Как получают кислород в производстве

При газовой сварке и резке нагрев металла осуществляется высокотемпературным газовым пламенем, получаемым при сжигании горючего газа или паров жидкости в смеси с технически чистым кислородом.

Кислород является самым распространенным элементом на земле, встречающимся в виде химических соединений с различными веществами: в земле — до 50% по массе, в соединении с водородом в воде — около 86% по массе и в воздухе — до 21% по объему и 23% по массе.

при нормальных условиях (температура 20°С, давление 0,1 МПа) — это бесцветный, негорючий газ, немного тяжелее воздуха, не имеющий запаха, но активно поддерживающий горение. При нормальном атмосферном давлении и температуре 0°С масса 1 м3 кислорода равна 1,43 кг, а при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении — 1,33 кг.

Кислород имеет высокую химическую активность, образуя соединения со всеми химическими элементами, кроме инертных газов (аргона, гелия, ксенона, криптона и неона). Реакции соединения с кислородом протекают с выделением большого количества теплоты, т. е. носят экзотермический характер.

При соприкосновении сжатого газообразного кислорода с органическими веществами, маслами, жирами, угольной пылью, горючими пластмассами может произойти их самовоспламенение в результате выделения теплоты при быстром сжатии кислорода, трении и ударе твердых частиц о металл, а также электростатического искрового разряда. Поэтому при использовании кислорода необходимо тщательно следить за тем, чтобы он не находился в контакте с легковоспламеняющимися и горючими веществами.

Всю кислородную аппаратуру, кислородопроводы и баллоны необходимо тщательно обезжиривать. Кислород способен образовывать в широких пределах взрывчатые смеси с горючими газами или парами жидких горючих, что также может привести к взрывам при наличии открытого огня или даже искры.

Отмеченные особенности кислорода следует всегда иметь в виду при использовании его в процессах газопламенной обработки.

Атмосферный воздух в основном представляет собой механическую смесь трех газов при следующем их объемном содержании: азота — 78,08%, кислорода — 20,95%, аргона-0,94%, остальное — углекислый газ, водород, закись азота и др. Кислород получают разделением воздуха на кислород и азот методом глубокого охлаждения (сжижения), попутно идет отделение аргона, применение которого при аргонодуговой сварке непрерывно возрастает. Азот применяют как защитный газ при сварке меди.

Кислород можно получать химическим способом или электролизом воды. Химические способы малопроизводительны и неэкономичны. При электролизе воды постоянным током кислород получают как побочный продукт при производстве чистого водорода.

В промышленности кислород получают из атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения и ректификации. В установках для получения кислорода и азота из воздуха последний очищают от вредных примесей, сжимают в компрессоре до соответствующего давления холодильного цикла 0,6-20 МПа и охлаждают в теплообменниках до температуры сжижения, разница в температурах сжижения кислорода и азота составляет 13°С, что достаточно для их полного разделения в жидкой фазе.

Жидкий чистый кислород накапливается в воздухоразделительном аппарате, испаряется и собирается в газгольдере, откуда компрессором его накачивают в баллоны под давлением до 20 МПа.

Технический кислород транспортируют также по трубопроводу. Давление кислорода, транспортируемого по трубопроводу, должно быть согласовано между изготовителем и потребителем. К месту сварки кислород доставляется в кислородных баллонах, и в жидком виде — в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией.

Для превращения жидкого кислорода в газ используют газификаторы или насосы с испарителями для жидкого кислорода. При нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С 1 дм3 жидкого кислорода при испарении дает 860 дм3 газообразного. Поэтому доставлять кислород к месту сварки целесообразно в жидком состоянии, так как при этом в 10 раз уменьшается масса тары, что позволяет экономить металл на изготовление баллонов, уменьшать расходы на транспортировку и хранение баллонов.

Для сварки и резки по ГОСТ 5583-78 технический кислород выпускается трех сортов:

Чистота кислорода имеет большое значение для кислородной резки. Чем меньше содержится в нем газовых примесей, тем выше скорость реза, чище кромки и меньше расход кислорода.

Применение кислорода

Всего получено оценок: 639.

Кислород – химический элемент VI группы периодической системы Менделеева и самый распространенный элемент в земной коре (47% от ее массы). Кислород является жизненно важным элементом почти всех живых организмов. Более подробно о функциях и применении кислорода в этой статье.

Общие сведения

Кислород представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха, который плохо растворяется в воде. Он входит в состав воды, минералов, горных пород. Свободный кислород образуется благодаря процессам фотосинтеза. Кислород играет наиважнейшую роль в жизни человека. Прежде всего кислород необходим для дыхания живых организмов. Также он принимает участие в процессах разложения погибших животных и растений.

