Основният промишлен метод за производство на кислород е. Промишлено производство на кислород

Въздухът е неизчерпаем източник на кислород. За да се получи кислород от него, този газ трябва да бъде отделен от азота и другите газове. Индустриалният метод за производство на кислород се основава на тази идея. Изпълнява се с помощта на специално, доста тромаво оборудване. Първо, въздухът се охлажда силно, докато се превърне в течност. След това температурата на втечнения въздух постепенно се повишава. От него първо започва да се отделя азотен газ (точката на кипене на течния азот е -196 ° C) и течността се обогатява с кислород.

Получаване на кислород в лабораторията. Лабораторните методи за производство на кислород се основават на химични реакции.

J. Priestley получава този газ от съединение, наречено живачен (II) оксид. Ученият използвал стъклена леща, с която фокусирал слънчевата светлина върху веществото.

В съвременна версия този експеримент е изобразен на фигура 54. При нагряване живачният (||) оксид (жълт прах) се превръща в живак и кислород. Живакът се отделя в газообразно състояние и кондензира по стените на епруветката под формата на сребристи капки. Кислородът се събира над водата във втората епруветка.

Методът на Пристли вече не се използва, тъй като живачните пари са токсични. Кислородът се произвежда чрез други реакции, подобни на обсъжданата. Те обикновено се появяват при нагряване.

Реакциите, при които от едно вещество се образуват няколко други, се наричат ​​реакции на разлагане.

За получаване на кислород в лабораторията се използват следните кислородсъдържащи съединения:

Калиев перманганат KMnO4 (общо наименование калиев перманганат; веществото е обикновен дезинфектант)

Калиев хлорат KClO3 (тривиално име - сол на Бертоле, в чест на френския химик от края на 18-ти - началото на 19-ти век C.-L. Berthollet)

Малко количество катализатор - манганов (IV) оксид MnO2 - се добавя към калиев хлорат, така че разлагането на съединението става с освобождаване на кислород1.

Структура на молекулите на халкоген хидридите H2Eможе да се анализира с помощта на метода на молекулярната орбитала (МО). Като пример, разгледайте диаграмата на молекулярните орбитали на водна молекула (фиг. 3)

За конструкцията (За повече подробности вижте G. Gray "Electrons and Chemical Bonding", M., издателство "Mir", 1967, стр. 155-62 и G. L. Miessier, D. A. Tarr, "Inorganic Chemistry", Prantice Hall Int. Inc., 1991, p.153-57) диаграма на MO на молекулата H2O, ние ще комбинираме началото на координатите с кислородния атом и ще поставим водородните атоми в равнината xz (фиг. 3). Припокриването на 2s- и 2p-AOs на кислород с 1s-AOs на водород е показано на Фиг. 4. В образуването на МО участват АО на водорода и кислорода, които имат еднаква симетрия и сходни енергии. Приносът на АО за формирането на МО обаче е различен, което се отразява в различни стойности на коефициентите в съответните линейни комбинации на АО. Взаимодействието (припокриването) на 1s-AO на водорода и 2s- и 2pz-AO на кислорода води до образуването на 2a1-свързващи и 4a1-антисвързващи МО.

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

2HgO t° → 2Hg + O2

Оксиди– бинарни съединения, които съдържат кислород Когато тлееща треска беше поставена в съд с газ, тя пламна ярко.Ученият смята, че тлеещата треска е въвела флогистон в газа и той се е запалил. Д. ПристлиОпитах се да дишам получения газ и бях възхитен от това колко лесно и свободно беше да дишам. Тогава ученият дори не си е представял, че удоволствието от дишането на този газ е дадено на всички. Д. Пристли споделя резултатите от експериментите си с френския химик Антоан Лоран Лавоазие.Имайки добре оборудвана лаборатория по това време, А. Лавоазие повтаря и подобрява експериментите на Д. Пристли. А. Лавоазие измерва количеството газ, отделен при разлагането на определена маса живачен оксид.След това химикът нагрява металния живак в запечатан съд, докато стане живачен (II) оксид. Той откри, че количеството газ, освободен при първия експеримент, е равно на газа, абсорбиран при втория експеримент. Следователно живакът реагира с някакво вещество във въздуха. И същото това вещество се отделя по време на разлагането на оксида. Лавоазие е първият, който заключава, че флогистонът няма абсолютно нищо общо с това и изгарянето на тлееща треска е причинено от неизвестен газ, който по-късно е наречен кислород. Откриването на кислорода бележи краха на теорията за флогистона!

