Производство азота и кислорода

         Производство азота и кислорода является важным процессом в современной промышленности. Азот и кислород – два основных газа, которые широко используются в различных отраслях, включая медицину, пищевую промышленность, энергетику и производство электроники. Процесс производства этих газов основан на разделении воздуха и имеет решающее значение для обеспечения необходимых ресурсов в различных отраслях. В данном введении мы рассмотрим основные методы и технологии производства азота и кислорода, а также их важность для современного общества.

         Способы производства азота и кислорода включают в себя различные технологии, однако основным методом является процесс разделения воздуха. Воздух состоит преимущественно из азота (около 78%) и кислорода (около 21%), а также содержит небольшие объемы других газов.

Одним из наиболее распространенных методов разделения воздуха является метод линейного разделения, основанный на различной аффинности газов к различным адсорбентам. В этом процессе воздух подвергается компрессии, затем охлаждается до низких температур, чтобы превратить его в жидкость. Затем жидкий воздух проходит через систему сорбентов, которые улавливают азот, оставляя кислород. После этого азот отводится, а кислород собирается и сжимается для дальнейшего использования.

Еще одним распространенным методом разделения воздуха является метод фракционирования, основанный на различной температуре кипения компонентов воздуха. В этом процессе воздух также подвергается компрессии и охлаждению, но затем проходит через колонки с различными упаковками, которые создают условия для разделения газов на основе их температуры кипения. Азот и кислород собираются в разных точках колонок и затем отводятся для дальнейшей обработки.

Важность производства азота и кислорода для современного общества не может быть недооценена. Азот широко используется в промышленности для создания инертной атмосферы, термической обработки металлов и синтеза аммиака, который является основным компонентом удобрений. Кислород, в свою очередь, необходим для поддержания жизни в медицине, сварке и окислительных процессах. Без надлежащего производства и поставок этих газов, многие отрасли промышленности и медицины столкнулись бы с серьезными проблемами.

Конкретные процессы и технологии производства азота и кислорода могут различаться в зависимости от масштаба производства, требуемой чистоты газов и конечного использования. Однако, независимо от используемой методики, производство азота и кислорода требует высокой энергоемкости и специализированного оборудования.

Еще одним инновационным методом производства азота и кислорода является электролиз воды. Этот процесс основан на применении электрического тока для разложения воды на молекулы водорода и кислорода. В результате электролиза можно получить чистый кислород и водород. Хотя электролиз воды может быть более энергоемким по сравнению с другими методами, он является экологически более устойчивым, так как не требует использования исходного воздуха и не производит углекислый газ.

Таким образом, производство азота и кислорода является неотъемлемой частью современной промышленности и обеспечивает необходимые ресурсы для различных отраслей, способствуя развитию и благополучию общества.

Объект работы – азот и кислород.

Предмет работы – процесс производства газов.

Цель работы – исследование процесса производства азота и кислорода.

2 ОПИСАНИЕ ОСНОВ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА

         Получение кислорода.

Большое количество кислорода используется в промышленности, в медицине, в других областях человеческой деятельности. Промышленные количества кислорода получают из жидкого воздуха. Сначала воздух сжимают мощными компрессорами – при этом он, как любой сжимаемый газ, сильно нагревается. Если вам приходилось энергично накачивать велосипедную камеру, то вы должны помнить, что корпус насоса и шланг нагреваются довольно заметно.

Сжатый воздух в больших баллонах-емкостях охлаждается. Затем его подвергают быстрому расширению через узкие каналы, снабженные турбинками для дополнительного отбора энергии у молекул газа. Эти устройства называются турбодетандерами. При расширении любого газа всегда происходит его охлаждение. Если газ был сжат очень сильно, то его расширение может привести к такому сильному охлаждению, что часть воздуха сжижается.

Жидкий воздух собирают в специальные сосуды, называемые сосудами Дьюара (рис. 6-2).

Сосуд Дьюара для хранения и транспортировки сжиженных газов и его устройство. Из пространства между внутренней и внешней стенками сосуда откачан воздух. Вакуум практически не проводит тепло, поэтому жидкий газ, даже имея очень низкую температуру, может сохраняться в таком сосуде длительное время.

Как вы уже знаете, жидкий кислород кипит при более "высокой" температуре (-183 оС), чем жидкий азот (-196 оС). Поэтому при "нагревании" жидкого воздуха, когда температура этой очень холодной жидкости медленно повышается от -200 оС до -180 оС, прежде всего при -196 оС перегоняется азот (который опять сжижают) и только следом перегоняется кислород. Если такую перегонку жидких азота и кислорода произвести неоднократно, то можно получить весьма чистый кислород. Обычно его хранят в сжатом виде в стальных баллонах, окрашенных в голубой цвет. Характерная голубая окраска баллонов нужна для того, чтобы нельзя было спутать кислород с каким-нибудь другим сжатым газом.

Аппаратура для промышленного получения кислорода, как мы видим, очень сложна и энергоемка. В лаборатории кислород удобнее получать из его соединений с другими элементами.

Чаще всего кислород получают нагреванием таких веществ (в состав которых кислород входит в связанном виде), как перманганат калия (марганцовка), хлорат калия (бертолетова соль), нитрат калия (селитра):

2 KMnO4=K2MnO4+MnO2+O2

перманганат калия

нагревание

манганат калия

диоксид марганца

кислород

2 KClO3=2 KCl+3 O2

хлорат калия

нагревание

хлорид калия

кислород

2 KNO3=2 KNO2+O2

нитрат калия

нагревание

нитрит калия

кислород

Удобно получать кислород в лаборатории из пероксида водорода:

2 H2O2=2 H2O+ O2

пероксид водорода

катализатор

кислород

Всего 20 источников