Воздух содержит около 20,95% по объему кислорода. В гидросфере содержится почти 86% по массе кислорода.

Кислород был получен одновременно двумя учеными, но сделали они это независимо друг от друга. Швед К. Шееле получил кислород при прокаливании селитры и других веществ, а англичанин Дж. Пристли – при нагревании оксида ртути.

Рис. 1. Получение кислорода из оксида ртути

Применение кислорода в промышленности

Области применения кислорода обширны.

В металлургии он необходим для производства стали, которую получают из металлолома и чугуна. Во многих металлургических агрегатах для лучшего сжигания топлива используют воздух, обогащенный кислородом.

В авиации кислород используется как окислитель топлива в ракетных двигателях. Также он необходим для полетов в космос и в условиях, где нет атмосферы.

В области машиностроения кислород очень важен для резки и сварки металлов. Чтобы расплавить металл нужна специальная горелка, состоящая из металлических труб. Эти две трубы вставляются друг в друга. Свободное пространство между ними заполняют ацетиленом и зажигают. Кислород же в это время пускают по внутренней трубке. И кислород и ацетилен подаются из баллона под давлением. Образуется пламя, температура в котором достигает 2000 градусов. При такой температуре плавится практически любой металл.

Рис. 2. Ацетиленовая горелка

Применение кислорода в целлюлозно-бумажной промышленности очень важно. Он используется для отбеливания бумаги, при спиртовании, при вымывании лишних компонентов из целлюлозы (делигнификация).

В химической промышленности кислород используется в качестве реагента.

Для создания взрывчатых веществ необходим жидкий кислород. Жидкий кислород производится путем сжижения воздуха и последующего отделения кислорода от азота.

Применение кислорода в природе и жизни человека

Кислород играет наиважнейшую роль в жизни человека и животных. Свободный кислород существует на нашей планете благодаря фотосинтезу. Фотосинтез – это процесс образования органического вещества на свету с помощью углекислого газа и воды. В результате этого процесса образуется кислород, который необходим для жизнедеятельности животных и человека. Животные и человек потребляют кислород постоянно, растения же расходуют кислород только ночью, а днем производят его.

Применение кислорода в медицине

Кислород находит применение и в медицине. Особенно актуально его использование при затрудненном дыхании во время некоторых заболеваний. Он применяется для обогащения дыхательных путей при туберкулезе легких, а также используется в наркозной аппаратуре. Кислород в медицине используется для лечения бронхиальной астмы, болезней желудочно-кишечного тракта. Для этих целей используют кислородные коктейли.

Также большое значение имеют кислородные подушки – прорезиненная емкость, заполненная кислородом. Она служит для индивидуального применения медицинского кислорода.

Рис. 3. Кислородная подушка

Что мы узнали?

В данном сообщении, которое охватывает тему «Кислород» по химии 9 класса кратко даны общие сведения о свойствах и применении этого газа. Кислород крайне важен для машиностроения, медицины, металлургической области и т.д.

Тест по теме

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Оценка доклада

А какая ваша оценка?

