Maye havanın fraksiya distilləsi. Maye hava təmiz oksigen əldə etmək üçün əsasdır

OKSİGENİN XÜSUSİYYƏTLƏRİ VƏ ONUN İSTEHSAL ÜSULLARI

Oksigen O 2 yer üzündə ən çox yayılmış elementdir. Yer qabığında müxtəlif maddələrlə kimyəvi birləşmələr şəklində (ağırlıqda 50%-ə qədər), suda hidrogenlə birləşərək (təxminən 86%-ə qədər) və atmosfer havasında sərbəst vəziyyətdə çoxlu miqdarda olur, 20,93% həcmində əsasən azotla qarışdırılır. (çəki ilə 23,15%).

Oksigenin xalq təsərrüfatında böyük əhəmiyyəti var. Metallurgiyada geniş istifadə olunur; kimya sənayesi; metalların alovla işlənməsi, bərk maddələrin odla qazılması üçün qayalar, kömürün yeraltı qazlaşdırılması; tibbdə və müxtəlif tənəffüs aparatlarında, məsələn, yüksək hündürlükdə uçuşlar üçün və digər sahələrdə.

Normal şəraitdə oksigen rəngsiz, qoxusuz və dadsız qazdır, yanmaz, lakin yanmağı aktiv şəkildə dəstəkləyir. Çox aşağı temperaturda oksigen maye və hətta bərk hala çevrilir.

Oksigenin ən vacib fiziki sabitləri aşağıdakılardır:

Oksigen yüksək kimyəvi aktivliyə malikdir və nadir qazlar istisna olmaqla, bütün kimyəvi elementlərlə birləşmələr əmələ gətirir. Oksigenin üzvi maddələrlə reaksiyaları açıq ekzotermik xarakter daşıyır. Beləliklə, sıxılmış oksigen yağlı və ya incə dağılmış bərk yanan maddələrlə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, onlar dərhal oksidləşir və ayrılan istilik yanğına və ya partlayışa səbəb ola biləcək bu maddələrin kortəbii yanmasına kömək edir. Oksigen avadanlığı ilə işləyərkən bu xüsusiyyət xüsusilə nəzərə alınmalıdır.

Oksigenin mühüm xüsusiyyətlərindən biri onun yanan qazlar və maye yanan maddələrin buxarları ilə geniş partlayıcı qarışıqlar yaratmaq qabiliyyətidir ki, bu da açıq alov və ya hətta qığılcım olduqda partlayışlara səbəb ola bilər. Partlayıcı maddələr həm də havanın qaz və ya buxar yanan maddələrlə qarışığıdır.

Oksigen əldə edilə bilər: 1) kimyəvi vasitələrlə; 2) suyun elektrolizi; 3) havadan fiziki vasitələrlə.

Müxtəlif maddələrdən oksigen əldə etməkdən ibarət olan kimyəvi üsullar səmərəsizdir və hazırda yalnız laboratoriya əhəmiyyətinə malikdir.

Suyun elektrolizi, yəni onun komponentlərə - hidrogen və oksigenə parçalanması elektrolizator adlanan aparatlarda aparılır. Sudan birbaşa cərəyan keçir, onun içinə elektrik keçiriciliyini artırmaq üçün kaustik soda NaOH əlavə edilir; oksigen anodda, hidrogen isə katodda toplanır. Bu metodun dezavantajı yüksək enerji istehlakıdır: 1 m 3 0 2 üçün 12-15 kVt istehlak edilir (əlavə olaraq, 2 m 3 H 2 əldə edilir). h) Bu üsul ucuz elektrik enerjisi olduqda, eləcə də oksigen tullantı məhsulu olduqda elektrolitik hidrogen istehsalında rasionaldır.

Fiziki üsul havanın dərin soyutma yolu ilə komponentlərə ayrılmasından ibarətdir. Bu üsul praktiki olaraq qeyri-məhdud miqdarda oksigeni əldə etməyə imkan verir və böyük sənaye əhəmiyyətinə malikdir. 1 m 3 O 2 üçün elektrik istehlakı 0,4-1,6 kVt təşkil edir. h, quraşdırma növündən asılı olaraq.

HAVADAN OKSİGENİN ALINMASI

Atmosfer havası əsasən aşağıdakı həcmdə üç qazın mexaniki qarışığıdır: azot - 78,09%, oksigen - 20,93%, arqon - 0,93%. Bundan əlavə, onun tərkibində təxminən 0,03% karbon qazı və az miqdarda nadir qazlar, hidrogen, azot oksidi və s.

Havadan oksigen almaqda əsas vəzifə havanı oksigen və azota ayırmaqdır. Bu yolda xüsusi qaynaq üsullarında istifadəsi daim artan arqon, eləcə də bir sıra sənaye sahələrində mühüm rol oynayan nadir qazlar ayrılır. Azot qaynaqda qoruyucu qaz kimi, tibbdə və digər sahələrdə bəzi istifadələrə malikdir.

Metodun mahiyyəti, normal atmosfer təzyiqində -191,8 ° C-dən (mayeləşmənin başlanğıcı) -193,7 ° C-ə qədər olan temperatur aralığında əldə edilə bilən maye vəziyyətə çevrilməsi ilə havanın dərin soyudulmasındadır. mayeləşmənin sonu).

Mayenin oksigen və azota ayrılması onların qaynama nöqtələrindəki fərqdən istifadə etməklə həyata keçirilir, yəni: T kip. o2 \u003d -182,97 ° C; Qaynama nöqtəsi N2 = -195,8 ° C (760 mm Hg-də).

Mayenin tədricən buxarlanması ilə daha az qaynama nöqtəsinə malik olan azot əvvəlcə qaz fazasına keçəcək və ayrıldıqca maye oksigenlə zənginləşəcək. Bu prosesin dəfələrlə təkrarlanması tələb olunan saflıqda oksigen və azot əldə etməyə imkan verir. Mayelərin tərkib hissələrinə ayrılması üçün bu üsul rektifikasiya adlanır.

Havadan oksigen istehsalı üçün yüksək məhsuldarlıqlı qurğularla təchiz olunmuş ixtisaslaşmış müəssisələr var. Bundan əlavə, iri metal emalı müəssisələrinin öz oksigen stansiyaları var.

