Oxigén és annak előkészítése
TULAJDONSÁGAI OXIGÉN és módszerre
O2 oxigén a leggyakoribb elem a Földön. Ez egy nagy számú kémiai vegyületek különböző anyagokkal a kéreg (50% tömeg.), Hidrogénnel együtt biztosítják a vízben (körülbelül 86 tömeg%.), És a szabad állapotú a levegőben keverékében főként nitrogén az összeg 20,93%. (23,15 tömeg%.).
Oxigén fontos a gazdaságban. Széles körben használják a kohászat; vegyipar; Láng fémek, tűz fúrás hard rock, a földalatti elgázosítása szén; az orvostudomány és a különböző légzőkészülék, pl magaslati járatokat, és egyéb területeken.
Normális körülmények között, az oxigén gáz színtelen, szagtalan és íztelen, nem gyúlékony, de aktívan támogatja az égést. Nagyon alacsony hőmérsékleten, oxigén cseppfolyósított és még szilárd.
A legfontosabb fizikai állandóit az oxigén következő:
Súlya 1 m 3 0 ° C hőmérsékleten és 760 mm Hg. Art. kg-ban
Ugyanez a 20 ° C és 760 Hgmm. Art. kg-ban
A kritikus hőmérséklet ° C-ban
Kritikus nyomás kg / m 3
A forráspontja 760 Hgmm. Art. ° C
Súly 1 liter folyékony oxigén -182, 97 ° C-on és 760 Hgmm. Art. kg.
A oxigéngáz mennyiségének nyert 1 liter folyadék a 20 ° C-on és 760 Hgmm. Art. l
Dermedéspont 760 Hgmm nyomáson. Art. ° C
Oxigén nagy a reaktivitása, vegyületeket képez minden kémiai elemek, kivéve a ritka gáz. reakció oxigén szerves vegyületek kifejezett exoterm jellegű. Így a reagáltatást a zsíros sűrített oxigént vagy hogy finom eloszlású szilárd éghető anyag képződése pillanatnyi azok oxidációs és spontán égés a felszabaduló hő hozzájárul az anyagokat, amelyek tüzet vagy robbanást okozhat. Ez a tulajdonság különösen figyelembe kell venni, ha foglalkoznak oxigén berendezés.
Az egyik fontos tulajdonsága az oxigén, hogy képes alkotnak egy széles robbanó keveréket gyúlékony gázok és gőzök gyúlékony folyadékok, amelyek is vezethet, hogy robbanások jelenlétében nyílt láng vagy szikra. Robbanóanyagok és a levegő összekeverjük éghető gáz vagy gőz.
Oxigén állíthatjuk elő: 1) kémiai módszerekkel; 2) víz elektrolízisével; 3) egy fizikai módszer a levegőből.
A kémiai módszerek, amelyek lényege megszerzése oxigént a különböző anyagok, nem hatékony, és jelenleg csak laboratóriumi érték.
Elektrolízis víz, azaz annak felbontása alkatrészek - .. Hidrogén és oxigén végezzük ismert készülékekben sejtek. Miután a víz, amelyhez hozzáadjuk, hogy javítsa az elektromos vezetőképesség nátrium-hidroxid nátrium-hidroxid, állandó áramot vezetünk; oxigén gyűjtött az anódon és a hidrogén - a katód. A módszer hátránya a nagy energiafogyasztás: 1 m 3 02 (a Továbbá így 2 m 3 H 2) fogyasztják 12-15 kW. h. Ez a módszer racionális jelenlétében olcsó villamos, valamint az előállítására elektrolitikus hidrogénatom, ha az oxigén egy hulladék termék.
A fizikai módszer az, hogy külön levegő komponenst mély hűtés. Ez a módszer lehetővé teszi, így az oxigén gyakorlatilag korlátlan mennyiségben és jelentős ipari jelentőségű. Elektromosenergiafogyasztás per 1 m3 O2 0,4-1,6 kW. óra, attól függően, hogy milyen típusú telepítést.
A termelés az oxigént a levegőből
Atmoszférikus levegő alapvetően egy mechanikus három gáz keveréke az alábbi volumetrikus tartalma: nitrogén - 78,09% oxigén - 20,93% argont - 0,93%. Ezen túlmenően, ez tartalmaz mintegy 0,03% szén-dioxid és kis mennyiségű nemesgáz, hidrogén, a dinitrogén-oxid és mások.
A fő kihívás megszerzése oxigén levegőből az, hogy külön levegőt oxigén és a nitrogén. Készült argon szétválasztása Mellesleg, amely -Alkalmazások különleges hegesztési eljárások folyamatosan növekszik, valamint a ritka gáz, amely fontos szerepet játszik számos iparágban. Nitrogén néhány alkalmazás hegesztési mint védőgáz, az orvostudomány és más területeken.