Еще со школьного курса химии известно, какой элемент является самым распространенным на нашей планете. Поэтому неудивительно, что кислород технический имеет широкое применение во многих сферах жизнедеятельности. В частности, некоторые технологические операции, которые связанны с металлообработкой, осуществляются при непосредственном участии этого газа.Общие сведенияКислород (также Кислород, от греческого ὀξύς OXYS «острый, острый, кислый» и γεν- генера- «генерировать») представляет собой химический элемент. Это газ без цвета и запаха, который составляет 21% воздуха. Кислород — самый распространенный элемент на Земле.Кислород имеет химический символ О и атомный номер 8. Обычно он встречается в виде химического соединения двух атомов кислорода с общей формулой О 2. Метастабильная и реакционная аллотропная форма, состоящая из 3-х атомов кислорода (O 3), называется озоном. Атомарный кислород в форме отдельных свободных атомов кислорода стабильно присутствует только в экстремальных условиях, например в космическом вакууме или в горячих атмосферах звезд.Однако он играет важную роль в качестве реактивного промежуточного соединения во многих реакциях в химии атмосферы. При более высоких температурах кислород вступает в реакцию и образует оксиды со многими элементами, часто при появлении огня. В данной статье вы узнаете, как производится кислород, а также его сферы применения.Это необходимо для всех процессов горения и коррозии. Всем животным и большинству растений нужен кислород для жизни. Обычно они получают его, вдыхая воздух или поглощая кислород, растворенный в воде. Напротив, в высоких концентрациях он ядовит для большинства живых существ.Извлечение и представлениеТехнически сегодня кислород получают путем очистки воздуха. Этот процесс был впервые разработан Карлом фон Линде в 1902 году (процесс Линде) и стал успешным благодаря Жоржу Клоду. Небольшие количества О2 возникают как побочный продукт производства водорода электролизом воды.Для получения кислорода по методу Клода воздух, очищенный от углекислого газа, влаги и других газов через фильтры, с помощью турбин сжимают до 5–6 бар. Получающееся тепло можно сначала преобразовать в механическую энергию, а через генераторы — в электрическую и, таким образом, разумно использовать. Это делает процесс — в отличие от процесса Линде, в котором тепло отводится за счет водяного охлаждения — значительно более экономным. Сжатый воздух охлаждается до температуры, близкой к температуре кипения, за счет газов, выходящих из процесса.Также можно получить кислород, отделив его от азота или других газов. Фактическое разделение азота и кислорода происходит путем перегонки в двух ректификационных колоннах с различным давлением. Дистилляция происходит по принципу противотока, т.е. газ, испаренный теплотой конденсации, идет вверх, а конденсированная жидкость — стекает вниз. Поскольку кислород имеет более высокую температуру кипения, чем азот, он легче конденсируется и собирается внизу, а азот — вверху колонны.Разделение сначала происходит при 5–6 бар в так называемой колонне среднего давления. Полученная жидкость, обогащенная кислородом, затем подается в колонну низкого давления. Газообразный азот пропускают через жидкий кислород в колонне низкого давления. Это сжижает и нагревает жидкость за счет выделяемого тепла конденсации. Выделяется наиболее летучий азот, а очищенный жидкий кислород остается. Он по-прежнему содержит газы криптон и ксенон, которые находятся в отдельной колонке.Некоторые обогащенные кислородом неорганические соединения, такие как перманганат калия, нитрат калия (селитры), хлорат калия и калия хромата выделяют кислород при нагревании, когда они вступают в реакцию с восстанавливающими агентами.Другой способ получения кислорода в лаборатории — разложение пероксида водорода на платинированной никелевой фольге.Чистый кислород можно получить электролизом 30% гидроксида калия на никелевых электродах. Водород и кислород производятся отдельно друг от друга.Хранение, транспортировка и меры предосторожностиДля хранения и перевозки O2 используются баллоны, имеющие голубой окрас и характерную надпись черного цвета. Вентиль изготавливается из латуни и снабжен специальной резьбой. При этом он должен постоянно проверяться на исправность и герметичность. Хранится подобная тара в специально оборудованных складских помещениях или на открытом воздухе под навесом, который осуществляет защиту от солнечных лучей и осадков.Инструкции по безопасности при обращении с кислородными баллонами и их транспортировкеВсегда помните: кислород благодаря своим свойствам способствует реакции горения.Поэтому при обращении следуйте приведенным ниже инструкциям:Продолжительное вдыхание кислорода с высокой концентрацией может вызвать тошноту, головокружение, одышку или судороги.Предохраняйте бутылки от падения или скатыванияПеред транспортировкой отвинтите редуктор давления газа и любые другие фитинги.Курение и открытый огонь вблизи с баллоном строго запрещены.Неподвижно закрепляйте защитный колпачок на клапанеНе допускайте попадания масла, жира или другой грязи в бутылки, шланги, редукторы давления и т. д.Хранить в хорошо вентилируемом месте.Также следует соблюдать безопасность при обращении с жидким кислородом. Потому что из одного литра жидкого кислорода образуется примерно 850-860 литров газообразного кислорода — и, следовательно, потенциально очень высокая, опасная для здоровья концентрация. Кроме того, избегайте прямого контакта кожи с жидким кислородом и используйте защитные перчатки и очки.Применение в промышленностиКислород промышленно используется в металлургии для производства чугуна и стали, а также при рафинировании меди. Чистый кислород или обогащенный кислородом воздух здесь используется, с одной стороны, для достижения высоких температур, а с другой — для рафинирования сырой стали, т.е. для удаления нежелательных примесей углерода, кремния, марганца и фосфора, которые окисляются и отделяются.В химических процессах кислород в основном используется для окисления различных сырьевых материалов, таких как окисление олефинов и этилена. Оксид этилена и используется при частичном окислении нефти и угля. Кислород также необходим для производства водорода, синтеза газа и производства серной и азотной кислоты.Другими важными продуктами окисления кислородом являются ацетилен, ацетальдегид, уксусная кислота, винилацетат и хлор. В стекольной промышленности, а также при сварке и резке бетона кислород используется для достижения необходимых высоких температур. В экологических технологиях сточные воды быстрее очищаются от органических загрязнителей и токсинов за счет введения бактериями газообразного кислорода.Другое применение в промышленной сфереНе менее важно значение кислорода для химической промышленности, например, для окисления органических соединений. В космических кораблях жидкий кислород используется в качестве окислителя ракетного топлива. Кислород в атмосфере составляет важную основу жизни для большинства организмов, которые существуют сегодня, так как он необходим для всех процессов окисления (в том числе в организмах), включая биологическое окисление (клеточное дыхание).Поэтому кислород используется и в медицине (для вентиляции раненых), позволяет совершать авиационные и космические путешествия, а также экспедиции в подводный мир. Все это было бы невозможно без обогащенного кислородом воздуха для дыхания. В течение некоторого времени озон использовался в качестве дезинфицирующего средства при биологической очистке воды. Газ также используется как отбеливающий агент для бумаги, волокон, целлюлозы и различных жиров, масел, восков и т.п.

