Ауадан оттегін алудағы негізгі міндет - ауаны оттегі мен азотқа бөлу

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 43 бет
Таңдаулыға:

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы: Ауаны сұйылту арқылы оттегі өндіру

МАЗМҰНЫ

II
Кіріспе
2
Негізгі бөлім
2.1
Оттегінің физикалық қасиеттері
2.2
Оттегінің химиялық қасиеттері
2.3
Оттегінің шығу тарихы
2.4
Оттегінің қолдану аймағы
III
Технологиялық бөлім
3.1
Оттегі өндіру әдістері
3.2
Ауаны сұйылту арқылы оттегі өндірудің теориялық аспектілері
3.3
Ауаны сұйылту арқылы оттегі өндірудің технологиясының схемасы
IV
Технологиялық есептеу бөлімі
4.1
Есептеу үшін мәліметтерді анықтау
4.2
Материалдық және жылу баланстарын дайындау
V
Еңбекті және қоршаған ортаны қорғау бөлімі
5.1
Оттегі алудағы қауіпсіздік техникасы
5.2

VI
Экономикалық бөлім
6.1
Үдерістің материалдық балансы
6.2
Негізгі аппараттың құрылымдық есептері
VII
Қортынды
VIII
Пайдаланылыған әдибеттер тізімі
IX
Қосымша

КІРІСПЕ

Соңғы жиырма жылда оттегі, азот, аргон, криптон-ксенон қоспаларын алу үшін терең салқындату арқылы ауаны бөлу техникасының дамуы дербес саланың қалыптасуына әкелді.
Қазіргі уақытта бір қондырғыда 30 мың м3сағ-тан астам ауаны өңдейтін көптеген ауа бөлу қондырғылары жұмыс істейді.
Оттегі инженериясының қарқынды дамуы қазіргі заманғы технологияның көптеген маңызды салаларында оттегін, сондай-ақ ауаны бөлудің басқа өнімдерін пайдаланудың жоғары тиімділігіне байланысты.
Оттегі, азот және аргон өндірісінің экономикалық мәні мен ауқымы негізінен қара және түсті металлургия мен химия өнеркәсібінің дамуымен анықталады.
Түсті металлургияда оттегін пайдалану да бірдей маңызды. Мырыш, мыс, қорғасын, никельді балқытуда, мыс штейнін конверсиялауда, тотыққан никель рудаларын шахталық балқытуда және қорғасын агломератында, мырыш концентраттарын сұйықталған қабатта күйдіруде және басқа процестерде оттегін пайдалану. балқыту қондырғыларының өнімділігін 50-70%-ға арттыру. Химия өнеркәсібі оттегі мен азотты аммиак, метанол, ацетилен, азот қышқылы және басқа да химиялық өнімдер алуда пайдаланады.
Оттегі машина жасауда және металл өңдеуде металды кесу және дәнекерлеу процестерінде кеңінен қолданылады.
Соңғы онжылдықтарда оттегі авиациялық және зымырандық техниканың дамуында маңызды рөл атқарды, ол реактивті қозғалтқыштар мен күшейткіштердегі ең жақсы отын тотықтырғыштарының бірі болды.
Өнеркәсіптің әртүрлі салаларында оттегімен қатар газ және сұйық түрдегі азот кеңінен қолданылады. Газ тәріздес азот қара және түсті металлургияда, химия және мұнай-химия өнеркәсібінде арнайы болаттар мен қорытпаларды балқыту және әртүрлі өнімдерді өндіру үшін инертті орта ретінде қолданылады.
Сұйық азот қазіргі криогендік технологияда, ауыл шаруашылығында мал ұрығын сақтау үшін, медицинада, тамақ өнеркәсібінде ұзақ сақтау және тасымалдау кезінде тамақ өнімдерін мұздату үшін, машина жасауда металдарды қатайту үшін және техниканың басқа салаларында кеңінен қолданылады.
Ауадан бөлінетін инертті газдардың маңызы артып келеді. Аргон болат балқытудың жаңа металлургиялық процестерінде, титан-магний өнеркәсібінде, жартылай өткізгіштер өндірісінде, металдарды аргон-доғалық дәнекерлеу процестерінде кеңінен қолданылады. Электр лампа өнеркәсібінде криптон, ксенон, неон кеңінен қолданылады, ал сұйық неон криогендік технологияда қолданылуы мүмкін.
Бұл жұмыста оттегін алу және технологиялық процесті ұйымдастыру туралы теориялық мәліметтер қарастырылады, содан кейін ауаны бөлу қондырғысының жылулық есебі, ректификация процесін есептеу және буландырғыш конденсаторды таңдау жүргізіледі.
Азот қышқылы өзінің өндірілетін мөлшері жағынан күкірт қышқылынан кейін екінші орын алады. Азот қышқылының жылдан жылға өндіру көлемінің артуы , азот қышқылының және оның тұздарының халық шаруашылығындағы маңызымен түсіндіріледі. Азот қышқылы азот қосылыстарының ішіндегі өте көп және әр түрлі маңызды жерлерде қолданылады. Халық шаруашылығында оның көп мөлшері азотты фосфор, таза фосфор тыңайтқыштарын, пластмассалар, жасанды талшықтар, органикалық бояулар, қопарғыш заттар, дәрі - дәрмек алуға жұмсалады. Сонымен қатар азот қышқылы оның тұздарын (нитраттарды) өндіруге, күкірт, фосфор қышқылдарын алуға көптеген металдарды ерітуге және түтінденетін азот қышқылы ракета техникасында, ракета отыннан тотықтыратын зат ретінде де қолданылады.
Қазіргі кезде 75-80 % азот қышқылы нитраттар және күрделі тыңайтқыштар алуға, 10-15 % жарылғыш заттар және синтетикалық бояулар алуға жұмсалады.
Концентрлі азот қышқылы қопарғыш заттар: тротил, гексаген, мелинит, ксилил, тетрил, нитроглицерин өндірісінде пайдаланылады. Қопарғыш зат ретінде аммониттер - аммоний селитрасының ароматты қосылыстарының нитротуындыларының қоспасы кең қолданылады. Азот қышқылы мен сұйық азот төрт оксиді ракета техникасында тотықтырғыш ретінде қолданылады.
Азот қышқылы негізінде азот тұздары (нитраттар) мен күрделі тыңайтқыштар өндірісінде қолданылады. Нитрат күйіндегі азотты өсімдіктер жақсы сіңіреді, ауыл шаруашылығына құрамында азоты бар минералды заттар өте көп пайда келтіреді.
Біздің Республикамызда аммиак және азот қышқылы өндірісі Ақтау қаласында орналасқан. Жылына 300 мың тонна аммиак және 400 мың тонна азот қышқылын өндіруге болады.

