Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru//

Розміщено на http://www.allbest.ru//

Міністерство освіти та науки Російської Федерації

МБОУ "Гімназія №1 м. Владивостока"

кисень турбодетандер поділ повітря

«Отримання кисню у промисловості»

Роботу виконала: Кадишева Єва

Учениця 8 класу «В»

МБОУ Гімназія №1

Науковий керівник: Коваленко Н.С.

Владивосток 2016

1.Вступ

Кисень становить не тільки істотну частину атмосферного повітря, земної кори та питної води, він також займає 65% маси тіла людини, будучи найважливішим хімічним елементом у структурі людського організму. Цей газ - одна з найбільш широко використовуваних речовин, він застосовується практично у всіх сферах діяльності людини завдяки своїм хімічним і фізичним властивостям.

КИСНЕД-хімічний елемент з атомним номером 8, атомна маса 16. У періодичній системі елементів Менделєєва кисень розташований у другому періоді в групі VIA. У вільному вигляді кисень - газ без кольору, запаху та смаку.

Розвиток виробництва кисню і його як інтенсифікатора багатьох технологічних процесів одна із чинників сучасного технічного прогресу, оскільки дозволяє підвищити продуктивність праці та забезпечити зростання виробництва у низці найважливіших галузей промисловості.

Ціль: Дослідження технологій промислового виробництва кисню

Вивчити історію отримання кисню у промисловості;

Виявити переваги та недоліки кожного способу отримання;

Знайти сфери застосування кисню

2.Історична довідка

Сучасні установки для поділу повітря, в яких холод одержують за допомогою турбодетандерів, дають промисловості, насамперед металургії та хімії, сотні тисяч кубометрів газоподібного кисню. Вони працюють не лише у нас, а й у всьому світі.

Перший досвідчений зразок турбодетандера, створений П. Л. Капіцей, був невеликий. І цей турбодетандер став "серцем" першої установки для отримання кисню новим методом.

У 1942 р. збудували подібну, але вже набагато потужнішу установку, яка виробляла до 200 кг рідкого кисню на годину. Наприкінці 1944 р. вводиться в дію найпотужніша у світі турбокиснева установка, що виробляє в 6-7 разів більше рідкого кисню, ніж установка старого типу, і при цьому займає в 3-4 рази меншу площу.

Сучасний блок поділу повітря БР-2, у конструкції якого також використаний турбодетандер, міг би за добу роботи забезпечити трьома літрами газоподібного кисню кожного жителя СРСР.

30 квітня 1945 р. Михайло Іванович Калінін підписав Указ про присвоєння академіку П.Л. Капиці звання Героя Соціалістичної Праці «за успішну розробку нового турбінного методу отримання кисню та створення потужної турбокисневої установки». Інститут фізичних проблем Академії наук СРСР, в якому зроблено цю роботу, було нагороджено орденом Трудового Червоного Прапора.

3.Способи отримання

3.1 Кріогенний метод поділу повітря

Атмосферне осушене повітря являє собою суміш, що містить за обсягом кисень 21% і азот 78%, аргон 0,9% та інші інертні гази, вуглекислий газ, водяна пара та ін. кипіння рідкого повітря при атмосферному тиску -194,5 ° С.)

Процес виглядає так: повітря, що засмоктується багатоступінчастим компресором, проходить спочатку через повітряний фільтр, де очищається від пилу, проходить вологовідділювач, де відокремлюється вода, що конденсується при стисканні повітря, і водяний холодильник, що охолоджує повітря і забирає тепло, що утворюється при стиску. Для поглинання вуглекислоти з повітря включається апарат - декарбонізатор, що заповнюється водяним розчином їдкого натру. Повне видалення вологи і вуглекислоти з повітря має істотне значення, оскільки вода і вуглекислота, що замерзають при низьких температурах, забивають трубопроводи і доводиться зупиняти установку для відтавання і продування.

Пройшовши осушувальну батарею, стиснене повітря надходить у так званий детандер, де відбувається різке розширення і його охолодження і зрідження. Отримане рідке повітря піддають дробовій перегонці або ректифікації в колонах ректифікаційних. При поступовому випаровуванні рідкого повітря спочатку випаровується переважно азот, а рідина, що залишається, все більше збагачується киснем. Повторюючи подібний процес багаторазово на ректифікаційних тарілках повітророзділювальних колон отримують рідкий кисень, азот і аргон потрібної чистоти.

