(лат. Oxygenium (Оксиген)) входит в состав большого количества соединений. Его массовая составляющая в земле равняется 50%, в воде – 86%, в воздухе – 23%. В нормальных условиях – это газообразное вещество, не обладающее цветом и запахом, а также активно поддерживающее горение.
При температуре -182,97°C и нормальном атмосферном давлении технический кислород переходит в жидкую фазу, а при -218,4°C кристаллизуется. При этом масса 1 л жидкости составляет 1,13 кг.
Поскольку оксиген обладает высокой химической активностью, он легко входит в реакцию практически со всеми элементами. Исключение составляют лишь инертные вещества. Например, аргон, широко применяемый в сварочном процессе, о котором можно прочитать в статье: газ аргон – химические свойства и сфера применения.
КИСЛОРОДНАЯ ПОДДЕРЖКА ПАЦИЕНТА: ЧТО ВАЖНО ЗНАТЬ?
Кислород является самым распространенным элементом на планете
Область применения при сварке
Кислород технический газообразный находит очень широкое применение при сварке в среде защитных газов. Вне зависимости от того, какой основной защитный газ, вторым веществом, которое подается в горелку, практически всегда является кислород. Его можно встретить в строительстве, где создаются металлоконструкции и каркасы для будущих зданий. Также он является обязательным в каждой сварочной мастерской. Используется газ при ремонте труб, тонких металлических изделий, в ремонтных мастерских, на производстве в сборочных цехах и так далее.
Наиболее активно кислород применяется при резке металла. Здесь вещество подается в горелку под большим давлением, что дает длинную и мощную струю. Это позволяет прорезать металлические изделия на большую толщину. Края при таком выжигании получаются довольно ровными.
Способы производства
Существует два основных метода получения чистого O2:
- Из воздуха: на начальном этапе воздух очищается от мелких примесей и влаги посредством многоступенчатого компрессора и воздушных фильтров. Следующим этапом является сжижение и последующее разделение O2 и N2 (жидкий азот закипает при -196°C, поэтому при медленном увеличении температуры он испаряется раньше).
- Из воды: через дистиллированную воду пропускают ток (реакция электролиза), в результате чего происходит разделение: 2H2O → 2H2 + O2. Учитывая то, что абсолютно чистая вода – это диэлектрик, перед подачей тока в нее добавляют электролиты (KOH, NaOH).
«Воздушный» метод считается наиболее выгодным. Чтобы получить кислород технический в объеме 1 м³ данным способом, расходуется порядка 0,5-1,5 кВт/ч электричества. Тогда как для электролиза требуется 10-20 кВт/ч.
Производство Кислорода как бизнес идея
На рисунке изображен «воздушный» способ получения
Извлечение и представление
Технически сегодня кислород получают путем очистки воздуха. Этот процесс был впервые разработан Карлом фон Линде в 1902 году (процесс Линде) и стал успешным благодаря Жоржу Клоду. Небольшие количества О2 возникают как побочный продукт производства водорода электролизом воды.
Для получения кислорода по методу Клода воздух, очищенный от углекислого газа, влаги и других газов через фильтры, с помощью турбин сжимают до 5–6 бар. Получающееся тепло можно сначала преобразовать в механическую энергию, а через генераторы — в электрическую и, таким образом, разумно использовать. Это делает процесс — в отличие от процесса Линде, в котором тепло отводится за счет водяного охлаждения — значительно более экономным. Сжатый воздух охлаждается до температуры, близкой к температуре кипения, за счет газов, выходящих из процесса.
Также можно получить кислород, отделив его от азота или других газов. Фактическое разделение азота и кислорода происходит путем перегонки в двух ректификационных колоннах с различным давлением. Дистилляция происходит по принципу противотока, т.е. газ, испаренный теплотой конденсации, идет вверх, а конденсированная жидкость — стекает вниз. Поскольку кислород имеет более высокую температуру кипения, чем азот, он легче конденсируется и собирается внизу, а азот — вверху колонны.
Разделение сначала происходит при 5–6 бар в так называемой колонне среднего давления. Полученная жидкость, обогащенная кислородом, затем подается в колонну низкого давления. Газообразный азот пропускают через жидкий кислород в колонне низкого давления. Это сжижает и нагревает жидкость за счет выделяемого тепла конденсации.