Havanı mayeləşdirmək üçün tələb olunan aşağı temperaturlar soyuducu dövrələr adlanan vasitələrlə əldə edilir. Müasir qurğularda istifadə olunan əsas soyuducu dövrələr aşağıda qısaca müzakirə olunur.

Hava tənzimləməsi ilə soyuducu dövrü Joule-Tomson effektinə, yəni qazın sərbəst genişlənməsi zamanı temperaturun kəskin azalmasına əsaslanır. Dövr diaqramı Şəkildə göstərilmişdir. 2.

Hava çoxpilləli kompressorda 1-dən 200 kqf/sm 2-ə qədər sıxılır və sonra axan su ilə soyuducudan 2 keçir. Dərin havanın soyudulması istilik dəyişdiricisində 3 maye kollektorundan (mayeləşdirici) soyuq qazın tərs axını ilə baş verir 4. Dağıdıcı klapan 5-də havanın genişlənməsi nəticəsində əlavə olaraq soyudulur və qismən mayeləşdirilir.

Kolleksiyada 4 təzyiq 1-2 kqf/sm 2 daxilində tənzimlənir. Maye vaxtaşırı kollektordan klapan 6 vasitəsilə xüsusi qablara boşaldılır. Havanın mayeləşdirilməmiş hissəsi daxil olan havanın yeni hissələrini soyudaraq istilik dəyişdiricisi vasitəsilə çıxarılır.

Hava tədricən mayeləşmə temperaturuna qədər soyudulur; qurğu işə salındıqda, heç bir havanın mayeləşməsi müşahidə olunmayan, ancaq aqreqat soyuyan işə salınma dövrü var. Bu müddət bir neçə saat çəkir.

Dövrün üstünlüyü onun sadəliyi, dezavantajı isə nisbətən yüksək enerji istehlakıdır - 4,1 kVt-a qədər. 200 kqf/sm 2 kompressor təzyiqində 1 kq mayeləşdirilmiş hava üçün h; aşağı təzyiqdə xüsusi enerji istehlakı kəskin şəkildə artır. Bu dövr kiçik və quraşdırmalarda istifadə olunur orta performans qaz halında oksigen çıxarmaq.

Bir qədər daha mürəkkəb, ammonyakın əvvəlcədən soyudulması ilə tənzimləmə dövrüdür.

Genişləndiricidə genişlənmə ilə orta təzyiqli soyuducu dövrə geri çəkilmə genişlənməsi zamanı qaz temperaturunun azalmasına əsaslanır. xarici iş. Bundan əlavə, Joule-Tomson effekti də istifadə olunur. Dövr diaqramı Şəkildə göstərilmişdir. 3.

Hava kompressorda 1-dən 20-40 kqf / sm 2-ə qədər sıxılır, soyuducudan 2 və sonra istilik dəyişdiriciləri 3 və 4-dən keçir. İstilik dəyişdiricisi 3-dən sonra havanın çox hissəsi (70-80%) göndərilir. piston genişləndirici maşın-genişləndiriciyə 6, havanın daha kiçik hissəsi (20-30%) tənzimləyici klapana 5 və sonra mayenin boşaldılması üçün klapan 8 olan kollektora 7 sərbəst genişlənməyə gedir. Genişləndiricidə 6

ilk istilik dəyişdiricisində artıq soyudulmuş hava işləyir - maşının pistonunu itələyir, təzyiqi 1 kqf / sm 2-ə düşür, buna görə temperatur kəskin şəkildə azalır. Genişləndiricidən, təxminən -100 ° C temperaturda olan soyuq hava, daxil olan havanı soyudan 4 və 3 istilik dəyişdiriciləri vasitəsilə xaricə axıdılır. Beləliklə, genişləndirici kompressorda nisbətən aşağı təzyiqdə zavodun çox səmərəli soyudulmasını təmin edir. Genişləndiricinin işi faydalı istifadə olunur və bu, kompressorda havanın sıxılmasına sərf olunan enerjini qismən kompensasiya edir.

Dövrün üstünlükləri aşağıdakılardır: kompressorun dizaynını asanlaşdıran nisbətən aşağı sıxılma təzyiqi və oksigen maye formada alındıqda qurğunun sabit işləməsini təmin edən soyutma qabiliyyətini artıran (genişləndirici sayəsində).

Acad tərəfindən hazırlanmış bir turbo-genişləndiricidə genişlənmə ilə aşağı təzyiqli soyuducu dövrə. P. L. Kapitsa, yalnız xarici işin istehsalı ilə bir hava turbinində (turbo genişləndirici) bu havanın genişlənməsi səbəbindən soyuq istehsal ilə aşağı təzyiqli havanın istifadəsinə əsaslanır. Dövr diaqramı Şəkildə göstərilmişdir. 4.

Hava turbomühərrik 1 ilə 6-7 kqf/sm 2 arasında sıxılır, soyuducuda 2 su ilə soyudulur və regeneratorlara 3 (istilik dəyişdiriciləri) daxil olur, burada soyuq havanın tərs axını ilə soyudulur. Regeneratorlar turbo genişləndiriciyə 4 göndərildikdən sonra havanın 95% -ə qədəri xarici işin yerinə yetirilməsi ilə mütləq 1 kqs / sm 2 təzyiqə qədər genişlənir və eyni zamanda sürətlə soyudulur, bundan sonra o, havaya qidalanır. kondensatorun boru məkanı 5 və sıxılmış havanın qalan hissəsini (5%) kondensasiya edir, annulusa daxil olur. Kondensatordan 5 əsas hava axını regeneratorlara yönəldilir və daxil olan havanı soyudulur, maye hava isə tənzimləyici klapan 6 vasitəsilə kollektora 7 ötürülür, oradan isə klapan 8 vasitəsilə boşaldılır. Diaqramda bir regenerator göstərilir. , lakin əslində onlar bir neçə quraşdırılır və növbə ilə işə salınır.

Turbogenişləndirici ilə aşağı təzyiq dövrünün üstünlükləri bunlardır: turbomaşınların piston tipli maşınlarla müqayisədə daha yüksək səmərəliliyi, sadələşdirilməsi texnoloji sxem, quraşdırmanın etibarlılığını və partlayış təhlükəsizliyini artırmaq. Dövr yüksək məhsuldarlığa malik qurğularda istifadə olunur.