Кріогенний спосіб поділу повітря дозволяє отримати гази найвищої якості - кисень до 99.9%

3.2 Адсорбційний метод поділу повітря

Кріогенний поділ повітря за всіх його якісних параметрів є досить дорогим способом отримання промислових газів. Адсорбційний метод поділу повітря, заснований на вибірковому поглинанні того чи іншого газу адсорбентами, є некріогенним способом, і широке застосування отримав через наступні переваги:

висока роздільна здатність по адсорбованих компонентів в залежності від вибору адсорбенту;

швидкий пуск та зупинка порівняно з кріогенними установками;

більша гнучкість установок, тобто. можливість швидкої зміни режиму роботи, продуктивності та чистоти залежно від потреби;

автоматичне регулювання режиму;

можливість дистанційного керування;

низькі енергетичні витрати порівняно з кріогенними блоками;

просте апаратурне оформлення;

низькі витрати на обслуговування;

низька вартість установок порівняно з кріогенними технологіями;

Адсорбційний спосіб використовується для отримання азоту та кисню, оскільки він забезпечує при низькій собівартості відмінні параметри якості.

3.3 Мембранний метод поділу повітря

Мембранний метод поділу повітря ґрунтується на принципі вибіркової проникності мембран. Він полягає у різниці швидкостей проникнення газів крізь полімерну мембрану при перепаді парціальних тисків. У мембрану подається очищене стиснене повітря. При цьому швидкі гази проходять через мембрану в зону з низьким тиском і на виході з мембрани збагачуються легкопроникним компонентом. Частина повітря, що залишилася, насичується «повільними газами» і виводиться з пристрою.

Мембранний метод промислового виробництва кисню характеризується низькими витратами електроенергії, витратами під час експлуатації. Однак цей спосіб дозволяє отримати кисень низької чистоти до 45%.

4. Застосування кисню

Перші дослідники кисню помітили, що у його атмосфері легше дихається. Вони передбачали широке застосування цього живлющого газу в медицині і навіть у повсякденному житті як засобу, що посилює життєдіяльність людського організму.

Але при більш поглибленому вивченні виявилося, що тривале вдихання чистого кисню людиною може викликати захворювання і навіть смерть: організм людини не пристосований до життя у чистому кисні.

В даний час чистий кисень застосовується для вдихання лише в деяких випадках: наприклад, важко хворим на туберкульоз легень пропонують вдихати кисень невеликими порціями. Аеронавти та льотчики при висотних польотах користуються кисневими приладами. Бійці гірничорятувальних загонів часто змушені працювати в атмосфері, позбавленої кисню. Для дихання вони використовують прилад, у якому зберігається необхідний дихання склад повітря додаванням кисню з балонів, що у тому приладі.

Основна маса кисню, що отримується в промисловості, застосовується в даний час для спалювання в ньому різних речовин з метою отримання дуже високої температури.

Наприклад, горючий газ ацетилен (C2H2) змішують з киснем і спалюють в спеціальних пальниках. Полум'я цього пальника має таку високу температуру, що у ньому плавиться залізо. Тому киснево-ацетиленовим пальником користуються для зварювання сталевих виробів. Таке зварювання називається автогенним.

Рідкий кисень застосовується для виготовлення вибухових сумішей. Особливі патрони набивають подрібненою деревиною (деревним борошном) або іншими подрібненими горючими речовинами і змочують цю горючу масу рідким киснем. При підпалюванні такої суміші горіння відбувається дуже швидко, утворюється велика кількість газів, нагрітих до дуже високої температури. Тиском цих газів можуть бути підірвані скелі, або викинута велика кількість ґрунту. Цією вибуховою сумішшю користуються при будівництві каналів, при проходженні тунелів та ін.

Останнім часом кисень додають до повітря підвищення температури в печах при виплавці чавуну і сталі. Завдяки цьому прискорюється виплавка сталі та підвищується її якість.

Висновок

У ході дослідницької роботи було досягнуто мети та поставлених завдань.

Потреби, які почали виникати у різних сферах діяльності, ставили перед ученими-хіміками завдання пошуку нових, більш продуктивних і менш витратних способів отримання чистого кисню.

У нашій країні щорічно вводяться в експлуатацію нові та розширюються діючі станції та цехи для отримання кисню.

Атмосферне повітря є невичерпним джерелом сировини для промислового одержання кисню. При цьому одночасно з киснем отримують азот, ацетилен, що позитивно позначається на економічному процесі поділу.

