Свойства кислорода. Вес 1 м3 кислорода. Вес жидкого кислорода. Способы получения кислорода. | МеханикИнфо

Свойства кислорода. Вес 1 м3 кислорода. Вес жидкого кислорода. Способы получения кислорода. | МеханикИнфо Кислород

Таблица: плотности газов, химические формулы газов и молекулярные веса основных распространенных газов — ацетилен, воздух, метан, азот, кислород и многих других — инженерный справочник / технический справочник дпва / таблицы для инженеров (ex dpva-info)

Таблица: плотности, химические формулы и молекулярные веса основных распространенных газов — ацетилен, воздух, метан, азот, кислород и многих других
Газ Химическая
формула
Молекулярный
вес
Плотность

кг/м3

футов/фут3(lb/ft3)

относительная плотность газа по воздуху

Азот / Nitrogen N2 28.02 1.1651)
1.25062)
0.07271)
0.0780722)
0,97
Ацетилен = этин / Acetylene (ethyne) C2H2 26 1.0921)
1.1702)
0.06821)
0.07292)
0,91
Аммиак / Ammonia NH3 17.031 0.7171)
0.7692)
0.04481)
0.04802)
0,60
Аргон / Argon Ar 39.948 1.6611)
1.78372)
0.10371)
0.1113532)
1,38
Бензол / Benzene C6H6 78.11 3.486 0.20643 2,90
Биогаз, генерируемый метантенком; метан, генерируемый метантенком / Digester Gas (Sewage or Biogas) 0.062
Бутан / Butane C4H10 58.1 2.4891)
2.52)
0.15541)
0.1562)
2,07
Бутилен = Бутен / Butylene (Butene) C4H8 56.11 2.504 0.1482) 2,03
Веселящий газ, закись азота / Nitrous Oxide N2O 44.013 1.9801) 0.114 1,65
Водород / Hydrogen H2 2.016 0.08992) 0.00562) 0,08
Водяной пар / Water Vapor, steam H2O 18.016 0.804 0.048 0,67
Водяной битуминозный газ= голубой водяной газ жирный / Water gas (bituminous) 0.054
Водяной карбюрированный газ = голубой водяной газ / Carbureted Water Gas 0.048
Воздух / Air 29 1.2051)
1.2932)
0.07521)
0.08062)
1
Газ Химическая
формула
Молекулярный
вес
Плотность

кг/м3

футов/фут3(lb/ft3)

Гелий / Helium He 4.02 0.16641)
0.17852)
0.010391)
0.0111432)
0,014
Гексан / Hexane 86.17
Двукосиь азота / Nitric oxide NO 30.0 1.2491) 0.07801) 1,04
Двуокись азота = перекись азота / Nitrogen Dioxide NO2 46.006
Доменный газ = колошниковый газ / Blast furnace gas 1.2502) 0.07802) 0,97
Дисульфид углерода = двусернистый углерод = сернистый углерод = сероуглерод / Carbon disulphide 76.13
Криптон / Krypton 3.742) 2,90
Коксовальный газ = коксовый газ / Coke Oven Gas 0.0342)
Метан / Methane CH4 16.043 0.6681)
0.7172)
0.04171)
0.04472)
0,56
Метиловый спирт / Methyl Alcohol 32.04
Пригодный газ = натуральный газ / Natural gas 19.5 0.7 — 0.92) 0.044 — 0.0562) 0,55-0,70
Продукты сгорания = смесь продуктов полного сгорания в виде CO2, Н2О, SO2 и золы неполного сгорания в виде СО, Н2, и др., а также азота и кислорода / Combustion products 1.112) 0.0692) 0,86
Изопентан / Iso-Pentane 72.15
Газ Химическая
формула
Молекулярный
вес
Плотность

кг/м3

футов/фут3(lb/ft3)