Методи за производство и събиране на кислород в лаборатория

Лабораторните методи за производство на кислород са много разнообразни. Има много вещества, от които може да се получи кислород. Нека да разгледаме най-често срещаните методи.

1) Разлагане на живачен (II) оксид

Един от начините за получаване на кислород в лабораторията е получаването му чрез реакцията на разлагане на оксида, описана по-горе живак(II).Поради високата токсичност на живачните съединения и самите живачни пари, този метод се използва изключително рядко.

2) Разлагане на калиев перманганат

Калиев перманганат(в ежедневието го наричаме калиев перманганат) е кристално вещество с тъмно лилав цвят. При нагряване на калиев перманганат се отделя кислород. Изсипете малко калиев перманганат на прах в епруветката и я фиксирайте хоризонтално в крака на статива. Поставете парче памучна вата близо до отвора на епруветката. Затваряме епруветката със запушалка, в която е поставена тръба за изпускане на газ, чийто край се спуска в приемния съд. Изходната тръба за газ трябва да стига до дъното на приемния съд. Необходима е памучна вата, разположена близо до отвора на епруветката, за да се предотврати навлизането на частици калиев перманганат в приемния съд (по време на разлагането освободеният кислород пренася частиците перманганат). Когато устройството е сглобено, започваме да нагряваме епруветката. Започва отделянето на кислород. Уравнение на реакцията за разлагане на калиев перманганат:

2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2

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

Разлагане на водороден пероксид

Водороден прекис- вещество, известно на всички. Продава се в аптеките под името "водороден прекис". Това име е остаряло, по-правилно е да се използва терминът „пероксид“. Химическа формула на водороден прекис H2O2 Водородният прекис по време на съхранение бавно се разлага на вода и кислород. За да ускорите процеса на разлагане, можете да загреете или да нанесете катализатор.

Катализатор– вещество, което ускорява скоростта на химична реакция

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

2H2O2 MnO2 → 2H2O + O2

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

Разлагане на калиев хлорат

Калиев хлорат- бяло кристално вещество. Използва се при производството на фойерверки и други различни пиротехнически продукти. Има тривиално име за това вещество - „Бертолетова сол“. Веществото получи това име в чест на френския химик, който първи го синтезира, Клод Луи Бертоле. Химичната формула на калиевия хлорат е KСlO3.При нагряване на калиев хлорат в присъствието на катализатор - манганов оксид MnO2, Бертолетовата сол се разлага по следната схема:

2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2.

Разлагане на нитрати

Нитрати- вещества, съдържащи йони NO3⎺.Съединенията от този клас се използват като минерални торове и се включват в пиротехническите продукти. Нитрати– съединенията са термично нестабилни и при нагряване се разлагат с отделяне на кислород: Моля, имайте предвид, че всички разглеждани методи за производство на кислород са подобни. Във всички случаи при разграждането на по-сложни вещества се отделя кислород. Реакция на разлагане- реакция, в резултат на която сложните вещества се разлагат на по-прости.Като цяло реакцията на разлагане може да се опише с буквена схема:

AB → A + B.

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

Производство на кислород в промишлеността

В промишлеността кислородът се получава чрез отделянето му от въздуха. Въздух– смес от газове, чиито основни компоненти са представени в таблицата. Същността на този метод е дълбоко охлаждане на въздуха, превръщайки го в течност, което при нормално атмосферно налягане може да се постигне при температура около -192°С. Разделянето на течността на кислород и азот се извършва чрез използване на разликата в техните температури на кипене, а именно: Tb. O2 = -183°C; Bp.N2 = -196°С(при нормално атмосферно налягане). При постепенното изпаряване на течност азотът, който има по-ниска точка на кипене, първо ще премине в газообразна фаза и при освобождаването му течността ще се обогати с кислород. Повтарянето на този процес многократно прави възможно получаването на кислород и азот с необходимата чистота. Този метод за разделяне на течности на техните съставни части се нарича ректификация на течен въздух.

