dezavantajı yüksek elektrik tüketimidir: 1 m 3 0 2 başına 12-15 kW tüketilir (ayrıca 2 m 3 N 2 elde edilir). h.Bu yöntem, ucuz elektriğin varlığında ve oksijenin atık bir ürün olduğu elektrolitik hidrojen üretiminde rasyoneldir.

Fiziksel yöntem, derin soğutma kullanarak havayı bileşenlerine ayırmaktır. Bu yöntem neredeyse sınırsız miktarda oksijen elde edilmesini mümkün kılar ve büyük endüstriyel öneme sahiptir. 1 m 3 O 2 başına elektrik tüketimi 0,4-1,6 kW'dır. h, kurulum türüne bağlı olarak.

HAVADAN OKSİJEN ELDE EDİLMESİ

Atmosfer havası temel olarak aşağıdaki hacimsel içeriğe sahip üç gazın mekanik bir karışımıdır: nitrojen - %78,09, oksijen - %20,93, argon - %0,93. Ayrıca yaklaşık %0,03 karbondioksit ve az miktarda nadir gazlar, hidrojen, nitröz oksit vb. içerir.

Havadan oksijen elde edilmesindeki asıl görev, havayı oksijen ve nitrojene ayırmaktır. Yol boyunca, özel kaynak yöntemlerinde kullanımı giderek artan argon ve birçok endüstride önemli rol oynayan nadir gazlar ayrıştırılıyor. Azotun kaynakta koruyucu gaz olarak, tıpta ve diğer alanlarda bazı kullanımları vardır.

Yöntemin özü, havanın derin soğutulması ve sıvı hale getirilmesidir; normal atmosferik basınçta -191,8 ° C (sıvılaşmanın başlangıcı) ile -193,7 ° C (sıvılaşmanın sonu) arasındaki sıcaklık aralığında elde edilebilir. ).

Sıvının oksijen ve nitrojene ayrılması kaynama sıcaklıkları arasındaki fark kullanılarak gerçekleştirilir: T bp. o2 = -182,97°C; Kaynama sıcaklığı N2 = -195,8° C (760 mm Hg'de).

Bir sıvının kademeli olarak buharlaşmasıyla, kaynama noktası daha düşük olan nitrojen önce gaz fazına geçecek, serbest kaldıkça sıvı oksijenle zenginleşecektir. Bu işlemin defalarca tekrarlanması, gerekli saflıkta oksijen ve nitrojenin elde edilmesini mümkün kılar. Sıvıları bileşenlerine ayırmaya yönelik bu yönteme rektifikasyon denir.

Havadan oksijen üretmek için yüksek performanslı ünitelerle donatılmış uzmanlaşmış işletmeler bulunmaktadır. Ayrıca büyük metal işleme işletmelerinin kendi oksijen istasyonları vardır.

Havayı sıvılaştırmak için gereken düşük sıcaklıklar, soğutma çevrimleri adı verilen kullanılarak elde edilir. Modern tesislerde kullanılan ana soğutma çevrimleri aşağıda kısaca tartışılmaktadır.

Hava kısmalı soğutma çevrimi Joule-Thomson etkisine, yani serbest genleşme sırasında gaz sıcaklığında keskin bir düşüşe dayanır. Çevrim diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.

Hava çok kademeli bir kompresörde 1 ila 200 kgf/cm2 arasında sıkıştırılır ve daha sonra akan su ile bir buzdolabından (2) geçer. Havanın derin soğutulması, ısı eşanjöründe (3) sıvı toplayıcıdan (sıvılaştırıcı) 4 soğuk gazın ters akışıyla meydana gelir. Gaz kelebeği valfindeki (5) havanın genleşmesi sonucunda ek olarak soğutulur ve kısmen soğutulur. sıvılaştırılmış.

Kollektördeki (4) basınç 1-2 kgf/cm2 aralığında düzenlenir. Sıvı, valf 6 aracılığıyla periyodik olarak koleksiyondan özel kaplara boşaltılır. Havanın sıvılaştırılmamış kısmı, gelen havanın yeni bölümlerini soğutarak bir ısı eşanjörü yoluyla boşaltılır.

Havanın sıvılaşma sıcaklığına kadar soğutulması kademeli olarak gerçekleşir; Tesisat çalıştırıldığında hava sıvılaşmasının görülmediği, sadece tesisatın soğuduğu bir başlatma süresi vardır. Bu süre birkaç saat sürer.