Maye havanın komponentlərə ayrılması rektifikasiya prosesi vasitəsilə həyata keçirilir ki, onun mahiyyəti ondan ibarətdir ki, maye havanın buxarlanması zamanı əmələ gələn azot və oksigenin buxar qarışığı daha az oksigen olan mayedən keçirilir. Mayedə daha az oksigen və daha çox azot olduğundan, onun içindən keçən buxardan daha aşağı temperatur var və bu, buxardan oksigenin kondensasiyasına və mayedən azotun eyni vaxtda buxarlanması ilə mayenin zənginləşməsinə səbəb olur, yəni. , mayenin üstündəki buxarın zənginləşdirilməsi.

Düzəltmə prosesinin mahiyyəti haqqında bir fikir Şəkil 1-də göstəriləndən verilə bilər. 5 maye havanın çoxlu buxarlanması və kondensasiyası prosesinin sadələşdirilmiş diaqramıdır.

Biz fərz edirik ki, hava yalnız azot və oksigendən ibarətdir. Təsəvvür edin ki, bir-birinə bağlı bir neçə damar var (I-V), yuxarıda 21% oksigen tərkibli maye hava var. Damarların pilləli düzülüşünə görə maye aşağı axacaq və eyni zamanda tədricən oksigenlə zənginləşəcək və onun temperaturu yüksələcək.

Tutaq ki, II qabda 30% 0 2, III qabda 40%, IV qabda 50%, V qabda isə 60% oksigen olan maye var.

Buxar fazasında oksigen miqdarını müəyyən etmək üçün xüsusi bir qrafikdən istifadə edirik - şək. Şəkil 6, əyriləri müxtəlif təzyiqlərdə maye və buxarda oksigen miqdarını göstərir.

1 kqf/sm 2 mütləq təzyiqdə V qabındakı mayeni buxarlamağa başlayaq. Şəkildən göründüyü kimi. 6, 60% 0 2 və 40% N 2-dən ibarət bu qabdakı mayenin üstündə, tərkibində 26,5% 0 2 və 73,5% N 2 olan, maye ilə eyni temperatura malik olan tarazlıq buxarı ola bilər. Biz bu buxarı IV qaba qidalandırırıq, burada maye yalnız 50% 0 2 və 50% N 2 ehtiva edir və buna görə də daha soyuq olacaq. Əncirdən. 6 görünə bilər ki, bu mayenin üstündə buxar yalnız 19% 0 2 və 81% N 2 ola bilər və yalnız bu halda onun temperaturu bu qabdakı mayenin temperaturuna bərabər olacaqdır.

Buna görə də, 26,5% O 2 olan V qabdan IV gəmiyə verilən buxar IV qabdakı mayedən daha yüksək temperatura malikdir; buna görə də buxarın oksigeni IV qabın mayesində kondensasiya olunur və ondan azotun bir hissəsi buxarlanacaq. Nəticədə IV qabdakı maye oksigenlə, onun üzərindəki buxar isə azotla zənginləşəcək.

Eynilə, proses digər gəmilərdə də baş verəcək və beləliklə, yuxarı damarlardan aşağı olanlara boşaldarkən, maye oksigenlə zənginləşdirilir, onu yüksələn buxarlardan kondensasiya edir və onlara azot verir.

Prosesi yuxarıya doğru davam etdirərək, demək olar ki, təmiz azotdan, aşağı hissədə isə təmiz maye oksigendən ibarət bir buxar əldə edə bilərsiniz. Əslində, oksigen qurğularının distillə sütunlarında baş verən rektifikasiya prosesi təsvir ediləndən daha mürəkkəbdir, lakin onun əsas məzmunu eynidir.

Quraşdırmanın texnoloji sxemindən və soyuducu dövrünün növündən asılı olmayaraq, havadan oksigenin alınması prosesi aşağıdakı mərhələləri əhatə edir:

1) havanın tozdan, su buxarından və karbon qazından təmizlənməsi. CO 2-nin bağlanması NaOH-un sulu məhlulundan hava keçməsi ilə əldə edilir;

2) soyuducularda sonrakı soyutma ilə kompressorda havanın sıxılması;

3) istilik dəyişdiricilərində sıxılmış havanın soyudulması;

4) onun soyudulması və mayeləşdirilməsi üçün tənzimləyici klapanda və ya genişləndiricidə sıxılmış havanın genişlənməsi;

5) oksigen və azot əldə etmək üçün havanın mayeləşdirilməsi və rektifikasiyası;

6) maye oksigenin stasionar çənlərə axıdılması və qaz halındakı oksigenin qaz anbarlarına çıxarılması;

7) yaranan oksigenin keyfiyyətinə nəzarət;

8) nəqliyyat çənlərinin maye oksigenlə doldurulması və silindrlərin qaz halında olan oksigenlə doldurulması.

Qaz və maye oksigenin keyfiyyəti müvafiq GOST-larla tənzimlənir.

GOST 5583-58-ə görə, üç dərəcəli qazlı texniki oksigen istehsal olunur: ən yüksək - ən azı 99,5% O 2, 1-ci - ən azı 99,2% O 2 və 2-ci - ən azı 98,5% O 2, qalan arqon və azotdur (0,5-1,5%). Rütubət 0,07 q/l 3-dən çox olmamalıdır. Suyun elektrolizi ilə əldə edilən oksigenin tərkibində həcmcə 0,7%-dən çox hidrogen olmamalıdır.

GOST 6331-52-yə uyğun olaraq, iki dərəcəli maye oksigen istehsal olunur: ən azı 99,2% O 2 olan A dərəcəli və ən azı 98,5% O 2 olan B dərəcəli. Maye oksigendə asetilenin miqdarı 0,3 sm 3 /l-dən çox olmamalıdır.

Metallurgiya, kimya və digər sənaye müəssisələrində müxtəlif proseslərin intensivləşdirilməsi üçün istifadə olunan texnoloji oksigenin tərkibində 90-98% O 2 var.