Выделяется наиболее летучий азот, а очищенный жидкий кислород остается. Он по-прежнему содержит газы криптон и ксенон, которые находятся в отдельной колонке.
Чтобы произвести меньшее количество кислорода, кислород из воздуха можно отделить от других газов путем адсорбции. Для этого воздух проходит через молекулярные сита. Азот и диоксид углерода адсорбируются, а кислород и аргон проходят.
Более старый процесс — это процесс оксида бария, основанный на химических реакциях. Это неэкономично из-за большого расхода энергии. Для этого оксид бария нагревают до 500 ° C с подачей воздуха, который образует пероксид бария. При нагревании до 700 ° C поглощенный ранее кислород снова высвобождается путем термолиза. До разработки процесса Линде, этот процесс был единственным способом получения чистого кислорода.
Некоторые обогащенные кислородом неорганические соединения, такие как перманганат калия, нитрат калия (селитры), хлорат калия и калия хромата выделяют кислород при нагревании, когда они вступают в реакцию с восстанавливающими агентами.
Другой способ получения кислорода в лаборатории — разложение пероксида водорода на платинированной никелевой фольге.
Чистый кислород можно получить электролизом 30% гидроксида калия на никелевых электродах. Водород и кислород производятся отдельно друг от друга.
Хранение, транспортировка и меры предосторожности
Для хранения и перевозки O2 используются баллоны, имеющие голубой окрас и характерную надпись черного цвета. Вентиль изготавливается из латуни и снабжен правой резьбой. При этом арматура должна постоянно проверяться на исправность и герметичность. Хранится подобная тара в специально оборудованных складских помещениях или на открытом воздухе под навесом, который осуществляет защиту от солнечных лучей и осадков.
Перевозить кислородные баллоны необходимо на рессорном транспорте или автокарах, соблюдая горизонтальное положение. Хотя в некоторых случаях допускается вертикальное положение при перевозке, но только при наличии специального приспособления, которое исключает любые удары и падения.
В процессе эксплуатации во избежание опасных ситуаций следует придерживаться следующих мер безопасности:
- Хотя сам по себе газ не горюч и не взрывоопасен, он поддерживает активное горение других веществ, поэтому для работы с ним должны применяться лишь разрешенные материалы.
- При контакте с маслянистыми субстанциями происходит мгновенная реакция окисления, что может привести к воспламенению или даже взрыву.
- С целью минимизации вероятности пожаров концентрация O2 в помещениях должна быть не более 23%.
- Запрещается использовать кислородные сосуды и трубопроводы для хранения и транспортировки горючих веществ.
Так точно нельзя обращаться с баллонами, заправленными газом
Инструкции по безопасности при обращении с кислородными баллонами и их транспортировке
Всегда помните: кислород благодаря своим свойствам способствует реакции горения.
Поэтому при обращении следуйте приведенным ниже инструкциям:
- Продолжительное вдыхание кислорода с высокой концентрацией может вызвать тошноту, головокружение, одышку или судороги.
- Предохраняйте бутылки от падения или скатывания
- Перед транспортировкой отвинтите редуктор давления газа и любые другие фитинги.
- Курение и открытый огонь вблизи с баллоном строго запрещены.
- Неподвижно закрепляйте защитный колпачок на клапане
- Не допускайте попадания масла, жира или другой грязи в бутылки, шланги, редукторы давления и т. д.
- Хранить в хорошо вентилируемом месте.
Также следует соблюдать безопасность при обращении с жидким кислородом. Потому что из одного литра жидкого кислорода образуется примерно 850-860 литров газообразного кислорода — и, следовательно, потенциально очень высокая, опасная для здоровья концентрация. Кроме того, избегайте прямого контакта кожи с жидким кислородом и используйте защитные перчатки и очки.
Кислород технический для газопламенной обработки металла
Во время сварочных операций и резки газ подается из баллонов, специализированных установок или автономных станций. При больших объемах его целесообразнее и безопаснее хранить в жидком состоянии. Однако, в таком случае придется дополнительно использовать газификационные установки, реализующие переход жидкой фазы в паровую.