II НЕГІЗГІ БӨЛІМ
2.1 Оттегінің физикалық қасиеттері
Дүниежүзілік мұхитта еріген O2 мөлшері суық суда көп, ал жылы суда аз болады. Сұйық оттегі қалыпты жағдайда оттегі-түсі, дәмі мен иісі жоқ газ.1 л оның массасы 1,429 г құрайды. Ауадан сәл ауыр. Суда әлсіз ериді (0 °C температурада 4,9 мл100 г, +50 °C температурада 2,09 мл100 г) және алкоголь (+25 °C температурада 2,78 мл100 г). Ол балқытылған күмісте жақсы ериді (+961 °C температурада 1 Ag көлемінде 22 O2 көлемі). Перфторланған көмірсутектерде жақсы ериді(20-40 айнайн%).Атомаралық қашықтық-0,12074 нм. Бұл парамагнетик. Сұйық түрінде ол магнитпен тартылады.Оттегі газын қыздыру кезінде оның атомдарға қайтымды диссоциациясы жүреді: +2000 °C -- 0,03%, +2600 °C -- 1 %, +4000 °C -- 59 %, +6000 °C -- 99,5 %.Сұйық оттегі (қайнау температурасы -182,98 °C) -- ақшыл көк сұйықтық.

Сурет 1. O2 фазалық диаграммасы

Қатты оттегі (балқу температурасы -218,35 °C) -- көк кристалдар. 6 кристалды фаза белгілі, олардың үшеуі 1 атм қысымда болады.:
α -- O2-23,65 к-ден төмен температурада болады; ашық көк кристалдар моноклиндік сингонияға жатады, ұяшық параметрлері a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°.
β -- O2-23,65-тен 43,65 К-ге дейінгі температура аралығында болады; бозғылт көк кристалдар (қысым жоғарылаған кезде түсі қызғылт түске айналады) ромбоэдрлік торға ие, ұяшық параметрлері a=4,21 Å, α=46,25°.
γ-O2 - 43,65-тен 54,21 К-ге дейінгі температурада болады; бозғылт көк кристалдардың текше симметриясы бар, тор кезеңі a=6,83 Å.
Жоғары қысымда тағы үш фаза пайда болады:
δ-O2-температура аралығы 20-240 К және қысым 6-8 ГПа, сарғыш кристалдар;
ε-фаза, құрамында O4 немесе o8 молекулалары бар, 10-нан 96 гПа-ға дейінгі қысымда болады, кристалдардың түсі қою қызылдан қараға дейін, моноклиникалық сингония;
ζ-давление-96 ГПа-дан жоғары қысым, металл күйі.
Ауада оттегі жай ғана ерекшеленбейді, өйткені қалыпты жағдайда ол дәмсіз, түссіз және иіссіз газ болып табылады. Бірақ оттегін жасанды түрде басқа агрегаттық күйлерге ауыстыруға болады. Сонымен, - 183ос кезінде ол сұйық болады, ал-219ос кезінде ол қатаяды. Бірақ қатты және сұйық оттегін тек адам ала алады, ал табиғатта ол тек газ күйінде болады. Сұйық оттегі келесідей көрінеді.

Сурет 2. Сұйық оттегі
Ол қатты мұзға ұқсайды. Оттегінің физикалық қасиеттері де қарапайым зат молекуласының құрылымы болып табылады. Оттегі атомдары осындай екі затты құрайды: оттегі (O2) және озон (O3). Төменде оттегі молекуласының моделі көрсетілген.

Сурет 3. оттегі молекуласының моделі көрсетілген.

2.2 Оттегінің химиялық қасиеттері
Оттегінің электрондық құрылымы (1s22s22p4) О атомы екі электронды сыртқы деңгейге қабылдайтындай, тұрақты сыртқы электрондық қабат түзіп, O2 - ионын құрайды. Сілтілік металдар оксидтерінде негізінен иондық байланыстар түзіледі. Бұл металдардың электрондары толығымен дерлік оттегіге тартылады деп болжауға болады. Белсенділігі аз металдар мен бейметалдардың оксидтерінде электрондардың ауысуы толық емес, ал оттегідегі теріс заряд тығыздығы азырақ көрінеді, сондықтан байланыс аз ионды немесе ковалентті болады.
Металдардың оттегімен тотығуы кезінде жылу бөлінеді, оның шамасы M - O байланысының беріктігімен корреляцияланады. Кейбір бейметалдардың тотығуы кезінде жылу жұтылады, бұл олардың оттегімен байланысының әлсіздігін көрсетеді. Мұндай оксидтер термиялық тұрақсыз (немесе иондық байланысқан оксидтерге қарағанда тұрақты емес) және жиі реактивтілігі жоғары. Салыстыру үшін кесте ең типтік металдардың, өтпелі металдардың және бейметалдардың, А және В топшаларының элементтерінің оксидтерінің түзілу энтальпияларының мәндерін көрсетеді (минус белгісі жылу бөлінуін білдіреді).