Döngünün avantajı basitliğidir, ancak dezavantajı nispeten yüksek güç tüketimidir - 4,1 kW'a kadar. 200 kgf/cm2 kompresör basıncında 1 kg sıvılaştırılmış hava başına h; daha düşük basınçta spesifik enerji tüketimi keskin bir şekilde artar. Bu çevrim, düşük ve orta kapasiteli tesislerde oksijen gazı üretmek için kullanılır.

Havanın amonyakla kısılması ve ön soğutulması döngüsü biraz daha karmaşıktır.

Genişleticide genleşmeli orta basınçlı soğutma çevrimi, harici işin geri dönüşüyle ​​birlikte genleşme sırasında gaz sıcaklığının azalmasına dayanır. Ayrıca Joule-Thomson etkisinden de yararlanılmaktadır. Çevrim diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 3.

Hava, kompresör 1'de 20-40 kgf/cm2'ye kadar sıkıştırılır, buzdolabından 2 ve ardından ısı eşanjörlerinden 3 ve 4 geçer. Isı eşanjöründen 3 sonra, havanın çoğu (%70-80) piston genleşmesine gönderilir. makine genişletici 6 ve daha küçük bir hava kısmı (% 20-30), serbest genleşme için gaz kelebeği valfına 5 ve ardından sıvıyı boşaltmak için bir valfe 8 sahip olan koleksiyona 7 gider. Genişletici 6'da

zaten ilk ısı eşanjöründe soğutulmuş olan hava çalışır - makinenin pistonunu iter, basıncı 1 kgf/cm2'ye düşer, bu nedenle sıcaklık keskin bir şekilde düşer. Genişleticiden, yaklaşık -100 ° C sıcaklığa sahip soğuk hava, ısı eşanjörleri (4 ve 3) yoluyla dışarıya boşaltılarak gelen havayı soğutur. Böylece genişletici, kompresördeki nispeten düşük basınçta tesisatın çok etkili bir şekilde soğutulmasını sağlar. Genişleticinin çalışması faydalı bir şekilde kullanılır ve bu, kompresörde hava sıkıştırması için harcanan enerjiyi kısmen telafi eder.

Çevrimin avantajları şunlardır: kompresörün tasarımını basitleştiren nispeten düşük sıkıştırma basıncı ve oksijen sıvı halde alındığında tesisatın kararlı çalışmasını sağlayan artan soğutma kapasitesi (genişletici sayesinde).

Acad tarafından geliştirilen, turbo genişleticide genleşmeli düşük basınçlı soğutma çevrimi. P. L. Kapitsa, düşük basınçlı havanın, yalnızca bu havanın bir hava türbininde (turboexpander) genleştirilmesi yoluyla harici iş üretilmesi yoluyla soğuk üretimi ile kullanılmasına dayanmaktadır. Çevrim diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.

Hava, turbo kompresör tarafından 1 ila 6-7 kgf/cm2 arasında sıkıştırılır, buzdolabında 2 su ile soğutulur ve soğuk havanın ters akışıyla soğutulduğu rejeneratörlere 3 (ısı eşanjörleri) beslenir. Rejeneratörler turbo genişleticiye (4) gönderildikten sonra havanın% 95'e kadarı, gerçekleştirilen harici çalışma ile 1 kgf/cm2 mutlak basınca kadar genişler ve keskin bir şekilde soğutulur, ardından kondansatörün (5) boru boşluğuna beslenir. ve sıkıştırılmış havanın geri kalanını (%5) yoğunlaştırarak halkaya girer. Kondansatörden (5) ana hava akışı rejeneratörlere yönlendirilir ve gelen havayı soğutur ve sıvı hava, gaz kelebeği valfı (6) aracılığıyla koleksiyona (7) geçirilir ve buradan valf (8) aracılığıyla boşaltılır. Diyagram bir rejeneratörü göstermektedir. ama gerçekte bunlardan birkaç tane var ve hepsi birer birer açılıyor.

Turbo genişleticili düşük basınçlı çevrimin avantajları şunlardır: pistonlu makinelere kıyasla turbo makinelerin daha yüksek verimliliği, teknolojik şemanın basitleştirilmesi, kurulumun artan güvenilirliği ve patlama güvenliği. Çevrim yüksek kapasiteli kurulumlarda kullanılır.

Sıvı havanın bileşenlere ayrılması, düzeltme işlemi yoluyla gerçekleştirilir; bunun özü, sıvı havanın buharlaşması sırasında oluşan buharlı nitrojen ve oksijen karışımının, daha düşük oksijen içeriğine sahip bir sıvıdan geçirilmesidir. Sıvıda oksijen az, azot fazla olduğundan sıcaklığı içinden geçen buhara göre daha düşük olur ve bu durum buhardaki oksijenin yoğunlaşmasına ve eş zamanlı olarak sıvıdan azotun buharlaşmasıyla sıvının zenginleşmesine neden olur, yani sıvının üzerindeki buharın zenginleşmesi.