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

]]>

При рязане на метал се извършва с високотемпературен газов пламък, получен чрез изгаряне на запалим газ или течни пари, смесени с технически чист кислород.

Кислородът е най-разпространеният елемент на земята, намиращи се под формата на химични съединения с различни вещества: в земята - до 50% от теглото, в комбинация с водород във водата - около 86% от теглото и във въздуха - до 21% от обема и 23% от тегло.

Кислородът при нормални условия (температура 20°C, налягане 0,1 MPa) е безцветен, незапалим газ, малко по-тежък от въздуха, без мирис, но активно поддържащ горенето. При нормално атмосферно налягане и температура 0°C масата на 1 m 3 кислород е 1,43 kg, а при температура 20°C и нормално атмосферно налягане - 1,33 kg.

Кислородът има висока химическа активност, образуващи съединения с всички химични елементи с изключение на (аргон, хелий, ксенон, криптон и неон). Реакциите на съединението с кислород протичат с отделяне на голямо количество топлина, т.е. те имат екзотермичен характер.

Когато компресираният газообразен кислород влезе в контакт с органични вещества, масла, мазнини, въглищен прах, запалими пластмаси, те могат спонтанно да се възпламенят в резултат на отделяне на топлина при бързо компресиране на кислород, триене и удар на твърди частици върху метал, както и като електростатичен искров разряд. Следователно, когато използвате кислород, трябва да се внимава да не влиза в контакт със запалими или горими вещества.

Цялото кислородно оборудване, кислородните тръбопроводи и бутилки трябва да бъдат напълно обезмаслени.способни да образуват експлозивни смеси със запалими газове или течни запалими пари в широк диапазон, което също може да доведе до експлозии в присъствието на открит пламък или дори искра.

Отбелязаните характеристики на кислорода винаги трябва да се имат предвид, когато се използва в процеси на газопламъчна обработка.

Атмосферният въздух е предимно механична смес от три газа със следното обемно съдържание: азот - 78,08%, кислород - 20,95%, аргон - 0,94%, останалото е въглероден диоксид, азотен оксид и др. Кислородът се получава чрез отделяне на въздухадо кислород и чрез метода на дълбоко охлаждане (втечняване), заедно с отделянето на аргон, чието използване непрекъснато нараства. Азотът се използва като защитен газ при заваряване на мед.

Кислородът може да се получи по химичен път или чрез електролиза на вода. Химични методинеефективни и неикономични. При електролиза на водаПри постоянен ток кислородът се произвежда като страничен продукт при производството на чист водород.

Кислородът се произвежда в промишленосттаот атмосферния въздух чрез дълбоко охлаждане и ректификация. В инсталациите за получаване на кислород и азот от въздуха, последният се почиства от вредни примеси, компресира се в компресор до подходящо налягане на хладилния цикъл от 0,6-20 MPa и се охлажда в топлообменници до температурата на втечняване, разликата в температурите на втечняване на кислород и азот е 13°C, което е достатъчно за пълното им разделяне в течната фаза.

Течният чист кислород се натрупва в апарат за разделяне на въздуха, изпарява се и се събира в газов резервоар, откъдето се изпомпва в цилиндри от компресор под налягане до 20 MPa.

По тръбопровод се транспортира и технически кислород. Налягането на кислорода, транспортиран през тръбопровода, трябва да бъде съгласувано между производителя и потребителя. Кислородът се доставя до обекта в кислородни бутилки, а в течно състояние в специални съдове с добра топлоизолация.

За превръщането на течния кислород в газ се използват газификатори или помпи с изпарители на течен кислород. При нормално атмосферно налягане и температура 20 ° C 1 dm 3 течен кислород при изпаряване дава 860 dm 3 газообразен кислород. Поради това е препоръчително кислородът да се доставя до мястото на заваряване в течно състояние, тъй като това намалява теглото на контейнера 10 пъти, което спестява метал за производството на цилиндри и намалява разходите за транспортиране и съхранение на цилиндри.