Кесте 1
Реакциялар
Түзілу энтальпиялары, кДжмоль
4Na + O2 (R) 2Na2O[a]
- 208
2Mg + O2 (R) 2MgO
- 297
4Al + 3O2 (R) 2Al2O3
- 273
Si + O2 (R) SiO2
- 215
4P + 5O2 (R) P4O10
- 151
S + O2 (R) SO2
- 74
2Cl2 + 7O2 (R) 2Cl2O7
+19
2Hg + O2 (R) 2HgO
- 45
2Cr + 3O2 (R) 2CrO3
- 97
3Fe + 2O2 (R) Fe3O4
- 140
Қалыпты жағдайда Na2O2 түзілуі қолайлы.

Күшті тотықтырғыш, фтордан кейінгі ең белсенді бейметал, гелий, неон және аргоннан басқа барлық элементтермен екілік қосылыстар (оксидтер) түзеді. Ең көп таралған тотығу дәрежесі -2. Әдетте, тотығу реакциясы жылудың бөлінуімен жүреді және температураның жоғарылауымен жеделдейді (Жануды қараңыз). Бөлме температурасында жүретін реакциялардың мысалы:
4Li + O2 -- 2Li2O
2Sr + O2 -- 2SrO
Құрамында максималды емес тотығу дәрежесі бар элементтер бар қосылыстарды тотықсыздандырады:
2NO + O2 -- 2NO2↑

Жану реакцияларында көптеген органикалық қосылыстарды тотықсыздандырады:
2C6H6 + 15O2 -- 12CO2 + 6H2O
CH3CH2OH + 3O2 -- 2CO2 + 3H2O
Белгілі бір жағдайларда органикалық қосылыстардың жұмсақ тотығуын жүзеге асыруға болады:
CH3CH2OH + O2 -- CH3COOH + H2O
Оттегі Au және инертті газдардан (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) басқа барлық жай заттармен тікелей (қалыпты жағдайда, қыздырғанда жәненемесе катализаторлардың қатысуымен) әрекеттеседі; галогендермен реакциялар электр разрядының немесе ультракүлгін сәулеленудің әсерінен жүреді. Алтын оксидтері және ауыр инертті газдар (Xe, Rn) жанама түрде алынды. Оттегінің басқа элементтермен барлық екі элементті қосылыстарында, фторы бар қосылыстарды қоспағанда, оттегі тотықтырғыштың рөлін атқарады (төменде #Оттегі фторидтерін қараңыз).
Оттегі формальды түрде -1-ге тең оттегі атомының тотығу дәрежесімен пероксидтер түзеді.
Мысалы, пероксидтер сілтілік металдарды оттегіде жағу арқылы алынады:
2Na + O2 -- Na2O2
Кейбір оксидтер оттегін сіңіреді:
2BaO + O2 -- 2BaO2
А.Н.Бах пен К.О.Энглер әзірлеген жану теориясына сәйкес, тотығу аралық асқын тотығы қосылысының түзілуімен екі кезеңде жүреді. Бұл аралық қосылысты бөліп алуға болады, мысалы, жанып тұрған сутегінің жалыны мұзбен салқындаған кезде сумен бірге сутегі асқын тотығы пайда болады:
H2 + O2 -- H2O2
Супероксидтерде оттегінің тотығу дәрежесі ресми түрде -(12), яғни екі оттегі атомына (ион О2) бір электрон.
Жоғары қысымда және температурада пероксидтердің оттегімен әрекеттесуінен алынады:
Na2O2 + O2 -- 2NaO2
Калий К, рубидий Rb және цезий Cs оттегімен әрекеттесіп, супероксидтер түзеді:
K + O2 -- KO2
Бейорганикалық озонидтердің құрамында O− ионы бар 3 оттегінің тотығу дәрежесі формальды түрде -13-ке тең. Сілтілік металдар гидроксидтеріне озон әсерінен алынған:
3KOH + 3O3 -- 2KO3 + KOH ∗ H2O + 2O2↑
Химия өнеркәсібінде оттегі тотықтырғыш ретінде көптеген синтездерде қолданылады, мысалы, көмірсутектерді құрамында оттегі бар қосылыстарға (спирттер, альдегидтер, қышқылдар), күкірттің қос тотығынан күкірт триоксидіне дейін, аммиакты азот оксидтеріне дейін тотықтыру. азот қышқылы. Тотығу кезінде дамыған жоғары температураға байланысты соңғысы жиі жану режимінде жүзеге асырылады.