Qaz, eləcə də maye oksigenin keyfiyyətinə nəzarət xüsusi alətlərdən istifadə etməklə birbaşa istehsal prosesində həyata keçirilir.

İdarəetmə Məqalənin ümumi reytinqi: Nəşr olundu: 2012.06.01

MAYE OKSİGEN NECƏ HƏLƏ OLUR

Tipik olaraq, oksigenin sənaye istehsalı havanın fraksiya distilləsinə əsaslanır.

"Fraksiyalı distillə (və ya fraksiya distilləsi) çoxkomponentli maye qarışıqların tərkibində fərqlənən hissələrə - fraksiyalara ayrılmasıdır. Bu, çoxkomponentli mayenin və ondan əmələ gələn buxarın tərkibindəki fərqə əsaslanır. O, qismən həyata keçirilir. ilkin qarışığın uçucu komponentlərinin buxarlanması və sonradan kondensasiyası.Birinci (aşağı temperaturda ) yaranan kondensatın fraksiyaları aşağı qaynayan komponentlərlə zənginləşdirilmiş, maye qarışığın qalan hissəsi yüksək qaynayandır.Ayrılmanı yaxşılaşdırmaq üçün fraksiyaların, bir reflü kondensatoru istifadə olunur "

"Müasir texnologiyada havanın ayrılması oksigenin alınmasının əsas üsuludur. Normal qaz halında havanın ayrılmasını həyata keçirmək çox çətindir, ona görə də hava əvvəlcə mayeləşdirilir və yalnız bundan sonra onun tərkib hissələrinə bölünür. Oksigen əldə etməyin bu üsulu dərin soyutma yolu ilə havanın ayrılması adlanır.Əvvəlcə hava kompressor tərəfindən sıxılır, sonra istilik dəyişdiricilərindən keçdikdən sonra genişləndirici maşında və ya tənzimləyici klapanda genişlənir və nəticədə o, 93 K (-180 ° C) temperaturda soyudulur və maye havaya çevrilir. Əsasən maye azotdan və maye oksigendən ibarət olan maye havanın sonrakı ayrılması onun komponentlərinin qaynama nöqtəsindəki fərqə əsaslanır [Bp O2 90.18 K (-182,9°C), tbp N2 77,36 K (-195,8°C)].Maye havanın tədricən buxarlanması ilə əvvəlcə azot buxarlanır, qalan maye isə Oksigenlə getdikcə daha çox zənginləşir. sütunlar ing, istənilən saflıqda (konsentrasiyada) maye oksigen əldə edilir. SSRİ kiçik (bir neçə litr) və dünyanın ən böyük oksigen hava ayırıcı qurğularını (35.000 m3/saat oksigen) istehsal edir. Bu qurğular konsentrasiyası 95-98,5% olan texnoloji Oksigen, 99,2-99,9% konsentrasiyalı texniki Oksigen və maye və qaz halında daha təmiz, tibbi Oksigen, paylayıcı məhsullar istehsal edir. Elektrik enerjisinin sərfiyyatı isə 0,41-1,6 kVt/m3 təşkil edir”.

“Böyük miqdarda oksigen sənayedə, tibbdə, digər sahələrdə istifadə olunur insan fəaliyyəti. Ticari miqdarda oksigen maye havadan əldə edilir. Birincisi, hava güclü kompressorlar tərəfindən sıxılır - eyni zamanda, hər hansı bir sıxıla bilən qaz kimi, çox qızdırılır. Velosiped borusunu güclü şəkildə şişirtmək məcburiyyətində qaldınızsa, nasosun gövdəsi və şlanqının olduqca nəzərəçarpacaq dərəcədə qızdığını xatırlamalısınız.

Böyük silindrlərdə sıxılmış hava soyudulur. Sonra qaz molekullarından əlavə enerji çıxarmaq üçün çarxlarla təchiz olunmuş dar kanallar vasitəsilə sürətli genişlənməyə məruz qalır. Bu cihazlar turboekspanderlər adlanır. Hər hansı bir qaz genişlənəndə həmişə soyuyur. Əgər qaz çox güclü sıxılmışdısa, onun genişlənməsi o qədər güclü soyumağa səbəb ola bilər ki, havanın bir hissəsi mayeləşir. Maye hava Dewars adlı xüsusi gəmilərdə toplanır. Maye oksigen maye azotdan (-196 °C) "daha yüksək" temperaturda (-183 °C) qaynar. Buna görə də, maye havanı "qızdırarkən" bu çox soyuq mayenin temperaturu yavaş-yavaş -200 ° C-dən -180 ° C-ə yüksəldikdə, ilk növbədə, -196 ° C-də azot distillə edilir (yenidən mayeləşir) və yalnız bundan sonra oksigen distillə edilir. Əgər maye azot və oksigenin belə distilləsi dəfələrlə aparılarsa, o zaman çox saf oksigen əldə etmək olar.
“Sənayedə oksigen atmosfer havasından dərin soyutma və havanın rektifikasiyası yolu ilə əldə edilir.
Havadan oksigen və azot istehsalı üçün qurğularda sonuncu zərərli çirklərdən təmizlənir, kompressorda 0,6-20 MPa (6-200 kqf / sm2) soyuducu dövrünün müvafiq təzyiqinə sıxılır, istilik dəyişdiricilərində soyudulur. mayeləşmə temperaturuna qədər və maye vəziyyətdə ayrılmağa məruz qalır (aşağı temperaturda rektifikasiya(Qeyd 1-ə baxın) ) oksigen və azota. Oksigen və azotun mayeləşmə (qaynama) temperaturlarında fərq təxminən 13°-dir ki, bu da onların maye fazada tam ayrılması üçün kifayətdir.

