Kuidas saadakse hapnikku tööstuses. Avastuse ajalugu Hapniku valemi tööstuslik tootmine

Tere. Täna räägin teile hapnikust ja selle hankimisest. Tuletan meelde, et kui teil on mulle küsimusi, võite need kirjutada artikli kommentaaridesse. Kui vajate keemias abi,. Aitan teid hea meelega.

Hapnik jaotub looduses isotoopide 16 O, 17 O, 18 O kujul, mille protsendid Maal on vastavalt 99,76%, 0,048%, 0,192%.

Vabas olekus eksisteerib hapnik kolme kujul allotroopsed modifikatsioonid : aatomi hapnik - O o, dihapnik - O 2 ja osoon - O 3. Lisaks saab aatomi hapnikku saada järgmiselt:

KClO 3 = KCl + 3O 0

KNO 3 = KNO 2 + O 0

Hapnik on osa enam kui 1400 erinevast mineraalist ja orgaanilisest ainest atmosfääris, selle sisaldus on 21 mahuprotsenti. Ja inimkeha sisaldab kuni 65% hapnikku. Hapnik on värvitu ja lõhnatu gaas, mis lahustub vees vähe (100 mahuosas 20 o C vees lahustub 3 mahuosa hapnikku).

Laboris saadakse hapnikku teatud ainete mõõdukal kuumutamisel:

1) Mangaaniühendite (+7) ja (+4) lagundamisel:

2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
permanganaat manganaat
kaalium kaalium

2MnO2 → 2MnO + O2

2) Perkloraadi lagunemisel:

2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perkloraat
kaalium

3) Bertholleti soola (kaaliumkloraat) lagunemisel.
Sel juhul moodustub aatomi hapnik:

2KClO 3 → 2 KCl + 6O 0
kloraat
kaalium

4) Hüpokloorhappe soolade lagunemisel valguses- hüpokloritid:

2NaClO → 2NaCl + O 2

Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2

5) Nitraatide kuumutamisel.
Sel juhul moodustub aatomi hapnik. Sõltuvalt positsioonist nitraatmetalli aktiivsusreas moodustuvad erinevad reaktsiooniproduktid:

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2

Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2

2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2

6) Peroksiidide lagunemise ajal:

2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2

7) Mitteaktiivsete metallide oksiidide kuumutamisel:

2Ag 2O ↔ 4Ag + O 2

See protsess on igapäevaelus asjakohane. Fakt on see, et vasest või hõbedast valmistatud nõud, millel on looduslik oksiidkile kiht, moodustavad kuumutamisel aktiivse hapniku, mis on antibakteriaalne. Inaktiivsete metallide, eriti nitraatide, soolade lahustumine põhjustab samuti hapniku moodustumist. Näiteks võib hõbenitraadi lahustamise üldist protsessi kujutada etappidena:

AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3

2AgOH → Ag 2 O + O 2

2Ag 2 O → 4Ag + O 2

või kokkuvõtlikult:

4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + 7O2

8) Kõrgeima oksüdatsiooniastmega kroomisoolade kuumutamisel:

4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
bikromaatkromaat
kaalium kaalium

Tööstuses saadakse hapnikku:

1) Vee elektrolüütiline lagunemine:

2H2O → 2H2+O2

2) Süsinikdioksiidi ja peroksiidide koostoime:

CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2

See meetod on asendamatu tehniline lahendus hingamisprobleemile isoleeritud süsteemides: allveelaevad, miinid, kosmoselaevad.

3) Kui osoon interakteerub redutseerivate ainetega:

O3 + 2KJ + H2O → J2 + 2KOH + O2

Eriti oluline on hapniku tootmine fotosünteesi protsessis. esinevad taimedes. Sellest protsessist sõltub põhimõtteliselt kogu elu Maal. Fotosüntees on keeruline mitmeetapiline protsess. Valgus annab sellele alguse. Fotosüntees ise koosneb kahest faasist: hele ja tume. Valgusfaasis moodustab taimelehtedes sisalduv klorofüllipigment nn valgust neelava kompleksi, mis võtab veest elektrone ja lõhustab selle seeläbi vesinikioonideks ja hapnikuks:

2H20 = 4e + 4H + O2

Kogunenud prootonid aitavad kaasa ATP sünteesile:

ADP + P = ATP

Pimedas faasis muundatakse süsihappegaas ja vesi glükoosiks. Ja hapnik vabaneb kõrvalsaadusena:

6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + O2

blog.site, materjali täielikul või osalisel kopeerimisel on vaja linki algallikale.