За заваряване и рязанеСпоред -78 техническият кислород се произвежда в три степени:

• 1-во - чистота най-малко 99,7%
• 2-ро - не по-малко от 99,5%
• 3-то - не по-малко от 99,2% обемни

Чистотата на кислорода е от голямо значение за рязане с кислородно гориво. Колкото по-малко газови примеси съдържа, толкова по-висока е скоростта на рязане, по-чисто и по-малко потребление на кислород.

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

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

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

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

Приложение на кислорода в промишлеността и медицината

Индустрия	Приложение на кислород
Металургична индустрия	Производство на стомана от чугун (отстраняване на излишния въглерод от чугун). Конверторен метод за производство на стомана. Електрическо производство на стомана. Кислородно вдухване в доменни и мартенови пещи, конвертори. Производство на феросплави. Топене на никел, цинк, олово, цирконий и други цветни метали. Интензификация на процесите на печене на суровини в цветната металургия. Директно намаляване на желязото. Обработка на матове.
Химическа индустрия	Кислородът като окислител при производството на изкуствени течни горива, смазочни масла, азотна и сярна киселини, метанол, амоняк и амонячни торове, метални пероксиди и други химически продукти. Производство на ацетилен (термоокислителен крекинг).
Нефтохимическа промишленост	Кислородът се използва, за да накара рафинериите да работят по-ефективно - за да се увеличи производителността на инсталациите за крекинг на нефт.
Енергия	Газификация на твърдо гориво. Компресиране на смес от твърди въглища. Обогатяване на въздуха с кислород за промишлени котли.
Строителство и машиностроене	Кислородно-ацетиленово газово рязане и газово заваряване на метали и сплави. Плазмено рязане на метали и запояване. Разпрашване и наваряване на метали.
Добив на злато	Добив на благородни метали от руди. Термично сондиране на твърди скали. Рафиниране на злато.
Производство на масло	Инжектиране на кислород във формацията за увеличаване на енергията на изместване. Създаване на източник на горене, който ефективно се движи във формацията.
Стъкларска индустрия	Кислородът ви позволява да повишите температурата в пещите за топене на стъкло и да подобрите процеса на горене, като намалите емисиите на азотни оксиди и прахови частици от пещите. При производството на стъклени продукти кислородът се подава към газови горелки, които се използват за отрязване на нестандартната част на продукта, стопяване на ръбовете и полиране на повърхността с огън, за да се стопят микродефектите. Кислородът е необходим при духането на стъкло, във фабриките за медицинско и лабораторно стъкло и при производството на електрически крушки.
Екология	Кислородът се използва в процеси: За повишаване ефективността на озониращите инсталации - озониране за пречистване на вода, пречистване на отпадъчни води, избелване на целулоза и др. Обезвреждане на отпадъци - по време на неутрализация (окисление) на химически активни отпадъци в пречиствателни станции в инсинератори за отпадъци с кислороден взрив. При пречистване на питейна вода. При рециклиране на метали.
селско стопанство
Хранително-вкусовата промишленост	В хранително-вкусовата промишленост кислородът е регистриран като хранителна добавка E948. Кислородът като пропелант и опаковъчен газ.
Инсталации за озониране	Озониране за пречистване на вода, пречистване на отпадъчни води, избелване на целулоза и др.
Лекарство	Обогатяване на дихателните газови смеси с кислород. Кислородни коктейли. Анестезия (наркоза). Физиотерапия. Озониране за дезинфекция.

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

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

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

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

Основни характеристики на криогенните системи

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

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

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

Принцип на действие на адсорбционните агрегати

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

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

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

Предимства на системите за разделяне на газ

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

Предимства на системите за разделяне на газ:

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

Предимства на адсорбционните инсталации на NPK Grasys

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

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

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

Характеристики на нашите инсталации за адсорбция на кислород:

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

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

Основните причини за сътрудничество с NPK Grasys

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

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

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

Предимства от работата с отговорен доставчик на оборудване NPK Grasys:

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

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

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