Кислород / Oxygen O2 32 1.3311)
1.42902)
0.08311)
0.0892102)
1,11
Ксенон / Xenon 5.862) 4,54
Метилбензол = толуол / Toluene C7H8 92.141 4.111 0.2435 3,42
Неон / Neon Ne 20.179 0.89992) 0.0561792) 0,70
Н-гептан / N-Heptane 100.20
Н-октан / N-Octane 114.22
Н-пентан / N-Pentane 72.15
Озон / Ozone O3 48.0 2.142) 0.125 1,78
Оксид серы (II)= диоксид серы = двуокись серы = сернистый ангидрид = сернистый газ / Sulfur Dioxide SO2 64.06 2.2791)
2.9262)
0.17031)
0.18282)
1,90
Оксид серы (III)= триоксид серы = серный ангидрид = серный газ / Sulfur Trioxide SO3 80.062
Оксид серы (I)= моноксид серы / Sulfuric Oxide SO 48.063
Пропан / Propane C3H8 44.09 1.8821) 0.11751) 1,57
Пропен = пропилен / Propene (propylene) C3H6 42.1 1.7481) 0.10911) 1,45
Перокид азота / Nitrous Trioxide NO3 62.005
Светильный газ угольный газ (горючий газ, состоящий из 20-30% метана и 50% водорода
получаемый из каменного угля в процессе его полукоксования и частичного термического крекинга / Coal gas
0.5802) 0,45
Сера / Sulfur S 32.06 0.135
Соляная кислота = хлористый водород / Hydrochloric Acid = Hydrogen Chloride HCl 36.5 1.5281) 0.09541) 1,27
Сероводород = сернистый водород / Hydrogen Sulfide H2S 34.076 1.4341) 0.08951) 1,19
Угарный газ, моноксид углерода / Carbon monoxide CO 28.01 1.1651)
1.2502)
0.07271)
0.07802)
0,97
Углекислый газ = двуокись углерода, диоксид углерода / Carbon dioxide CO2 44.01 1.8421)
1.9772)
0.11501)
0.12342)
1,53
Газ Химическая
формула
Молекулярный
вес
Плотность

кг/м3

футов/фут3(lb/ft3)

Хладагент R-11 137.37
Хладагент R-12 120.92
Хладагент R-22 86.48
Хладагент R40 = хлористый метил / Methyl Chloride 50.49
Хладагент R-114 170.93
Хладагент R-123 152.93
Хладагент R-134a 102.03
Холодильный агент R160 =хлористый этил / Ethyl Chloride 64.52
Хлор / Chlorine Cl2 70.906 2.9941) 0.18691) 2,49
Циклогексан / Cyclohexane 84.16
Этан / Ethane C2H6 30.07 1.2641) 0.07891) 1,05
Этиловый спирт = этанол / Ethyl Alcohol 46.07
Этилен / Ethylene C2H4 28.03 1.2602) 0.07862) 0,98

1)NTP — Нормальная температура и давление (Normal Temperature and Pressure)20oC (293.15 K, 68oF) при 1 атм ( 101.325 кН/м2, 101.325 кПа, 14.7 psia, 0 psig, 30 in Hg, 760 мм.рт.ст)

2)STP — Стандартная температура и давление (Standard Temperature and Pressure)0oC (273.15 K, 32oF) при 1 атм (101.325 кН/м2, 101.325 кПа, 14.7 psia, 0 psig, 30 in Hg, 760 torr=мм.рт.ст)

Атом и молекула кислорода. формула кислорода. строение кислорода:

Кислород – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением О и атомным номером 8. Расположен в 16-й группе (по старой классификации — главной подгруппе шестой группы), втором периоде периодической системы.

Кислород самый лёгкий элемент периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева из группы халькогенов.

Кислород – химически активный неметалл.

Кислород обозначается символом О.

Как простое вещество кислород (химическая формула O2) при нормальных условиях представляет собой двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха. В жидком состоянии кислород имеет светло-голубой цвет, а в твёрдом – представляет собой кристаллы светло-синего цвета.

Молекула кислорода двухатомна. Также встречается аллотропная модификация кислорода – озон, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода.

Химическая формула кислорода O2 (или O3 – озон).

Электронная конфигурация атома кислорода 1s2 2s2 2p4. Потенциал ионизации (первый электрон) атома кислорода равен 1313,94 кДж/моль (13,618055(7) эВ).

Строение атома кислорода. Атом кислорода (наиболее распространенный из трех изотопов кислорода (99,757 %) – 168О) состоит из положительно заряженного ядра ( 8), вокруг которого по атомным оболочкам движутся восемь электронов.

При этом 2 электрона находятся на внутреннем уровне, а 6 электронов – на внешнем. Поскольку кислород расположен во втором периоде, оболочки всего две. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внешняя оболочка представлена s- и р-орбиталями.

Два спаренных электрона находится на 1s-орбитали, вторая пара электронов – на 2s-орбитали. На 2р-орбитали находится два спаренных и два неспаренных электрона. Поэтому во всех своих соединениях кислород проявляет валентность II. В свою очередь ядро атома кислорода состоит из восьми протонов и восьми нейтронов. Кислород относится к элементам p-семейства.

Радиус атома кислорода (вычисленный) составляет 48 пм.

Атомная масса атома кислорода составляет 15,99903-15,99977 а. е. м.

Кислород – самый распространённый химический элемент на Земле. В земной коре на его долю в составе различных соединений приходится около 46 % массы. Морские и пресные воды содержат по массе 86 % кислорода (если быть точнее – 85,82 %). В человеке его содержание составляет по массе 61 %.

