Oksijen almanın en iyi yolu nedir? Havadan oksijen nasıl alınır

Günümüzde ekoloji konusu ön plana çıkmaktadır. Ancak oksijen olmadan sağlıklı bir ekoloji mümkün değildir. Gezegendeki yaşamı sürdürmenin ana yapı taşı budur. Ayrıca oksijen çoğu zaman birçok kimyasal reaksiyona dahil olur. Hadi bir göz atalım oksijen nasıl alınır bir kimya laboratuvarında.

Oksijen elde etmek için, refrakter camdan yapılmış bir test tüpünü bir stand üzerinde güçlendiriyoruz ve içine 5 g toz (potasyum nitrat KNO3 veya sodyum nitrat NaNO3) ekliyoruz. Test tüpünün altına kumla doldurulmuş refrakter malzemeden yapılmış bir kap yerleştirelim, çünkü bu deney sırasında sıcak kütle sıklıkla eriyip dışarı akar. Bu nedenle ısıtma sırasında brülörü yan tarafta tutacağız. Güherçileyi çok ısıttığımızda eriyecek ve içinden oksijen çıkacak (bunu için için yanan bir kıymık yardımıyla tespit edeceğiz - bir test tüpünde tutuşacaktır). Bu durumda potasyum nitrat nitrit KNO2'ye dönüşecektir. Daha sonra pota maşası veya cımbız kullanarak eriyiğin içine bir parça parça atın (yüzünüzü asla test tüpünün üzerinde tutmayın). Kükürt tutuşup yanacak ve büyük miktarda ısı açığa çıkacak. Deney, pencereler açıkken yapılmalıdır (ortaya çıkan kükürt oksitler nedeniyle).

İşlem şu şekilde ilerler (ısıtma):

2KNO3 → 2KNO2 + Ö2

Oksijen başka yöntemlerle de elde edilebilir. Potasyum permanganat KMnO 4 ısıtıldığında oksijeni verir ve manganez okside dönüştürülür (4):

2KMnO 4 → MnO 2 + K 2 MnO 4 + O 2.

10 g potasyum permanganattan yaklaşık bir litre oksijen elde edebilirsiniz, bu da iki gramın beş normal boyutlu test tüpünü oksijenle doldurmaya yeterli olduğu anlamına gelir.

Belirli bir miktar potasyum permanganatı refrakter bir test tüpünde ısıtıyoruz ve pnömatik bir banyo kullanarak test tüplerinde açığa çıkan oksijeni yakalıyoruz. Kristaller çatladığında yok edilirler ve genellikle belirli miktarda tozlu permanganat gazla birlikte sürüklenir. Bu durumda pnömatik banyodaki ve çıkış borusundaki su kırmızıya dönecektir.

Oksijen ayrıca hidrojen peroksit (peroksit) H202'den büyük miktarlarda elde edilebilir. Hidrojen peroksit çok kararlı değildir. Zaten havada durduğunda oksijene ayrışır ve:

2H 2 Ö 2 → 2H 2 Ö + Ö 2

Peroksite biraz manganez dioksit MnO 2, aktif karbon, metal tozu, kan (pıhtılaşmış veya taze) ve tükürük eklerseniz çok daha hızlı oksijen elde edebilirsiniz. Bu maddeler şu şekilde hareket eder: katalizörler.

Yaklaşık 1 ml hidrojen peroksit ile adı geçen maddelerden birini küçük bir test tüpüne koyarsak ve bir kıymık testi kullanarak açığa çıkan oksijenin varlığını belirlersek bunu doğrulayabiliriz. Bir beherdeki 5 ml yüzde üç hidrojen peroksit çözeltisine eşit miktarda hayvan kanı eklenirse, karışım kuvvetli bir şekilde köpürür, oksijen kabarcıklarının salınması sonucu köpük sertleşip şişer.

Katalizörler, kimyasal bir prosesin reaksiyon hızını tüketilmeden arttırır. Sonuçta bir reaksiyonu başlatmak için gereken aktivasyon enerjisini azaltırlar. Ancak bunun tersi yönde hareket eden maddeler de vardır. Negatif katalizörler veya denir inhibitörler. Örneğin fosforik asit, hidrojen peroksitin ayrışmasını önler. Bu nedenle ticari hidrojen peroksit çözeltisi genellikle fosforik veya ürik asit ile stabilize edilir. Canlı doğada biyokatalizörler (enzimler, hormonlar) olarak adlandırılan maddeler birçok sürece katılmaktadır.

Bu ders, oksijen üretmenin modern yöntemlerinin incelenmesine ayrılmıştır. Laboratuvarda ve endüstride oksijenin hangi yöntemlerle ve hangi maddelerden elde edildiğini öğreneceksiniz.