Soyuducu dövrələr hava ayırma qurğusunun aparatının ilkin soyudulması və soyuq itkilərin kompensasiyası üçün istifadə olunur. Bu dövrlərdə real qazların aşağı temperaturlarını almaq üçün iki əsas üsuldan istifadə olunur: 1) sıxılmış havanın drosselləşdirilməsi; 2) piston genişləndiricisində və ya turbo genişləndiricidə sıxılmış havanın genişlənməsi (genişləndirilməsi).
Sıxılmış qazı tənzimləyərkən onun soyuması qazın hissəcikləri arasında birləşmənin daxili qüvvələrini və genişlənmə zamanı onun həcmini artırmaq üçün xarici müqaviməti aradan qaldırmaq üçün qazın daxili enerjisindən istifadə edilməsi hesabına baş verir. Genişlənmə zamanı qaz tənzimləmə zamanı olduğundan daha çox soyudulur, çünki onun daxili enerjisi genişləndiricidə qazın politropik genişlənməsi nəticəsində xarici işlərin istehsalına da sərf olunur. Müasir zavodlarda oksigen və ya azot istehsalı üçün xüsusi enerji istehlakını azaltmaq üçün kompleks birləşmiş dövrlərdən də istifadə olunur. Böyük müasir hava ayırma qurğularında əsas soyuducu dövrə kimi turbogenişləndirici ilə aşağı təzyiqli soyuducu dövrədən istifadə olunur. Kiçik zavodlar genişləndirici ilə orta təzyiq dövrlərində qurulur. Tək tənzimləmə dövrü indi yalnız çox kiçik qurğularda istifadə olunur. Maye oksigen və ya azot istehsal etmək üçün genişləndirici ilə yüksək təzyiq dövrlərindən, çox böyük zavodlarda isə turbo genişləndirici ilə aşağı təzyiqli dövrədən və əlavə azotlu soyuducu dövrədən istifadə olunur.

Qeyd 1. Rektifikasiya ayırıcı aparatın - distillə sütunu adlanan lövhələrdə mayenin təkrar buxarlanması və kondensasiyası prosesidir, burada buxarlar sütunun yuxarı hissəsində toplanır, təmiz az qaynayan komponentdən ibarətdir. (azot), aşağı hissədə isə əsasən daha az uçucu komponent (oksigen) olan mayedir."

Akademik PETER LEONIDOVICH KAPITSA-ya TƏŞƏKKÜRLƏR!

Pyotr Leonidoviç Kapitsa (26 iyun (9 iyul), 1894, Kronştadt - 8 aprel 1984, Moskva) - fizik, SSRİ Elmlər Akademiyasının akademiki (1939), SSRİ Elmlər Akademiyası Rəyasət Heyətinin üzvü (1957-ci ildən) , iki dəfə Sosialist Əməyi Qəhrəmanı (1945, 1974).

Aşağı temperatur fizikası sahəsində fundamental kəşflərə və ixtiralara görə fizika üzrə Nobel mükafatı laureatı (1978). İki dəfə Stalin mükafatı laureatı (1941, 1943). SSRİ Elmlər Akademiyasının M. V. Lomonosov adına iri qızıl medalı ilə təltif edilmişdir (1959). Moskva Fizika və Texnologiya İnstitutunun yaradıcılarından biri. Yəhudi Antifaşist Komitəsinin üzvü.

Onun maye oksigen istehsalı zavodunun yaradılması üzrə işi haqqında burada oxuya bilərsiniz:http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/KAPITZA/KAP_17.HTM

LCD əldə etmək üçün quraşdırma diaqramı da var.

Fraksiyalı (fraksiya) distillə maye havadan oksigen, azot və nəcib qazların istehsalı, neft emalı, spirtli içkilərin istehsalı (bu fəslin giriş mətninə bax) və s. kimi bir sıra mühüm tətbiqlərə malikdir.

Əncirdə. 6.16 tipik laboratoriya fraksiya distillə qurğusunun sxematik diaqramıdır. Şaquli sütun şüşə muncuqlarla və ya təsadüfi yönümlü qısa uzunluqlu şüşə borularla doldurulur. Əvəzində qabarcıq sütunu istifadə edilə bilər. Belə bir sütun sublimasiya edən buxarların aşağı axan maye ilə təmasda olmasına imkan verir.

Görək nə vaxt olacaq tərkibin iki komponentli qarışığının fraksiya distilləsi xA(C) (Şəkil 6.17). Bu qarışığı qızdırdıqda onun temperaturu C nöqtəsinə yüksəlir. Sonra maye qaynamağa başlayır. Nəticədə yaranan buxar daha uçucu A komponentində mayedən daha zəngindir. Qaynama nöqtəsində bu buxar və maye tarazlıqdadır. Bu tarazlıq faza diaqramında CD birləşdirici xəttinə uyğundur. Fraksiyalama sütunundan yüksələn buxar tədricən soyuyur və nəhayət maye halına gəlir. Temperaturun bu azalması faza diaqramında DD" şaquli xətti ilə təmsil olunur. D" nöqtəsində xA(D) tərkibinə malik olan kondensatla onun xA() tərkibinə malik buxarı arasında yeni tarazlıq yaranır. E). Maye kondensat sütundan aşağı axır və buxar onun boyunca yüksəlir. Beləliklə, sütunun hər səviyyəsində axan maye və yüksələn buxar tarazlıqdadır. Bu tarazlıqlar birləşdirici xətlərlə təmsil olunur. Buxar sütuna yüksəldikcə, hər bir ardıcıl tarazlıqdan keçərək, daha uçucu komponentdə getdikcə zənginləşir. Buxar sonda sütunun yuxarı hissəsindəki deşikdən çıxır, kondensasiya olunur və nəticədə yaranan maye qəbulediciyə axır. Bu arada kolbadakı maye getdikcə daha az uçucu komponentlə zənginləşir və nəticədə onun qaynama temperaturu tədricən yüksəlir.

Buxarın tarazlıq sütununun yuxarı hissəsindəki çuxurdan çıxarılması səbəbindən, o, davamlı olaraq yerdəyişir. Yaxşı bir ayırma yalnız kolbanın tarazlığın qurulmasına vaxt vermək üçün kifayət qədər yavaş qızdırıldığı təqdirdə əldə edilir. Praktikada çoxkomponentli maye qarışıqları ayırmaq üçün adətən fraksiya distilləsindən istifadə edilir.