Так выглядит металл, который подвергается резке с использованием кислорода
При испарении 1 л O2 образуется 860 дм³ газа. Для сравнения, при испарении такого же количества углекислоты образуется 506 дм³ газа. Кстати, об особенностях эксплуатации CO2 можно прочитать в статье: углекислота: где заправить – вопрос не праздный.
Другое применение в промышленной сфере
Газопламенная обработка – это не единственное сфера использования О2 в металлургической промышленности. Он используется как вспомогательный газ для лазерной и плазменной резки, добавляется в незначительных количествах в защитные смеси для повышения производительности и уменьшения пористости сварочного шва, применяется для резки копьем и др.
Информацию по другим техническим газам вы найдете в этом разделе нашего блога.
Заправить кислородные баллоны можно в . После заказа, вам своевременно доставят заправленные сосуды, обменяв их на пустую тару.
Стадии горения горючего технического газа
При сварке различают насколько стадий горения горючего технического газа. В первую очередь происходит возгорание в результате подогрева газовой смеси. При этом наблюдается процесс частичного распада горючего технического газа. Температура горения на этой стадии составляет около полутора тысяч градусов. Этого недостаточно для производства сварочных работ.
Вторая стадия горения сопровождается активными окислительными процессами за счет технического кислорода. На этой стадии кислород подается в сопло из специального баллона. На этой стадии достигается максимальная температура горения.
Стоит понимать, что на этой стадии газы, которые подаются к сварочной поверхности кроме нагревательных свойств, обладают и высокими восстановительными свойствами за счет воздействия с окислами практически всех известных металлов. Поэтому эта стадия горения носит еще название восстановительной.
На этой стадии не происходит качественного изменения уровня содержания углерода в составе свариваемых поверхностей. Третья стадия горения происходит за счет сгорания остаточных технических горючих газов в кислородной среде. На этой стадии происходит активное окисление сварочного шва. Поэтому часто эту стадию называют окислительной. Определить стадию горения опытный сварщик с легкостью может по факелу газовой горелки.
Использование кислорода для поддержания нужной температуры горения применяется практически с самого начала использования газовой сварки. В начале развития сварочного производства с использованием технического газа ацетилена использование кислорода не было предусмотрено. За счет этого сварочные швы получались сильно зашлакованными и деформированными. В результате этого применение ацетилена для сварки металлов было отложено до начала применения кислорода.
Применение в промышленности
Кислород промышленно используется в металлургии для производства чугуна и стали, а также при рафинировании меди. Чистый кислород или обогащенный кислородом воздух здесь используется, с одной стороны, для достижения высоких температур, а с другой — для рафинирования сырой стали, т.е. для удаления нежелательных примесей углерода, кремния, марганца и фосфора, которые окисляются и отделяются.
В химических процессах кислород в основном используется для окисления различных сырьевых материалов, таких как окисление олефинов и этилена. Оксид этилена и используется при частичном окислении нефти и угля. Кислород также необходим для производства водорода, синтеза газа и производства серной и азотной кислоты.
Другими важными продуктами окисления кислородом являются ацетилен, ацетальдегид, уксусная кислота, винилацетат и хлор. В стекольной промышленности, а также при сварке и резке бетона кислород используется для достижения необходимых высоких температур. В экологических технологиях сточные воды быстрее очищаются от органических загрязнителей и токсинов за счет введения бактериями газообразного кислорода.
Другое применение в промышленной сфере
Не менее важно значение кислорода для химической промышленности, например, для окисления органических соединений. В космических кораблях жидкий кислород используется в качестве окислителя ракетного топлива. Кислород в атмосфере составляет важную основу жизни для большинства организмов, которые существуют сегодня, так как он необходим для всех процессов окисления (в том числе в организмах), включая биологическое окисление (клеточное дыхание).
Поэтому кислород используется и в медицине (для вентиляции раненых), позволяет совершать авиационные и космические путешествия, а также экспедиции в подводный мир. Все это было бы невозможно без обогащенного кислородом воздуха для дыхания. В течение некоторого времени озон использовался в качестве дезинфицирующего средства при биологической очистке воды. Газ также используется как отбеливающий агент для бумаги, волокон, целлюлозы и различных жиров, масел, восков и т.п.
Источник: miminonino.ru