Konu: Maddeler ve dönüşümleri

Ders:Oksijen elde etmek

Endüstriyel amaçlar için oksijenin büyük miktarlarda ve mümkün olan en ucuz şekilde elde edilmesi gerekir. Oksijen üretmenin bu yöntemi Nobel Ödülü sahibi Pyotr Leonidovich Kapitsa tarafından önerildi. Havayı sıvılaştırmak için bir cihaz icat etti. Bildiğiniz gibi hava hacimce yaklaşık %21 oranında oksijen içerir. Oksijen, damıtma yoluyla sıvı havadan ayrılabilir, çünkü Havayı oluşturan tüm maddelerin kaynama noktaları farklıdır. Oksijenin kaynama noktası -183°C, nitrojenin kaynama noktası ise -196°C'dir. Bu, sıvılaştırılmış havayı damıtırken önce nitrojenin kaynayıp buharlaşacağı, ardından oksijenin geleceği anlamına gelir.

Laboratuvarda endüstride olduğu gibi büyük miktarlarda oksijene ihtiyaç duyulmaz. Genellikle basınçlandırıldığı mavi çelik silindirlerde teslim edilir. Bazı durumlarda oksijeni kimyasal olarak elde etmek hala gereklidir. Bu amaçla ayrışma reaksiyonları kullanılır.

DENEY 1. Hidrojen peroksit solüsyonunu bir Petri kabına dökün. Oda sıcaklığında, hidrojen peroksit yavaşça ayrışır (bir reaksiyon belirtisi görmüyoruz), ancak bu işlem, çözeltiye birkaç tane manganez (IV) oksit tanesi eklenerek hızlandırılabilir. Siyah oksit tanelerinin çevresinde hemen gaz kabarcıkları görünmeye başlar. Bu oksijendir. Reaksiyon ne kadar uzun sürerse sürsün, manganez(IV) oksit tanecikleri çözelti içinde çözünmez. Yani manganez(IV) oksit reaksiyona katılır, onu hızlandırır ancak içinde tüketilmez.

Bir reaksiyonu hızlandıran ancak reaksiyonda tüketilmeyen maddelere denir. katalizörler.

Katalizörler tarafından hızlandırılan reaksiyonlara ne ad verilir? katalitik.

Bir reaksiyonun katalizör yardımıyla hızlandırılmasına denir. kataliz.

Böylece manganez (IV) oksit, hidrojen peroksitin ayrışma reaksiyonunda katalizör görevi görür. Reaksiyon denkleminde katalizör formülü eşittir işaretinin üzerine yazılır. Reaksiyonun denklemini yazalım. Hidrojen peroksit ayrıştığında oksijen açığa çıkar ve su oluşur. Bir çözeltiden oksijenin salınması yukarıyı gösteren bir okla gösterilir:

2. Dijital eğitim kaynaklarının birleşik koleksiyonu ().

3. “Kimya ve Yaşam” () dergisinin elektronik versiyonu.

Ev ödevi

İle. 66-67 Sayı 2 – 5 Kimya Çalışma Kitabı'ndan: 8. sınıf: P.A.'nın ders kitabına. Orzhekovsky ve diğerleri. “Kimya. 8. sınıf” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovski; altında. ed. prof. P.A. Orzhekovsky - M .: AST: Astrel: Profizdat, 2006.

Oksijenin keşfi kimyanın gelişiminde yeni bir döneme işaret ediyordu. Yanmanın havaya ihtiyaç duyduğu eski çağlardan beri bilinmektedir. Maddelerin yanma süreci uzun süre belirsiz kaldı. Simya çağında, maddelerin ateşli maddeyle, yani alevin içinde bulunan flojistonla etkileşimi nedeniyle yandığı flojiston teorisi yaygınlaştı.

Oksijen, 18. yüzyılın 70'lerinde İngiliz kimyager Joseph Priestley tarafından elde edildi. Bir kimyager kırmızı cıva(II) oksit tozunu ısıtarak maddenin metalik cıva ve renksiz bir gaz oluşturacak şekilde ayrışmasına neden oldu:

2HgO t° → 2Hg + O2

Oksitler– oksijen içeren ikili bileşikler

Gaz dolu bir kaba, için için yanan bir kıymık sokulduğunda, parlak bir şekilde parladı. Bilim adamı, için için yanan kıymığın gaza flojiston kattığına ve gazın ateşlendiğine inanıyordu.

D.Priestley Ortaya çıkan gazı solumaya çalıştım ve nefes almanın bu kadar kolay ve özgür olmasından çok memnun oldum. O zaman bilim adamı, bu gazı solumanın zevkinin herkese verildiğini bile hayal etmedi.

D. Priestley, deneylerinin sonuçlarını Fransız kimyager Antoine Laurent Lavoisier ile paylaştı. O dönemde oldukça donanımlı bir laboratuvara sahip olan A. Lavoisier, D. Priestley'in deneylerini tekrarladı ve geliştirdi.

A. Lavoisier, belirli bir cıva oksit kütlesinin ayrışması sırasında açığa çıkan gaz miktarını ölçtü. Kimyager daha sonra metalik cıvayı kapalı bir kapta cıva(II) oksit haline gelinceye kadar ısıttı. Birinci deneyde açığa çıkan gaz miktarının ikinci deneyde emilen gaza eşit olduğunu keşfetti. Bu nedenle cıva havadaki bazı maddelerle reaksiyona girer. Ve aynı madde, oksidin ayrışması sırasında da açığa çıkar. Lavoisier, flojistonun bununla kesinlikle hiçbir ilgisi olmadığı ve için için yanan bir kıymığın yanmasına, daha sonra oksijen olarak adlandırılan bilinmeyen bir gazın neden olduğu sonucuna varan ilk kişiydi. Oksijenin keşfi flojiston teorisinin çöküşüne işaret ediyordu!

Laboratuvarda oksijen üretme ve toplama yöntemleri

Oksijen üretmek için laboratuvar yöntemleri çok çeşitlidir. Oksijenin elde edilebileceği birçok madde vardır. En yaygın yöntemlere bakalım.

1) Cıva (II) oksidin ayrışması

Laboratuvarda oksijen elde etmenin yollarından biri, yukarıda açıklanan oksit ayrışma reaksiyonunu kullanarak elde etmektir. cıva(II). Cıva bileşiklerinin ve cıva buharının kendisinin yüksek toksisitesi nedeniyle bu yöntem oldukça nadiren kullanılır.

2) Potasyum permanganatın ayrışması

Potasyum permanganat(günlük yaşamda buna potasyum permanganat diyoruz) koyu mor renkte kristal bir maddedir. Potasyum permanganat ısıtıldığında oksijen açığa çıkar.

Test tüpüne bir miktar potasyum permanganat tozu dökün ve tripod ayağına yatay olarak sabitleyin. Test tüpünün deliğinin yakınına bir parça pamuk koyun. Test tüpünü, içine bir gaz çıkış tüpünün yerleştirildiği, ucu alıcı kaba indirilen bir tıpa ile kapatıyoruz. Gaz çıkış borusu alıcı kabın tabanına ulaşmalıdır.

Potasyum permanganat parçacıklarının alıcı kaba girmesini önlemek için test tüpünün açıklığının yakınında bulunan bir pamuk yününe ihtiyaç vardır (ayrışma sırasında açığa çıkan oksijen, permanganat parçacıkları boyunca taşınır).

Cihaz monte edildiğinde test tüpünü ısıtmaya başlıyoruz. Oksijen salınımı başlar.

Potasyum permanganatın ayrışması için reaksiyon denklemi:

2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2

Oksijen varlığı nasıl tespit edilir? Priestley'in yöntemini kullanalım. Tahta bir kıymık yakalım, biraz yanmasına izin verelim, sonra zar zor yanacak şekilde söndürelim. İçin için yanan kıymığı oksijen dolu bir kaba indirelim. Meşale parlak bir şekilde parlıyor!

Gaz çıkış borusu yanlışlıkla alıcı geminin dibine indirilmedi. Oksijen havadan daha ağırdır, bu nedenle alıcının alt kısmında toplanacak ve havanın yerini alacaktır.

Oksijen ayrıca suyun yerini değiştirerek de toplanabilir. Bunu yapmak için, gaz çıkış borusunun suyla dolu bir test tüpüne indirilmesi ve delik aşağı gelecek şekilde su dolu bir kristalleştiriciye indirilmesi gerekir. Oksijen girdiğinde, gaz test tüpündeki suyun yerini alır.

Hidrojen peroksit ayrışması

Hidrojen peroksit- herkesin bildiği bir madde. Eczanelerde “hidrojen peroksit” adı altında satılmaktadır. Bu isim eskidir; “peroksit” terimini kullanmak daha doğrudur. Hidrojen peroksit H2O2'nin kimyasal formülü

Hidrojen peroksit depolama sırasında yavaş yavaş su ve oksijene ayrışır. Ayrışma sürecini hızlandırmak için ısıtabilir veya uygulayabilirsiniz. katalizör.

Katalizör– Kimyasal reaksiyonun hızını artıran madde

Hidrojen peroksiti şişeye dökün ve sıvıya bir katalizör ekleyin. Katalizör kara toz - manganez oksit olabilir MnO2. Karışım, büyük miktarda oksijenin salınması nedeniyle hemen köpürmeye başlayacaktır. Şişeye için için yanan bir kıymık getirelim - parlak bir şekilde parlıyor. Hidrojen peroksitin ayrışması için reaksiyon denklemi şöyledir:

2H2O2 MnO2 → 2H2O + O2

Lütfen dikkat: Reaksiyonu hızlandıran katalizör ok veya işaretin üzerinde yazılmıştır. «=», çünkü reaksiyon sırasında tüketilmez, sadece onu hızlandırır.

Potasyum kloratın ayrışması

Potasyum klorat- beyaz kristalli madde. Havai fişek ve diğer çeşitli piroteknik ürünlerin üretiminde kullanılır. Bu maddenin önemsiz bir adı var - “Berthollet tuzu”. Madde bu ismi, onu ilk sentezleyen Fransız kimyager Claude Louis Berthollet'in onuruna aldı. Potasyum kloratın kimyasal formülü KСlO3'tür.

Potasyum klorat bir katalizör - manganez oksit varlığında ısıtıldığında MnO2, Berthollet tuzu aşağıdaki şemaya göre ayrışır:

2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2.

Nitrat ayrışması

Nitratlar- iyon içeren maddeler NO3⎺. Bu sınıftaki bileşikler mineral gübre olarak kullanılır ve piroteknik ürünlere dahil edilir. Nitratlar– bileşikler termal olarak kararsızdır ve ısıtıldıklarında oksijen salınımıyla ayrışırlar:

Oksijen üretmek için dikkate alınan tüm yöntemlerin benzer olduğunu lütfen unutmayın. Her durumda, daha karmaşık maddelerin ayrışması sırasında oksijen açığa çıkar.

Ayrışma reaksiyonu

Genel olarak ayrışma reaksiyonu bir harf şemasıyla açıklanabilir:

AB → A + B.

Ayrışma reaksiyonları çeşitli faktörlerin etkisi altında meydana gelebilir. Bu ısıtma, elektrik akımı veya bir katalizör kullanımı olabilir. Maddelerin kendiliğinden ayrıştığı reaksiyonlar vardır.

Endüstride oksijen üretimi

Endüstride oksijen havadan ayrıştırılarak elde edilir. Hava– ana bileşenleri tabloda sunulan bir gaz karışımı.

Bu yöntemin özü, havanın derin bir şekilde soğutularak sıvıya dönüştürülmesidir; bu, normal atmosfer basıncında yaklaşık -192°С. Sıvının oksijen ve nitrojene ayrılması kaynama sıcaklıkları arasındaki fark kullanılarak gerçekleştirilir: Tb. O2 = -183°C; Bp.N2 = -196°С(normal atmosfer basıncında).

Bir sıvının kademeli olarak buharlaşarak gaz fazına geçmesiyle önce kaynama noktası daha düşük olan nitrojen geçecek ve serbest bırakıldığında sıvı oksijenle zenginleşecektir. Bu işlemin defalarca tekrarlanması, gerekli saflıkta oksijen ve nitrojenin elde edilmesini mümkün kılar. Sıvıları bileşenlerine ayıran bu yönteme denir. sıvı havanın düzeltilmesi.

• Laboratuvarda oksijen ayrışma reaksiyonları ile üretilir
• Ayrışma reaksiyonu- karmaşık maddelerin daha basit maddelere ayrıştırılması sonucu oluşan bir reaksiyon
• Oksijen, havayla yer değiştirme yöntemi veya su ile yer değiştirme yöntemiyle toplanabilir
• Oksijeni tespit etmek için için için yanan bir kıymık kullanılır; içinde parlak bir şekilde yanıp söner;
• Katalizör- kimyasal reaksiyonu hızlandıran ancak içinde tüketilmeyen bir madde

OKSİJENİN ÖZELLİKLERİ VE ELDE EDİLME YÖNTEMLERİ

Oksijen O2 yeryüzünde en çok bulunan elementtir. Yerkabuğunda çeşitli maddeler içeren kimyasal bileşikler şeklinde büyük miktarlarda (ağırlıkça %50'ye kadar), sudaki hidrojenle kombinasyon halinde (ağırlıkça yaklaşık %86) ve atmosferik havada serbest halde bulunur. esas olarak hacimce %20,93 oranında nitrojen içeren bir karışım içinde. (ağırlıkça %23,15).

Oksijenin ülke ekonomisi açısından önemi büyüktür. Metalurjide yaygın olarak kullanılır; kimya endüstrisi; metallerin gaz-alevle işlenmesi, sert kayaların ateşle delinmesi, kömürlerin yeraltında gazlaştırılması için; tıpta ve çeşitli solunum cihazlarında, örneğin yüksek irtifa uçuşlarında ve diğer alanlarda.

Normal şartlarda oksijen renksiz, kokusuz ve tatsız, yanıcı olmayan ancak aktif olarak yanmayı destekleyen bir gazdır. Çok düşük sıcaklıklarda oksijen sıvıya, hatta katıya dönüşür.

Oksijenin en önemli fiziksel sabitleri şunlardır:

Oksijen büyük bir kimyasal aktiviteye sahiptir ve nadir gazlar hariç tüm kimyasal elementlerle bileşikler oluşturur. Oksijenin organik maddelerle reaksiyonları belirgin bir ekzotermik karaktere sahiptir. Bu nedenle, sıkıştırılmış oksijen, yağlı veya ince dağılmış katı yanıcı maddelerle etkileşime girdiğinde, bunların anında oksidasyonu meydana gelir ve üretilen ısı, bu maddelerin kendiliğinden yanmasına katkıda bulunur ve bu da yangına veya patlamaya neden olabilir. Oksijen ekipmanı kullanılırken bu özellik özellikle dikkate alınmalıdır.

Oksijenin önemli özelliklerinden biri, yanıcı gazlar ve sıvı yanıcı buharlarla geniş bir aralıkta patlayıcı karışımlar oluşturabilmesidir; bu da açık alev veya kıvılcım varlığında patlamalara yol açabilir. Havanın gaz veya buhar yakıtlarla karışımı da patlayıcıdır.

Oksijen şu şekilde elde edilebilir: 1) kimyasal yöntemlerle; 2) suyun elektrolizi; 3) fiziksel olarak havadan.

Çeşitli maddelerden oksijen üretimini içeren kimyasal yöntemler etkisizdir ve şu anda yalnızca laboratuvar açısından öneme sahiptir.

Suyun elektrolizi, yani bileşenlerine (hidrojen ve oksijen) ayrışması, elektrolizör adı verilen cihazlarda gerçekleştirilir. Elektrik iletkenliğini arttırmak için kostik soda NaOH'nin eklendiği sudan doğru bir akım geçirilir; oksijen anotta, hidrojen ise katotta toplanır. Bu yöntemin dezavantajı yüksek elektrik tüketimidir: 1 m 3 0 2 başına 12-15 kW tüketilir (ayrıca 2 m 3 N 2 elde edilir). h.Bu yöntem, ucuz elektriğin varlığında ve oksijenin atık bir ürün olduğu elektrolitik hidrojen üretiminde rasyoneldir.

Fiziksel yöntem, derin soğutma kullanarak havayı bileşenlerine ayırmaktır. Bu yöntem neredeyse sınırsız miktarda oksijen elde edilmesini mümkün kılar ve büyük endüstriyel öneme sahiptir. 1 m 3 O 2 başına elektrik tüketimi 0,4-1,6 kW'dır. h, kurulum türüne bağlı olarak.

HAVADAN OKSİJEN ELDE EDİLMESİ

Atmosfer havası temel olarak aşağıdaki hacimsel içeriğe sahip üç gazın mekanik bir karışımıdır: nitrojen - %78,09, oksijen - %20,93, argon - %0,93. Ayrıca yaklaşık %0,03 karbondioksit ve az miktarda nadir gazlar, hidrojen, nitröz oksit vb. içerir.

Havadan oksijen elde edilmesindeki asıl görev, havayı oksijen ve nitrojene ayırmaktır. Yol boyunca, özel kaynak yöntemlerinde kullanımı giderek artan argon ve birçok endüstride önemli rol oynayan nadir gazlar ayrıştırılıyor. Azotun kaynakta koruyucu gaz olarak, tıpta ve diğer alanlarda bazı kullanımları vardır.

Yöntemin özü, havanın derin soğutulması ve sıvı hale getirilmesidir; normal atmosferik basınçta -191,8 ° C (sıvılaşmanın başlangıcı) ile -193,7 ° C (sıvılaşmanın sonu) arasındaki sıcaklık aralığında elde edilebilir. ).

Sıvının oksijen ve nitrojene ayrılması kaynama sıcaklıkları arasındaki fark kullanılarak gerçekleştirilir: T bp. o2 = -182,97°C; Kaynama sıcaklığı N2 = -195,8° C (760 mm Hg'de).

Bir sıvının kademeli olarak buharlaşmasıyla, kaynama noktası daha düşük olan nitrojen önce gaz fazına geçecek, serbest kaldıkça sıvı oksijenle zenginleşecektir. Bu işlemin defalarca tekrarlanması, gerekli saflıkta oksijen ve nitrojenin elde edilmesini mümkün kılar. Sıvıları bileşenlerine ayırmaya yönelik bu yönteme rektifikasyon denir.

Havadan oksijen üretmek için yüksek performanslı ünitelerle donatılmış uzmanlaşmış işletmeler bulunmaktadır. Ayrıca büyük metal işleme işletmelerinin kendi oksijen istasyonları vardır.

Havayı sıvılaştırmak için gereken düşük sıcaklıklar, soğutma çevrimleri adı verilen kullanılarak elde edilir. Modern tesislerde kullanılan ana soğutma çevrimleri aşağıda kısaca tartışılmaktadır.

Hava kısmalı soğutma çevrimi Joule-Thomson etkisine, yani serbest genleşme sırasında gaz sıcaklığında keskin bir düşüşe dayanır. Çevrim diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.

Hava çok kademeli bir kompresörde 1 ila 200 kgf/cm2 arasında sıkıştırılır ve daha sonra akan su ile bir buzdolabından (2) geçer. Havanın derin soğutulması, ısı eşanjöründe (3) sıvı toplayıcıdan (sıvılaştırıcı) 4 soğuk gazın ters akışıyla meydana gelir. Gaz kelebeği valfindeki (5) havanın genleşmesi sonucunda ek olarak soğutulur ve kısmen soğutulur. sıvılaştırılmış.

Kollektördeki (4) basınç 1-2 kgf/cm2 aralığında düzenlenir. Sıvı, valf 6 aracılığıyla periyodik olarak koleksiyondan özel kaplara boşaltılır. Havanın sıvılaştırılmamış kısmı, gelen havanın yeni bölümlerini soğutarak bir ısı eşanjörü yoluyla boşaltılır.

Havanın sıvılaşma sıcaklığına kadar soğutulması kademeli olarak gerçekleşir; Tesisat çalıştırıldığında hava sıvılaşmasının görülmediği, sadece tesisatın soğuduğu bir başlatma süresi vardır. Bu süre birkaç saat sürer.

Döngünün avantajı basitliğidir, ancak dezavantajı nispeten yüksek güç tüketimidir - 4,1 kW'a kadar. 200 kgf/cm2 kompresör basıncında 1 kg sıvılaştırılmış hava başına h; daha düşük basınçta spesifik enerji tüketimi keskin bir şekilde artar. Bu çevrim, düşük ve orta kapasiteli tesislerde oksijen gazı üretmek için kullanılır.

Havanın amonyakla kısılması ve ön soğutulması döngüsü biraz daha karmaşıktır.

Genişleticide genleşmeli orta basınçlı soğutma çevrimi, harici işin geri dönüşüyle ​​birlikte genleşme sırasında gaz sıcaklığının azalmasına dayanır. Ayrıca Joule-Thomson etkisinden de yararlanılmaktadır. Çevrim diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 3.

Hava, kompresör 1'de 20-40 kgf/cm2'ye kadar sıkıştırılır, buzdolabından 2 ve ardından ısı eşanjörlerinden 3 ve 4 geçer. Isı eşanjöründen 3 sonra, havanın çoğu (%70-80) piston genleşmesine gönderilir. makine genişletici 6 ve daha küçük bir hava kısmı (% 20-30), serbest genleşme için gaz kelebeği valfına 5 ve ardından sıvıyı boşaltmak için bir valfe 8 sahip olan koleksiyona 7 gider. Genişletici 6'da

zaten ilk ısı eşanjöründe soğutulmuş olan hava çalışır - makinenin pistonunu iter, basıncı 1 kgf/cm2'ye düşer, bu nedenle sıcaklık keskin bir şekilde düşer. Genişleticiden, yaklaşık -100 ° C sıcaklığa sahip soğuk hava, ısı eşanjörleri (4 ve 3) aracılığıyla dışarıya boşaltılarak gelen havayı soğutur. Böylece genişletici, kompresördeki nispeten düşük basınçta tesisatın çok etkili bir şekilde soğutulmasını sağlar. Genişleticinin çalışması faydalı bir şekilde kullanılır ve bu, kompresördeki havayı sıkıştırmak için gereken enerji tüketimini kısmen telafi eder.

Çevrimin avantajları şunlardır: kompresörün tasarımını basitleştiren nispeten düşük sıkıştırma basıncı ve oksijen sıvı halde alındığında tesisatın kararlı çalışmasını sağlayan artan soğutma kapasitesi (genişletici sayesinde).

Acad tarafından geliştirilen, turbo genişleticide genleşmeli düşük basınçlı soğutma çevrimi. P. L. Kapitsa, düşük basınçlı havanın, yalnızca bu havanın bir hava türbininde (turboexpander) genleşmesi yoluyla harici iş üretilmesi yoluyla soğuk üretilmesiyle kullanılmasına dayanmaktadır. Çevrim diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.

Hava, turbo kompresör tarafından 1 ila 6-7 kgf/cm2 arasında sıkıştırılır, buzdolabında 2 su ile soğutulur ve soğuk havanın ters akışıyla soğutulduğu rejeneratörlere 3 (ısı eşanjörleri) beslenir. Rejeneratörler turbo genişleticiye (4) gönderildikten sonra havanın% 95'e kadarı, gerçekleştirilen harici çalışma ile 1 kgf/cm2 mutlak basınca kadar genişler ve keskin bir şekilde soğutulur, ardından kondansatörün (5) boru boşluğuna beslenir. ve sıkıştırılmış havanın geri kalanını (%5) yoğunlaştırarak halkaya girer. Kondansatörden (5) ana hava akışı rejeneratörlere yönlendirilir ve gelen havayı soğutur ve sıvı hava, gaz kelebeği valfı (6) aracılığıyla koleksiyona (7) geçirilir ve buradan valf (8) aracılığıyla boşaltılır. Diyagram bir rejeneratörü göstermektedir. ama gerçekte bunlardan birkaç tane var ve hepsi birer birer açılıyor.

Turbo genişleticili düşük basınçlı çevrimin avantajları şunlardır: pistonlu makinelere kıyasla turbo makinelerin daha yüksek verimliliği, teknolojik şemanın basitleştirilmesi, kurulumun artan güvenilirliği ve patlama güvenliği. Çevrim yüksek kapasiteli kurulumlarda kullanılır.

Sıvı havanın bileşenlere ayrılması, düzeltme işlemi yoluyla gerçekleştirilir; bunun özü, sıvı havanın buharlaşması sırasında oluşan buharlı nitrojen ve oksijen karışımının, daha düşük oksijen içeriğine sahip bir sıvıdan geçirilmesidir. Sıvıda oksijen az, azot fazla olduğundan sıcaklığı içinden geçen buhara göre daha düşük olur ve bu durum buhardaki oksijenin yoğunlaşmasına ve eş zamanlı olarak sıvıdan azotun buharlaşmasıyla sıvının zenginleşmesine neden olur, yani sıvının üzerindeki buharın zenginleşmesi.

Düzeltme sürecinin özü hakkında bir fikir, Şekil 2'de gösterilen şekil ile verilebilir. Şekil 5, sıvı havanın tekrarlanan buharlaşması ve yoğunlaşması sürecinin basitleştirilmiş bir diyagramıdır.

Havanın yalnızca nitrojen ve oksijenden oluştuğunu varsayıyoruz. Birbirine bağlı birkaç damar (I-V) olduğunu düşünelim; en üstte %21 oksijen içeren sıvı hava var. Kapların kademeli dizilimi sayesinde sıvı aşağı doğru akacak ve aynı zamanda yavaş yavaş oksijenle zenginleşecek ve sıcaklığı artacaktır.

Kap II'de %30 0 2, kap III'te - %40, kap IV'te - %50 ve kap V'de - %60 oksijen içeren bir sıvı bulunduğunu varsayalım.

Buhar fazındaki oksijen içeriğini belirlemek için özel bir grafik kullanacağız - Şek. Şekil 6'da, eğrileri çeşitli basınçlarda sıvı ve buhardaki oksijen içeriğini göstermektedir.

V kabındaki sıvıyı 1 kgf/cm2 mutlak basınçta buharlaştırmaya başlayalım. Şekil 2'den görülebileceği gibi. Şekil 6'da gösterildiği gibi, bu kaptaki %60 02 ve %40 N2'den oluşan sıvının üzerinde, sıvıyla aynı sıcaklığa sahip, %26,5 02 ve %73,5 N2 içeren bir denge buhar bileşimi bulunabilir. Bu buharı, sıvının yalnızca %50 0 2 ve %50 N2 içerdiği ve dolayısıyla daha soğuk olacağı tank IV'e besliyoruz. Şek. Şekil 6, bu sıvının üzerindeki buharın yalnızca %19 0 2 ve %81 N2 içerebileceğini ve yalnızca bu durumda sıcaklığının bu kaptaki sıvının sıcaklığına eşit olacağını göstermektedir.

Sonuç olarak, %26,5 O2 içeren kap V'ten kap IV'e sağlanan buhar, kap IV'teki sıvıdan daha yüksek bir sıcaklığa sahiptir; bu nedenle buharın oksijeni, IV. kabın sıvısında yoğunlaşır ve buradaki nitrojenin bir kısmı buharlaşacaktır. Sonuç olarak IV. kaptaki sıvı oksijenle zenginleşecek ve üstündeki buhar da nitrojenle zenginleşecek.

Diğer kaplarda da benzer bir süreç meydana gelecektir ve böylece üst kaplardan alt kaplara boşaltılırken sıvı oksijenle zenginleştirilir, yükselen buharlardan yoğunlaştırılır ve onlara nitrojen verilir.

İşlemi yukarı doğru sürdürerek neredeyse saf nitrojenden ve alt kısımda saf sıvı oksijenden oluşan buhar elde edebilirsiniz. Gerçekte, oksijen tesislerinin damıtma kolonlarında meydana gelen rektifikasyon süreci anlatılandan çok daha karmaşıktır ancak temel içeriği aynıdır.

Kurulumun teknolojik şeması ve soğutma çevriminin türü ne olursa olsun, havadan oksijen üretme süreci aşağıdaki aşamaları içerir:

1) havayı toz, su buharı ve karbondioksitten temizlemek. CO2 bağlanması, havanın sulu bir NaOH çözeltisinden geçirilmesiyle sağlanır;

2) bir kompresörde havanın sıkıştırılması ve ardından buzdolaplarında soğutulması;

3) ısı eşanjörlerindeki basınçlı havanın soğutulması;

4) soğutmak ve sıvılaştırmak için bir kısma valfi veya genişleticideki basınçlı havanın genleştirilmesi;

5) oksijen ve nitrojen üretmek için havanın sıvılaştırılması ve düzeltilmesi;

6) sıvı oksijenin sabit tanklara boşaltılması ve gaz halindeki oksijenin gaz tanklarına boşaltılması;

7) üretilen oksijenin kalite kontrolü;

8) taşıma tanklarının sıvı oksijenle doldurulması ve silindirlerin gaz halindeki oksijenle doldurulması.

Gaz ve sıvı oksijenin kalitesi ilgili GOST'lar tarafından düzenlenir.

GOST 5583-58'e göre, gaz halindeki teknik oksijen üç sınıfta üretilir: en yüksek -% 99,5'ten az O2 içermeyen, 1. -% 99,2'den az olmayan O2 ve 2. -% 98,5'ten az olmayan O2 , geri kalanı argon ve nitrojendir (%0,5-1,5). Nem içeriği 0,07 g/f3'ü aşmamalıdır. Suyun elektrolizi ile elde edilen oksijen hacimce %0,7'den fazla hidrojen içermemelidir.

GOST 6331-52'ye göre sıvı oksijen iki sınıfta üretilir: en az %99,2 O2 içeriğine sahip A sınıfı ve en az %98,5 O2 içeriğine sahip B sınıfı. Sıvı oksijendeki asetilen içeriği 0,3 cm3/l'yi geçmemelidir.

Metalurji, kimya ve diğer endüstrilerde çeşitli prosesleri yoğunlaştırmak için kullanılan proses oksijeni %90-98 O2 içerir.

Gaz halindeki ve ayrıca sıvı oksijenin kalite kontrolü, özel cihazlar kullanılarak doğrudan üretim prosesi sırasında gerçekleştirilir.

Yönetim Makalenin genel değerlendirmesi: Yayınlanma tarihi: 2012.06.01

Oksijen üretimi evde basit reaktifler kullanılarak yapılabilir. Bu yazıda deney yapma tekniğine, maddelerin nasıl dönüştürüldüğüne ve O₂ salınımına ilişkin kimyasal formüllere bakacağız ve ayrıca oksijen üretimi için farklı reaksiyon türlerini de inceleyeceğiz.

Elektroliz yoluyla sudan O₂ elde edilmesi

Bu deney, suyun belirli miktarda tuz içermesi durumunda işe yarayacaktır. Bu nedenle sıradan suya eklerseniz daha yoğun akacaktır.

1. İki parça kablo alın ve bunları farklı akü terminallerine bağlayın (9 voltluk Krona tipi kullanmak daha iyidir).

2. Telin her iki ucunu da tuzlu su çözeltisine batırın. Telin uçları birbirine değmemelidir. Kabı kapatması gereken sıradan karton, ortaya çıkan O₂'yi tutabilir.

3. Elektroliz işlemi sırasında suyun H⁺ ve OH⁻'ya ayrılması reaksiyonu başlayacaktır. Pozitif parçacıklar katoda, negatif yüklü parçacıklar ise anoda yaklaşacaktır.

4. Devam eden sürecin durumunu gaz kabarcıklarından, yani oksijenden ve belirli miktarda klordan (bir tuz çözeltisinden kaynaklanabilir) öğrenebilirsiniz. Bu gazın özelliklerini görsel deneylerle inceleyebileceksiniz.

Sulu bir hidroperit çözeltisinden O₂ elde edilmesi

Hem hidrojen peroksitin eczane solüsyonları hem de suyla seyreltilebilen kuru tablet formları deney için faydalı olacaktır. Reaksiyon bir katalizörün varlığında meydana gelir (manganez oksit, çelik talaşı veya aktif karbon olabilir). Şeffaf bir test tüpünde kataliz reaksiyonu, oda sıcaklığında ısıtılmadan sonuç verir.

Neye ihtiyacınız olabilir:

• 2 şeffaf test tüpü;
• hidroperit çözeltisi (%3-5);
• manganez oksit veya aktif karbon (kömür tabletleri eczanelerden satın alınabilir, ancak maddenin spesifik alanını arttırmak için ezilmeleri gerekir).

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

Bunu bilmek güzel! Aynı reaksiyon çok ilginç bir köpüklü volkan etkisi yaratıyor! Bu deney çocuklara bir sihirbazlık numarası olarak gösterilebilir!

Gerekli malzemeler:

• geniş boyunlu test tüpü;
• bakır sülfat;
• amonyak (20 ml'ye kadar ihtiyaç vardır);
• sıvı deterjan (yüzey aktif maddeler içeren madde, 50 ml'ye kadar);
• % 30-50 konsantrasyonlu hidrojen peroksit çözeltisi (ne kadar yüksek olursa reaksiyon hızı da o kadar yüksek olur). Tabletleri eriterek böyle bir çözüm elde edebilirsiniz.

Bakır sülfatı temiz, kuru bir test tüpünde çözün ve sülfat tamamen eriyene kadar ekleyin. Mavi bakır amonyak elde edeceksiniz (peroksitin ayrışması için katalizör görevi görecektir):

CuSO₄ + 6NH₃ + 2H₂O = (OH)₂ + (NH4)₂SO₄

Maddeyi sıvı deterjanlı şişeye ekleyin ve çalkalayın. Bakır amonyağa hızla yaklaşık 100 mililitre peroksit çözeltisi ekleyin. Hidrojen ve ısının açığa çıkmasıyla çok şiddetli bir reaksiyon meydana gelecektir (reaksiyon koşulları altında buhar açığa çıkar).

Deneyi büyük bir kap üzerinde yapmak daha iyidir, böylece köpük - bazen çok fazla olabilir - "kaçmaz".

Oksijen elde etmenin başka bir basit yolu

Bu deneyi dışarıdan yardım almadan gerçekleştirebilirsiniz. Gerekli tüm malzemeleri evde hazırlamak kolaydır.

1. İki özdeş test tüpü alın.

2. Bunları önceden yapılmış delikli tapalarla kapatın.

3. Her fişin deliğine bir gaz çıkış borusu yerleştirilmelidir. Hafif oksijenin buharlaşmaması için test tüplerinden birini (potasyum permanganat içermeyen) ters çevirin.

4. 10 gram alın (potasyum permanganat granülleri eczaneden satın alınabilir) ve tozu bir test tüpüne dökün.

5. Permanganat granüllerini bir alkol lambasının ateşinde ısıtın.

2КМnО₄ → МnО₂ + К₂МnО₄ + О₂

Birkaç dakika içinde sonucu göreceğiz: Potasyum permanganat yakıldığında koyu yeşil potasyum manganata dönüşecek. Ve ortaya çıkan gaz - oksijen - başka bir (ters çevrilmiş) test tüpünde toplanacaktır. Birçoğu olacak: 10 gram potasyum permanganattan yaklaşık 1 litre gaz üretebilirsiniz.

Deney tüpüne yanan bir kibrit yerleştirerek şişede oksijen olup olmadığını kontrol edebilirsiniz. Alevden gelen parlak bir parıltı O₂'nin varlığını gösterecektir.