Uqandada müvəqqəti distillə qurğularında pivənin fraksiya distilləsi ilə əldə edilən inquli spirtli içkisinin istehsalı geniş yayılmışdır.Uqandada inquli istehsalı üçün lisenziya sahibləri məhsullarını spirtli içki istehsal etdikləri sənaye içki zavodlarına satırlar. varagi adlanır. Şərqi Afrika ölkələrində hazırlanmış evdə hazırlanmış inquli və oxşar evdə hazırlanmış spirtli içkilər içmək təhlükəlidir, çünki ikinci fraksiya tez-tez birinci və üçüncü fraksiyalardan zəhərli çirkləri ehtiva edir. Bu səbəbdən Şərqi Afrika ölkələrinin əksəriyyətində belə spirtli içkilərin istehsalına və istehlakına qadağa qoyulub.

inquli. Bəkməz və banan şirəsindən şərabın fermentasiyası əldə edilir Afrika pivəsi "inguli", ondan üç fraksiya distillə yolu ilə toplanır.

Birinci fraksiyada zəhərli aşağı qaynayan aldehidlər, ketonlar, spirtlər var. Məsələn, propanal (bp 48 °C, toksik), propanon (bp 56 0C toksik) və metanol (bp 64 °C, çox zəhərli, görmə itkisinə səbəb olur) Bu fraksiya məhv edilir.

İkinci distillə fraksiyası inqulinin hədəf məhsuludur. O. tərkibində su və etanol vardır. Etanolun (etil spirtinin) qaynama nöqtəsi 78 0C-dir. az miqdarda istifadə edildikdə, zərərli deyil (bununla belə, bu fəslin əvvəlindəki giriş mətninə baxın).

Üçüncü fraksiyada qaynama nöqtələri 12 ilə 130°C arasında dəyişən spirtlər var. Bu qruplaşma da məhv edilir.

Maye havadan oksigenin alınması prinsipi əsasın qaynama nöqtəsinə əsaslanır tərkib hissələri hava fərqlidir.

Oksigenin qaynama temperaturu -183°, azotun qaynama temperaturu isə -196°-dir. Buna görə də, maye hava yavaş-yavaş buxarlandıqda, ondan ilk növbədə buxarlanan azotdur. Azotun çox hissəsi buxarlandıqdan sonra qalan mayenin temperaturu -183°-ə yüksələcək və oksigen qaynamağa başlayacaq.

Müxtəlif qaynama nöqtələrinə malik olan bir neçə maddədən ibarət maye qarışığın istənilən fraksiya və ya fraksiya distilləsi bu prinsipə əsaslanır. Belə bir distillə fraksiya adlanır, çünki mayelərin qarışığı daha aşağı temperaturda qaynayan mayedən başlayaraq hissələrə bölünür. Aşağı qaynar mayenin əsas hissəsi distillə edilənə qədər, bütün qarışığın temperaturu, qızdırılmasına baxmayaraq, demək olar ki, dəyişməz qalacaq. Aşağı temperaturda qaynayan maye distillə edildikdən sonra temperatur qarışığın növbəti hissəsinin qaynama nöqtəsinə sürətlə yüksələcək və s. bütün distillə edilmiş maye hissə-hissə distillə olunana qədər.

Neftin distillə edilməsi bu prinsipə əsaslanır, ondan əvvəl benzin distillə edilir, neftin digər komponentlərinə nisbətən daha aşağı temperaturda qaynayır, ardınca kerosin gəlir, sonra daha ağır yanacaq növü - sözdə dizel yanacağı və ya distillə edilir. günəş yağı.

Distillə aparatında benzin, kerosin və distillədən sonra dizel yanacağı yağ qalır. Mazutu daha da yüksək temperatura qızdırmaqla, müxtəlif sürtkü yağları və tar.

Tək bir fraksiya distillə ilə dərhal təmiz distillə məhsulları əldə etmək mümkün deyil. İlk distillədən sonra alınan məhsullar qaynama nöqtələri yaxın olan birləşmələrlə çirklənir. Çirklərdən xilas olmaq üçün sonrakı distillələr lazımdır.

Maye havanın bir dəfə buxarlanması ilə təmiz oksigen və azot əldə etmək də mümkün deyil. Əvvəlcə maye havanın tərkibində 21 faiz oksigen və 78 faiz azot olduqda, əsasən buxarlanan azot olur. Bununla belə, mayedə nə qədər az azot qalsa, bir o qədər çox oksigen azotla eyni vaxtda buxarlanmağa başlayacaq. Beləliklə, məsələn, azotun 50 faizi maye fazada qaldıqda, belə bir mayenin üstündəki buxarda təxminən 20 faiz oksigen olacaqdır. Təmiz oksigen və azot əldə etmək üçün maye havanı bir dəfə buxarlamaq kifayət deyil.

Buxarlanmadan sonra əldə edilən qazlı məhsullar kondensasiya olunur - yenidən mayeyə çevrilir, ikinci dərəcəli distillə edilir. Buxarlanma və kondensasiya prosesi nə qədər çox təkrarlanırsa, bir o qədər saf distillə məhsulları alınır.

Kondensasiya və buxarlanma iki əks prosesdir. Maye buxarlandıqda istilik sərf edilməlidir, buxar kondensasiya edildikdə istilik ayrılır. Əgər istilik itkisi yoxdursa, o zaman maddənin buxarlanma istiliyi onun kondensasiya istiliyinə bərabər olacaqdır.

Maye havadan oksigeni əldə etmək üçün müəyyən miqdarda istilik sərf etmək lazımdır - buxarlanmanın gizli istiliyi.

Qaz halında olan oksigen maye havadan keçərsə, o, qatılaşaraq maye halına gələcək. Bu, kondensasiyanın gizli istiliyi adlanan istilik buraxır. Bu istiliyi qəbul edən maye hava onu dərhal azotu buxarlamaq üçün istifadə edəcək, qaynama nöqtəsi oksigenin qaynama nöqtəsindən aşağıdır.

Oksigenin kondensasiyasının gizli istiliyi azotun buxarlanmasının gizli istiliyinə demək olar ki, bərabər olduğundan, oksigen kondensasiya olunduqca maye havadan təxminən eyni miqdarda azot ayrılacaqdır.

Maye havanın təmiz qaz halında olan azot və təmiz maye oksigenə ayrılması prosesi azotun maye havadan eyni vaxtda buxarlanması ilə oksigenin çoxsaylı kondensasiyası prinsipinə əsaslanır.

Bu ayrılma prosesi adlanır düzəltmə.