При высокой температуре молекула кислорода О2 обратимо диссоциирует на атомарный кислород. При 2000 °C на атомарный кислород диссоциирует 0,03 % молекулярного кислорода, при 2600 °C – 1 %, при 4000 °C – 59 %, при 6000 °C — 99,5 %.

Вес полного баллона

Для расчетов, сколько находится килограмм кислорода в баллоне (или иного газа), можно воспользоваться газовыми калькуляторами или же посмотреть, сколько весит полный баллон, в таблице. Вес газового баллона с кислородом зависит от объема газа в баллоне и рабочего давления.

Для сравнения, вес баллона для пропана варьируется в пределах 2- 21,2 кг. Если масса не заправленной емкости на 5 л равна 4 кг, на 12 л – 5,5 кг, на 27 л – 14,5 кг, на 50 л – 22 кг, то  вес баллона с пропаном будет составлять 6 кг, 11 кг, 25,9 кг и 43,2 кг соответственно. Давление для пропанового баллона должно не превышать 1,6 МПа.баллон пропановый

Вес пустой 5-литровой емкости для аргона равен 8,5 кг; 10-литровой – 13 кг; 20-литровой – 32,3 кг (длина 740 мм) и 42 кг (длина 770 мм). Аргоновые баллоны на 40 литров из стали 45Д весят 58, 5 кг (длина 1370 мм) и 76,5 кг (длина 1430 мм), из стали 30 ХГСА – 51,5 кг при длине 1350 мм;

на 50 литров из стали 45Д -71,3 кг (длина 1685) и 93 кг (длина 1755), из стали 30 ХГСА – 62,5 кг при длине 1660 мм. Чтобы получить вес полного аргонового баллона на 40 л, нужно увеличить приведенные показатели на 7,5 кг. Вес полного баллона с аргоном, имеющей иной объем, можно рассчитать, зная, что вес кубометра аргона составляет 1,784 кг.

баллон ацетиленовый
Баллон ацетиленовый

Узнать, сколько весит ацетиленовый баллон без газа, можно путем взвешивания или же обратив внимание на технический паспорт. Вес ацетиленового баллона на 5 литров составляет 8,5 кг, на 10 – 13 кг, на 20 – 32,3 кг, на 40 – 58,5 кг, на 50 – 77 кг. Давление в ацетиленовом баллоне составляет 1,5 МПа.

Применение кислорода:

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

  1. 1. Водород
  2. 2. Гелий
  3. 3. Литий
  4. 4. Бериллий
  5. 5. Бор
  6. 6. Углерод
  7. 7. Азот
  8. 8. Кислород
  9. 9. Фтор
  10. 10. Неон
  11. 11. Натрий
  12. 12. Магний
  13. 13. Алюминий
  14. 14. Кремний
  15. 15. Фосфор
  16. 16. Сера
  17. 17. Хлор
  18. 18. Аргон
  19. 19. Калий
  20. 20. Кальций
  21. 21. Скандий
  22. 22. Титан
  23. 23. Ванадий
  24. 24. Хром
  25. 25. Марганец
  26. 26. Железо
  27. 27. Кобальт
  28. 28. Никель
  29. 29. Медь
  30. 30. Цинк
  31. 31. Галлий
  32. 32. Германий
  33. 33. Мышьяк
  34. 34. Селен
  35. 35. Бром
  36. 36. Криптон
  37. 37. Рубидий
  38. 38. Стронций
  39. 39. Иттрий
  40. 40. Цирконий
  41. 41. Ниобий
  42. 42. Молибден
  43. 43. Технеций
  44. 44. Рутений
  45. 45. Родий
  46. 46. Палладий
  47. 47. Серебро
  48. 48. Кадмий
  49. 49. Индий
  50. 50. Олово
  51. 51. Сурьма
  52. 52. Теллур
  53. 53. Йод
  54. 54. Ксенон
  55. 55. Цезий
  56. 56. Барий
  57. 57. Лантан
  58. 58. Церий
  59. 59. Празеодим
  60. 60. Неодим
  61. 61. Прометий
  62. 62. Самарий
  63. 63. Европий
  64. 64. Гадолиний
  65. 65. Тербий
  66. 66. Диспрозий
  67. 67. Гольмий
  68. 68. Эрбий
  69. 69. Тулий
  70. 70. Иттербий
  71. 71. Лютеций
  72. 72. Гафний
  73. 73. Тантал
  74. 74. Вольфрам
  75. 75. Рений
  76. 76. Осмий
  77. 77. Иридий
  78. 78. Платина
  79. 79. Золото
  80. 80. Ртуть
  81. 81. Таллий
  82. 82. Свинец
  83. 83. Висмут
  84. 84. Полоний
  85. 85. Астат
  86. 86. Радон
  87. 87. Франций
  88. 88. Радий
  89. 89. Актиний
  90. 90. Торий
  91. 91. Протактиний
  92. 92. Уран
  93. 93. Нептуний
  94. 94. Плутоний
  95. 95. Америций
  96. 96. Кюрий
  97. 97. Берклий
  98. 98. Калифорний
  99. 99. Эйнштейний
  100. 100. Фермий
  101. 101. Менделеевий
  102. 102. Нобелий
  103. 103. Лоуренсий
  104. 104. Резерфордий
  105. 105. Дубний
  106. 106. Сиборгий
  107. 107. Борий
  108. 108. Хассий
  109. 109. Мейтнерий
  110. 110. Дармштадтий
  111. 111. Рентгений
  112. 112. Коперниций
  113. 113. Нихоний
  114. 114. Флеровий
  115. 115. Московий
  116. 116. Ливерморий
  117. 117. Теннессин
  118. 118. Оганесон