Hapnik (O 2) on keemiliselt aktiivne gaas, millel pole värvi, maitset ega lõhna.

Lihtsaim viis hapniku saamiseks on õhust, kuna õhk ei ole ühend ja õhu jagamine selle elementideks pole nii keeruline.

Peamine tööstuslik meetod õhust hapniku tootmiseks on krüogeenne rektifikatsioon, kui vedel õhk jagatakse destilleerimiskolonnides komponentideks samamoodi nagu näiteks õli. Kuid selleks, et atmosfääriõhk muutuks vedelaks, tuleb see jahutada miinus 196°C-ni. Selleks tuleb viimane kokku suruda, seejärel lasta paisuda ja samal ajal sundida mehaanilist tööd tegema. Seejärel peab õhk füüsikaseaduste kohaselt jahtuma. Masinaid, milles see juhtub, nimetatakse laiendajateks. Kaasaegsed krüogeensed õhueraldusseadmed, milles külma saadakse turbopaisutajate abil, pakuvad tööstusele, peamiselt metallurgiale ja keemiale, sadu tuhandeid kuupmeetreid hapnikku.

Tööstuses kasutatakse edukalt ka membraan- või adsorptsioonitehnoloogial põhinevaid õhueraldusseadmeid.

Hapniku kasutamine tööstuses ja meditsiinis

Neli "kalkogeeni" elementi (st "vase sünnitamine") juhivad perioodilise süsteemi VI rühma (uue klassifikatsiooni järgi - 16. rühm) peamist alarühma. Lisaks väävlile, telluurile ja seleenile sisaldavad need ka hapnikku. Vaatame lähemalt selle, Maal levinuima elemendi omadusi, samuti hapniku kasutamist ja tootmist.

Elemendi levimus

Seotud kujul sisaldub hapnik vee keemilises koostises - selle protsent on umbes 89%, samuti kõigi elusolendite - taimede ja loomade - rakkude koostises.

Õhus on hapnik vabas olekus O2 kujul, mis moodustab viiendiku selle koostisest, ja osooni kujul - O3.

Füüsikalised omadused

Hapnik O2 on gaas, mis on värvitu, maitsetu ja lõhnatu. Vees vähe lahustuv. Keemistemperatuur on 183 kraadi alla nulli Celsiuse järgi. Vedelal kujul on hapnik sinine ja tahkel kujul moodustab see siniseid kristalle. Hapnikukristallide sulamistemperatuur on 218,7 kraadi alla nulli Celsiuse järgi.

Keemilised omadused

Kuumutamisel reageerib see element paljude lihtsate ainetega, nii metallide kui ka mittemetallidega, moodustades niinimetatud oksiidid – elementide ühendid hapnikuga. kus elemendid sisenevad hapnikuga, nimetatakse oksüdatsiooniks.

Näiteks,

4Na + O2= 2Na2O

2. Vesinikperoksiidi lagunemise kaudu, kui seda kuumutatakse mangaanoksiidi juuresolekul, mis toimib katalüsaatorina.

3. Kaaliumpermanganaadi lagunemise kaudu.

Tööstuses toodetakse hapnikku järgmistel viisidel:

1. Tehnilistel eesmärkidel saadakse hapnikku õhust, milles selle tavapärane sisaldus on umbes 20%, s.o. viies osa. Selleks põletatakse esmalt õhk, mille tulemusena tekib segu, mis sisaldab umbes 54% vedelat hapnikku, 44% vedelat lämmastikku ja 2% vedelat argooni. Seejärel eraldatakse need gaasid destilleerimisprotsessiga, kasutades suhteliselt väikest vahemikku vedela hapniku ja vedela lämmastiku keemispunktide vahel – vastavalt miinus 183 ja miinus 198,5 kraadi. Selgub, et lämmastik aurustub varem kui hapnik.

Kaasaegsed seadmed tagavad igasuguse puhtusastmega hapniku tootmise. Eraldamisel saadavat lämmastikku kasutatakse toorainena selle derivaatide sünteesil.

2. Toodab ka väga puhast hapnikku. See meetod on laialt levinud rikaste ressurssidega ja odava elektriga riikides.

Hapniku rakendamine

Hapnik on kogu meie planeedi elus kõige olulisem element. Seda atmosfääris sisalduvat gaasi tarbivad selle käigus loomad ja inimesed.

Hapniku saamine on väga oluline sellistes inimtegevuse valdkondades nagu meditsiin, metallide keevitamine ja lõikamine, lõhkamine, lennundus (inimhingamisel ja mootori tööks) ja metallurgia.