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

Цех отримання азоту та кисню ПКО ТОВ "Саратоворгсинтез". Характеристика продукції, що виробляється. Технологічна схема блоку розподілу повітря. Характеристика небезпечних та шкідливих виробничих факторів, що впливають на працівника у процесі роботи.

звіт з практики, доданий 13.09.2015


Вивчення складу устаткування цеху виплавки сталі. Призначення, конструкція та принцип дії машини подачі кисню. Конструктивний розрахунок гідроприводу підйому платформи та приводного валу машини подачі кисню у межах її технічної модернізації.

дипломна робота , доданий 20.03.2017


Поділ повітря шляхом глибокого охолодження. Складання теплового та матеріального балансу установки. Тепловий баланс окремих частин повітророзподільної установки. Розрахунок процесу ректифікації, витрати енергії. Розрахунок конденсатора-випарника.

курсова робота , доданий 04.03.2013


Огляд існуючих конструкцій очищення аргону від кисню. Обґрунтування ефективності та розрахунок встановлення очищення аргону від кисню за допомогою цеолітового адсорбера замість встановлення очищення аргону методом каталітичного гідрування за допомогою водню.

курсова робота , доданий 23.11.2013


Поняття та специфічні ознаки гнучкого автоматизованого виробництва, оцінка його основних переваг. Класифікація виробництв за рівнем їхньої гнучкості. Основи роботизації промислового виробництва. Особливості лазерної та мембранної технології.

реферат, доданий 25.12.2010


Загальна характеристика виробництва чавуну та сталі. Фізико-хімічні властивості одержуваних та використовуваних газів. Деякі фізичні явища при використанні промислових газів та пари на Челябінському металургійному комбінаті. Фізика у газовій сфері.

реферат, доданий 13.01.2011


Область застосування технічних газів. Проект автоматизації процесу поділу повітря на азот та кисень на ВО "Електро-хімічний завод". Обґрунтування структурної схеми автоматизації. Розрахунок електричного освітлення цеху та загального освітлювального навантаження.

дипломна робота , доданий 16.12.2013


Методи очищення промислових газів від сірководню: технологічні схеми та апаратура, переваги та недоліки. Поверхневі та плівкові, насадкові, барботажні, розпилюючі абсорбери. Технологічна схема очищення коксового газу від сірководню.

курсова робота , доданий 11.01.2011


Основні функції, що виконуються горном доменної печі. Швидкість реакції горіння палива, дифузія молекул кисню до прикордонного шару. Кількість окису вуглецю, що утворюється, температура і концентрація кисню в газовій фазі. Окисні зони печі.

контрольна робота , доданий 11.09.2013


Загальна характеристика цеху виплавки сталі у ВАТ "Сєвєрсталь". Знайомство з проектом модернізації платформи машини подачі кисню до конвертера №3. Аналіз етапів розрахунку приводного валу та насосних установок. Особливості проектування черв'ячної фрези.

Невичерпним джерелом кисню є повітря. Щоб отримати з нього кисень, слід відокремити газ від азоту та інших газів. На такій ідеї ґрунтується промисловий метод отримання кисню. Його реалізують, використовуючи спеціальну, досить громіздку апаратуру. Спочатку повітря сильно охолоджують до перетворення його на рідину. Потім температуру зрідженого повітря поступово підвищують. Першим починає виділятися газ азот (температура кипіння рідкого азоту становить -196 °С), а рідина збагачується киснем.

Отримання кисню у лабораторії. Лабораторні методи одержання кисню засновані на хімічних реакціях.

Дж. Прістлі отримував цей газ із сполуки, назва якої - меркурій(II) оксид. Вчений використовував скляну лінзу, за допомогою якої фокусувало на речовині сонячне світло.

У сучасному виконанні цей досвід зображено малюнку 54. При нагріванні меркурій(||) оксид (порошок жовтого кольору) перетворюється на ртуть і кисень. Ртуть виділяється в газоподібному стані та конденсується на стінках пробірки у вигляді сріблястих крапель. Кисень збирається над водою у другій пробірці.

Зараз метод Прістлі не використовують, оскільки пари ртуті токсичні. Кисень одержують за допомогою інших реакцій, подібних до розглянутої. Вони зазвичай відбуваються при нагріванні.