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Применение при сварке и резке

Кислород – важнейший газ для сварки и резки. При сжигании горючего газа в воздухе образуется пламя с температурой не более 2000°C, а в технически чистом кислороде она может превышать 2500–3000°C. Именно такая температура пламени практически пригодна для сварки многих металлов.

При газопламенной обработке обычно используется кислород с объемным содержанием 99,2–99,5% и выше. Для неответственных видов газовой сварки, пайки, поверхностной закалки и других способов нагрева газовым пламенем может применяться кислород чистотой 92–98%.

Для сварки и резки используют кислород в газообразном виде, поступающий от баллона, газификационной установки (СГУ-1, СГУ-4, СГУ-7К, СГУ-8К, ГХ-0,75, ГХК-3 и др.) или автономной станции (КГСН-150, К-0,15, К-0,4, К-0,5 и др.). При значительных объемах потребления кислород безопаснее и экономически целесообразнее хранить и транспортировать в жидком, а не газообразном виде, несмотря на неизбежные потери при испарении сжиженного газа.

Превращение жидкого кислорода в газообразный осуществляется в газификационных установках – насосных или безнасосных.  Примером насосной установки может служить стационарная установка АГУ-2М, предназначенная для газификации непереохлажденного кислорода и наполнения реципиентов и баллонов под давлением до 240 кгс/см2 (24 МПа).

При испарении 1 л жидкого кислорода образуется около 860 л газообразного (при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С). При транспортировке жидкого кислорода масса тары, приходящаяся на 1кг кислорода, в 10 и более раз меньше, чем при транспортировке газообразного. При хранении, перевозке и газификации сжиженного газа неизбежны потери на его испарение.

Расчета объема газообразного кислорода в баллоне.

Для расчета объема газообразного кислорода в баллоне в м3 при нормальных условиях используют формулу (ГОСТ 5583-78):

V = K1 • Vб,

где K1 – коэффициент,Vб – вместимость баллона в дм3 (л).

Некоторые значения коэффициента K1 для расчета объема газообразного кислорода при нормальных условиях

t газа в бал-
лоне, °С

Значение K1 при избыточном давлении, кгс/см2 (МПа)

140 (13,7)

145 (14,2)

150 (14,7)

155 (15,2)

160 (15,7)

165 (16,2)

170 (16,7)

175 (17,2)

180 (17,7)

185 (18,1)

190 (18,6)

195 (19,1)

-50

0,232

0,242

0,251

0,260

0,269

0,278

0,286

0,296

0,303

0,311

0,319

0,327

-40

0,212

0,221

0,229

0,236

0,245

0,253

0,260

0,269

0,275

0,284

0,290

0,298

-30

0,195

0,202

0,211

0,217

0,225

0,232

0,239

0,248

0,253

0,261

0,267

0,274

-20

0,182

0,188

0,195

0,202

0,209

0,215

0,222

0,229

0,235

0,242

0,248

0,255

-10

0,171

0,177

0,183

0,189

0,195

0,202

0,208

0,214

0,220

0,226

0,232

0,238

0

0,161

0,167

0,172

0,179

0,184

0,190

0,196

0,201

0,207

0,213

0,219

0,224

10

0,153

0,158

0,163

0,169

0,174

0,180

0,185

0,191

0,196

0,201

0,206

0,211

20

0,145

0,150

0,156

0,160

0,166

0,171

0,176

0,181

0,186

0,191

0,196

0,201

30

0,139

0,143

0,148

0,153

0,158

0,163

0,168

0,173

0,177

0,182

0,187

0,192

40

0,133

0,137

0,142

0,147

0,151

0,156

0,160

0,165

0,170

0,174

0,178

0,183

50

0,127

0,132

0,136

0,141

0,145

0,149

0,154

0,158

0,163

0,167

0,171

0,175

Характеристики марок газообразного технического кислорода (ГОСТ 5583-78)