2.3 Оттегінің шығу тарихы
Ресми түрде оттегін ағылшын химигі Джозеф Пристли 1774 жылы 1 тамызда герметикалық жабылған ыдыста сынап оксидін ыдырату арқылы ашты (Престли күшті линзаның көмегімен күн сәулесін осы қосылысқа бағыттады).Алайда Пристли бастапқыда жаңа қарапайым субстанцияны ашқанын түсінбеді, ол ауаның құрамдас бөліктерінің бірін оқшаулады деп есептеді (және бұл газды дефлогистикалық ауа деп атады). Пристли өзінің ашқаны туралы көрнекті француз химигі Антуан Лавуазьеге хабарлады. 1775 жылы А.Лавуазье оттегінің ауаның, қышқылдардың құрамдас бөлігі және көптеген заттардың құрамында болатынын анықтады.
Осыдан бірнеше жыл бұрын (1771 жылы) швед химигі Карл Шееле оттегін алды. Ол селитраны күкірт қышқылымен күйдірді, содан кейін алынған азот оксидін ыдыратты. Шееле бұл газды отты ауа деп атады және 1777 жылы жарық көрген кітабында өзінің ашылуын сипаттады (дәл бұл кітап Пристли өзінің ашқан жаңалығын жариялағаннан кейінірек жарияланғандықтан, соңғысы оттегінің ашушысы болып саналады). Шееле де өз тәжірибесін Лавуазьеге баяндады.
Оттегінің ашылуына ықпал еткен маңызды кезең француз химигі Пьер Байеннің жұмысы болды, ол сынаптың тотығуы және оның оксидінің кейінгі ыдырауы туралы еңбектерін жариялады.
Ақырында, А.Лавуазье Пристли мен Шелидің мәліметтерін пайдалана отырып, нәтижесінде пайда болған газдың табиғатын анықтады. Оның еңбегі үлкен маңызға ие болды, өйткені оның арқасында сол кезде үстемдік еткен және химияның дамуына кедергі болған флогистон теориясы жойылды. Лавуазье әртүрлі заттардың жануы бойынша тәжірибе жүргізіп, жанған элементтердің салмағы бойынша нәтижелерді жариялау арқылы флогистон теориясын жоққа шығарды. Күлдің салмағы элементтің бастапқы салмағынан асып түсті, бұл Лавуазьеге жану кезінде заттың химиялық реакциясы (тотығуы) жүреді, осыған байланысты бастапқы заттың массасы артады деп айту құқығын берді, бұл оны жоққа шығарады. флогистон теориясы.
Есімнің шығу тарихы: Оттегі сөзі (19 ғ-дың басында ол әлі де қышқыл деп аталды), оның орыс тілінде пайда болуы белгілі бір дәрежеде басқа неологизмдермен бірге қышқыл сөзін енгізген М.В.Ломоносовқа байланысты; осылайша оттегі сөзі, өз кезегінде, А.Лавуазье (басқа грек тілінен ὀξύς - қышқыл және γεννάω - мен босанамын) ұсынған оттегі (фр. oxygène) терминінің
калькасы болды. , ол генерациялайтын қышқыл деп аударылады, бұл оның бастапқы мағынасымен байланысты - қышқыл, ол бұрын заманауи халықаралық номенклатура бойынша оксидтер деп аталатын заттарды білдіреді.
Табиғатта болуы: Оттегі - жер бетіндегі ең көп таралған элемент, оның үлесі (әртүрлі қосылыстардың, негізінен силикаттардың құрамында) қатты жер қыртысының массасының шамамен 47% құрайды. Теңіз және тұщы суларда байланысқан оттегінің көп мөлшері бар - 85,82% (масса бойынша). Жер қыртысының 1500-ден астам қосылыстарының құрамында оттегі бар.
Атмосферада бос оттегінің мөлшері көлемі бойынша 20,95% және массасы бойынша 23,10% (шамамен 1015 т). Алайда, 3,5 миллиард жыл бұрын алғашқы фотосинтетикалық археялар пайда болғанға дейін ол атмосферада іс жүзінде болмаған. Атмосфера құрамының жаһандық өзгеруі (оттегі апаты) нәтижесінде палеопротерозойда (3-2,3 млрд. жыл бұрын) көп мөлшерде бос оттегі пайда бола бастады. Алғашқы миллиард жыл ішінде оттегінің барлығы дерлік мұхиттарда еріген темірмен қабылданып, жаспилит шөгінділері пайда болды. 3-2,7 млрд жыл бұрын ол атмосфераға шығарыла бастады және 1,7 млрд жыл бұрын қазіргі деңгейдің 10%-ына жетті.
Мұхиттар мен атмосферада көп мөлшерде еріген және бос оттегінің болуы анаэробты организмдердің көпшілігінің жойылуына әкелді. Алайда, оттегімен жасушалық тыныс алу аэробты организмдерге анаэробты организмдерге қарағанда әлдеқайда көп АТФ өндіруге мүмкіндік берді, бұл оларды басым етеді.
540 миллион жыл бұрын кембрийдің басынан бері оттегі мөлшері көлем бойынша 15%-дан 30%-ға дейін ауытқиды. Карбон дәуірінің соңында (шамамен 300 миллион жыл бұрын) деңгейлер көлем бойынша 35% шыңына жетті, бұл осы уақыт ішінде жәндіктер мен қосмекенділердің үлкен мөлшеріне ықпал еткен болуы мүмкін. Адамның іс-әрекеті, соның ішінде жыл сайын 7000000000 тонна қазбалы отынды жағу атмосферадағы бос оттегінің мөлшеріне өте аз әсер етеді. Фотосинтездің қазіргі жылдамдығымен атмосферадағы барлық оттегін қалпына келтіру үшін шамамен 2000 жыл қажет.