Bu, maye havanın buxarlanması zamanı əmələ gələn azot və oksigenin qazlı qarışığının yenidən maye havadan keçməsindən ibarətdir. Bu vəziyyətdə oksigen kondensasiya olunur, istilik buraxılır. Bu istilik hesabına azotun yeni hissəsi buxarlanır. atlama

maye hava vasitəsilə yeni yaranan qazlar, nəhayət təmiz qazlı azot və maye təmiz oksigen əldə edə bilərsiniz.

Maye havanın azot və oksigenə ayrıldığı aparata distillə sütunu deyilir.

Distillə sütunu arakəsmələrlə tray kameralarına bölünür. Maye hava yuxarıdan yavaş-yavaş sütuna verilir. Sütunun bütün plitələrini dolduraraq, drenaj şüşələrinə tədricən axır. Arakəsmələr 0,8-0,9 mm diametrli kiçik deşiklərin bir-birindən təxminən 3 millimetr məsafədə dama taxtası naxışında vurulduğu pirinç təbəqədən hazırlanır. Maye havanın buxarlanması zamanı yaranan qazlar belə deşiklərdən asanlıqla keçərək mayenin oradan sızmasının qarşısını alır. Mayeyə daxil olduqdan sonra qazlar onu köpükləndirir və onunla qarışdırılır. Qarışdırma zamanı qaz halında olan oksigen kondensasiya olunur və mayeyə çevrilir və azot buxarlanaraq arakəsmələrdəki deşiklərdən növbəti boşqaba qədər çıxır. Beləliklə, hər bir boşqabda qazlar azotla zənginləşir və oksigenlə tükənir.

Yığıldıqda, maye oksigenlə daha çox zənginləşdirilmiş drenajın kənarlarından keçir.

Nəticədə, yuxarıda, sütunun çıxışında, təmiz qaz halında azot əldə edilir və aşağıda təmiz maye oksigen toplanır və bu, kran vasitəsilə boşaldılır.

Sənaye üçün atmosfer havasından oksigen belə alınır.

Səhv tapsanız, lütfən, mətnin bir hissəsini vurğulayın və klikləyin Ctrl+Enter.

Fraksiya distilləsi termini buxarlanma və kondensasiya prosesinin ardıcıl təkrarlanması kimi başa düşülməlidir.

Rektifikasiya buxarlanma və kondensasiya prosesinin davamlı təkrarlanmasıdır.

Fraksiyalı distillə, qaynayan mayelərin homojen bir qarışığını ayırmaq üçün istifadə olunur fərqli temperatur və bir-biri ilə daim qaynayan qarışıqlar yaratmayın. İstənilən fraksiya distilləsi D.P.Konovalov tərəfindən kəşf edilmiş maye-buxar sistemində faza tarazlığı qanununa əsaslanır: “buxar həmin komponentlə zənginləşir, onun mayeyə əlavə edilməsi onun qaynama temperaturunu aşağı salır?” (yəni daha çox yüngül qaynama) və qarışığın daha mükəmməl ayrılmasına xidmət edir, xüsusən də onun komponentlərinin qaynama nöqtələrində kiçik bir fərq olduqda.

Sütundakı buxar və mayenin təmas səthinin böyük olması səbəbindən istilik köçürməsini asanlaşdırır və fazaların (buxar və maye) ayrılmasını yaxşılaşdırır. Bunun sayəsində distillə kolbasına qayıdan maye faza daha az uçucu komponentlə, yuxarıya doğru gələn qaz fazası isə daha uçucu komponentlə zənginləşir.

Faza tarazlığı diaqramından görünə bilər ki, istənilən qaynama nöqtəsində buxar fazasında maye fazadan daha çox az qaynayan komponent var; eyni zamanda, maye və buxarın ciddi şəkildə müəyyən edilmiş tərkibləri hər qaynama nöqtəsinə uyğundur.

Beləliklə, qaynayan ikili qarışıqdan yaranan buxar həmişə hər iki komponenti ehtiva edir, lakin onların daha uçucu (M1 tərkibi) ilə zənginləşir. Belə bir buxarın tam kondensasiyası ilə buxarla eyni tərkibə malik bir maye əldə edilir. Bu mayenin ikinci dərəcəli distilləsi zamanı az qaynayan komponentdə daha da zənginləşən buxar (M2 tərkibi) əmələ gəlir. Buna görə də, hər bir birinci fraksiya üçün faza tarazlığı (distillə) şərtlərinin təkrar-təkrar təkrarlanması nəticəsində, nəticədə, digər komponenti olmayan qarışığın aşağı qaynayan komponentinin sonuncu distilləsindən birinci fraksiya əldə edə bilərsiniz. Müvafiq olaraq, sonuncu fraksiya orijinal qarışığın saf yüksək qaynama komponentindən ibarət olacaqdır. Bu, əslində fraksiya distilləsinin ayrılması prinsipidir.

Laboratoriyada sadə distillə sütunları kimi müxtəlif növ reflü kondensatorlarından istifadə olunur (şək. 46), səmərəliliyi nə qədər yüksəkdirsə, onların səth sahəsi də bir o qədər böyükdür.

Reflü kondensatorlarının təsiri ondan ibarətdir ki, onlarda qaynar məhlulun buxarının natamam soyudulması ilə daha yüksək qaynar mayenin buxarının qismən kondensasiyası baş verir. Nəticədə aralıq kondensat bəlğəm adlanır.

Bəlğəm yenidən reaksiya kolbasına axır və buxar daha aşağı qaynama nöqtəsi olan bir komponentlə zənginləşdirilir və soyuducuya daxil olur, burada tam kondensasiya olur.

Defleqmatorlar, təxminən 1-2oC dar qaynama nöqtəsi diapazonu ilə kondensatın bir hissəsinin sərbəst buraxılmasına kömək edir.

Fraksiyalı distillə zamanı qarışıq geri axının kondensatoru, termometr, soyuducu, allonq və qəbuledicisi olan distillə kolbasından ibarət aparatda (şək. 47) səpələnir.

Cihaz yığıldıqdan və quraşdırıldıqdan sonra işçi qarışığı yükləyin.

düyü. 47.