Параметр

Кислород газообразный технический

Первого сорта

Второго сорта

Объемная доля кислорода O2, %, не менее

99,7

99,5
(в ряде случаев – 99,2)

Объемная доля водяных паров, %, не более

0,007

0,009

Объемная доля водорода H2, %, не более (только для кислорода, полученного электролизом воды)

0,3

0,5

Содержание углекислоты CO2, окиси углерода CO, газообразных кислот и оснований, озона O3 и других газов-окислителей

Не нормируется

Содержание щелочи (только для кислорода, полученного электролизом воды)

Кусок фильтровальной бумаги (смоченный раствором фенолфталеина, разбавленного водой в соотношении 1:10) в стеклянной трубке с пропускаемым кислородом (0,1–0,2 дм3/мин в течение 8–10 минут) не должен окраситься в красный или розовый цвет

Запах

Не нормируется

Рисунок 2 — ацетиленовый баллон

Максимальное давление ацетилена в баллоне составляет 3 МПа. Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется при изменении температуры:

Температура, °С -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Давление, МПа 1,34 1,4 1,5 1,65 1,8 1,9 2,15 2,35 2,6 3,0

Давление наполненных баллонов не должно превышать при 20°С 1,9 МПа.

При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона и в виде газа поступает через редуктор и шланг в горелку или резак. Ацетон остается в порах пористой массы и растворяет новые порции ацетилена при последующих наполнениях баллона газом. Для уменьшения потерь ацетона во время работы необходимо ацетиленовые баллоны держать в вертикальном положении.

Для полного использования емкости баллона порожние ацетиленовые баллоны рекомендуется хранить в горизонтальном положении, так как это способствует равномерному распределению ацетона по всему объему, и с плотно закрытыми вентилями. При отборе ацетилена из баллона он уносит часть ацетона в виде паров.

Для определения количества ацетилена баллон взвешивают до и после наполнения газом и по разнице определяют количество находящегося в баллоне ацетилена в кг.

Пример. Масса баллона с ацетиленом 89 кг, порожнего — 83 кг, следовательно, количество ацетилена в баллоне равно: по массе — 89-83=6 кг, по объему — 6/1,09=5,5 м3 (1,09 кг/м3 — плотность ацетилена при атмосферном давлении и температуре 20°С).

Масса пустого ацетиленового баллона складывается из массы самого баллона, пористой массы и ацетона. При отборе ацетилена из баллона вместе с газом расходуется 30- 40 г ацетона на 1 м3 ацетилена. При отборе ацетилена из баллона необходимо следить за тем, чтобы в баллоне остаточное давление было не менее 0,05-0,1 МПа.

Использование ацетиленовых баллонов вместо ацетиленовых генераторов дает ряд преимуществ: компактность и простота обслуживания сварочной установки, безопасность и улучшение условий работы, повышение производительности труда газосварщиков.

Причинами взрыва ацетиленовых баллонов могут быть резкие толчки и удары, сильный нагрев (свыше 40°С).

Температура – кипение – жидкий кислород

Температура кипения жидкого кислорода 182 9 С, аргона – 186 1 С. Из-за близости этих температур разделить их довольно сложно, однако, применяя многократную ректификацию, получают газ с содержанием 45 – 50 % аргона, 45 – 50 % кислорода и около 5 % азота.

Для освобождения аргона от кислорода применяют также цеолит – синтетический силикат алюминия и натрия, являющийся молекулярным ситом. Через поры цеолита молекулы кислорода проходят ( d – 2 8 А), а молекулы аргона задерживаются. Аргон получают также из отходов азотно-туковых заводов.