Düzeltme sürecinin özü hakkında bir fikir, Şekil 2'de gösterilen şekil ile verilebilir. Şekil 5, sıvı havanın tekrarlanan buharlaşması ve yoğunlaşması sürecinin basitleştirilmiş bir diyagramıdır.

Havanın yalnızca nitrojen ve oksijenden oluştuğunu varsayıyoruz. Birbirine bağlı birkaç damar (I-V) olduğunu düşünelim; en üstte %21 oksijen içeren sıvı hava var. Kapların kademeli dizilimi sayesinde sıvı aşağı doğru akacak ve aynı zamanda yavaş yavaş oksijenle zenginleşecek ve sıcaklığı artacaktır.

Kap II'de %30 0 2, kap III'te - %40, kap IV'te - %50 ve kap V'de - %60 oksijen içeren bir sıvı bulunduğunu varsayalım.

Buhar fazındaki oksijen içeriğini belirlemek için özel bir grafik kullanacağız - Şek. Şekil 6'da, eğrileri çeşitli basınçlarda sıvı ve buhardaki oksijen içeriğini göstermektedir.

V kabındaki sıvıyı 1 kgf/cm2 mutlak basınçta buharlaştırmaya başlayalım. Olarak Şekil l'de görülebilir. Şekil 6'da gösterildiği gibi, bu kaptaki %60 02 ve %40 N2'den oluşan sıvının üzerinde, sıvıyla aynı sıcaklığa sahip, %26,5 02 ve %73,5 N2 içeren bir denge buhar bileşimi bulunabilir. Bu buharı, sıvının yalnızca %50 0 2 ve %50 N2 içerdiği ve dolayısıyla daha soğuk olacağı kap IV'e besliyoruz. Şek. Şekil 6, bu sıvının üzerindeki buharın yalnızca %19 0 2 ve %81 N2 içerebileceğini ve yalnızca bu durumda sıcaklığının bu kaptaki sıvının sıcaklığına eşit olacağını göstermektedir.

Sonuç olarak, %26,5 O2 içeren kap V'ten kap IV'e sağlanan buhar, kap IV'teki sıvıdan daha yüksek bir sıcaklığa sahiptir; bu nedenle buharın oksijeni, IV. kabın sıvısında yoğunlaşır ve buradaki nitrojenin bir kısmı buharlaşacaktır. Sonuç olarak IV. kaptaki sıvı oksijenle zenginleşecek ve üstündeki buhar da nitrojenle zenginleşecek.

Diğer kaplarda da benzer bir süreç meydana gelecektir ve böylece üst kaplardan alt kaplara boşaltılırken sıvı oksijenle zenginleştirilir, yükselen buharlardan yoğunlaştırılır ve onlara nitrojen verilir.

İşlemi yukarı doğru sürdürerek neredeyse saf nitrojenden ve alt kısımda saf sıvı oksijenden oluşan buhar elde edebilirsiniz. Gerçekte, oksijen tesislerinin damıtma kolonlarında meydana gelen rektifikasyon süreci anlatılandan çok daha karmaşıktır ancak temel içeriği aynıdır.

Kurulumun teknolojik şemasına ve soğutma döngüsünün türüne bakılmaksızın, havadan oksijen üretme süreci aşağıdaki aşamaları içerir:

1) havayı toz, su buharı ve karbondioksitten temizlemek. CO2 bağlanması, havanın sulu bir NaOH çözeltisinden geçirilmesiyle sağlanır;

2) bir kompresörde havanın sıkıştırılması ve ardından buzdolaplarında soğutulması;

3) ısı eşanjörlerindeki basınçlı havanın soğutulması;

4) soğutmak ve sıvılaştırmak için bir kısma valfi veya genişleticideki basınçlı havanın genleştirilmesi;

5) oksijen ve nitrojen üretmek için havanın sıvılaştırılması ve düzeltilmesi;

6) sıvı oksijenin sabit tanklara boşaltılması ve gaz halindeki oksijenin gaz tanklarına boşaltılması;

7) üretilen oksijenin kalite kontrolü;

8) taşıma tanklarının sıvı oksijenle doldurulması ve silindirlerin gaz halindeki oksijenle doldurulması.

Gaz ve sıvı oksijenin kalitesi ilgili GOST'lar tarafından düzenlenir.