A módszer abban áll, mély-hűtőlevegő annak kezelést folyékony állapotban, amelyek atmoszferikus nyomáson el lehet érni a hőmérséklet-tartományban -191,8 ° C (kezdete cseppfolyósítás) a -193,7 ° C (cseppfolyósítás vége).
folyadék szétválasztás oxigén és nitrogén végzi fennálló különbséget kihasználva a forráspontjuk, nevezetesen, bp. a2 = -182,97 ° C; Tkip.N2 = -195,8 ° C (760 Hgmm nyomáson. V.).
A fokozatos párolgása a folyadék a gáznemű fázisban elsősorban át nitrogént, amelynek a forráspontja alacsonyabb, és legalább annak izolálása folyadék kerül oxigénnel dúsított. Többszörös ismétlések e folyamat lehetővé teszi, hogy megkapjuk az oxigén és a nitrogén megkívánt tisztaságát. Egy ilyen módszer elválasztó folyadékok jussanak alkatrészek nevezzük kijavítását.
A termelés az oxigén a levegőben vannak szakosodott vállalkozások felszerelt nagy teljesítményű berendezések. Ezen kívül a nagy fém cég saját oxigén állomás.
Az alacsony hőmérséklet szükséges cseppfolyósítására levegő alkalmazásával kapott egy úgynevezett hűtőkörfolyamat. Az alábbiakban összefoglaljuk az alapvető Hűtőkörfolyamatok használt modern berendezések.
A levegőt összenyomjuk, többlépcsős kompresszor 1 és 200 kgf / cm 2, majd áthalad a kondenzátor 2 folyóvízzel. Mély hűtés a levegő zajlik egy hőcserélőben 3, a fordított áramlás hideg gáz és a folyékony tartály (cseppfolyósító) 4. Ennek eredményeként a bővítése a levegő a fojtószelep 5, azt tovább hűtjük és részlegesen cseppfolyósított.
Nyomás a gyűjtemény 4 szabályozzuk a tartományban 1-2 kgf / cm 2. A folyadék periodikusan elvezetve egy gyűjtemény speciális tartályokban a szelepen keresztül 6. Neszhizhennaya része a távozó levegő a hőcserélőn keresztül, ami egy új hűtési részei a bejövő levegő.
léghűtő cseppfolyósítási hőmérséklet fokozatos; beállításakor váltott az indítási időszak, amelynek során a levegő cseppfolyósító nem figyelhető meg, de csak hűtés telepítés. Ez az időszak néhány órát vesz igénybe.
Előnye a ciklus egyszerűségében rejlik, de a hátránya - viszonylag magas energiafogyasztás - akár 4,1 kW. h per 1 kg cseppfolyósított levegő a kompresszor nyomáson 200 kgf / cm 2; alacsonyabb nyomáson relatív energiafelhasználást drámaian növekszik. Ez a ciklus használatos rendszerek kis és közepes kapacitású előállítására gáz-halmazállapotú oxigént.
Valamivel bonyolultabb a ciklus szabályozása és előzetes léghűtéses ammónia.
A levegőt összenyomjuk, a 1 kompresszor és 20-40 kgf / cm 2 áthalad a hűvösebb 2, majd hőcserélőkön keresztül 3 és 4. Amikor a hőcserélő 3, A levegő legnagyobb része (70-80%) van vezetve egy dugattyús expanziós gép-bővítő 6 és az alsó rész levegő (20-30%) szabad terjeszkedés expanziós szelepet az 5. és további kollektor ellátott 7 szelep 8 elvezetésére a folyadék. A bővítő 6
levegő, a már lehűtjük az első hőcserélő, termel munka - kitolja dugattyús gép, nyomása csepp 1 kgf / cm 2, ahol a hőmérséklet erősen. Bővítőegység hideg levegő, amelynek hőmérséklete körülbelül -100 ° C-on, engedni a külső a hőcserélőn keresztül a 3. és 4., hűtés a bejövő levegő. Így, az expander egy nagyon hatékony hűtési telepítés viszonylag alacsony nyomású kompresszor. A munkát bővítő használnak, és ez hasznos, hogy részben ellensúlyozza a kiadások az energia levegősűrítés a kompresszort.
Az előnyök a ciklus viszonylag kicsi a kompressziós nyomás, ami egyszerűsíti az építőiparban a kompresszor és a megnövekedett hűtési kapacitást (révén egy expander), amely biztosítja a stabil működését a készülék a kiválasztási az oxigén folyékony formában.