2.4 Оттегінің қолдану аймағы
Оттегі медицинада, су астындағы және ғарыш кемелеріндегі тіршілікті қамтамасыз етуде, тыныс алу, жану және ыдырау процестерінде, өндірістік процестерде жоғары температура жасау үшін, химиялық заттар өндірісінде, әртүрлі қондырғыларда отынға тотықтырғыш ретінде кеңінен қолданылады. Оттегі 40 литрлік көк цилиндрлерде (таза салмағы 80 кг) 150-160 атм қысымда және көлемі 6-7 оттегі химиядағы химиялық элемент ретінде сақталады - формулалар, мысалдармен анықтамасы (оттегі салмағы 9-10 кг)және техникалық мақсатта сатуға шығарылады.
Оттегінің қолдану өрісі кең: Металлургияда металл сынықтарынан және шойыннан алынатын болат өндіру үшін қажет. Көптеген металлургиялық қондырғыларда отынның жақсы жануы үшін оттегімен байытылған ауа қолданылады. Авиацияда оттегі зымыран қозғалтқыштарында отынды тотықтырғыш ретінде қолданылады. Сондай-ақ ғарышқа ұшулар үшін және атмосфера жоқ жағдайларда қажет. Машина жасау саласында оттегі металдарды кесу және дәнекерлеу үшін өте маңызды. Металды балқыту үшін металл құбырлардан тұратын арнайы қыздырғыш қажет. Бұл екі құбыр бір-біріне салынған. Олардың арасындағы бос кеңістік ацетиленмен толтырылып, тұтанады. Бұл кезде оттегі ішкі түтік арқылы өтеді. Оттегі де, ацетилен де қысымды цилиндрден беріледі. Жалын пайда болады, оның температурасы 2000 градусқа жетеді. Бұл температурада кез келген метал дерлік балқиды. Целлюлоза-қағаз өнеркәсібінде оттегін пайдалану өте маңызды. Қағазды ағарту үшін, алкоголизациялау кезінде, целлюлозадан артық компоненттерді жуғанда (делигнификация) қолданылады.Химия өнеркәсібінде оттегі реагент ретінде қолданылады. Оттегінің табиғатта және адам өмірінде қолданылуы: Оттегі адам мен жануарлар өмірінде ең маңызды рөл атқарады. Біздің планетамызда фотосинтез нәтижесінде бос оттегі бар. Фотосинтез - көмірқышқыл газы мен судың көмегімен жарықта органикалық заттардың түзілу процесі. Осы процестің нәтижесінде жануарлар мен адамдардың тіршілігіне қажетті оттегі түзіледі. Жануарлар мен адамдар оттегін үнемі тұтынса, өсімдіктер оттегін тек түнде тұтынып, күндіз өндіреді.
Оттегінің медицинада қолданылуы: Оттегі медицинада да қолданылады. Оны қолдану әсіресе белгілі бір аурулар кезінде тыныс алу қиынға соғады. Өкпе туберкулезінде тыныс алу жолдарын байыту үшін қолданылады, сонымен қатар анестезия аппараттарында қолданылады. Оттегі медицинада бронх демікпесі мен асқазан-ішек жолдарының ауруларын емдеу үшін қолданылады. Осы мақсаттарда оттегі коктейльдері қолданылады.Оттегі жастықтары да үлкен маңызға ие - оттегімен толтырылған резеңкеленген контейнер. Ол медициналық оттегін жеке қолдану үшін қызмет етеді.
III Технологиялық бөлім
3.1 Оттегі өндіру әдістері
Оттегі - адамзат ең көп қолданатын газдардың бірі, ол біздің өміріміздің барлық дерлік салаларында кеңінен қолданылады. Металлургия, химия өнеркәсібі, медицина, халық шаруашылығы, авиация - бұл осы заттың таптырмайтын салаларының қысқаша тізімі ғана.
Оттегі өндірісі екі технологияға сәйкес жүзеге асырылады: зертханалық және өндірістік. Түссіз газды алудың алғашқы әдістері химиялық реакцияларға негізделген. Оттегі катализатордың қатысуымен калий перманганатының, бертолет тұзының немесе сутегі асқын тотығының ыдырауы нәтижесінде алынады. Дегенмен, зертханалық әдістер осы бірегей химиялық элементке деген сұранысты толық қанағаттандыра алмайды.
Оттегін алудың екінші жолы - криогенді айдау немесе адсорбциялық немесе мембраналық технологияларды қолдану. Бірінші әдіс бөлу өнімдерінің жоғары тазалығын қамтамасыз етеді, бірақ ұзағырақ (екінші әдістермен салыстырғанда) іске қосу кезеңіне ие.
Адсорбциялық оттегі қондырғылары оттегімен байытылған ауаны өндіруге арналған жоғары өнімді жүйелердің ішінде ең жақсысы болып шықты. Олар тазалығы 95%-ға дейін (қосымша тазарту сатысын қолданғанда 99%-ға дейін) түссіз газ алуға мүмкіндік береді. Оларды пайдалану экономикалық тұрғыдан негізделген, әсіресе жоғары таза оттегі қажет емес жағдайларда, ол үшін қосымша ақы төлеуге тура келеді.
Халық шаруашылығында оттегінің маңызы зор. Ол металлургияда кеңінен қолданылады; химия өнеркәсібі; металдарды жалынмен өңдеуге, қатты жыныстарды отпен бұрғылауға, көмірді жерасты газдандыруға; медицинада және әртүрлі тыныс алу аппараттарында, мысалы, биіктікте ұшулар үшін және басқа салаларда.Қалыпты жағдайда оттегі түссіз, иіссіз және дәмсіз газ, жанғыш емес, бірақ жануды белсенді түрде қолдайды. Өте төмен температурада оттегі сұйық, тіпті қатты затқа айналады.
Оттегі жоғары химиялық белсенділікке ие және сирек газдардан басқа барлық химиялық элементтермен қосылыстар түзеді. Оттегінің органикалық заттармен реакциялары айқын экзотермиялық сипатқа ие. Сонымен, сығылған оттегі майлы немесе майда дисперсті қатты жанғыш заттармен әрекеттескенде, олар лезде тотығады және бөлінетін жылу осы заттардың өздігінен жануына ықпал етеді, бұл өрт немесе жарылыс тудыруы мүмкін. Бұл қасиет әсіресе оттегі жабдығымен жұмыс істегенде ескерілуі керек.

Кесте 2
Оттегінің ең маңызды физикалық константалары мыналар:
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Молекулалық массасы 32
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Салмағы 1 м3 0 ° C және 760 мм. кг 1,43
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
20 ° C және 760 мм кезінде бірдей. кг 1,33
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Критикалық температура °C -118
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Критикалық қысым кгсм3 51,35
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
760 мм қайнау температурасы.° С -182,97
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
1 л сұйық оттегінің салмағы -182, 97 °C және 760 мм сын.бағ. кг. 1.13
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
20°С және 760 мм сын.бағ. температурада 1 литр сұйықтықтан алынған газ тәрізді оттегінің мөлшері. 850
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
760 мм сынап бағанасында қату температурасы. °С-та 218,4

Ауадан оттегі алу: Атмосфералық ауа негізінен мынадай көлемді газдардың механикалық қоспасы: азот - 78,09%, оттегі - 20,93%, аргон - 0,93%. Сонымен қатар, оның құрамында шамамен 0,03% көмірқышқыл газы және аз мөлшерде сирек кездесетін газдар, сутегі, азот оксиді және т.б.
Ауадан оттегін алудағы негізгі міндет - ауаны оттегі мен азотқа бөлу. Бұл жолда арнайы дәнекерлеу әдістерінде қолдану үнемі артып келе жатқан аргон, сондай-ақ бірқатар салаларда маңызды рөл атқаратын сирек газдар бөлінеді. Азоттың дәнекерлеуде қорғаныс газы ретінде, медицинада және басқа салаларда кейбір қолданылуы бар.
Әдістің мәні ауаның сұйық күйге айналуымен терең салқындатуында жатыр, оған қалыпты атмосфералық қысым кезінде -191,8 ° C-тан (сұйылтудың басы) -193,7 ° C-қа дейінгі температура диапазонында қол жеткізуге болады. сұйылтудың соңы).
Сұйықтықтың оттегі мен азотқа бөлінуі олардың қайнау температураларының айырмашылығын пайдалану арқылы жүзеге асырылады, атап айтқанда: Тқайнау. o2= -182,97 ° C; Tқайнау N2= -195,8 ° С (760 мм қайнау кезінде).
Сұйықтықтың бірте-бірте булануы кезінде қайнау температурасы төмен азот алдымен газ фазасына өтеді, ал босатылған сайын сұйықтық оттегімен байытады. Бұл процесті бірнеше рет қайталау қажетті тазалықтағы оттегі мен азотты алуға мүмкіндік береді. Сұйықтарды құрамдас бөліктерге бөлудің бұл әдісі ректификация деп аталады.
Ауадан оттегін өндіру үшін жоғары өнімді қондырғылармен жабдықталған мамандандырылған кәсіпорындар бар. Сонымен қатар, ірі металл өңдеу кәсіпорындарының өздерінің оттегі станциялары бар.

3.2 Ауаны сұйылту арқылы оттегі өндірудің теориялық аспектілері
Атмосфералық ауа - химиялық байланысы жоқ азот, оттегі, аргон және сирек газдардың қоспасы. Шамамен ауаны тек азот пен оттегінің қоспасы ретінде қарастыруға болады, өйткені оның құрамында аргон мен сирек газдардың 1%-дан азы бар (атмосфералық ауаның нақты құрамын төменде қараңыз); бұл жағдайда ауада көлемі бойынша 79% азот және 21% оттегі бар деп дөңгелектенеді.
Ауаны бөлу өте қиын техникалық тапсырма, әсіресе ол газ күйінде болса. Ауаны алдымен сығу, кеңейту және салқындату арқылы сұйық күйге айналдырса, содан кейін оттегі мен азоттың қайнау температураларының айырмашылығын пайдалана отырып, оның құрамдас бөліктеріне бөлінсе, бұл процесс жеңілдетіледі. Атмосфералық қысымда сұйық азот -195,8°С, сұйық оттегі -1182,97°С қайнайды. Егер сұйық ауа біртіндеп буланатын болса, онда алдымен қайнау температурасы төмен азот негізінен буланады; азот сыртқа шыққанда, сұйықтық оттегімен байытылады. Булану және конденсация процесін бірнеше рет қайталай отырып, ауаның қажетті концентрациядағы азот пен оттегіге бөлінуінің қажетті дәрежесіне жетуге болады. Сұйықтық пен оның буларын құрамдас бөліктерге бөлу үшін қайталап булану және конденсациялаудың мұндай процесі ректификация деп аталады. Бұл әдіс ауаны өте төмен температураға дейін салқындатуға негізделгендіктен, оны терең салқындату әдісі деп атайды. Ауадан оттегін терең салқындату арқылы алу ең үнемді болып табылады, нәтижесінде бұл әдіс өнеркәсіпте кең қолданыс тапты. Ауаны терең салқындату және түзету арзан оттегінің немесе азоттың кез келген мөлшерін іс жүзінде өндіруі мүмкін.
Тұтынылатын оттегінің мөлшеріне байланысты барлық тұтынушыларды шағын, орташа және үлкен деп үш топқа бөлуге болады.
Шағын тұтынушыларға 30 м3сағ-қа дейін, орташа - 30-дан 150 м3сағ-қа дейін, ірі - 150 м3сағ артық тұтынатын кәсіпорындар жатады. Елде өндірілетін оттегінің 75-80% ірі тұтынушыларға тиесілі.
Шағын және орта тұтынушылар техникалық оттегін негізінен металдарды кесу және дәнекерлеу үшін пайдаланады; ірі - негізгі өндірістік процестерге (металлургиялық, химиялық және т.б.) техникалық және технологиялық оттегі (сонымен қатар азот).
Шағын және орта тұтынушыларды ауаны бөлу өнімдерімен облыстық оттегі зауыттары қамтамасыз етеді; бұл тұтынушылардың кейбіреулерінде өздерінің оттегі-азот қондырғылары бар. Кейбір тұтынушылар үшін оттегі сұйық күйде жеткізіледі, содан кейін газдандырылады.
Ірі тұтынушылардың (металлургиялық, химиялық және басқа да кәсіпорындар) оттегіге, азотқа, аргонға, криптонға және ксенонға қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін қуатты ауа бөлу қондырғыларымен жабдықталған ауа бөлу цехы (оттегі цехы, оттегі станциясы) құрылуда. Ішінара, бұл кәсіпорындардың ауа бөлу өнімдері кішігірім тұтынушыларды қамтамасыз ету үшін де қолданылады.
Осы облыс кәсіпорындарының ауаны бөлу өнімдеріне айтарлықтай қажеттілігімен аймақтық оттегі зауыттары құрылуда.
Өте төмен температураларды қолданумен байланысты процестер үшін (биологиялық және тез бұзылатын өнімдерді сақтау және тасымалдау және т.б.) сұйық азот кеңінен қолданылады, тұтынушылардың жеке қондырғыларында алынады немесе ірі қондырғылары бар аймақтық зауыттардан резервуарларда жеткізіледі. сұйылтылған азот.
Сирек газдар - аргон, криптон, ксенон, неон-гелий қоспасы үлкен ауа бөлу зауыттарында оттегі мен азот өндірумен бірге алынады. Бұл газдар тұтынушыларға әдетте қоспалардан - оттегі мен азоттан тазартылғаннан кейін баллондарда жеткізіледі. Бұл газдардың салыстырмалы түрде аз мөлшерімен оларды тұтынушыға тасымалдау шығындары төмен. Кейбір ірі тұтынушылар үшін аргон сұйық түрінде жеткізіледі.
Газ тәріздес ауаны бөлу өнімдерін құбырлар арқылы тасымалдау салыстырмалы түрде көп мөлшерде тұтынылатын газ және салыстырмалы түрде қысқа қашықтықта ғана экономикалық тұрғыдан тиімді, өйткені олардың құрылысы үлкен күрделі шығындарды талап етеді.
Егер оттегінің шығыны 400 м3сағ асатын болса және тұтынушыға дейінгі қашықтық 50 км-ден аз болса, оны ауа бөлуші ірі қондырғылардан құбыр арқылы беру өте тиімді. Есептеулер көрсеткендей, 1400 м3сағ тұтыну кезінде БР-1Кч қондырғыларынан оттегін құбыр арқылы тіпті 100 км-ге дейінгі қашықтықта беру тиімді.
Техникалық-экономикалық есептеулер көрсеткендей, техникалық оттегін 20 м3сағ-қа дейін және 200 км-ге дейінгі қашықтықта тұтынған кезде оны автомобильді газдандыру қондырғыларында сұйық күйде, ал ұзақ қашықтықта - автоцистерналарда жеткізу ең үнемді әдіс болып табылады. айдалмайтын газайтқыштарда учаскеде газдандырумен. Егер тұтыну мөлшері мен қашықтығы көрсетілгеннен асып кетсе, зиянды қоспалармен ластанған оттегі немесе азотты тұтыну орындарында ауа бөлу қондырғыларын салу тиімдірек.
Өсімдіктердің классификациясы