Inimtegevuse käigus kulub hapnikku suurtes kogustes - näiteks erinevat tüüpi kütuste põletamisel: maagaas, metaan, kivisüsi, puit. Kõigis neis protsessides moodustub see Samal ajal on loodus ette näinud selle ühendi loomuliku sidumisprotsessi fotosünteesi abil, mis toimub rohelistes taimedes päikesevalguse mõjul. Selle protsessi tulemusena moodustub glükoos, mida taim seejärel kasutab oma kudede ehitamiseks.

Hapnik on üks inimkonna enim kasutatavatest gaasidest, seda kasutatakse laialdaselt peaaegu kõigis meie eluvaldkondades. Metallurgia, keemiatööstus, meditsiin, rahvamajandus, lennundus – see on vaid lühike loetelu valdkondadest, kus seda ainet ei saa vältida.

Hapnikku toodetakse vastavalt kahele tehnoloogiale: laboratoorselt ja tööstuslikult. Esimesed meetodid värvitu gaasi tootmiseks põhinesid keemilistel reaktsioonidel. Hapnik tekib kaaliumpermanganaadi, bertolleti soola või vesinikperoksiidi lagunemisel katalüsaatori juuresolekul. Kuid laboritehnikad ei suuda selle ainulaadse keemilise elemendi vajadusi täielikult rahuldada.

Teine hapniku tootmise meetod on krüogeenne rektifikatsioon või adsorptsiooni- või membraantehnoloogia kasutamine. Esimene meetod tagab eraldusproduktide kõrge puhtuse, kuid sellel on pikem käivitusperiood (võrreldes teise meetoditega).

Adsorptsioonihapniku tehased on osutunud üheks parimaks suure jõudlusega hapnikuga rikastatud õhu tootmise süsteemide hulgas. Need võimaldavad saada värvitut gaasi puhtusega kuni 95% (täiendava puhastusetapi kasutamisel kuni 99%). Nende kasutamine on majanduslikult põhjendatud, eriti olukordades, kus puudub vajadus kõrge puhtusastmega hapniku järele, mille eest tuleks üle maksta.

Krüogeensete süsteemide peamised omadused

Kas olete huvitatud kuni 99,9% puhtusega hapniku tootmisest? Seejärel pöörake tähelepanu krüogeense tehnoloogia alusel töötavatele käitistele. Kõrge puhtusastmega hapniku tootmise süsteemide eelised:

• paigalduse pikk kasutusiga;
• suur jõudlus;
• võime saada hapnikku puhtusega 95–99,9%.

Kuid krüogeensete süsteemide suurte mõõtmete, kiire käivitamise ja peatamise võimatuse ning muude tegurite tõttu ei ole krüogeensete seadmete kasutamine alati soovitatav.

Adsorptsiooniühikute tööpõhimõte

Adsorptsioonitehnoloogiat kasutavate hapnikusüsteemide tööskeemi saab esitada järgmiselt:

• suruõhk liigub vastuvõtjasse, õhutöötlussüsteemi, et vabaneda mehaanilistest lisanditest ja filtreerida tilkniiskust;
• puhastatud õhk suunatakse adsorptsiooniõhu eraldusseadmesse, mis sisaldab adsorbeerijaid koos adsorbendiga;
• töötamise ajal on adsorberid kahes olekus - neeldumine ja regenereerimine; absorptsioonifaasis siseneb hapnik hapniku vastuvõtjasse ja tekkefaasis väljub lämmastik atmosfääri; pärast mida saadetakse hapnik tarbijale;
• vajadusel saab gaasirõhku tõsta hapnikuvõimenduskompressori abil ja seejärel uuesti balloonidesse täita.

Adsorptsioonikompleksid eristuvad kõrge töökindluse, täieliku automatiseerimise, hoolduse lihtsuse, väikese suuruse ja kaalu poolest.

Gaasieraldussüsteemide eelised

Hapniku tootmiseks adsorptsioonitehnoloogiat kasutavaid rajatisi ja jaamu kasutatakse laialdaselt erinevates valdkondades: metallide keevitamine ja lõikamine, ehitus, kalakasvatus, rannakarpide, krevettide kasvatamine jne.

Gaasieraldussüsteemide eelised:

• võime automatiseerida hapniku tootmisprotsessi;
• ruumidele pole erinõudeid;
• kiire käivitamine ja seiskamine;
• kõrge töökindlus;
• toodetud hapniku madal hind.