Аг применяется для световых реклам, как защитная среда. [1]Температура кипения жидкого кислорода при атмосферном давлении – 183 С, критическая температура кислорода равна – 119 С, а критическое давление 50 атм; плотность жидкого кислорода равна 1 13, и, таким образом, он тонет в воде, что легко демонстрировать. [3]

Температура кипения жидкого кислорода равна – 183 С, температура плавления – 219 С. Критическая температура для кислорода – 118 8 С и соответствующее ей критическое давление 49 7 атм. Вязкость жидкого кислорода ( концентрация 90 %) при температуре кипения составляет 0 189 спз, скрытая теплота испарения 1 632 ккал / моль, теплоемкость кислорода в интервале от – 173 до 25 С находится в пределах 7 0 – 6 9 пал / моль. При расчетах следуот учитывать затрату тепла на испарение кислорода и нагревание его паров до 18 С. [5]

При температуре кипения жидкого кислорода ( минус 183 С) – озон растворяется в кислороде, образуя однородную смесь. Растворы озона в жидком кислороде в концентрации до 25 % вполне стабильны и малочувствительны к воздействию внешних импульсов. Практически растворы такой концентрации могут безопасно транспортироваться и применяться в ракетных двигателях. [6]

При повышении температуры кипения жидкого кислорода величина ДГ между кислородом и азотом в конденсаторе уменьшается. [7]

Низкотемпературное разделение воздуха основано на различии температур кипения жидкого кислорода и азота. Предварительно воздух сжимается компрессорами с целью последующего расширения и охлаждения до низкой температуры, при которой воздух переходит в жидкое состояние.

Так как температура кипения жидкого азота ( – 195 8 С) ниже, чем температура кипения жидкого кислорода ( – 183 С), то жидкий воздух относительно скоро обогащается кислородом. [9]

Количества азота ( 1 % по весу) в жидком кисло роде принято, что растворы имеют температуру кипения жидкого кислорода 90 188 К, хотя температура кипения жидкого азота существенно ниже. [10]

Затем трубку устанавливали горизонтально над сосудом с жидким кислородом ( рис. 29) так, чтобы ее поверхность касалась зеркала жидкости и охлаждалась до температуры, близкой к температуре кипения жидкого кислорода . [12]

Температурная депрессия обусловлена тем, что давление внизу конденсатора становится больше, чем на поверхности кипящей жидкости, вследствие действия веса столбе жидкости. В результате температура кипения жидкого кислорода , которая возрастает с повышением давления, в нижних слоях будет больше, чем в верхних.

При понижении температуры прочность и твердость большинства неметаллических материалов возрастают, а пластичность и динамическая вязкость снижаются. Такие материалы как резина при температуре кипения жидкого кислорода становятся хрупкими и практически непригодными для работы в этих условиях.

Это же относится к большинству смазочных материалов, которые затвердевают и теряют антифрикционные свойства. При криогенных температурах пластичность большинства пластмасс снижается незначительно, поэтому их можно использовать для изготовления деталей и узлов криогенного оборудования. [15]

Технический кислород

Транспортирование и хранение кислорода

Кислород из воздуха получают на специальных кислородных заводах. Поэтому существенное значение приобретает транспортирование и хранение кислорода. Кислород обычно хранится и транспортируется в газообразном виде в стальных баллонах под давлением 150 ат.

(1- колпак; 2- вентиль; 3- кольцо; 4- горловина; 5- башмак)

Кислородный баллон (см рис.) представляет собой стальной цилиндр со сферическим днищем и горловиной для крепления запорного вентиля. На нижнюю часть баллона насаживают башмак, позволяющий ставить баллон вертикально. На горловине имеется кольцо с резьбой для навертывания защитного колпака.

Внутренняя коническая резьба горловины необходима для ввертывания вентиля. Баллоны изготовляют из стальных цельнотянутых труб углеродистой стали с пределом прочности не ниже 65 кГ/мм2, пределом текучести не ниже 38 кГ/мм2 и относительным удлинением не ниже 15%.

Кислородные баллоны изготовляют для разных целей, емкостью 0,4-50 л. В сварочной технике применяются главным образом баллоны емкостью 40 л. Такой баллон имеет наружный диаметр 219 мм, длину корпуса 1390 мм, толщину стенки 7 мм; весит баллон без кислорода около 60 кг. Вес баллона из углеродистой стали для рабочего давления 150 ат на 1 л емкости составляет 1,6-1,7 кг.

В последнее время начато освоение производства баллонов из легированных сталей, что дает возможность повысить рабочее давление баллонов и снизить их вес для той же емкости и рабочего давления. Чтобы избежать опасных ошибок при наполнении и использовании баллонов, их для разных газов окрашивают в различные цвета; кроме того, присоединительный штуцер запорного вентиля имеет различные размеры и устройство.

Кислородные баллоны окрашивают снаружи в голубой цвет и делают па них надпись черными буквами «Кислород». Через каждые пять лет кислородный баллон подвергают обязательному испытанию, что отмечается клеймом, насекаемым на верхней’ сферической части баллона. Производится также гидравлическое испытание на полуторное рабочее давление, т. е. на 225 ат

При нарушении правил обращения с баллоном, заполненным кислородом под давлением 150 ат, может произойти взрыв значительной разрушительной силы. Поэтому при обращении с кислородными баллонами необходимо строго соблюдать Установленные правила безопасности.