Distillat qəbulediciyə dəqiqədə 30-40 damcı sürətlə daxil olmalıdır. Birinci fraksiyanın temperatur diapazonunun yuxarı həddinə çatdıqda qəbuledici dəyişdirilir. İstiləşməni dayandırmadan, ikinci qəbuledicidə növbəti fraksiya yığmağa davam edin. Sonra qəbuledici üçüncü birinə dəyişdirilir. Distillə kolbasında 2-3 ml maye qaldıqda distillə dayandırılır.

Maddələrin qarışığının daha yaxşı ayrılması üçün ikincil distillə aparılır. Birinci fraksiya distillə qabına qoyulur və eyni temperatur intervalında distillə edilir. Egzoz buxarının temperaturu birinci temperatur intervalının yuxarı həddinə çatdıqda, distillə dayandırılır və cihaz soyudulur. Birinci distillədən orta fraksiya distillə qabına əlavə edilir və yuxarıda göstərildiyi kimi distillə yenidən başlayır. Orta fraksiya distilləsinin sonunda qalığa üçüncü fraksiya əlavə edilir və 2-ci və 3-cü qəbuledicilərdə fraksiyaların yığılması ilə distillə davam etdirilir. Distillənin bir neçə dəfə təkrarlanması ilə orta fraksiya birinci və üçüncü fraksiyalara bölünərək əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Bu halda, həddindən artıq fraksiyaların temperatur intervalları daralır. Bu yolla, çox yaxın qaynama diapazonuna malik komponentlərin qarışığını kifayət qədər yaxşı ayırmaq mümkündür.

Azeotrop qarışıq - qaynama zamanı tərkibi dəyişməyən iki və ya daha çox mayenin qarışığı, yəni tarazlıq maye və buxar fazalarının tərkiblərində bərabər olan qarışıq.

Məsələn, su və etanolun azeotrop qarışığı 95,57% C2H5OH ehtiva edir və 78,15°C-də qaynayır. Bu, etil spirtinin 96% qəbul edilmiş sənaye konsentrasiyasını izah edir: o, azeotrop qarışıqdır və sonrakı distillə ilə fraksiyalara bölünə bilməz. Bir azeotrop qarışığın qaynama nöqtəsi aşağı qaynama komponentinin qaynama nöqtəsindən daha az (müsbət azeotroplar) və ya daha böyük (mənfi azeotroplar) ola bilər.

Təzyiq dəyişdikdə təkcə qaynama nöqtəsi deyil, həm də azeotrop qarışığın tərkibi dəyişir, bununla onlar təmiz mayelərdən fərqlənirlər.

Azeotrop qarışıqları ayırmaq üçün müxtəlif texnologiyalardan istifadə olunur:

Bərk məsaməli material üzərində adsorbsiyaya görə komponentlərdən birinin çıxarılması.

Məsaməli membranlarda ayırma

Məsaməli olmayan membranlarda pervaporasiya

Atmosferdən fərqli təzyiqdə, xüsusən də vakuum altında distillə, yuxarıya baxın.

Üçlü (və ya daha çox) azeotropun yaradılması ilə əlavə komponentlə distillə

İki komponentli müsbət azeotropun faza diaqramı.

distillə təzyiqi ilə üyüdülmə

Azeotrop sözü yunanca jane (qaynama) və fsyrt (dövlət) sözlərindən b- (yox) prefiksi ilə birləşərək "qaynadıqda dəyişiklik yoxdur" ümumi mənasını verir.

Azeotrop distillə

Müəyyən nisbətdə qəbul edilən bir çox maddələr bir-biri ilə azeotrop qarışıqlar əmələ gətirir. Tanınmış azeotrop qarışıqlar arasında, məsələn, 96% etil spirti (aq.) -- bp. 78,15 ° C - minimum qaynama nöqtəsi; 126 ° C sabit qaynama nöqtəsi olan konsentratlı hidrobromik turşu - qarışığın hər iki komponenti (hidrogen bromid və su) ilə müqayisədə maksimum qaynama nöqtəsi.

Maksimum qaynama nöqtəsi olan azeotrop əmələ gətirən iki maddənin qarışığı qızdırıldıqda, azeotrop qarışığın tərkibinə nisbətən artıq olan komponent əvvəlcə distillə edilir. Bundan sonra maksimum qaynama nöqtəsi olan (minimum buxar təzyiqinə malik olan) azeotrop distillə edilir. Minimum qaynama nöqtəsi olan azeotrop meydana gətirən qarışığı distillə edərkən əvvəlcə azeotrop qarışığı, sonra isə artıq olan komponent distillə edilir. 3000-dən çox ikiqat azeotrop qarışıq minimum qaynama nöqtəsi ilə və yalnız maksimum 250-yə qədər məlumdur (bir qayda olaraq, bunlar güclü qütb təbiətli homojen qarışıqlardır) ***.

Azeotrop qurutma praktikada böyük əhəmiyyət kəsb edir. Bunun üçün qurudulacaq maddəyə su ilə azeotrop qarışıq əmələ gətirən və tercihen soyuqda su ilə qarışmayan (məsələn, benzol) birləşmə əlavə edilir. Sonra qarışıq qızdırılır, distillat enən kondensatorda kondensasiya olunur və dərəcələnmiş konteynerə yığılır. Benzolla azeotrop qarışıq əmələ gətirən su (bp. qarışığı 60 ° C, su - 100 ° C, benzol - 80 ° C) qəbuledicidə iki təbəqəyə bölünür. Bu yolla nəinki suyun buraxılma anını idarə etməklə maddəni qurutmaq, həm də suyun ayrıldığı reaksiyaların gedişatını müşahidə etmək, həmçinin tarazlıq reaksiyalarını istənilən istiqamətə keçirmək mümkündür. suyun distillə edilməsi ilə.

Məlum azeotrop qarışıqlar kitabda verilmişdir: Gordon A., Ford R. Sputnik kimyaçısı. M., Mir, 1976. 28

Çox vaxt azeotrop qurutma zamanı suyu ayırmaq üçün benzol, izomer ksilenlər, toluol, xloroform və karbon tetraxlorid istifadə olunur. Unudulmamalıdır ki, CHCl3 və CCl4 sudan daha ağırdır.