Ауаны бөлудің технологиялық процесін бірнеше негізгі кезеңдерге бөлуге болады. Оларға мыналар жатады:
1) ауаны шаңнан және механикалық қоспалардан тазарту;
2) компрессорлардағы ауаны сығымдау;
3) сығылған ауаны көмірқышқыл газынан тазарту;
4) сығылған ауаны кептіру және оны көмірсутектерден тазарту;
5) оттегі мен азотқа бөлу және сирек газдарды - аргон, криптон-ксенон және неогелий қоспасын алу үшін ауаны сұйылту және ректификациялау;
6) алынған газ тәріздес оттегінің газ резервуарында немесе сұйық оттегінің сақтау ыдысында жиналуы;
7) баллондарды газ тәріздес сығылған оттегімен толтыру, сығылған оттегін тұтынушыға газ құбыры арқылы беру немесе көліктік цистерналар мен цистерналарды стационарлық цистерналар мен цистерналардан сұйық оттегімен толтыру;
8) сирек газдарды оттегі мен азоттан тазарту, олардың құрамын ГОСТ талаптарына келтіру және баллондарды сирек газдармен толтыру.
Ауа бөлу қондырғыларының технологиялық сұлбалары мен конструкциялары өнімділікке, бөлу өнімдерінің концентрациясына, жұмыс жағдайларына және т.б. анықталады.Кейбір қондырғылар қарапайым, бірақ пайдалануда үнемді емес, басқалары күрделірек, бірақ олардың өнімділігі жақсы. Технологиялық схеманың түріне сәйкес қондырғылар бір-бірінен ерекшеленеді:
1) суықты алу тәсілі (тоңазыту циклі);
2) ауаны көмірқышқыл газынан және ылғалдан тазарту әдістері;
3) түзету схемасы.

ASU сұлбасын таңдау және есептеу үшін мәліметтерді анықтау

Есептелген қондырғы үшін қарапайым дроссель, алдын ала салқындату және сұйық оттегі сорғысы бар жоғары қысымды тоңазытқыш циклі таңдалды. Жылу алмастырғыштың алдындағы ауаны алдын ала салқындату дроссельмен тоңазыту циклінің өнімділігін шамамен 2-3 есе жақсартады.Жылуалмастырғыштың жылы ұшында сығылған ауаның температурасы неғұрлым төмен болса, соғұрлым салқындату қабілеті жоғары болады. дроссельдеу кезінде циклдің ұзақтығы және бірдей жұмыс көлемімен неғұрлым сұйық ауа алынады. Бұл жағдайда сұйық өнімнің мөлшері көбейеді, өйткені алдын ала салқындағаннан кейін ауа энтальпиясының төмендеуіне байланысты сұйылтуға қажетті суықтың мөлшері азаяды. Аммиак тоңазытқыш машинасындағы қосымша энергияның аз шығыны салқындату сыйымдылығының ұлғаюымен өтеледі және циклдің үнемділігі жақсарады.