NPK Grasysi adsorptsioonipaigaldiste eelised

Kas olete huvitatud hapniku tootmisest tööstuslike meetoditega? Kas soovite saada hapnikku minimaalsete rahaliste kuludega? Uurimis- ja tootmisettevõte Grasys aitab teie probleemi lahendada kõrgeimal tasemel. Pakume töökindlaid ja tõhusaid süsteeme õhust hapniku saamiseks. Siin on meie toodete peamised eripärad:

• täielik automatiseerimine;
• väikseima detailini läbimõeldud kujundused;
• kaasaegsed seire- ja juhtimissüsteemid.

Meie õhueraldus-adsorptsiooniseadmetes toodetud hapniku puhtus on kuni 95% (järeltöötluse võimalusega kuni 99%). Selliste omadustega gaasi kasutatakse laialdaselt metallurgias metallide keevitamiseks ja lõikamiseks ning rahvamajanduses. Meie toodetud seadmed kasutavad kaasaegseid tehnoloogiaid, mis pakuvad ainulaadseid võimalusi gaasieralduse valdkonnas.

Meie hapniku adsorptsiooniseadmete omadused:

• kõrge töökindlus;
• toodetud hapniku madal hind;
• uuenduslik väga intelligentne seire- ja juhtimissüsteem;
• hoolduse lihtsus;
• võime toota hapnikku puhtusega kuni 95% (täiendava puhastamise võimalusega kuni 99%);
• tootlikkus on kuni 6000 m³/h.

NPK Grasysi adsorptsioonihapniku tehased on ainulaadne kombinatsioon globaalsest disainikogemusest gaasieraldusseadmete tootmisel ja kodumaistest uuenduslikest tehnoloogiatest.

NPK Grasysega koostöö peamised põhjused

Tööstuslik meetod hapniku tootmiseks adsorptsioonitehnoloogial põhinevate seadmete abil on tänapäeval üks paljutõotavamaid. See võimaldab saada värvitu gaasi minimaalse energiakuluga ja vajaliku puhtusega. Nende parameetritega ainet nõutakse metallurgias, masinaehituses, keemiatööstuses ja meditsiinis.

Krüogeenne rektifikatsioonimeetod on optimaalne lahendus, kui on vaja toota kõrge puhtusastmega hapnikku (kuni 99,9%).

Juhtiv kodumaine ettevõte Grasys pakub soodsatel tingimustel ülitõhusaid süsteeme adsorptsioonitehnoloogia abil hapniku tootmiseks. Meil on laialdased kogemused erinevate võtmed-kätte projektide elluviimisel, seega ei karda me ka kõige keerulisemate ülesannete ees.

NPK Grasys vastutava seadmete tarnijaga töötamise eelised:

• meie ettevõte on otsene tootja, mistõttu müüdud paigaldiste maksumust ei suurenda täiendavad vahevahendustasud;
• kõrge kvaliteediga tooted;
• täielik valik hapnikutootmisettevõtete remondi- ja hooldusteenuseid;
• Individuaalne lähenemine igale kliendile;
• aastatepikkune kogemus hapnikutootmise sektoris.

Helistage meie juhtidele, et selgitada koostöö nüansse.

Täpsemalt saab hapnikuseadmetega (hapnikugeneraatorid, hapnikupaigaldised, hapnikujaamad) tutvuda lehel

Küsimus nr 2 Kuidas saadakse hapnikku laboris ja tööstuses? Kirjutage vastavate reaktsioonide võrrandid. Kuidas need meetodid üksteisest erinevad?

Vastus:

Laboris saab hapnikku saada järgmistel viisidel:

1) Vesinikperoksiidi lagunemine katalüsaatori (mangaanoksiidi) juuresolekul

2) Bertholleti soola (kaaliumkloraat) lagunemine:

3) Kaaliumpermanganaadi lagunemine:

Tööstuses saadakse hapnikku õhust, mis sisaldab umbes 20 mahuprotsenti. Õhk vedeldub rõhu ja äärmusliku jahutamise all. Hapnikul ja lämmastikus (õhu teine ​​põhikomponent) on erinevad keemistemperatuurid. Seetõttu saab neid eraldada destilleerimisega: lämmastiku keemistemperatuur on madalam kui hapnikul, mistõttu lämmastik aurustub enne hapnikku.

Erinevused hapniku tootmise tööstuslike ja laboratoorsete meetodite vahel:

1) Kõik hapniku tootmise laboratoorsed meetodid on keemilised, see tähendab, et mõned ained muutuvad teisteks. Õhust hapniku hankimise protsess on füüsiline protsess, kuna mõned ained ei muutu teisteks.

2) Õhust saab hapnikku palju suuremates kogustes.