Реакції, у яких з однієї речовини утворюються кілька інших, називають реакціями розкладання.

Для отримання кисню в лабораторії використовують такі оксигеновмісні сполуки:

Калій перманганат KMnO4 (побутова назва марганцівка; речовина є поширеним дезінфікуючим засобом)

Калій хлорат KClO3 (тривіальна назва – бертолетова сіль, на честь французького хіміка кінця XVIII – початку XIX ст. К.-Л. Бертолле)

Невелика кількість каталізатора - манган (IV) оксиду MnO2 - додають калій хлорату для того, щоб розкладання з'єднання відбувалося з виділенням кисню1.

Будова молекул гідридів халькогенів Н2Еможна проаналізувати з допомогою методу молекулярних орбіталей (МО). Як приклад розглянемо схему молекулярних орбіталей молекули води (рис.3)

Для побудови (Докладніше див. Г. Грей "Електрони та хімічний зв'язок", М., вид-во "Світ", 1967, с.155-62 і G. L.Miessier, D. A. Tarr, "Inorganic Chemistry", Prantice Hall Int. Inc ., 1991, p.153-57) схеми МО молекули Н2О сумісний початок координат з атомом кисню, а атоми водню розташуємо в площині xz (рис.3). Перекривання 2s- та 2p-АТ кисню з 1s-АТ водню показано на рис.4. У формуванні МО беруть участь АТ водню та кисню, що мають однакову симетрію та близькі енергії. Однак вклад АТ у освіту МО різний, що відбивається у різних величинах коефіцієнтів у відповідних лінійних комбінаціях АТ. Взаємодія (перекривання) 1s-АТ водню, 2s - і 2рz-АТ кисню призводить до утворення 2a1-зв'язувальної та 4a1-розпушує МО.

ВЛАСТИВОСТІ КИСНУ І СПОСОБИ ЙОГО ОТРИМАННЯ

Кисень Про 2 є найпоширенішим елементом землі. Він знаходиться у великій кількості у вигляді хімічних сполук з різними речовинами в земній корі (до 50% ваг.), у поєднанні з воднем у воді (близько 86% ваг.) і у вільному стані в атмосферному повітрі в суміші головним чином з азотом кількості 20,93% про. (23,15% вага.).

Кисень має велике значення у народному господарстві. Він широко застосовується у металургії; хімічна промисловість; для газополум'яної обробки металів, вогневого буріння твердих гірських порід, підземної газифікації вугілля; у медицині та різних дихальних апаратах, наприклад для висотних польотів, та інших областях.

У нормальних умовах кисень є газ без кольору, запаху і смаку, не горючий, але активно підтримує горіння. При дуже низьких температурах кисень перетворюється на рідину і навіть тверду речовину.

Найважливіші фізичні константи кисню такі:

Кисень має велику хімічну активність і утворює сполуки з усіма хімічними елементами, крім рідкісних газів. Реакції кисню з органічними речовинами мають різко виражений екзотермічний характер. Так, при взаємодії стиснутого кисню з жировими або твердими горючими речовинами, що знаходяться в дрібнодисперсному стані, відбувається миттєве їх окислення і тепло, що виділяється, сприяє самозайманню цих речовин, що може бути причиною пожежі або вибуху. Цю властивість особливо необхідно враховувати при поводженні з кисневою апаратурою.

Однією з важливих властивостей кисню є здатність утворювати в широких межах вибухові суміші з горючими газами і парами рідких горючих, що також може призвести до вибухів за наявності відкритого вогню або навіть іскри. Вибуховими є і суміші повітря з газо- або пароподібними пальними.

Кисень може бути одержаний: 1) хімічними способами; 2) електроліз води; 3) фізичним способом із повітря.

Хімічні методи, які у отриманні кисню з різних речовин, малопродуктивні й у час мають лише лабораторне значення.

Електроліз води, тобто розкладання її на складові - водень і кисень, здійснюється в апаратах, які називають електролізерами. Через воду, яку для підвищення електропровідності додається їдкий натр NaOH, пропускається постійний струм; кисень збирається на аноді, а водень – на катоді. Недоліком способу є велика витрата електроенергії: на 1 м 3 0 2 (крім того, виходить 2 м 3 Н 2) витрачається 12-15 квт. ч. Цей спосіб раціональний за наявності дешевої електроенергії, а також при отриманні електролітичного водню, коли кисень є відходом виробництва.

Фізичний спосіб полягає у поділі повітря на складові методом глибокого охолодження. Цей спосіб дозволяє отримувати кисень практично в необмеженій кількості та має основне промислове значення. Витрата електроенергії на 1 м 3 Про 2 становить 0,4-1,6 квт. год, залежно від типу установки.

ОТРИМАННЯ КИСНУ З ПОВІТРЯ

Атмосферне повітря в основному є механічною сумішшю трьох газів при наступному об'ємному їх вмісті: азоту - 78,09%, кисню - 20,93%, аргону - 0,93%. Крім того, в ньому міститься близько 0,03% вуглекислого газу та малі кількості рідкісних газів, водню, закису азоту та ін.

Головне завдання при отриманні кисню з повітря полягає у поділі повітря на кисень та азот. Попутно виробляється відділення аргону,-застосування що у спеціальних методах зварювання безперервно зростає, і навіть рідкісних газів, які грають значної ролі у низці виробництв. Азот має деяке застосування у зварюванні як захисний газ, у медицині та інших областях.

Сутність способу полягає в глибокому охолодженні повітря з обігом його в рідкий стан, що при нормальному атмосферному тиску може бути досягнуто в інтервалі температур від -191,8 ° С (початок зрідження) до -193,7 ° С (закінчення зрідження).

Поділ рідини на кисень та азот здійснюється шляхом використання різниці температур їх кипіння, а саме: Т кип. о2 = -182,97 ° С; Т кип.N2 = -195,8 ° С (при 760 мм рт. Ст.).

При поступовому випаровуванні рідини в газоподібну фазу в першу чергу переходитиме азот, що має нижчу температуру кипіння і в міру його виділення рідина збагачуватиметься киснем. Багаторазове повторення цього процесу дозволяє отримати кисень та азот необхідної чистоти. Такий спосіб поділу рідин на складові називається ректифікацією.

Для кисню з повітря є спеціалізовані підприємства, оснащені високопродуктивними установками. Крім того, на великих металообробних підприємствах є свої кисневі станції.

Низькі температури, необхідних зрідження повітря, отримують з допомогою про холодильних циклів. Нижче коротко розглядаються основні холодильні цикли, які у сучасних установках.

Холодильний цикл з дроселюванням повітря заснований на ефекті Джоуля-Томсона, тобто різке зниження температури газу при вільному його розширенні. Схема циклу наведено на рис. 2.

Повітря стискається в багатоступінчастому компресорі 1 до 200 кгс/см 2 потім проходить через холодильник 2 з проточною водою. Глибоке охолодження повітря відбувається в теплообміннику 3 зворотним потоком холодного газу зі збірки рідини (жижітеля) 4. В результаті розширення повітря в вентилі дросельному 5 він додатково охолоджується і частково зріджується.

Тиск у збірнику 4 регулюється в межах 1-2 кгс/см2. Рідина періодично зливається зі збірки у спеціальні ємності через вентиль 6. Нескраплена частина повітря відводиться через теплообмінник, виробляючи охолодження нових порцій повітря, що надходить.

Охолодження повітря до температури зрідження відбувається поступово; при включенні установки є пусковий період, протягом якого зрідження повітря не спостерігається, а відбувається лише охолодження установки. Цей період триває кілька годин.

Перевагою циклу є його простота, а недоліком – відносно висока витрата електроенергії – до 4,1 квт. год на 1 кг зрідженого повітря при тиску компресорі 200 кгс/см 2 ; при меншому тиску питома витрата електроенергії різко зростає. Цей цикл застосовується в установках малої та середньої продуктивності для отримання газоподібного кисню.

Дещо складнішим є цикл з дроселюванням і попереднім аміачним охолодженням повітря.

Холодильний цикл середнього тиску з розширенням у детандері ґрунтується на зниженні температури газу при розширенні з віддачею зовнішньої роботи. Крім того, використовується і ефект Джоуля-Томсона. Схема циклу наведено на рис. 3.

Повітря стискається в компресорі 1 до 20-40 кгс/см 2 проходить через холодильник 2 і потім через теплообмінники 3 і 4. Після теплообмінника 3 більша частина повітря (70-80%) направляється в поршневу розширювальну машину-детандер 6, а менша частина повітря (20-30%) йде на вільне розширення в дросельний вентиль 5 і далі збірник 7 має кран 8 для зливу рідини. У детандері 6

повітря, вже охолоджене першому теплообміннику, виконує роботу - штовхає поршень машини, тиск його падає до 1 кгс/см 2 , рахунок чого різко знижується температура. З детандера холодне повітря, що має температуру близько -100 ° С, виводиться назовні через теплообмінники 4 і 3, охолоджуючи повітря, що надходить. Таким чином, детандер забезпечує дуже ефективне охолодження установки при порівняно невеликому тиску компресора. Робота детандера використовується корисно, і це частково компенсує витрати енергії на стиск повітря в компресорі.

Перевагами циклу є: порівняно невеликий тиск стиснення, що спрощує конструкцію компресора та підвищену холодопродуктивність (завдяки детандеру), що забезпечує стійку роботу установки при відборі кисню в рідкому вигляді.

Холодильний цикл низького тиску з розширенням у турбодетандері, розроблений акад. П. Л. Капіцей, заснований на застосуванні повітря низького тиску з одержанням холоду тільки за рахунок розширення цього повітря у повітряній турбіні (турбодетандері) із виробництвом зовнішньої роботи. Схема циклу наведено на рис. 4.

Повітря стискається турбокомпресором 1 до 6-7 кгс/см 2 охолоджується водою в холодильнику 2 і надходить в регенератори 3 (теплообмінники), де охолоджується зворотним потоком холодного повітря. До 95% повітря після регенераторів направляється в турбодетандер 4, розширюється до абсолютного тиску 1 кгс/см 2 з виконанням зовнішньої роботи і при цьому різко охолоджується, після чого він подається в трубний простір конденсатора 5 і конденсує решту стисненого повітря (5%), що надходить у міжтрубний простір. З конденсатора 5 основний потік повітря направляється в регенератори і охолоджує повітря, що надходить, а рідке повітря пропускається через дросельний вентиль 6 збірник 7, з якого зливається через вентиль 8. На схемі показаний один регенератор, а насправді їх ставлять кілька і включають по черзі.

Достоїнствами циклу низького тиску з турбодетандером є: вищий к. п. д. турбомашин порівняно з машинами поршневого типу, спрощення технологічної схеми, підвищення надійності та вибухобезпеки установки. Цикл застосовується в установках великої продуктивності.

Поділ рідкого повітря на складові здійснюється за допомогою процесу ректифікації, сутність якого полягає в тому, що пароподібну суміш азоту і кисню, що утворюється при випаровуванні рідкого повітря, пропускають через рідину з меншим вмістом кисню. Оскільки кисню в рідині менше, а азоту більше, то вона має більш низьку температуру, ніж пар, що проходить через неї, а це викликає конденсацію кисню з пари і збагачення ним рідини з одночасним випаром з рідини азоту, тобто збагачення ним парів над рідиною .

Уявлення про сутність процесу ректифікації може дати наведена на рис. 5 спрощена схема процесу багаторазового випаровування та конденсації рідкого повітря.

Приймаємо, що повітря складається лише з азоту та кисню. Припустимо, що є кілька з'єднаних один з одним судин (I-V), у верхньому знаходиться рідке повітря з вмістом 21% кисню. Завдяки ступінчастому розташуванню судин рідина стікатиме вниз і при цьому поступово збагачуватиметься киснем, а температура її підвищуватиметься.

Припустимо, що у посудині II знаходиться рідина, що містить 30% 0 2 , у посудині III – 40%, у посудині IV – 50% та у посудині V – 60% кисню.

Для визначення вмісту кисню у паровій фазі скористаємося спеціальним графіком – рис. 6, криві якого вказують вміст кисню в рідині та парі при різних тисках.

Почнемо випаровувати рідину в посудині V при абсолютному тиску 1 кгс/см 2 . Як видно із рис. 6, над рідиною в цій посудині, що складається з 60% 0 2 і 40% N 2 може знаходитися рівноважний за складом пар, що містить 26,5% 0 2 і 73,5% N 2 має таку ж температуру, що і рідина . Подаємо цю пару в посудину IV, де рідина містить лише 50% 0 2 і 50% N 2 і тому буде холоднішою. З рис. 6 видно, що над цією рідиною пар може містити лише 19% 0 2 і 81% N 2 і тільки в цьому випадку його температура дорівнюватиме температурі рідини в даному посудині.

Отже, підводиться в судину IV з судини V пар, що містить 26,5% 2 має більш високу температуру, ніж рідина в судині IV; тому кисень пари конденсується в рідині судини IV, а частина азоту з неї випаровуватиметься. В результаті рідина в посудині IV збагатиться киснем, а пара над нею – азотом.

Аналогічно відбуватиметься процес і в інших судинах і, таким чином, при зливі з верхніх судин у нижні рідини збагачується киснем, конденсуючи його з пари, що піднімаються, і віддаючи їм свій азот.

Продовжуючи процес догори, можна отримати пару, що складається майже з чистого азоту, а в нижній частині - чистий рідкий кисень. Насправді процес ректифікації, що протікає в колонах ректифікаційних кисневих установок, значно складніше описаного, але принциповий його зміст такий же.

Незалежно від технологічної схеми встановлення та виду холодильного циклу процес виробництва кисню з повітря включає наступні стадії:

1) очищення повітря від пилу, пари води та вуглекислоти. Зв'язування 2 досягається пропусканням повітря через водний розчин NaOH;

2) стиск повітря в компресорі з подальшим охолодженням у холодильниках;

3) охолодження стисненого повітря у теплообмінниках;

4) розширення стисненого повітря в дросельному вентилі або детандері для його охолодження та зрідження;

5) зрідження та ректифікація повітря з отриманням кисню та азоту;

6) злив рідкого кисню в стаціонарні цистерни та відведення газоподібного в газгольдери;

7) контроль якості одержуваного кисню;

8) наповнення рідким киснем транспортних резервуарів та наповнення балонів газоподібним киснем.

Якість газоподібного та рідкого кисню регламентується відповідними ГОСТами.

За ГОСТом 5583-58 випускається газоподібний технічний кисень трьох сортів: вищий - із вмістом не менше 99,5% О 2 , 1-й - не менше 99,2% О 2 і 2-й - не менше 98,5% О 2 , інше - аргон та азот (0,5-1,5%). Вміст вологи не повинен перевищувати 0,07 г/ж 3 . Кисень, який отримується електролізом води, не повинен містити водню більше 0,7% за обсягом.

За ГОСТом 6331-52 випускається рідкий кисень двох сортів: сорт А з вмістом не менше 99,2% 2 і сорт Б з вмістом не менше 98,5% 2 . Вміст ацетилену в рідкому кисні не повинен перевищувати 0,3 см3/л.

Застосовуваний інтенсифікації різних процесів на підприємствах металургійної, хімічної та інших галузей промисловості технологічний кисень містить 90—98% Про 2 .

Контроль якості газоподібного, а також рідкого кисню проводиться безпосередньо в процесі виробництва за допомогою спеціальних приладів.

Адміністрація Загальна оцінка статті: Опубліковано: 2012.06.01

Цей урок присвячений вивченню сучасних способів отримання кисню. Ви дізнаєтеся, за допомогою яких методів та з яких речовин отримують кисень у лабораторії та промисловості.

Тема: Речовини та їх перетворення

Урок:Отримання кисню

У промислових цілях кисень необхідно отримувати у великих обсягах та максимально дешевим способом. Такий спосіб отримання кисню було запропоновано лауреатом Нобелівської премії Петром Леонідовичем Капіцею. Він винайшов установку для зрідження повітря. Як відомо, у повітрі знаходиться близько 21% за обсягом кисню. Кисень можна виділити з рідкого повітря шляхом перегонки, т.к. всі речовини, що входять до складу повітря, мають різні температури кипіння. Температура кипіння кисню – -183°С, а азоту – -196°С. Значить, при перегонці зрідженого повітря першим закипить та випарується азот, а потім – кисень.

У лабораторії кисень потрібний не в таких великих кількостях, як у промисловості. Зазвичай його привозять у блакитних сталевих балонах, де він перебуває під тиском. У деяких випадках все ж таки потрібно отримати кисень хімічним шляхом. Для цього використовують реакції розкладання.

ДОСВІД 1. Наллємо в чашку Петрі розчин пероксиду водню. При кімнатній температурі пероксид водню розкладається повільно (ознаки перебігу реакції ми не бачимо), але цей процес можна прискорити, якщо додати в розчин кілька крупинок оксиду марганцю (IV). Навколо крупинок чорного оксиду відразу починають виділятися бульбашки газу. Це кисень. Як би довго не протікала реакція, крупинки оксиду марганцю (IV) у розчині не розчиняються. Тобто оксид марганцю(IV) бере участь у реакції, її прискорює, але сам у ній не витрачається.

Речовини, які прискорюють реакцію, але не витрачаються в реакції, називають каталізаторами.

Реакції, що прискорюються каталізаторами, називають каталітичними.

Прискорення реакції каталізатором називають каталізом.

Таким чином, оксид марганцю (IV) реакції розкладання пероксиду водню служить каталізатором. У рівнянні реакції формула каталізатора записується зверху над знаком рівності. Запишемо рівняння проведеної реакції. При розкладанні пероксиду водню виділяється кисень і утворюється вода. Виділення кисню з розчину показують стрілкою, спрямованою нагору:

2. Єдина колекція цифрових освітніх ресурсів ().

3. Електронна версія журналу "Хімія і життя" ().

Домашнє завдання

с. 66-67 №№ 2 – 5 із Робочого зошита з хімії: 8-й кл.: до підручника П.А. Оржековського та ін. «Хімія. 8 клас»/О.В. Ушакова, П.І. Беспалов, П.А. Оржеківський; під. ред. проф. П.А. Оржековського – М.: АСТ: Астрель: Профіздат, 2006.

Кисень з'явився у земній атмосфері з виникненням зелених рослин та фотосинтезуючих бактерій. Завдяки кисню аеробними організмами здійснюється дихання чи окислення. Важливо одержання кисню у промисловості – він використовується у металургії, медицині, авіації, народному господарстві та інших галузях.

Властивості

Кисень - восьмий елемент періодичної таблиці Менделєєва. Це газ, що підтримує горіння та здійснює окислення речовин.

Мал. 1. Кисень у таблиці Менделєєва.

Офіційно кисень було відкрито 1774 року. Англійський хімік Джозеф Прістлі виділив елемент із оксиду ртуті:

2HgO → 2Hg + O 2 .

Однак Прістлі не знав, що кисень є частиною повітря. Властивості та перебування в атмосфері кисню пізніше вставив колега Прістлі – французький хімік Антуан Лавуазьє.

Загальна характеристика кисню:

• безбарвний газ;
• не має запаху та смаку;
• важче за повітря;
• молекула і двох атомів кисню (Про 2);
• у рідкому стані має блідо-блакитний колір;
• погано розчинний у воді;
• є сильним окислювачем.

Мал. 2. Рідкий кисень.

Присутність кисню легко перевірити, опустивши в посудину з газом лучину, що тліє. За наявності кисню скіпка спалахує.

Як отримують

Відомо кілька способів отримання кисню з різних сполук у промислових та лабораторних умовах. У промисловості кисень отримують з повітря шляхом його зрідження під тиском і при температурі -183°С. Рідке повітря випаровують, тобто. поступово нагрівають. При -196°C азот починає випаровуватися, а кисень зберігає рідкий стан.

У лабораторії кисень утворюється із солей, пероксиду водню та в результаті електролізу. Розкладання солей відбувається при нагріванні. Наприклад, хлорат калію або бертолетову сіль нагрівають до 500°С, а перманганат калію або марганцівку - до 240°С:

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

Мал. 3. Нагрівання бертолетової солі.

Також можна отримати кисень шляхом нагрівання селітри або нітрату калію:

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .

При розкладанні пероксиду водню використовується оксид марганцю (IV) - MnO 2 , вуглець або порошок заліза як каталізатор. Загальне рівняння виглядає так:

2Н2О2 → 2Н2О+О2.

Електроліз піддається розчин гідроксиду натрію. В результаті утворюється вода та кисень:

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

Також кисень за допомогою електролізу виділяють із води, розклавши її на водень та кисень:

2H 2 O → 2H 2 + O 2 .

На атомних підводних човнах кисень отримували з піроксиду натрію - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2 . Спосіб цікавий тим, що разом із виділенням кисню поглинається вуглекислий газ.

Як застосовують

Збирання та розпізнавання необхідно для виділення чистого кисню, що використовується в промисловості для окислення речовин, а також для підтримки дихання в космосі, під водою, у задимлених приміщеннях (кисень необхідний пожежникам). У медицині балони кисню допомагають дихати пацієнтам із утрудненим диханням. Також кисень використовується для лікування респіраторних захворювань.

Кисень застосовують для спалювання палива – вугілля, нафти, природного газу. Кисень широко застосовується в металургії та машинобудуванні, наприклад, для плавки, різання та зварювання металу.

Середня оцінка: 4.9. Усього отримано оцінок: 220.