3.3 Ауаны сұйылту арқылы оттегі өндірудің технологиясының схемасы
Оттегі сорғысы бар қондырғыларда ауа бөлетін аппараттан оттегін таңдау және, тиісінше, оның концентрациясы сорғының өнімділігімен анықталады. Соңғысының өнімділігі жоғарылағанда ауа бөлетін аппараттан оттегінің іріктелуі жоғарылайды, бұл оқытылатын өнімнің тазалығының төмендеуіне әкеледі.
Оттегі желісіндегі клапандар сорғы мен жылу алмастырғыштың оттегі түтігін колоннадан шығатын газ ағынымен салқындату үшін ашық болуы керек. Сорғы ауа бөлу аппараты толық салқындағаннан кейін және оған сұйықтықтың жеткілікті мөлшері жиналып, түзету режимі орнатылғаннан кейін іске қосылады. Алдымен сорғы ең аз жүктемемен қосылады (алынатын оттегіге сәйкес), содан кейін жүктеме бірте-бірте қалыпты деңгейге дейін артады.
Сорғының жұмысы кезінде оған кіретін сұйық оттегінің жеткілікті суытылуын қамтамасыз ету қажет, осылайша сорғы клапандары анық жұмыс істейді және сорғы цилиндріне түскен кезде сұйықтықтың қайнауына байланысты олардың әрекеті бұзылады.
Жоғарғы колоннадағы айдау процесі сорғы өнімділігін өзгерту арқылы бақыланады, өйткені бұл қондырғылардағы пайдаланылған азот мөлшері сорғыға түсетін оттегінің мөлшерімен анықталады. Азот клапанының орнын өзгерту тек жоғарғы бағандағы қысымға әсер етеді. Бұл қысымды жоғарғы колоннада ең жақсы айдау жағдайларын жасау үшін және адсорбентті регенерациялау кезінде кептіру қондырғысына азоттың қажетті мөлшерін беру үшін жеткілікті түрде барынша төмен ұстау керек.
Оттегі баллондарының келесі партиясын толтырудың басында жылу алмастырғыштағы қысым минималды болады, соның арқасында салқын шығындар азаяды және, тиісінше, конденсатордағы сұйықтық деңгейі аздап көтеріледі. Шарларды толтырудың соңында қысым 150-165 кгссм2 дейін артады, ал суық ысыраптар артады, бұл конденсатордағы сұйықтық деңгейінің біршама төмендеуіне әкеледі. Конденсатордағы сұйықтық деңгейіндегі бұл өзгерістер аппараттың жұмыс режиміне әсер етпейді, бірақ олардың орнын толтыру үшін аппаратқа түсетін ауа қысымының өзгеруін талап етеді.Сорғының қалыпты жұмыс істеуі үшін сальниктің гайкаларын уақтылы қатайту және сальниктен оттегінің өтуіне жол бермеу үшін ондағы орамды ауыстыру қажет. Сондай-ақ сорғы клапандарының жұмысын бақылау қажет. Сальник пен клапандардағы ағып кетулер, клапандардың анық емес жұмысы сорғы цилиндріндегі сұйықтықтың қайнауына әкеледі, қондырғының оттегі өнімділігін төмендетеді. Артық оттегі содан кейін пайдаланылған азотқа түседі.

Сурет 4 Есептелген ауа бөлу қондырғысының схемасы.

Қондырғы алдын ала салқындату арқылы дроссельдеу арқылы ауаны екі рет түзететін жоғары қысымды циклде газ тәрізді оттегін өндіруге арналған. өндірістік оттегі қондырғыдан 16 МПа дейінгі қысыммен сұйық оттегі сорғысы арқылы жеткізіледі. Өнімділігі 500 м[3]сағ оттегі концентрациясы 97,6%; қалдық азот концентрациясы 90,7%. Ауа компрессор I арқылы ауа сүзгісі арқылы сорылады (сызбада көрсетілмеген) қысылғаннан кейін (көмірқышқыл газынан, ылғалдан тазартылған) II жылу алмастырғышқа түседі, онда ол қалдық азотпен және өндіріспен 280 К (9 ̊C) дейін салқындатылады. оттегі. Содан кейін ол алдын ала салқындату III сатысына жіберіледі (R 134a). 258 К (-15 ̊C) дейін салқындатылған ауа IV негізгі жылу алмастырғышқа түседі, онда ол оттегімен ( T = 97 K (-176 ̊ C) және p = 16 МПа) және азотпен ( Т = 102 К) салқындатылады. (-171 ̊ C) және p = 0,142 МПа).
Төменгі температураға дейін салқындатылған ауа буландырғышта қайнап жатқан байытылған ауа температурасына дейін салқындатылған (Т= 101,4 К (-171,6 С)) төменгі колоннаның буландырғыш катушкасына түседі және төменгі колоннаға p=0,64 МПа дейін дроссельмен түседі. . Байытылған ауа жоғарғы колоннадағы қысымға дейін (0,16 МПа) дроссельделеді және соңғы бөлу үшін жоғарғы дистилляция колоннасына түседі. Төменгі колоннаның қалталарынан сұйық азот жоғарғы колоннаның үстіңгі тақтасына дроссельмен құйылады.
Жоғарғы колоннаның төменгі жағындағы арнайы қалтадан алынған сұйық оттегі IX қосалқы салқындатқышқа жіберіледі, онда оның температурасы 87 К-ге дейін төмендейді (Т = 81К азот қалдығы). Өте салқындатылған сұйық оттегі сұйық оттегі сорғысына X түседі және p=16 МПа дейін сығылады. Сығылған сұйық оттегі керамикалық сүзгіден (сызбада белгіленбеген) өтіп, III негізгі жылу алмастырғыштың оттегі бөліміне түседі. Мұнда газдандырылып, Т=250 К (-23 С) температураға дейін қыздырылады. Содан кейін II жылу алмастырғыштан өткеннен кейін ол толтыру рампасының цилиндрлеріне түседі.
Жоғарғы дистилляциялық колоннаның жоғарғы бөлігінен газ тәріздес азот (р=0,145 МПа және Т=81 К) сұйық оттегі IX салқындатқышқа түседі (Т=90К дейін қызады), сұйық оттегі сорғысының қаптамасынан, IV, ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.