A hűtési ciklust alacsony nyomású tágulási turbóexpanderbe tervezett Acad. P. L. Kapitsey alapuló alkalmazásával egy alacsony nyomású hideg levegővel, és megkapjuk a csupán bővülése miatt a levegő a levegő turbina (expanziós turbina) termelés a külső munkát. Menetciklus ábrán látható. 4.
A sűrített levegő által a turbófeltöltő 1-6,7 kgf / cm 2 a víz hűtőszekrényben lehűtjük 2. és 3. belép a regenerátorok (hőcserélők), ahol a lehűtött visszatérő áramlás a hideg levegő. Akár 95% a levegő, miután a regenerátorokat küld a expanziós turbina 4 bővül nyomáson 1 kgf / cm 2 a teljesítményét külső munkát, és így leállítjuk, majd azt betápláljuk a cső helyet az 5 kondenzátorban, és kondenzálódik a többi a sűrített levegő (5%) jön be a körgyűrű. A kondenzátor 5 a fő légáram, hogy a regenerátor, és lehűti a bejövő, folyadék és levegő áthalad a fojtószelep 6 a kollektor 7, ahonnan leszívatjuk szelepen keresztül 8. A diagram egy regenerátor, és valójában adnak kevés és tartalmaznak váltakozva.
Az előnyök a kisnyomású turbóexpander ciklus nagyobb a hatékonysága turbomachines képest dugattyús gépek, egyszerűsítésére vonatkozó technológiai rendszer, növeli a megbízhatóságot és robbanásbiztos szerelés .... A ciklus használt a telepítés egy nagy kapacitású.
A természet a kiigazítási eljárás érhetnek ábrán látható. 5, egyszerűsített diagramja eljárással, amely ismételt párolgás és kondenzáció a cseppfolyós levegő.
Tegyük fel, hogy a hajó II egy folyadékot tartalmazó 30% a hajó 02. III - 40%, az edényben IV - 50%, az edényben V - 60% oxigént.
Kezdjük elpárologni folyadék az edényben V abszolút nyomás mellett 1 kgf / cm 2. ábrából látható. 6, a folyadék feletti az edényben, amely 60% 02 és 40% N2. Ez lehet az egyensúlyi gőz készítmény, amely 02-26,5%, és 73,5% N2. amelynek azonos hőmérsékleten, mint a folyadék. Szállító a gőz az edénybe IV, ahol a folyékony amely csak 50% a 02% N2 és 50, és ezért hidegebb. Ábra. 6, hogy a pár a folyadék tartalmazhat csupán 19% -a 02 és 81% N2. és csak ebben az esetben a hőmérséklet eléri folyadék hőmérséklete ebben a tartályban.
Következésképpen mellékelt az edénybe a hajó V IV gőzt tartalmazó 26,5% O2. Ez egy magasabb hőmérsékletű, mint a tartályban lévő folyadék a IV; Ezért az oxigén gőz kondenzálódik az edényben IV folyadék, és részben a nitrogén elpárolog azokból. Ennek eredményeképpen, a folyadék az edényben IV dúsított oxigén és gőz rajta - nitrogén.
Hasonlóképpen, a folyamat sor más hajókon, és így, ha elvezetését a felső tartály az alsó folyékony oxigénnel dúsított kondenzáljuk, s így ki a növekvő gőz és ad nekik egy nitrogén.
Függetlenül attól, hogy a technológiai rendszer és a telepítés típusától a hűtő körfolyamat Eljárás oxigén levegőből a következő lépéseket tartalmazza:
1) tisztító levegőt a portól, a vízgőz és szén-dioxid. Binding CO2 érjük levegő átvezetésével a vizes nátrium-hidroxid-oldatot;
2) tömörítése levegő kompresszorral, majd hűtés hűtőszekrények;
3) a sűrített levegő hűtésére a hőcserélők;
4) bővül a sűrített levegő az expanziós szelep vagy egy expandert annak hűtő- és cseppfolyósítási;
5) cseppfolyósítása és kijavítása levegővel, oxigén és nitrogén;
6) elvezetését a folyékony oxigén tartály és egy álló kisülési gáz gáztartályok;
7) A minőség-ellenőrzés a kapott oxigén;
8) töltés folyékony oxigén tartályok és a szállítás töltött tartályok gázalakú oxigénnel.
Minőség gáz és folyékony oxigén szabályozott egyes vendég.
Használt intenzívebbé a különböző folyamatokat a kohászati, kémiai és más iparágak technológiai oxigént tartalmaz 90-98% O2.
Minőség-ellenőrzés a gáznemű és folyékony oxigént, és közvetlenül a gyártási folyamat során útján speciális eszközök.