Обычно в цехе не должно находиться одновременно более десяти баллонов. В цехе баллоны должны прикрепляться хомутом или цепью к стене, колонне стойке и т. п. для устранения возможности падения. На территории завода баллоны нужно переносить на носилках или, лучше, перевозить на специальных тележках; переносить баллоны на руках запрещается.

Баллоны необходимо защищать от нагревания, например от печей, вызывающего опасное повышение давления газа в баллонах. При работах летом на открытом воздухе в солнечную погоду следует прикрывать кислородные баллоны мокрым брезентом. Нельзя допускать загрязнения баллона, в особенности его вентиля, маслами и жирами, которые самовозгораются в кислороде, что может привести к взрыву баллона.

Баллоны с кислородом должны храниться в специально отведенных отдельных складах. Транспортирование газообразного кислорода в баллонах обходится дорого. Нормальный баллон емкостью 40 л, весящий около 60 кг, вмещает 6000 л = 6 м3 кислорода, весящего всего 6 −1,3 = 7,8 кг, так что на вес полезного груза 7,8 кг приходится перевозить тару 60 кг, т. е. вес тары составляет 88 %, а полезного груза 12%.

Обращение с кислородом требует строгого соблюдения правил техники безопасности. Масла и жиры самовоспламеняются при взаимодействии с газообразным кислородом, который дает также взрывчатые смеси с горючими газами и парами. Пористые органические материалы — торф, дерево, ткани и пр., смоченные жидким кислородом образуют сильные взрывчатые вещества — оксиликвиты, специально применяемые для взрывных работ.

Вентиль кислородного баллона изготовляют из латуни. Присоединительный штуцер вентиля имеет правую трубную резьбу 3/4″. При хранении вентиль защищается предохранительным колпаком, который навертывают на наружное кольцо горловины.

Значение кислорода для газовой сварки

К газовой сварке относятся способы, при которых нагрев металла производится высокотемпературным газовым пламенем посредством специальных сварочных горелок. Для сварки многих металлов практически пригодно пламя с температурой не ниже 3000° С. В настоящее время для получения газосварочного пламени практически исключительно сжигают различные горючие в технически чистом кислороде.

Сжигание различных горючих в воздухе дает пламя со слишком низкой температурой (не выше 1800-2000° С), пригодное для сварки лишь самых легкоплавких металлов, например свинца. Низкая температура газовоздушного пламени и малая пригодность его для газовой сварки металлов объясняется большим содержанием в воздухе инертных газов, главным образом азота, не участвующих в процессе- горения и резко снижающих пирометрический эффект и температуру пламени.

При сжигании одного и того же горючего в воздухе и кислороде общий тепловой или калориметрический эффект реакции горения в обоих случаях практически одинаков, но температура пламени резко различна. Для обычных случаев сварки в промышленности применяется лишь пламя, получаемое сжиганием горючего в технически чистом кислороде. Газовоздушное пламя может иметь в сварочной технике очень ограниченное применение.

Технически чистый кислород является важнейшим газом в сварочной технике, для процессов газовой сварки и кислородной резки. Необходим он также и для других процессов, например в химической, металлургической и других отраслях промышленности и т. п. Для многих из этих производств не требуется высокая чистота применяемого кислорода и достаточен дешевый газ, с содержанием в нем кислорода только 50-90%. В сварочной технике применяется кислород высокой степени чистоты, во всяком случае не ниже 98,5%,

Способы производства технически чистого кислорода могут быть различны; промышленное значение имеют два способа получения: а) из воздуха — методом глубокого охлаждения; б) из воды — путем электролиза. В нашей промышленности применяется почти исключительно способ производства кислорода из воздуха, как более экономичный, при котором расходуется 0,5 — 1,6 кВт/ч электроэнергии на 1 м3 кислорода;

на получение 1 м3 кислорода путем электролиза воды с одновременным получением 2 м3 водорода требуется 10-12 кВт/ч. Получение кислорода способом электролиза воды может быть рентабельно лишь при одновременном использовании получаемого водорода. Производство кислорода из воздуха Атмосферный осушенный воздух представляет собой смесь, содержащую по объему кислорода 20,93 % и азота 78,03 %, остальное — аргон и другие инертные газы, углекислый газ и пр.

Содержание водяных паров в воздухе может меняться в широких пределах в зависимости от температуры и степени насыщения. Для получения технически чистого кислорода воздух подвергают глубокому охлаждению и сжижают (температура кипения жидкого воздуха при атмосферном давлении −194,5° С.)

