Расплескалась синева: первое получение жидкого кислорода — Индикатор

Для хранения и перевозки жидкого кислорода применяются специальные стационарные и транспортные резервуары, имеющие необходимую тепловую изоляцию. Транспортировка кислорода в жидком виде, кроме автотранспорта, осуществляется также в специальных железнодорожных цистернах.

Жидкий кислород имеет ряд преимуществ перед газообразным: уменьшается примерно в 10 раз вес тары; отпадает расход металла на изготовление баллонов; не требуются помещения для складов баллонов; повышается безопасность выполняемых работ и, кроме того, в кислороде, получаемом испарением из жидкого, не содержится влага.

К недостаткам жидкого кислорода относятся: необходимость применения особого, сравнительно сложного оборудования, а также некоторые потери кислорода на испарение, в частности во время транспортировки.

Полученный в установках жидкий кислород сливается в стационарные цистерны, емкость которых обычно составляет 6000 л. Транспортные резервуары изготовляются на 1200 л, которые перевозятся на автомашинах грузоподъемностью 2,5 и 5 Т и на 6000 л, перевозимые на специальных автоприцепах.

Транспортный резервуар с вакуумно-порошковой изоляцией (рис. 7) представляет собой сосуд из нержавеющей стали Х18Н9Т, помещенный в кожух из алюминиевого сплава АМЦ или из углеродистой стали. Пространство между сосудом и кожухом заполнено кремнегелем или аэрогелем, причем после заварки люков в кожухе из междустенного пространства отсасывается воздух до остаточного давления 1 мм рт. ст. Когда сосуд заполняется жидким кислородом, давление в изоляционном пространстве снижается до 0,03-0,06 мм рт. ст., благодаря адсорбции воздуха охлажденным кремнегелем или силикагелем. С этой целью к нижней части внутреннего сосуда припаян карман, в который загружается 15 кг силикагеля. Для контроля за величиной вакуума служит лампа ЛТ-4М.

Техническая характеристика малого транспортного резервуара:

Емкость по жидкому кислороду в л — 1160

Максимальное избыточное давление в сосуде в кгс/см² — 2

Вес порожнего резервуара в кг:

с алюминиевым кожухом — 700

со стальным — 1100

Потери кислорода на испарение в кг/ч:

при исправном резервуаре — 0,7-1

при полной потере вакуума в межстенном пространстве

и заполнении кремнегелем, не более — 4

при заполнении аэрогелем, не более  — 2,5

Время, необходимое для поднятия избыточного давления до 2 кгс/см² при наличии в сосуде 300 кг жидкости в мин — 8

При наполнении транспортного резервуара жидким кислородом закрывают вентиль для повышения давления и открывают

вентиль на трубе для выпуска газообразного кислорода в газгольдер или в атмосферу, а также вентили к указателям уровня жидкости. Затем стационарный и транспортный резервуары соединяют гибким шлангом, поднимают давление в стационарном резервуаре до установленной величины и на обоих сосудах открывают вентили для слива жидкости. Во время наполнения необходимо следить за показаниями манометра и указателя уровня жидкости.

При прекращении наполнения необходимо сначала закрыть вентиль слива на наполняемом сосуде, затем закрыть вентиль на опорожняемом резервуаре, спустить избыток газа из гибкого шланга в газгольдер и, убедившись в отсутствии давления паров кислорода в шланге, осторожно отсоединить его от обоих резервуаров.

Слив жидкого кислорода из транспортного резервуара производится путем поднятия давления в сосуде за счет испарения некоторого количества жидкости в испарителе, находящемся вне резервуара, с перепуском образовавшихся паров в верхнюю его часть.

Для газификации жидкого кислорода на местах производства работ должны быть либо газификаторы, либо газификационные установки с насосами. Производство газификаторов в настоящее время прекращено, но поскольку так называемые холодные газификаторы имеются в эксплуатации на кислородных станциях многих предприятий, то ниже приводится схема (рис. 8) и краткое описание такой установки.

Холодный газификатор служит для питания цехов кислородом под давлением до 15 кгс/см² по газопроводам. Газификатор позволяет хранить жидкий кислород в течение некоторого времени и испарять его по мере необходимости. Собственно газификатор состоит из толстостенного стального шара 7, внутри которого находится тонкостенный латунный сосуд такой же формы, в который и заливается жидкий кислород. Стальной шар 7 заключен в кожух, а межстенное пространство заполнено теплоизоляцией (мипорой, аэрогелем, кремнегелем). Слив жидкого кислорода из транспортного резервуара производится через вентиль наполнения 3.

Для подачи кислорода в сеть открывают вентиль 2, перепуская некоторое количество жидкости в пусковой испаритель 1, из которого испарившийся кислород по трубе 4 поступает в стальной шар 7 и поднимает в нем давление, благодаря которому жидкость вытесняется по соответствующей трубе в змеевик подогревателя 8, где обращается в газообразное состояние. Через вентиль 5 газообразный кислород поступает в трубопровод. При недостаточной подаче газа в сеть теплый кислород перепускают из змеевика испарителя в испаритель 6 газификатора, что приводит к быстрому повышению давления в стальном шаре и увеличению выхода жидкости в подогреватель.

Газообразный кислород, накапливающийся в газификаторе в периоды отсутствия потребления газа, отводится в реципиенты 9, из которых может подаваться в газопровод.

Газификационные установки с насосами по сравнению с газификаторами имеют меньшие габариты и вес, а также снижают потери кислорода на испарение. При применении насосов создается возможность газифицировать кислород под давлением от 20 кгс/см² (для непосредственной подачи в сеть потребления) до 400 кгс/см² (для наполнения баллонов). В настоящее время выпускаются как стационарные, так и передвижные установки с насосами. Передвижные установки, монтируемые на автомашинах, используются для наполнения баллонов на небольших предприятиях-потребителях.

Схема стационарной газификационной установки высокого давления с двухступенчатым кислородным насосом показана на рис. 9. Жидкий кислород, доставленный потребителю, сливается в стационарные резервуары 2 и 4. Уровень жидкости и давление в резервуарах контролируются манометром и указателем уровня, находящимися на щитах 1 и 5. Жидкость под давлением паров в резервуаре подается по трубе 9 через фильтры 3 в насос 8, снабженный баком 13 с поплавковым клапаном 12, поддерживающим постоянный уровень жидкого кислорода в баке. Через окна в стенке цилиндра жидкость поступает самотеком в I ступень насоса и при ходе поршня 10 выталкивается в цилиндр II ступени. Избыток жидкости и пары по трубе 11 перепускаются обратно в бак. При обратном ходе поршня жидкий кислород через нагнетательный клапан II ступени поступает в змеевик 7 испарителя, где превращается в газ и наполняет баллоны, присоединенные к рампе 6.

Установка может перекачивать от 65 до 85 л жидкого кислорода в час и наполнять около 10 баллонов водяной емкостью 40 л при избыточном давлении 150-165 кгс/см². Мощность, потребляемая насосом, — 1,2 квт, а электродвигателем испарителя — 10,8 квт.

Автор: Администрация   

При взаимодействии кислорода с серебром в зависимости от условий происходит: I) адсорбция кислорода на поверхности серебра как без диссоциации молекул на атомы, так и с частичной или полной диссоциацией; 2) растворение кислорода в серебре; 3) образование оксидов. о слоем оксида Ag2o толщиной порядка 12 А [22, с.402]. Температура, при которой упругость диссоциации оксида серебра соответствует атмосферному давлению, составляет 457 — 460 К [23]. Образование поверхностного оксида на серебряной фольге при 523 К в атмосфере кислорода исследовали Поспелова с соавторами [24]. Поскольку выше 473 К при 0 = Кг Па образование оксида серебра невозможно, то при этих условиях происходит образование несте-хиометрического оксида или раствора этого оксида в поверхностном слое. В работе Бентона с соавторами [ 25] показано, что скорость образования оксида пропорциональна давлению кислорода. Процесс окисления в интервале 373 443 К характеризуется энергией активации в 92 кДж/моль. Аллен [ 26], изучая кинетику разложения Ag20 , нашел энергию активации І5Г кДж/моль. Окисление серебра при 643 К и о — Ю7Па изучено в работе Менделя [27]. Кристэллографиче-ское исследование оксида, полученного в таких условиях, показало, что окисление протекает через процесс зэродышеобразования. Отто [28] обобщил данные по системе Agz0-/g-02 и на основании точного машинного расчета термодинамических констант получил в интервале температур 446-773 К следующую температурную зависимость упругости диссоциации оксида серебра: Соответствующая ему температурная зависимость стандартного потенциала оксида серебра показана на рис.4.4.