GOST 5583-58'e göre, gaz halindeki teknik oksijen üç sınıfta üretilir: en yüksek -% 99,5'ten az O2 içermeyen, 1. -% 99,2'den az olmayan O2 ve 2. -% 98,5'ten az olmayan O2, geri kalanı argon ve nitrojendir (%0,5-1,5). Nem içeriği 0,07 g/f3'ü aşmamalıdır. Suyun elektrolizi ile elde edilen oksijen, hacimce %0,7'den fazla hidrojen içermemelidir.

GOST 6331-52'ye göre sıvı oksijen iki sınıfta üretilir: en az %99,2 O2 içeriğine sahip A sınıfı ve en az %98,5 O2 içeriğine sahip B sınıfı. Sıvı oksijendeki asetilen içeriği 0,3 cm3/l'yi geçmemelidir.

Metalurji, kimya ve diğer endüstrilerde çeşitli prosesleri yoğunlaştırmak için kullanılan proses oksijeni %90-98 O2 içerir.

Gaz halindeki ve ayrıca sıvı oksijenin kalite kontrolü, özel cihazlar kullanılarak doğrudan üretim prosesi sırasında gerçekleştirilir.

Yönetim Makalenin genel değerlendirmesi: Yayınlanan: 2012.06.01

Bu ders, oksijen üretmenin modern yöntemlerinin incelenmesine ayrılmıştır. Laboratuvarda ve endüstride oksijenin hangi yöntemlerle ve hangi maddelerden elde edildiğini öğreneceksiniz.

Konu: Maddeler ve dönüşümleri

Ders:Oksijen elde etmek

Endüstriyel amaçlar için oksijenin büyük miktarlarda ve mümkün olan en ucuz şekilde elde edilmesi gerekir. Oksijen üretmenin bu yöntemi Nobel Ödülü sahibi Pyotr Leonidovich Kapitsa tarafından önerildi. Havayı sıvılaştırmak için bir cihaz icat etti. Bildiğiniz gibi hava hacimce yaklaşık %21 oranında oksijen içerir. Oksijen damıtma yoluyla sıvı havadan ayrılabilir, çünkü Havayı oluşturan tüm maddelerin kaynama noktaları farklıdır. Oksijenin kaynama noktası -183°C, nitrojenin kaynama noktası -196°C'dir. Bu, sıvılaştırılmış havayı damıtırken önce nitrojenin kaynayıp buharlaşacağı, ardından oksijenin geleceği anlamına gelir.

Laboratuvarda endüstride olduğu gibi büyük miktarlarda oksijene ihtiyaç duyulmaz. Genellikle basınçlandırıldığı mavi çelik silindirlerde teslim edilir. Bazı durumlarda oksijeni kimyasal olarak elde etmek hala gereklidir. Bu amaçla ayrışma reaksiyonlarından yararlanılır.

DENEY 1. Hidrojen peroksit solüsyonunu bir Petri kabına dökün. Oda sıcaklığında, hidrojen peroksit yavaşça ayrışır (bir reaksiyon belirtisi görmüyoruz), ancak bu işlem, çözeltiye birkaç tane manganez (IV) oksit tanesi eklenerek hızlandırılabilir. Siyah oksit tanelerinin çevresinde hemen gaz kabarcıkları görünmeye başlar. Bu oksijendir. Reaksiyon ne kadar uzun sürerse sürsün, manganez(IV) oksit tanecikleri çözelti içinde çözünmez. Yani manganez(IV) oksit reaksiyona katılır, hızlandırır ancak içinde tüketilmez.

Bir reaksiyonu hızlandıran ancak reaksiyonda tüketilmeyen maddelere denir. katalizörler.

Katalizörler tarafından hızlandırılan reaksiyonlara ne ad verilir? katalitik.

Bir reaksiyonun katalizör yardımıyla hızlandırılmasına denir. kataliz.

Böylece manganez (IV) oksit, hidrojen peroksitin ayrışma reaksiyonunda katalizör görevi görür. Reaksiyon denkleminde katalizör formülü eşittir işaretinin üzerine yazılır. Reaksiyonun denklemini yazalım. Hidrojen peroksit ayrıştığında oksijen açığa çıkar ve su oluşur. Bir çözeltiden oksijenin salınması yukarıyı gösteren bir okla gösterilir:

2. Dijital eğitim kaynaklarının birleşik koleksiyonu ().

3. “Kimya ve Yaşam” () dergisinin elektronik versiyonu.

Ev ödevi

İle. 66-67 Sayılar 2 – 5, Kimya Çalışma Kitabı'ndan: 8. sınıf: P.A.'nın ders kitabına. Orzhekovsky ve diğerleri. “Kimya. 8. sınıf” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovski; altında. ed. prof. P.A. Orzhekovsky - M .: AST: Astrel: Profizdat, 2006.