( 3 оценки, среднее 3.67 из 5 )

Как получить промышленный кислород?

Надежная подача промышленного кислорода важна во многих отраслях промышленности. Чистый кислород необходим для поддержания дыхания под водой, в шахтах, для работы аппаратов ИВЛ, пожарным. Его используют в машиностроении, металлургии, для резки и плавки металлов, косметологии, стекольном производстве, сжигания топлива и во многих других сферах.

В промышленных целях чистый кислород вырабатывают тремя разными способами, каждый из которых имеет свои особенности.

Таблица 1. Промышленные способы получения газообразного кислорода:

Чем генератор кислорода отличается от кислородного концентратора?

Генератор кислорода – аппарат для получения кислорода в газообразном состоянии из атмосферного воздуха. Данные устройства производят кислород чистотой до 95% для технологических процессов, требующих газ в больших объемах и на постоянной основе.

Концентратор кислорода – устройство для выделения молекул кислорода из атмосферного воздуха, концентрации их и подаче в виде потока. Принцип работы аппарата основан на пропускании воздушной струи через молекулярное сито, разделении молекул азота и кислорода в разные баллоны. Концентрация кислорода в таком оборудовании достигает 95%. Концентраторы кислорода используют для выработки кислорода в небольших объемах, и применения его в бытовых/медицинских целях или для технологических процессов, где кислород необходим в малых объемах. Рабочее давление таких аппаратов в среднем составляет 0,5 бар, производительность – до 5 л/мин.

Преимущества собственного производства кислорода на оборудовании короткоцикловой адсорбции

Собственное производство кислорода на месте обладает множеством преимуществ по сравнению с заказом баллонов у сторонних организаций: от снижения затрат до постоянной готовности генераторов к работе.

Преимущества собственного производства:

Получить консультацию в подборе генератора кислорода и другого оборудования для сжатого воздуха вы можете у нашего специалиста, для этого свяжитесь с ним одним из способов:

Что представляет собой короткоцикловая безнагревная адсорбция?

Надежная подача промышленного кислорода играет решающую роль в нефтехимической отрасли, для лазерной резки металла, изготовлении напитков и медицине. Выработка чистого кислорода непосредственно на предприятиях этих сфер дает следующие преимущества:

Технология напорной короткоцикловой адсорбции (Pressure Swing Adsorbrion (PSA)) базируется на разделении молекул газов из поступающего атмосферного воздуха путем чередования двух процессов – адсорбции и десорбции. В Адсорбер №1 подается воздушная смесь, где под высоким давлением адсорбенты удерживают молекулы азота в молекулярном сите с развитой микропористой структурой, в то время как молекулы кислорода и неадсорбируемые/малоадсорбируемые молекулы других газов отводятся через клапан в специальный резервуар. В Адсорбере №2 происходит фаза регенерации, при которой путем сброса давления с поверхности адсорбентов удаляются поглощенные компоненты.

Рисунок 1. Схема работы установки короткоцикловой безнагревной адсорбции:

По сравнению с другими способами адсорбционного разделения воздуха (вакуумным и смешанным (Vacuum Swing Adsorbtion / Vacuum Pressure Swing Adsorbtion)), безнагревный процесс адсорбции PSA имеет небольшую длительность циклов адсорбции и регенерации. Данные процессы обычно протекают в течение нескольких минут. Благодаря этой особенности технология PSA получила название «короткоцикловая адсорбция».

Производительность адсорбционных генераторов кислорода варьируется от нескольких литров в минуту до сотен кубических метров в час.

Другие отличия безнагревной PSA

Пример типовой компоновки адсорбционной кислородной установки:

где: 1 — Компрессор воздушный, 2 — Осушитель, 3 — Ресивер воздушный, 4 — Фильтр, 5 — Генератор кислорода,
6 — Ресивер азотный