Энтальпия образования оксида серебра в данном диапазоне температур составляет 30,1-24,9 кДж/моль. Адсорбции кислорода на серебре в диапазоне температур 373-623 К посвящен ряд работ [29-41], из которых следует, что в большинстве случаев встречаются две адсорбционные формы: 0 и 0 , количество которых зависит от Рл температуры и типа кри-сталлографической грани. Наблюдаемым формам хемосорбции соответствуют поверхностные соединения AgJ)(Л) при[0]ДЛд] 1/2 и Лд,Д(/7) при Г0]/[Ад] . Так, Шмельцер и Толлефсон [29], изучая адсорбцию кислорода на серебре при давлениях 2,6.10 — 9,2 1СГ Па и Т = 453 — 573 К показали, что на его поверхности появляются более одного типа комплексов кислорода. Равновесие между атомами кислорода на поверхности в газе может быть представлено уравнениями: При 453-493 К процесс (А) протекает быстро, а процесс (В) медленно. При 533-573 К оба процесса протекают быстро, В работе Кцандерна [30] изучалась адсорбция и десорбция кислорода на серебряном порошке при Р0 = 1,3-10 Па и Т = 196 -623 К. В зависимости от температуры различают три формы адсорбированного кислорода I) слабо адсорбированный кислород, который быстро десорбируется при 473-523 К; 2) сильно адсорбированный кислород, который частично входит в решетку и слабо десорбируется при 623 К и 3) кислород с сильной связью,разрушающейся только при восстановлении в СО, Две формы адсорбции кислорода на серебре рассматривали Островский и Темкин [31] при измерении дифференциальной теплоты адсорбции при различных покрытиях поверхности кислородом, а также Фогель Г32] при изучении эмиссии от серебряной ленты при 473-773 К и Р0 = 2,6-Ю»3 — 2,6-Ю»2 Па. 2 .

Для адсорбции кислорода при повышенных температурах характерна более высокая степень покрытия [0]/ А& = 1,4-1,5. Так, Буттнер с соавторами [33], измеряя поверхностное натяжение пленок твердого серебра в смеси гелий кислород ( Рп = 2,5»10 — 10 Па) между П43-І2І8 К, установили, что при 1205 К с каждый атомом серебра поверхности грани (III) ассоциированы 1,4, а грани (ПО) -1,6 атома кислорода. Покрытия такого же порядка нашел Аллен [26] в температурном диапазоне 923-1123 К и Р0 = 2,1 10 Па. При [0]/Ag 0,5 дифференциальная теплота адсорбции линейно уменьшается с увеличением покрытия в ряду 544-167 кДж/моль. При большем отношении [0І/ Ag дифференциальная теплота адсорбции не зависит от покрытия и составляет 42-105 кДж/моль [31,34]. По предположению Орцеховского [35], разные виды адсорбции могут быть связаны также с различными кристаллографическими поверхностями. В работе [36] на основании полуэмпирической теории хемосорбции были вычислены энергии адсорбции кислорода на различ- ных кристаллографических гранях серебра. Они составили 247, 239, 245 кДж/моль для (III), (100), (НО) соответственно, Растворимость изучалась рядом авторов 44-49] в широком диапазоне температур. Как в расплавленном, так и твердом серебре она пропорциональна «YP [44,45,49]. В твердом серебре максимум растворимости (0,067 ат) соответствует температуре 1213 К, в расплавленном (до 2 ат.%) — 1273 К [46, с.23]. Предполагают, что кислород в расплавленном серебре находится в форме раствора оксиде серебра [23]. Симоне [49], предположив, что и в твердом серебре кислород может растворяться в виде Ag2o, вычислил из данных работы [45] растворимость Ag2o при различных температурах для давлений, соответствующих диссоциации оксида (таблица 1.2). Для температурного интервала 873-1196 К теплота растворения составила 70,3 кДж/г-зт кислорода. Доманский [4-7] путем термодинамического расчета нашел зависимость коэффициента активности оксида серебра в серебре от температуры в виде: а-также другие термодинамические зависимости, из которых следует минимум растворимости кислорода в серебре при 873 К.

Этот минимум экспериментально обнаружил Стихи с соавторами [45] при изучении растворимости кислорода в интервале Т = 673-1073 К и давлениях 6,6 Кг — 105,6 10 Па. По их мнению, минимум растворимости может быть связан с переходом серебра из одной аллотропной формы в другую или с тем, что при температурах меньше 673 К кислород растворен в форме /q20 , а при Т 673 К — в атомном виде. По мнению Айхенауэра с соавторами [50], этот минимум можно объяснить адсорбцией кислорода на серебре и этим же вызвано отклонение растворимости от закона 1/57 при низких температурах и г давлениях кислорода. При температурах, лежащих в интервале 685-1135 К, независимо от того, растворяется ли кислород в серебре в атомарном виде или в виде Agz0 , его суммарная растворимость пропорциональна іРо и выражается уравнением: При температуре Т и равновесном давлении кислорода Р в 100 г серебра растворяется I кислорода: Наиболее достоверными нам представляются данные работ [53,54], которые между собой хорошо сходятся. Поэтому в дальнейшем для коэффициента диффузии мы использовали формулу