Yeşil bitkilerin ve fotosentetik bakterilerin ortaya çıkmasıyla oksijen dünya atmosferinde ortaya çıktı. Oksijen sayesinde aerobik organizmalar solunum veya oksidasyon gerçekleştirir. Endüstride oksijen elde etmek önemlidir - metalurji, tıp, havacılık, ulusal ekonomi ve diğer endüstrilerde kullanılır.

Özellikler

Oksijen periyodik tablonun sekizinci elementidir. Yanmayı destekleyen ve maddeleri oksitleyen bir gazdır.

Pirinç. 1. Periyodik tablodaki oksijen.

Oksijen resmen 1774 yılında keşfedildi. İngiliz kimyager Joseph Priestley, elementi cıva oksitten izole etti:

2HgO → 2Hg + O2 .

Ancak Priestley oksijenin havanın bir parçası olduğunu bilmiyordu. Atmosferdeki oksijenin özellikleri ve varlığı daha sonra Priestley'in meslektaşı Fransız kimyager Antoine Lavoisier tarafından belirlendi.

Oksijenin genel özellikleri:

• renksiz gaz;
• kokusu ve tadı yoktur;
• Havadan ağır;
• molekül iki oksijen atomundan (O2) oluşur;
• sıvı halde soluk mavi bir renge sahiptir;
• suda az çözünür;
• güçlü bir oksitleyici ajandır.

Pirinç. 2. Sıvı oksijen.

Oksijenin varlığı, için için yanan bir kıymık gaz içeren bir kaba indirilerek kolayca kontrol edilebilir. Oksijenin varlığında meşale alevler içinde kalır.

Bunu nasıl elde edersiniz?

Endüstriyel ve laboratuvar koşullarında çeşitli bileşiklerden oksijen üretmek için bilinen birkaç yöntem vardır. Endüstride oksijen, havanın basınç altında ve -183°C sıcaklıkta sıvılaştırılmasıyla elde edilir. Sıvı hava buharlaşmaya maruz kalır; yavaş yavaş ısınır. -196°C'de nitrojen buharlaşmaya başlar ve oksijen sıvı kalır.

Laboratuvarda oksijen tuzlardan, hidrojen peroksitten ve elektroliz sonucunda oluşur. Tuzların ayrışması ısıtıldığında meydana gelir. Örneğin, potasyum klorat veya bertolit tuzu 500°C'ye ısıtılır ve potasyum permanganat veya potasyum permanganat 240°C'ye ısıtılır:

• 2KClO3 → 2KCl + 3O2;
• 2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 .

Pirinç. 3. Berthollet tuzunun ısıtılması.

Nitratı veya potasyum nitratı ısıtarak da oksijen elde edebilirsiniz:

2KNO3 → 2KNO2 + Ö2.

Hidrojen peroksit ayrıştırılırken katalizör olarak manganez (IV) oksit - Mn02, karbon veya demir tozu kullanılır. Genel denklem şuna benzer:

2H 2 Ö 2 → 2H 2 Ö + Ö 2.

Bir sodyum hidroksit çözeltisi elektrolize tabi tutulur. Sonuç olarak su ve oksijen oluşur:

4NaOH → (elektroliz) 4Na + 2H20 + O2 .

Oksijen ayrıca elektroliz kullanılarak sudan izole edilir ve onu hidrojen ve oksijene ayrıştırır:

2H 2 Ö → 2H 2 + Ö 2.

Nükleer denizaltılarda oksijen, sodyum peroksit - 2Na202 + 2C02 → 2Na2C03 + O2'den elde edildi. Yöntem ilginçtir çünkü oksijen salınımıyla birlikte karbondioksit de emilir.

Nasıl kullanılır

Endüstride maddeleri oksitlemek için kullanılan saf oksijenin serbest bırakılması, uzayda, su altında ve dumanlı odalarda (oksijen itfaiyeciler için gereklidir) nefes almayı sürdürmek için toplama ve tanıma gereklidir. Tıpta oksijen tüpleri solunum güçlüğü çeken hastaların nefes almasına yardımcı olur. Oksijen ayrıca solunum yolu hastalıklarını tedavi etmek için de kullanılır.

Oksijen yakıtları (kömür, petrol, doğal gaz) yakmak için kullanılır. Oksijen, metalurji ve makine mühendisliğinde, örneğin metalin eritilmesi, kesilmesi ve kaynaklanması için yaygın olarak kullanılır.

Ortalama puanı: 4.9. Alınan toplam puan: 220.