Полученный жидкий воздух подвергают дробной перегонке или ректификации в ректификационных колоннах. Возможность успешной ректификации основывается на довольно значительной разности (около 13°) температур кипения жидких азота (-196° С) и кислорода (-183° С).

Воздух, засасываемый многоступенчатым компрессором, проходит сначала через воздушный фильтр, где очищается от пыли, затем проходит последовательно ступени компрессора. За каждой ступенью компрессора давление воздуха возрастает и доводится до 50-220 ат, в зависимости от системы установки и стадии производства.

После каждой ступени компрессора воздух проходит влагоотделитель, где отделяется вода, конденсирующаяся при сжатии воздуха, и: водяной холодильник, охлаждающий воздух и отнимающий тепло, образующееся при сжатии. Для поглощения углекислоты из воздуха включается аппарат — декарбонизатор, заполняемый водным раствором едкого натра.

Сжатый воздух из компрессора проходит осушительную батарею из баллонов, заполненных кусковым едким натром, поглощающим влагу и остатки углекислоты. Полное удаление влаги и углекислоты из воздуха имеет существенное значение, так как замерзающие при низких температурах вода и углекислота забивают трубки кислородного аппарата и приходится останавливать установку для оттаивания и продувки.

Пройдя осушительную батарею, сжатый воздух поступает в так называемый кислородный аппарат, где происходит охлаждение и сжижение воздуха и его ректификация с разделением на кислород и азот. Газообразный азот чистотой 96-98% обычно не используется и из теплообменника выпускается в атмосферу.

Кислород направляется в газгольдер и подается для наполнения кислородных баллонов под давлением до 165 ат; 1 м3 кислорода при 760 мм рт. ст. и 0° С весит 1,43 кг, и при 20° С 1,31 кг; 1 л жидкого кислорода весит 1,13 кг и, испаряясь, образует 0,79 м3 газообразного кислорода при 0° С и 760 мм рт.ст.;

1 кг жидкого кислорода занимает объем 0,885 л и, испаряясь, образует 0,70 м3 газообразного кислорода при 0° С и 760 мм рт,.ст. По ГОСТу 5583-58 технический кислород для газопламенной обработки металлов выпускается трех сортов; высший сорт, с чистотой не ниже 99,5%;

1-й сорт, не ниже 99,2% и 2-й сорт, не ниже 98,5 % кислорода по объему. Значительный экономический интерес представляет доставка кислорода с кислородного завода потребителям в жидком виде, при котором вес тары составляет около 50% общего веса груза; при том же весе перевозимого груза доставляется жидкого кислорода в 5 раз больше, чем при перевозке его в газообразном виде.

Для возможности использования жидкого кислорода необходимы: 1) транспортный танк для перевозки жидкого кислорода, установленный на автомашине, обычно принадлежащий кислородному заводу; 2) газификатор, служащий для превращения жидкого кислорода в газообразный и устанавливаемый обычно у потребителя кислорода.

Транспортный танк для перевозки жидкого кислорода в основном представляет собой шар из листовой латуни, заключенный в стальной кожух; пространство между шаром и кожухом заполнено теплоизоляционным материалом — порошкообразной углекислой магнезией. Жидкий кислород заливают в танк через приемно-спускной вентиль, заполняя латунный шар.

Отбор кислорода из него производится через гибкий шланг, присоединенный к вентилю. Так как окружающая температура воздуха всегда выше критической температуры кислорода, то жидкий кислород неизбежно испаряется в окружающую атмосферу. При хорошем состоянии теплоизоляции танка эта потеря может составлять до 0,5% в час.

На случай повышения давления танк снабжен предохранительным клапаном. Потребители жидкого кислорода должны иметь газификаторы. Кислородные газификаторы разделяются на стационарные и переносные, а также: а) низкого давления, или холодные, подающие кислород в распределительную трубопроводную сеть при давлении до 15 am, и б) высокого давления, или теплые, дающие кислород для наполнения баллонов под давлением 150-165 am.

Наиболее распространен на наших заводах стандартный стационарный холодный газификатор емкостью 1000 л жидкого или 800 м3 газообразного кислорода. Газификатор устанавливают в отдельном помещении. Он состоит из толстостенного стального шара, внутри которого помещен тонкостенный латунный шар для жидкого кислорода.

Шар газификатора находится в кожухе; пространство между кожухом и шаром заполняют магнезией, как в кислородных танках. Наполняется газификатор жидким кислородом из транспортного танка через вентиль и гибкий шланг. Из газификатора жидкий кислород поступает в змеевик испарителя, и оттуда газообразный кислород направляется в сеть кислородных трубопроводов. Для выравнивания колебаний давления приключают ресивер (реципиент) емкостью около 10 м3.

Дополнительная информация:

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий