Instalações para obter nitrogênio puro do ar. Método de produção de nitrogênio

Todos os métodos de produção de nitrogênio na indústria são baseados na separação do ar atmosférico, que é a matéria-prima mais acessível e contém cerca de 75% do produto alvo. Outros métodos são caracterizados por altos custos unitários e são usados ​​principalmente em laboratórios de pesquisa. Na indústria, o nitrogênio é obtido tanto para uso próprio quanto para venda. Das plantas de separação de ar, o gás acabado é fornecido diretamente aos consumidores ou bombeado em cilindros para armazenamento e transporte.

A produção de nitrogênio na indústria é realizada de acordo com três tecnologias:

  • criogênico;
  • membrana;
  • adsorção.

Oferecemos 5 tipos de equipamentos


estações de nitrogênio

Produção criogênica

O método consiste na evaporação fracionada do ar liquefeito e baseia-se na diferença dos pontos de ebulição de seus componentes. O processo ocorre em várias etapas:

  • O ar é comprimido em uma unidade de compressor com extração de calor simultânea liberado durante a compressão.
  • Antes de obter nitrogênio do ar liquefeito remover água e dióxido de carbono que se solidificam e precipitam.
  • Depois que a pressão é reduzida, a mistura começa a ferver, e sua temperatura cai para -196 °C. Nitrogênio, oxigênio e gases nobres são evaporados sequencialmente.

      • A produção criogênica de nitrogênio na indústria justifica-se por um gasto significativo, bem como com altas exigências para sua composição. A pureza do produto final atinge 99,9999%. Equipamentos de uso intensivo de energia e em geral são altamente complexos, requerem treinamento profissional de pessoal de manutenção e tecnológico.

    Separação por membrana de nitrogênio

    O nitrogênio técnico no estado líquido e gasoso é obtido do ar atmosférico. A substância é um elemento químico bastante comum. A atmosfera da Terra é 75% de nitrogênio, mas em sua forma pura, é inadequada para respirar. No entanto, centenas de processos ocorrem no corpo humano, cuja velocidade e qualidade são afetadas por essa substância. Por exemplo, o nitrogênio faz parte da hemoglobina, aminoácidos e proteínas. Além disso, é encontrado nas células de plantas e animais.

    Uma molécula de gás contém dois átomos que estão fortemente ligados. Para que o nitrogênio se torne parte de um composto químico, essa ligação deve ser quebrada ou enfraquecida, e isso é bastante difícil. Muito mais fácil é o processo inverso de liberação de nitrogênio de vários compostos. A reação de combustão sempre prossegue com a formação de gás livre.

    Uma rica fonte de nitrogênio é o nitrato chileno (nitrito de sódio). No início do século 19, foram obtidos fertilizantes e pólvora. Com o tempo, as reservas minerais diminuíram e a necessidade de nitratos só aumentou. No início do século 20, o nitrogênio era obtido do ar atmosférico e ligado à amônia. Para isso, foi necessário aplicar alta temperatura, pressão e introduzir catalisadores na reação. Desde então, a questão da obtenção de nitrogênio recebeu uma nova solução, já que a atmosfera é sua fonte inesgotável.

    Devido às suas propriedades inertes e outras, este gás encontrou aplicação em:

    • desenvolvimento de veios de carvão;
    • perfuração de poços;
    • embalagem do produto;
    • combate a incêndios;
    • processamento de alta temperatura de metais, etc.

    Características físicas da substância

    Em condições normais (a uma pressão atmosférica de 760 mm Hg e uma temperatura de 0 ° C), a substância é um gás inodoro e incolor pouco solúvel em água. Não reage com outros elementos, exceto o lítio. Quando aquecido, o nitrogênio adquire a capacidade de se dissociar em átomos e cria vários compostos químicos. Sua reação com o hidrogênio é a mais procurada, como resultado da obtenção da amônia, que é usada para a fabricação de fertilizantes, refrigerantes, fibras sintéticas, etc. . A substância não é tóxica, portanto, não tem um efeito perigoso no meio ambiente. Mas com inalação prolongada, causa deficiência de oxigênio e asfixia.

    Quando resfriado a -195,8 ° C, o nitrogênio se transforma em um líquido semelhante à água comum na aparência. O ponto de ebulição desta substância é um pouco menor que o do oxigênio. Portanto, quando o ar líquido é aquecido, o nitrogênio começa a evaporar primeiro. Esta propriedade está subjacente ao princípio moderno de produção de um produto químico. A repetição repetida de liquefação e ebulição torna possível obter nitrogênio e oxigênio na concentração desejada. Esse processo é chamado de retificação.

    Se o nitrogênio em estado líquido, cujo volume é de 1 litro, for aquecido a + 20 ° C, ele evaporará e formará 700 litros de gás. Portanto, a substância é armazenada em recipientes especiais do tipo aberto com isolamento a vácuo ou em vasos de pressão criogênicos.

    O resfriamento subsequente do nitrogênio a -209,86°C o transforma em um estado sólido de agregação. Grandes cristais brancos são obtidos. Após o contato subsequente com o ar, a massa semelhante à neve absorve oxigênio e derrete.

    produção industrial

    Atualmente, três tecnologias são usadas principalmente para produzir nitrogênio inerte, com base na separação do ar atmosférico:

    • criogênico;
    • membrana;
    • adsorção.

    As plantas criogênicas de separação operam com base no princípio da liquefação do ar. Primeiro, é comprimido por um compressor, depois passa por trocadores de calor e se expande em um expansor. Como resultado, o ar resfriado torna-se um líquido. Devido aos diferentes pontos de ebulição do oxigênio e do nitrogênio, eles se separam. O processo é repetido muitas vezes em placas de destilação especiais. Termina com a obtenção do mais puro oxigênio, argônio e nitrogênio. Este método é mais eficaz para grandes empresas devido às dimensões significativas do sistema, à complexidade de sua inicialização e manutenção. A vantagem do método é que é possível obter nitrogênio da mais alta pureza, tanto líquido quanto gasoso, em qualquer quantidade. Nesse caso, o consumo de energia para a fabricação de 1 litro da substância é de 0,4 a 1,6 kW / h (dependendo do esquema tecnológico da instalação).

    A tecnologia de separação de gás por membrana começou a ser usada na década de 70 do século passado. A alta relação custo-benefício e eficiência deste método tem servido como uma alternativa digna de métodos criogênicos e de adsorção para a obtenção de nitrogênio puro. Hoje, as plantas utilizam a última geração de membranas de alto desempenho. Agora isso não é um filme, mas milhares de fibras ocas, nas quais uma camada seletiva é aplicada. Não há componentes móveis na instalação, portanto, a duração de sua operação sem avarias é significativamente aumentada. O ar filtrado é alimentado no sistema. O oxigênio passa livremente por ela e o nitrogênio é removido sob pressão pelo lado oposto da membrana e enviado para o acumulador. Com a ajuda dessas plantas, é produzida uma substância com pureza de até 99,95%. Assim, é realizada a produção de nitrogênio a partir do ar atmosférico. A pureza limitada do nitrogênio resultante não permite o uso deste método por grandes fabricantes com grandes necessidades de nitrogênio de alta pureza.

    Nas empresas onde o nitrogênio de alta pureza é exigido em grandes volumes, uma instalação é usada para separar misturas de gases usando adsorventes. Estruturalmente, consiste em duas colunas. Cada um deles contém uma substância que absorve seletivamente uma mistura de gases. A operação de plantas de produção de nitrogênio requer ar atmosférico e eletricidade.

    Inicialmente, o ar entra no compressor, onde é comprimido. Em seguida, ele é alimentado no receptor, que equaliza sua pressão. Como o ar não deve conter vapor de água, poeira, dióxido de carbono, óxidos de nitrogênio, acetileno e outras impurezas, ele é filtrado. A etapa principal da separação por adsorção da mistura gasosa começa. Uma corrente de ar passa por uma única coluna de peneiras moleculares de carbono, desde que sejam capazes de absorver oxigênio. Em seguida, a superfície do adsorvente deve ser limpa, ou seja, regenerada, despressurizando ou elevando a temperatura. E o ar é enviado para a segunda coluna. Neste momento, o nitrogênio passa pela unidade e se acumula no receptor. A duração dos ciclos de adsorção e regeneração é de apenas alguns minutos. A pureza do nitrogênio produzido por esta tecnologia é de 99,9995%.

    Vantagens das plantas de adsorção:

    • arranque e paragem rápidos;
    • possibilidade de controle remoto;
    • alta capacidade de separação;
    • Baixo consumo de energia;
    • a possibilidade de reajuste operacional;
    • controle de modo automático;
    • baixos custos de manutenção.

    Aplicações de gás

    Hoje, este produto está em demanda em muitas indústrias: gás, alimentos, metalúrgica. No entanto, a produção de nitrogênio em larga escala é relevante especificamente para a indústria petroquímica. A principal área de aplicação é a fabricação do ácido de mesmo nome e outros fertilizantes para agricultura. Na engenharia, o nitrogênio é usado para resfriar vários equipamentos e unidades. Cria um ambiente inerte ao bombear líquidos inflamáveis.

    Na indústria farmacêutica, o nitrogênio é usado para transportar matérias-primas químicas, proteger tanques e embalar medicamentos. Na eletrônica, previne a oxidação durante o processo de fabricação de semicondutores.

    Na indústria alimentícia, o nitrogênio líquido é usado como elemento de resfriamento e congelamento. Na forma gasosa, é usado para criar uma atmosfera inerte no engarrafamento de bebidas e óleos não carbonatados, e também para produzir propulsores para latas de spray.

    O método mais eficaz de extinção de incêndios é a extinção de incêndios com nitrogênio. Ao evaporar, a substância rapidamente desloca o oxigênio, necessário para manter a combustão, e o fogo se extingue. O nitrogênio é então rapidamente expelido para fora da sala, economizando objetos de valor que podem ser danificados por espuma, pó ou água.

    Na medicina, células e órgãos são preservados com a ajuda da preservação criogênica. Além disso, o nitrogênio líquido destrói as áreas afetadas do tecido.

    Armazenamento e segurança

    O nitrogênio em estado líquido é transportado por estrada em vasos ou tanques criogênicos especiais. A substância gasosa é entregue aos consumidores na forma comprimida em cilindros pretos. O nitrogênio é armazenado em vasos Dewar com paredes duplas, entre as quais existe um vácuo. Para reduzir a transferência de calor, as superfícies são espelhadas devido a uma camada de prata. Os navios Dewar podem ser de tamanhos diferentes. Recipientes com dezenas de litros são feitos de metal. Nesse recipiente, a substância pode ser armazenada por várias semanas.

    O contato de curto prazo da pele com nitrogênio líquido não representa um perigo sério, pois uma almofada de ar com baixa condutividade térmica é formada no ponto de contato. É ela quem protege o tecido de lesões. O contato prolongado do nitrogênio com a pele, olhos ou membranas mucosas causa danos graves. Em caso de contato com a substância, a área afetada deve ser imediatamente lavada com água em abundância.

    Quando o nitrogênio evapora, ele se acumula no nível do piso da sala de trabalho devido à baixa temperatura e densidade mais alta que o ar. Despercebido por uma pessoa, uma alta concentração de uma substância é criada e a quantidade de oxigênio diminui. Isso afeta o bem-estar geral: o ritmo da respiração é perturbado e o pulso acelera. Com um desfecho grave da situação, a consciência fica perturbada e a capacidade de se mover é perdida. O perigo está no fato de que o envenenamento ocorre despercebido por uma pessoa, a vítima não está ciente da gravidade da situação. Portanto, as salas nas quais o nitrogênio é produzido ou usado devem estar equipadas com um sistema de ventilação confiável.

    Plantas modernas de separação de ar

    A empresa Sovremennye gazovye tekhnologii propõe recusar a compra desta substância, organizando sua produção independente. Nesse caso, o custo do nitrogênio resultante é 10 a 20 vezes menor do que o comprado. Caso sua instalação necessite de uma fonte própria de nitrogênio, nossos especialistas irão informá-lo sobre as especificações das plantas disponíveis. Ajudaremos você a fazer a melhor escolha de unidades, organizar sua entrega, instalação, comissionamento e comissionamento.

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    Azoto

    AZOTO-uma; m.[Francês] azoto do grego. an- - não-, sem- e zōtikos - dando vida]. Um elemento químico (N), um gás incolor e inodoro que não suporta a respiração e a combustão (compõe a maior parte do ar em volume e massa, é um dos principais nutrientes das plantas).

    ◁ Nitrogênio, th, th. Ah ácido. Ah, fertilizantes. Nitrogênio, th, th. Ah ácido.

    azoto

    (lat. Nitrogenium), um elemento químico do grupo V do sistema periódico. Nome do grego. a... é um prefixo negativo, e zōē é vida (não suporta respiração e queima). O nitrogênio livre consiste em moléculas 2-atômicas (N 2); gás incolor e inodoro; densidade 1,25 g/l, t pl -210ºC, t kip -195,8ºC. É quimicamente muito inerte, mas reage com compostos complexos de metais de transição. O principal componente do ar (78,09% do volume), cuja separação produz nitrogênio industrial (mais de 3/4 vai para a síntese de amônia). É usado como meio inerte para muitos processos tecnológicos; nitrogênio líquido - refrigerante. O nitrogênio é um dos principais elementos biogênicos que faz parte das proteínas e ácidos nucléicos.

    AZOTO

    NITROGÊNIO (lat. Nitrogênio - dando origem ao salitre), N (leia-se "en"), um elemento químico do segundo período do grupo VA do sistema periódico, número atômico 7, massa atômica 14,0067. Na sua forma livre, é um gás incolor, inodoro e insípido, pouco solúvel em água. Consiste em moléculas diatômicas de N 2 com alta resistência. Refere-se a não metais.
    O nitrogênio natural consiste em nuclídeos estáveis (cm. NUCLÍDEO) 14 N (teor de mistura 99,635% em massa) e 15 N. Configuração da camada eletrônica externa 2 s 2 2p 3 . O raio do átomo de nitrogênio neutro é 0,074 nm, o raio dos íons: N 3- - 0,132, N 3+ - 0,030 e N 5+ - 0,027 nm. As energias de ionização sucessivas de um átomo de nitrogênio neutro são 14,53, 29,60, 47,45, 77,47 e 97,89 eV, respectivamente. Na escala de Pauling, a eletronegatividade do nitrogênio é 3,05.
    Histórico de descobertas
    Foi descoberto em 1772 pelo cientista escocês D. Rutherford como um gás impróprio para respiração e combustão (“ar sufocante”) e, ao contrário do CO 2, não é absorvido por uma solução alcalina como parte dos produtos de combustão de carvão, enxofre e fósforo. Logo o químico francês A. L. Lavoisier (cm. Lavoisier Antoine Laurent) chegou à conclusão de que o gás "sufocante" faz parte do ar atmosférico, e propôs o nome "azote" para ele (do grego azoos - sem vida). Em 1784, o físico e químico inglês G. Cavendish (cm. Henry Cavendish) estabeleceu a presença de nitrogênio no salitre (daí o nome latino para nitrogênio, proposto em 1790 pelo químico francês J. Chantal).
    Estar na natureza
    Na natureza, o nitrogênio livre (molecular) faz parte do ar atmosférico (no ar 78,09% em volume e 75,6% em massa de nitrogênio), e na forma ligada - na composição de dois nitratos: NaNO 3 de sódio (encontrado no Chile , daí o nome salitre chileno (cm. NITRO CHILENO)) e potássio KNO 3 (encontrado na Índia, daí o nome salitre indiano) - e vários outros compostos. Em termos de prevalência na crosta terrestre, o nitrogênio ocupa o 17º lugar, representando 0,0019% da massa da crosta terrestre. Apesar do nome, o nitrogênio está presente em todos os organismos vivos (1-3% em peso seco), sendo o elemento biogênico mais importante. (cm. ELEMENTOS BIOGÊNICOS). Faz parte das moléculas de proteínas, ácidos nucléicos, coenzimas, hemoglobina, clorofila e muitas outras substâncias biologicamente ativas. Alguns micro-organismos chamados fixadores de nitrogênio são capazes de assimilar nitrogênio molecular do ar, convertendo-o em compostos disponíveis para uso por outros organismos. (cm. FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO)). A transformação de compostos de nitrogênio em células vivas é uma parte essencial do metabolismo de todos os organismos.
    Recibo
    Na indústria, o nitrogênio é obtido do ar. Para fazer isso, o ar é primeiro resfriado, liquefeito e o ar líquido é submetido à destilação (destilação). O ponto de ebulição do nitrogênio é ligeiramente menor (-195,8 ° C) do que o outro componente do ar - oxigênio (-182,9 ° C), portanto, quando o ar líquido é aquecido cuidadosamente, o nitrogênio evapora primeiro. O nitrogênio gasoso é fornecido aos consumidores na forma comprimida (150 atm. ou 15 MPa) em cilindros pretos com uma inscrição amarela "nitrogênio". Armazenar nitrogênio líquido em frascos Dewar (cm. NAVIO DEWAR).
    No laboratório, o nitrogênio puro (“químico”) é obtido pela adição de uma solução saturada de cloreto de amônio NH 4 Cl ao nitrito de sódio sólido NaNO 2 quando aquecido:
    NaNO 2 + NH 4 Cl \u003d NaCl + N 2 + 2H 2 O.
    Você também pode aquecer nitrito de amônio sólido:
    NH 4 NO 2 \u003d N 2 + 2H 2 O.
    Propriedades físicas e químicas
    A densidade do nitrogênio gasoso a 0 ° C é 1,25046 g / dm 3, nitrogênio líquido (no ponto de ebulição) - 0,808 kg / dm 3. O nitrogênio gasoso à pressão normal a -195,8 ° C se transforma em um líquido incolor e a -210,0 ° C - em um sólido branco. No estado sólido, existe na forma de duas modificações polimórficas: abaixo de -237,54 ° C, uma forma com uma rede cúbica é estável, acima - com uma hexagonal.
    A temperatura crítica do nitrogênio é -146,95°C, a pressão crítica é de 3,9 MPa, o ponto triplo está a uma temperatura de -210,0°C e uma pressão de 125,03 hPa, da qual se segue que o nitrogênio à temperatura ambiente não está em nenhuma temperatura. , mesmo pressão muito alta, não pode ser liquefeito.
    O calor de vaporização do nitrogênio líquido é 199,3 kJ/kg (no ponto de ebulição), o calor de fusão do nitrogênio é 25,5 kJ/kg (a –210 °C).
    A energia de ligação dos átomos na molécula de N 2 é muito alta e chega a 941,6 kJ/mol. A distância entre os centros dos átomos em uma molécula é de 0,110 nm. Isso indica que a ligação entre os átomos de nitrogênio é tripla. A alta resistência da molécula de N 2 pode ser explicada em termos do método do orbital molecular. O esquema de energia do preenchimento dos orbitais moleculares na molécula de N 2 mostra que apenas os orbitais s e p de ligação são preenchidos com elétrons. A molécula de nitrogênio não é magnética (diamagnética).
    Devido à alta resistência da molécula de N 2, os processos de decomposição de vários compostos de nitrogênio (incluindo o infame explosivo hexógeno (cm. HEXOGEN)) quando aquecido, batido, etc., levam à formação de moléculas de N 2. Uma vez que o volume do gás resultante é muito maior do que o volume do explosivo original, ocorre uma explosão.
    Quimicamente, o nitrogênio é bastante inerte e só reage com o lítio metálico à temperatura ambiente. (cm. LÍTIO) com a formação de nitreto de lítio sólido Li 3 N. Em compostos, apresenta vários graus de oxidação (de –3 a +5). Forma amônia com hidrogênio (cm. AMÔNIA) NH3. A hidrazina é obtida indiretamente (não a partir de substâncias simples) (cm. HIDRAZINA) N 2 H 4 e ácido nitroso HN 3 . Os sais deste ácido são azidas (cm. AZIDA). A azida de chumbo Pb (N 3) 2 se decompõe no impacto, por isso é usada como detonador, por exemplo, em primers de cartucho.
    Vários óxidos de nitrogênio são conhecidos (cm.ÓXIDOS DE NITROGÊNIO). O nitrogênio não reage diretamente com os halogênios; NF 3 , NCl 3 , NBr 3 e NI 3 foram obtidos indiretamente, assim como diversos oxihaletos (compostos que, além do nitrogênio, incluem átomos tanto de halogênio quanto de oxigênio, por exemplo, NOF 3 ).
    Os haletos de nitrogênio são instáveis ​​e se decompõem facilmente quando aquecidos (alguns - durante o armazenamento) em substâncias simples. Assim, NI 3 precipita ao drenar soluções aquosas de amônia e tintura de iodo. Já com um leve choque, um NI 3 seco explode:
    2NI 3 = N 2 + 3I 2 .
    O nitrogênio não reage com enxofre, carbono, fósforo, silício e alguns outros não metais.
    Quando aquecido, o nitrogênio reage com magnésio e metais alcalino-terrosos, e aparecem nitretos semelhantes a sais da fórmula geral M 3 N 2, que se decompõem com a água para formar os hidróxidos e amônia correspondentes, por exemplo:
    Ca 3 N 2 + 6H 2 O \u003d 3Ca (OH) 2 + 2NH 3.
    Os nitretos de metais alcalinos se comportam de maneira semelhante. A interação do nitrogênio com os metais de transição leva à formação de nitretos semelhantes a metais sólidos de várias composições. Por exemplo, quando o ferro e o nitrogênio reagem, formam-se nitretos de ferro da composição Fe 2 N e Fe 4 N. Quando o nitrogênio é aquecido com acetileno C 2 H 2, pode ser obtido cianeto de hidrogênio HCN.
    Dos compostos inorgânicos complexos de nitrogênio, o ácido nítrico é o mais importante. (cm.ÁCIDO NÍTRICO) HNO 3, seus sais são nitratos (cm. NITRATO), assim como ácido nitroso HNO 2 e seus sais de nitrito (cm. NITRITOS).
    Inscrição
    Na indústria, o gás nitrogênio é usado principalmente para produzir amônia. (cm. AMÔNIA). Como um gás quimicamente inerte, o nitrogênio é usado para fornecer um ambiente inerte em vários processos químicos e metalúrgicos, ao bombear líquidos inflamáveis. O nitrogênio líquido é amplamente utilizado como refrigerante (cm. REFRIGERANTE), é usado em medicina, especialmente em cosmetologia. Os fertilizantes minerais nitrogenados desempenham um papel importante na manutenção da fertilidade do solo. (cm. FERTILIZANTES MINERAIS).


    dicionário enciclopédico. 2009 .

    Sinônimos:

    Veja o que é "nitrogênio" em outros dicionários:

      - (N) elemento químico, gasoso, incolor, insípido e inodoro; é 4/5 (79%) do ar; bate peso 0,972; peso atômico 14; condensa em um líquido a 140°C. e uma pressão de 200 atmosferas; componente de muitas substâncias vegetais e animais. Dicionário… … Dicionário de palavras estrangeiras da língua russa

      AZOTO- NITROGÊNIO, químico. elemento, car. N (francês AZ), número de série 7, at. dentro. 14.008; ponto de ebulição 195,7°; 1 l A. a 0 ° e 760 mm de pressão. pesa 1,2508 g [lat. Nitrogenium ("dando origem ao salitre"), alemão. Stickstoff ("sufocando ... ... Grande Enciclopédia Médica

      - (lat. Nitrogenium) N, um elemento químico do grupo V do sistema periódico, número atômico 7, massa atômica 14,0067. O nome é do grego um prefixo negativo e vida zoe (não suporta respiração e queima). O nitrogênio livre consiste em 2 átomos ... ... Grande Dicionário Enciclopédico

      azoto- a m. azoto m. Árabe. 1787. Lexis.1. alquimia A primeira matéria dos metais é o mercúrio metálico. Sl. 18. Paracelso partiu para o fim do mundo, oferecendo a todos por um preço muito razoável seu Láudano e seu Azoth, para curar todos os possíveis ... ... Dicionário histórico de galicismos da língua russa

      - (Nitrogênio), N, elemento químico do grupo V do sistema periódico, número atômico 7, massa atômica 14,0067; gás, ponto de ebulição 195,80 shS. O nitrogênio é o principal componente do ar (78,09% em volume), faz parte de todos os organismos vivos (no corpo humano... ... Enciclopédia Moderna

      Azoto- (Nitrogênio), N, elemento químico do grupo V do sistema periódico, número atômico 7, massa atômica 14,0067; gás, pb 195,80 °С. O nitrogênio é o principal componente do ar (78,09% em volume), faz parte de todos os organismos vivos (no corpo humano... ... Dicionário Enciclopédico Ilustrado

      - (sinal químico N, peso atômico 14) um dos elementos químicos, um gás incolor que não tem cheiro nem sabor; muito pouco solúvel em água. Sua gravidade específica é 0,972. Pictet em Genebra e Calheta em Paris conseguiram condensar nitrogênio submetendo-o a alta pressão... Enciclopédia de Brockhaus e Efron

      N (lat. Nitrogenium * a. nitrogênio; n. Stickstoff; f. azoto, nitrogênio; e. nitrogênio), chem. elemento do grupo V periódico. sistemas de Mendeleev, at.s. 7, em. m. 14.0067. Inaugurado em 1772 pesquisador D. Rutherford. Em condições normais A.… … Enciclopédia Geológica

      Marido, química. base, o principal elemento do salitre; salitre, salitre, salitre; é também o principal, em quantidade, componente do nosso ar (nitrogênio 79 volumes, oxigênio 21). Nitrogenado, nítrico, nítrico, contendo nitrogênio. Os químicos distinguem... Dicionário explicativo de Dahl

      Organogen, nitrogênio Dicionário de sinônimos russos. nitrogênio s., número de sinônimos: 8 gases (55) não metálicos ... Dicionário de sinônimos

      AzotoÉ um gás que extingue uma chama porque não queima e não suporta a combustão. É obtido por destilação fracionada do ar líquido, armazenado sob pressão em cilindros de aço. O nitrogênio é usado principalmente para a produção de amônia e cianamida cálcica, e ... ... Terminologia oficial

    Livros

    • Testes de química. nitrogênio e fósforo. Carbono e silício. Metais. 9º ano Para o livro de G.E. Rudzitis. Padrão educacional estadual federal, Borovskikh Tatyana Anatolyevna, Este manual é totalmente consistente com o padrão educacional estadual federal (segunda geração). O manual inclui testes que cobrem 3 tópicos do livro de G. E. Rudzitis, ... Categoria: Manuais, testes, coleções de problemas em química Série: Kit de ensino Editor:

    A planta para produção de nitrogênio é um complexo de equipamentos, com a ajuda do qual o nitrogênio é concentrado do ar atmosférico. A concentração máxima de nitrogênio na saída é de 99,9999%. Este indicador pode ser ajustado dependendo da finalidade do gás.

    gerador de adsorção

    A produção ocorre através do fornecimento de ar comprimido sob pressão, que é bombeado por um compressor de ar de parafuso. O gerador está equipado com um sistema de filtragem e um secador. Neste caso, o secador de ar pode ser do tipo refrigeração ou adsorção, dependendo da finalidade e da concentração de nitrogênio necessária. No processo de produção, o ar comprimido passa por limpeza grossa e fina e por um secador, atingindo um ponto de orvalho de + 3C e uma classe de ar que atende à ISO 8573-1:2010-1.4.1. Em seguida, o ar é fornecido após a filtragem de vários estágios ao gerador. Na saída do equipamento de nitrogênio, obtemos gás pronto sob pressão de até 10 bar. A estação é composta por duas colunas contendo adsorvente para absorver o tipo de gás correspondente. Uma vez a cada 8-15 anos, o adsorvente precisa ser substituído, dependendo das condições de operação.
    Vantagens dos geradores de nitrogênio do tipo adsorção:

    • um grande recurso de trabalho;
    • início/parada rápido;
    • de facil operação;
    • compacidade;
    • alta fiabilidade;
    • o controle do operador durante a operação não é necessário;
    • automação completa;
    • a possibilidade de controle remoto através do site da General Gas.

    Gerador de membrana

    A separação de gases ocorre devido à membrana de separação de gases. O ar filtrado passa pelo módulo de membrana. O fluxo passa por milhares de fibras seletivas. O nitrogênio sai do lado reverso da membrana e o oxigênio sai através de suas paredes.

    A produção de nitrogênio envolve a instalação qualificada de toda a gama de equipamentos que exigem o cumprimento das normas de segurança.

    Os equipamentos de produção de nitrogênio fabricados pela General Gas utilizam componentes de fabricantes certificados e são testados para atender aos altos padrões de qualidade e segurança das unidades industriais.

    Este equipamento permite alcançar uma elevada eficiência energética na produção de azoto, que é utilizado em várias indústrias:

    • eletrônico;
    • Comida;
    • metalurgia;
    • farmacêutico;
    • metalúrgico;
    • óleo e gás;
    • petroquímica e química.

    Ao adquirir equipamentos para produção de nitrogênio em nossa empresa, você obtém preços favoráveis, garantia, entrega e instalação rápidas.

    Como escolher equipamentos para produção de nitrogênio?

    Para escolher o tipo de unidade de separação de ar, você precisa entender o que são:

    Para obter gases industriais do ar atmosférico, existem atualmente três tipos de unidades de separação de ar (ASUs):

    • Plantas de separação de ar do tipo criogênico.
    • Plantas de separação de ar do tipo adsorção.
    • Plantas de separação de ar por membrana.

    ASU do tipo criogênico é um conjunto de equipamentos que realiza processamento sequencial e resfriamento do ar atmosférico a temperaturas criogênicas e posterior separação por retificação em componentes: oxigênio, nitrogênio, argônio, criptônio, xenônio.

    As ASUs criogênicas são subdivididas:

    • Pequeno = 30 ÷ 300 m³/h;
    • Meio = 300 ÷ 3000 m³/h;
    • Alta > 3000 m³/h;

    A ASU do tipo adsorção é um conjunto de equipamentos que separa o ar atmosférico passando-o por uma peneira molecular, que, por sua estrutura, pode reter moléculas de gás. ASPs de adsorção são projetados para obter os principais produtos de separação no estado gasoso:

    • Oxigênio;
    • Azoto.

    O desempenho das plantas de adsorção não é limitado e depende do número de módulos utilizados, mas existem limitações na concentração (pureza) dos produtos de separação:

    • Concentração de gás oxigênio de saída até 98%
    • Concentração de gás nitrogênio de saída até 99,9995%

    As ASUs de membrana são um conjunto de equipamentos que separa o ar comprimido passando-o por módulos de membrana, nos quais é separado nos componentes principais: nitrogênio e oxigênio. ASPs de membrana são projetados para obter produtos de separação no estado gasoso. O desempenho das plantas de membrana depende do número de módulos de membrana usados.

    • A concentração de oxigênio gasoso na saída é de até 90%.
    • A concentração de nitrogênio gasoso na saída é de até 99,5%.

    Além disso, para obter gases gasosos no local de consumo, são utilizados gaseificadores criogênicos, que, por sua vez, convertem o crioproduto líquido (nitrogênio, oxigênio ou argônio) em estado gasoso.

    Nesse caso, qual ASP deve ser usado para obter NITROGÊNIO?

    Para selecionar uma VRU, você precisa conhecer os seguintes parâmetros:

    • Consumo de nitrogênio gasoso m³/h;
    • Pressão de nitrogênio, Bar;
    • Concentração de nitrogênio, % ou teor de oxigênio residual;
    • Consumo de pico, número de “picos”, duração e frequência;
    • Opção de local de instalação (exterior, interior…);
    • Comunicações existentes;
    • Distância do objeto;
    • Horário de trabalho (consumo);
    • Disponibilidade de funcionários.

    Vejamos um gráfico visual:

    No gráfico:

    1. Entrega em cilindros
    2. Entrega em líquido ou garrafas
    3. Entrega de líquidos
    4. ASUs criogênicos

    A escolha de uma fonte de nitrogênio é uma tarefa complexa e exigente; a eficiência dos processos produtivos e o custo do produto final dependem da escolha correta.

    No momento, o mercado de geradores de nitrogênio por adsorção está se desenvolvendo rapidamente e em áreas onde o nitrogênio gasoso é necessário, esse tipo de gerador apresenta o menor custo de produção de nitrogênio, que é de ~ 0,3 kW por 1 metro cúbico de nitrogênio.

    ^ 9.1 Informações gerais sobre nitrogênio

    Nitrogênio - do grego "sem vida", gás incolor sem cor e cheiro, peso atômico 14,0.

    Em 1772, o nitrogênio foi descoberto pelo escocês Rutherford. O nitrogênio não existe no estado livre na natureza. A. Lavoisier em 1787 estabeleceu que o ar contém gases "vitais" (que sustentam a respiração e a combustão, isto é, oxigênio) e gases "sufocantes". Em 1785 G. Cavendish mostrou que o nitrogênio faz parte do salitre. Mais tarde, eles descobriram a inércia do nitrogênio no estado livre e sua importante propriedade em compostos com outros elementos, ou seja, em um estado vinculado. O nitrogênio é o quarto elemento mais abundante (depois do hidrogênio, hélio e oxigênio) do sistema solar.

    O nitrogênio é um dos elementos mais abundantes na Terra. Principalmente concentrado na atmosfera. Na composição do ar, é superior a 78%. Os compostos naturais de nitrogênio são nitratos de sódio, geralmente encontrados em desertos (Chile, Ásia Central). O carvão contém 1-2,5% de nitrogênio.

    O nitrogênio é essencial para a vida dos organismos vivos. As proteínas vivas contêm 16-17% de nitrogênio.

    ^ 9.2 Propriedades físicas e químicas

    O nitrogênio é um pouco mais leve que o ar ? =1,2506 kg/m 3 em condições normais).

    Ponto de fusão -209,86º A PARTIR DE, ebulição -195,8 є A PARTIR DE.

    O nitrogênio é difícil de liquefazer.

    Parâmetros críticos: t kr\u003d -174.1ºС, p kr =34,6 kg/m 2 .

    Densidade do nitrogênio líquido ? e =808 kg/m 3 .

    É menos solúvel em água do que o oxigênio.

    O nitrogênio reage apenas com metais ativos (lítio, cálcio, magnésio). Com outros elementos - apenas em alta temperatura e na presença de um catalisador, inclusive com hidrogênio, formando NH 3 - amônia.

    O nitrogênio não agride o meio ambiente e não é tóxico. Mas uma longa permanência em uma sala com gás é prejudicial para os seres humanos, e respirar em um ambiente com um teor de oxigênio inferior a 19% é uma ameaça à vida.


      1. ^ Obtenção de nitrogênio do ar

    A principal massa de ar atmosférico é o nitrogênio (78,1%), então é óbvio que é mais racional obter nitrogênio do ar.

    Três métodos de produção de nitrogênio são usados ​​atualmente na indústria: separação de baixa temperatura, adsorção e tecnologias de membrana.

    ^ Tecnologia de baixa temperatura (criogênica) a separação do ar em componentes (nitrogênio, oxigênio, argônio e outros gases) é baseada na diferença nas temperaturas de ebulição (ou liquefação) do nitrogênio e do oxigênio durante o resfriamento profundo do ar.

    A liquefação de nitrogênio e oxigênio em condições industriais é realizada em plantas expansoras. O ar pré-comprimido e resfriado se expande em um expansor (pistão ou turbo expansor) a uma temperatura de -192º A PARTIR DE em que o ar é completamente liquefeito e se torna um líquido incolor. Se o ar líquido está agora ligeiramente aquecido
    (até -183ºC), então o nitrogênio evaporará dele e o oxigênio permanecerá na forma de líquido. Este processo é chamado de retificação do ar. Um processo tecnológico detalhado é discutido na seção sobre oxigênio. Deve-se notar que tanto o nitrogênio quanto o oxigênio são produzidos simultaneamente nessas plantas, que podem ser utilizados para diversos fins, em várias linhas tecnológicas.

    Estas instalações são de alto desempenho, mas de design complexo, estacionárias e de uso intensivo de energia. São utilizados em indústrias com alto consumo de nitrogênio, como a produção de amônia.

    Adsorção A tecnologia é baseada na adsorção - a absorção de substâncias em estado gasoso ou líquido pela superfície de corpos sólidos ou líquidos (adsorventes), na maioria das vezes sólidos.

    Um adsorvedor é um aparelho de adsorção no qual uma mistura gasosa passa por uma camada de um adsorvente poroso e dele são extraídas as substâncias necessárias. Os adsorventes são de ação periódica e contínua.

    Tais dispositivos possuem pequena capacidade e não são utilizados para produção de nitrogênio em escala industrial.

    ^ Tecnologia de membrana (uso de peneiras moleculares). O princípio da produção de nitrogênio usando esta tecnologia é baseado na separação de moléculas de nitrogênio do ar comprimido pré-limpo bombeado através da chamada unidade de membrana (ou gerador).

    As membranas têm a propriedade de permeabilidade seletiva - um método progressivo, eficiente e com baixo consumo de energia.

    A essência da tecnologia de membrana é a separação da mistura gasosa devido à diferença de pressões parciais nas superfícies externa e interna da membrana de polifibra. Cada componente tem sua própria taxa de penetração característica, que depende de sua capacidade de se dissolver na membrana e penetrar através dela. Gases "rápidos" (H 2 , CO 2 , O 2 , He, etc.) penetram rapidamente através da membrana do polímero. Os gases "lentos" (CO, N 2, CH 4, etc.) penetram fracamente na membrana e são descarregados para o exterior. A mistura de gases que passa através da membrana é chamada de permear .

    O diagrama do gerador de nitrogênio é mostrado na Figura 9.1. A unidade de separação por membrana é um cartucho cilíndrico, dentro do qual há um feixe de membranas tubulares de polifibra.

    Figura 9.1 - Cartucho de membrana e membrana

    Com a ajuda de tais dispositivos, é possível obter nitrogênio com pureza de 90 a 99,9% em quantidades bastante grandes: de 1500 a 5000 m 3 /hora .

    O surgimento de tecnologias de membrana levou a um rápido progresso no desenvolvimento de equipamentos e tecnologia de separação de ar. A principal vantagem da tecnologia de membranas: baixo consumo de energia, baixos parâmetros, compacidade e mobilidade das plantas contribuem para sua aplicação cada vez mais ampla.

    As áreas de uso de várias plantas de produção de nitrogênio são mostradas na Fig. 9.2.


    Figura 9.2 - Aplicações de várias plantas de nitrogênio

    9.4 Plantas de membrana de processo para produção de nitrogênio

    Com o uso do método de membrana para a produção de nitrogênio, nos últimos anos várias empresas líderes criaram plantas industriais bastante simples. O diagrama esquemático da instalação é mostrado na Figura 9.3.

    O ar aspirado da atmosfera é comprimido em uma estação de compressor de pistão ou parafuso até uma certa pressão de separação de gás ideal.

    Compr. Unidade de preparação de membrana

    bloco da estação aérea

    Figura 9.3 - Esquema de produção de nitrogênio usando esta tecnologia:

    F - filtro; K - compressor; FS - separador de filtro;

    OS - desumidificador; V/O - separador de umidade

    Ao escolher a pressão necessária, busca-se um compromisso: em baixas pressões é mais fácil, maior confiabilidade, mas dimensões muito grandes dos dispositivos, especialmente a unidade de membrana. E o custo dos módulos de membrana é muito alto. Em altas pressões, pode haver problemas de resistência e confiabilidade.

    O ar comprimido no compressor entra na unidade de preparação de ar, onde é resfriado, limpo de gotículas de líquidos (água, óleo), impurezas mecânicas e seco. O ar assim preparado entra na unidade de membrana, onde é separado em nitrogênio consumidor e permeado (uma mistura de oxigênio, vapor d'água, hidrogênio argônio, etc.), que é liberado na atmosfera. Como você pode ver, a instalação é ecologicamente correta, não prejudica o meio ambiente. Nos casos em que as instalações de membranas estacionárias são usadas em empresas industriais, o permeado como uma mistura de ar enriquecida com oxigênio pode ser útil, por exemplo, para soprar em vários tipos de dispositivos de combustão.

    Usando esta tecnologia, é possível obter nitrogênio com concentração de 99,9%, mas normalmente uma pureza de 90-98% é suficiente para aplicações tecnológicas.

    O custo médio de um litro de nitrogênio é 50% mais barato que o obtido pelo método tradicional de baixa temperatura (criogênico).

    O nitrogênio é produzido diretamente no local de seu consumo na quantidade necessária. Não há custos de armazenamento e transporte.

    Esta tecnologia tem vantagens indiscutíveis, incluindo: compacidade, mobilidade da estação, a separação do ar ocorre em um aparelho estático, e não em uma máquina expansora, a possibilidade de regulação profunda, etc. A desvantagem é o alto custo dos módulos de membrana e a exigência de um alto grau de purificação do ar fornecido aos módulos. O último requisito é difícil para os compressores. Compressores de pistão lubrificados e compressores convencionais de parafuso a óleo não são aceitáveis.

    A condição isenta de óleo é satisfeita pelos chamados compressores alternativos e de parafuso "secos" (sem lubrificação). Esses compressores existem. Estruturalmente, eles são muito mais complicados do que o normal e muito mais caros.

    Em compressores "secos" alternativos, o design das vedações se torna mais complicado, é necessário o uso de materiais especiais, etc.

    Compressores de parafuso "seco" têm um grau significativamente menor de aumento de pressão em uma carcaça do que os cheios de óleo, porque sem injeção de óleo de refrigeração
    (? = 2-3 vs 8-10). São mais volumosos. A exigência de uma folga de garantia entre os parafusos reduz a eficiência volumétrica do compressor.

    Em alguns casos, são usados ​​compressores de parafuso cheios de óleo no primeiro estágio de compressão e, em seguida, após a limpeza e separação do ar, é usado um compressor de reforço alternativo “seco”.

    Nessas plantas, além da principal operação tecnológica - obtenção de nitrogênio do ar, as seguintes operações são realizadas simultaneamente:

    Enriquecimento do ar com oxigênio (permeado);

    Ar seco.

    ^ 9.5 Estações de compressão de membrana de nitrogênio

    Instalações complexas desse tipo geralmente são feitas móveis em carros ou trailers, o que permite que você as entregue rapidamente no local de uso.

    Um exemplo é a estação móvel de rosca de membrana de nitrogênio AMVP-15/0,7 o C com capacidade de nitrogênio de 15 mm 3 /min e pressão de 0,7 MPa, concentração de nitrogênio de até 97%. Desenvolvido no VNIIkompressormash (Sumy) em 2003.

    Todo o equipamento é montado em uma carreta de 12 m de comprimento, composta por três blocos principais (Fig. 9.4).


    Figura 9.4 - Estação móvel AMVP

    A estação é controlada por um sistema de microprocessador.

    Acionamento - motor elétrico, compressor de pistão
    2 estágios, seco. Posteriormente, foram utilizados blocos de parafusos de compressão a seco. Tendo em conta os requisitos de mobilidade, a estação utiliza um sistema de ar comprimido refrigerado a ar.

    As estações foram usadas com sucesso para extinguir incêndios nas minas de Donbass. Para localizar e extinguir um incêndio subterrâneo, a estação forneceu nitrogênio à zona de combustão para criar uma atmosfera pobre em oxigênio.

    Outras aplicações das estações de membrana de nitrogênio incluem:

    – para o arranjo de poços de petróleo e gás, reparo e teste de dutos na indústria de petróleo e gás. Esta unidade está equipada com acionamento a diesel, não está conectada a linhas de energia, pode operar em qualquer condição do norte, a potência da estação é de 250 kW, o peso é de 9,3 toneladas, o comprimento é de 6 m;

    - garantir o armazenamento a longo prazo de grãos, vegetais, criando um ambiente inerte sem o uso de produtos químicos, o que retarda sua respiração. A vida útil aumenta em 2-3 vezes, sem perda de condição mesmo em +20 - 25 єС;

    – na indústria de energia nuclear – para purgar as camisas de resfriamento de turbogeradores NPP.

    ^ 9.6 Aplicações de nitrogênio

    A maior parte do nitrogênio livre extraído é usado para a produção industrial de amônia, que é então processada em ácido nítrico, fertilizantes e explosivos. É muito caro obter nitrogênio comercialmente puro em plantas de separação em grandes quantidades. Portanto, nessas indústrias, não é usado nitrogênio tecnicamente puro, obtido, por exemplo, pela retificação do ar, mas diretamente do ar atmosférico. Tal tecnologia será discutida no próximo tópico “Tecnologias para produção e uso de amônia”.

    O nitrogênio livre é usado em muitas indústrias:

    - como meio inerte ao testar dispositivos e máquinas, como compressores (trabalhos de VNIIkompressormash na criação de um PC e um comitê central do SVD) (Fig. 9.5);

    - para purgar aparelhos de tubulação e outros equipamentos que operam em gases explosivos (indústria de petróleo e gás) durante reparos, testes antes do enchimento com gás;

    - como meio de travamento "tampão" ao selar máquinas e aparelhos que operam com gases perigosos, cuja mistura com uma pequena quantidade de nitrogênio é permitida de acordo com as condições do processo tecnológico;

    - utilizado como gás de pulso nos sistemas de instrumentação e A de instalações que operam com gases perigosos (para elementos de automação pneumáticos quando é impossível usar dispositivos eletroautomáticos devido a uma possível faísca);

    - aumentar a produtividade de poços de gás e petróleo por ação de pulso de gás usando um gerador de nitrogênio - um vaso cheio de nitrogênio a uma pressão muito alta, que cria uma explosão local ao redor da parte de entrada do poço, formando muitas rachaduras e canais no formação sólida.

    O nitrogênio também é amplamente utilizado na tecnologia de engenharia.

    ^ Nitretação (nitretação) – saturação da superfície das peças metálicas para aumentar a dureza, resistência ao desgaste, limite de fadiga, resistência à corrosão.

    A nitretação dos aços ocorre em fornos selados a 500 - 650ºC em ambiente amoniacal. O processo é demorado. Para obter uma camada com uma espessura de 0,2 - 0,4 mm, são necessárias 20 - 50 horas. O aumento da temperatura acelera o processo, mas a dureza diminui.

    Figura 9.5 - Esquema de instalação para teste de PC e

    Comitê Central SVD sobre nitrogênio

    A nitretação é usada principalmente para aços ligados, especialmente ligas de cromo-alumínio, bem como aços contendo tungstênio e molibdênio. As ligas de titânio também são nitretadas, mas a 850-950º A PARTIR DE em um ambiente de nitrogênio puro.

    A capacidade de resfriamento profundo determina o uso de nitrogênio líquido em várias unidades de refrigeração, em engenharia mecânica para montagem - desmontagem de juntas com grande tensão, bem como em crioterapia em medicina.

    Para necessidades tecnológicas, o nitrogênio é obtido em estações de nitrogênio locais ou centralizadas.

    O nitrogênio é armazenado em suportes de gás, recipientes, cilindros.

    Geralmente é transportado em estado líquido, em vasos Dewar com isolamento térmico a vácuo. A cor dos vasos de nitrogênio é preta.

    ^ Perguntas de segurança para o tópico 9

    1 Cite as principais propriedades do nitrogênio que são praticamente importantes para a tecnologia.

    2 Cite os métodos industriais de obtenção de nitrogênio, suas vantagens, desvantagens, aplicações.

    3 Qual é a essência do método de separação de ar de baixa temperatura para produzir nitrogênio?

    4 Qual é a essência da planta de nitrogênio de membrana, explique seu funcionamento.

    5 Dê um diagrama de uma planta de membrana de nitrogênio, explique seu funcionamento.

    6 Quais são os requisitos para compressão de nitrogênio em compressores de membrana? Quais compressores atendem a esses requisitos.

    7 O que significa compressores "secos"? Quais são as características de seu dispositivo?

    8 Quais são as aplicações do nitrogênio livre na economia nacional?

    9 Por que o nitrogênio é usado na tecnologia de engenharia?

    10 Quais são as características de armazenamento, transporte e rotulagem de recipientes de nitrogênio?

    Bibliografia

    1. Atroshchenko V.I. Curso de tecnologia de nitrogênio vinculado / V.I. Atroshchenko e outros. -M.-L.: Química, 1968.

    2. Livro de referência do operador de nitrogênio. -M.-L.: Chemistry, 1969. - Vol. I e II.

    3. Glizmanenko D.L. Obtenção de oxigênio / D.L. Glizmanenko - M.: Química, 1972.–752p.

    Tema 10^ OXIGÊNIO E SUAS APLICAÇÕES

    10.1 Informações gerais sobre oxigênio

    O papel do oxigênio em nossas atividades de vida e produção não pode ser superestimado. Sem oxigênio, não há vida. Sua principal propriedade é a capacidade de oxidar. A combustão é o processo oxidativo mais importante. Mesmo os antigos chineses, e mais tarde Leonardo da Vinci (1452-1519), acreditavam que o ar contém um componente que é consumido durante a combustão.

    O oxigênio foi descoberto no início do século XVIII. pelo inventor holandês K. Drebbel, que o usou para seu submarino, mantendo um profundo segredo.

    Lomonossov M.V. em 1756, provou que a combustão-oxidação é a adição de uma parte do ar à substância, e não da matéria ígnea, como se pensava anteriormente. O químico francês V. Lavoisier deu o nome ao elemento e desenvolveu a teoria da combustão e oxidação. O oxigênio puro foi isolado pelo sueco N. Scheele em 1770 por aquecimento de salitre, nitrato de magnésio, etc.

    O oxigênio é o elemento mais abundante na natureza em peso. Seu conteúdo em peso é:

    No ar 23 %;

    Na água 86 %;

    Na crosta terrestre 47 %.

    A principal massa de oxigênio está contida em um estado ligado principalmente na atmosfera terrestre.

    ^ 10.2 Propriedades do oxigênio

    10.2.1 Propriedades físicas

    O oxigênio é um gás incolor, inodoro e insípido.

    Peso atômico 16.

    Temperatura de espessamento (liquefação) - 182,98 o C à pressão atmosférica, forma-se um líquido azul pálido.

    temperatura de cura - 218,7 em torno de C, cristais azuis são formados.

    Temperatura critica - 118,84 sobre C .

    pressão crítica 49,71 atm.

    Densidade do gás (a 760 mm Hg, 0 o C) ? =0,00143 g/cm.

    Densidade do oxigênio líquido (- 182,98C) ?=1,1321 g/cm .

    Densidade do oxigênio sólido (-252,5 C)?=1,4256 g/cm .

    Sob a ação dos raios ultravioleta, ele se decompõe em átomos.

    Em uma descarga silenciosa, o ozônio é formado - O 3 .

    Bons absorventes são metais nobres e carvão.

    O oxigênio em qualquer estado de agregação tem uma suscetibilidade magnética, ou seja, suas partículas são atraídas para os pólos magnéticos.

    O oxigênio é altamente solúvel em solventes orgânicos (gasolina, acetona, éter).

    ^ 10.2.2 Propriedades químicas

    O oxigênio forma compostos com todos os elementos químicos, exceto gases nobres. Reage diretamente com todos os elementos, exceto halogênios e metais nobres. A velocidade da reação de oxidação depende da natureza da substância oxidada, temperatura e condições de mistura. Quanto maior a temperatura, mais rápida a reação de oxidação. Por exemplo, o hidrogênio à temperatura ambiente praticamente não reage com o oxigênio, e em t=700-800 o C sua mistura com oxigênio explode.

    Os aceleradores de reação são catalisadores. Um excelente catalisador é a água.

    Os gases combustíveis formam misturas altamente explosivas com o oxigênio, e seus vapores podem ser oxidados em contato com o oxigênio puro e, sob certas condições, inflamar-se espontaneamente com uma explosão. Com o aumento da pressão e da temperatura, aumenta o risco de auto-ignição e explosão de misturas de substâncias combustíveis com oxigênio. A ignição em um espaço fechado de substâncias combustíveis porosas (pó de carvão, turfa prensada, lã) impregnadas com oxigênio líquido é acompanhada por uma explosão de grande poder destrutivo.


      1. ^ Tecnologia de produção de oxigênio

    O oxigênio pode ser obtido: 1) por meios químicos;
    2) eletrólise da água; 3) separação do ar pelo método de resfriamento profundo.

    A produção industrial de oxigênio é realizada por resfriamento profundo, compressão e destilação (separação em componentes) em instalações especiais. Uma configuração típica é mostrada na fig. 10.1. Essas unidades usam compressores para fornecer ar comprimido.

    Retificação- o processo de separação do ar líquido em oxigênio líquido e nitrogênio gasoso, realizado em aparelhos especiais - colunas de reatores.

    Na parte inferior da coluna, o ar é pré-separado em ar enriquecido contendo 40%O 2 e nitrogênio líquido (97-98%), recolhidos nas bolsas do condensador.

    O ar enriquecido é alimentado no topo da coluna, onde ocorre a destilação final para obter
    99-99,5%O 2 e 97-98%N 2 . O consumo de energia para a produção de 1 nm 3 de oxigênio técnico é 0,65-1,5 kWh.

    As plantas de resfriamento profundo são usadas para produzir oxigênio líquido usando pressão
    180-200atm e posterior expansão em expansor de pistão ou ar de baixa pressão (6 atm) com expansão em turboexpansor (método do acadêmico P.L. Kapitsa).


    Figura 10.1 - Esquema de uma planta de destilação para produção de oxigênio líquido

    O ciclo Kapitza ciclo de refrigeração baseado no uso de ar de baixa pressão e obtenção do frio necessário apenas expandindo este ar em uma turbina de ar (expansor) com a realização de trabalhos externos. O esquema da instalação que implementa tal ciclo é mostrado na Fig. 10.2

    Figura 10.2 - Esquema do ciclo Kapitza para obter

    ar líquido:

    1 - turbocompressor; 2 - regeneradores; 3 – turboexpansor;

    4 - capacitor

    As características do ciclo são:

    Não alta compressão de ar (até 0,6 - 0,7 MPa) no compressor;

    Uso de ar frio do condensador em um trocador de calor regenerativo;

    Expansão de ar comprimido em um turbo expansor;

    Este ciclo foi desenvolvido em 1930 e é amplamente utilizado na prática devido à sua alta eficiência energética.

    Do ar liquefeito, o oxigênio e o nitrogênio são obtidos por retificação.

    Junto com obter O 2 e N 2 em instalações de resfriamento profundo, obtêm-se também os gases contidos no ar: argônio, neônio, criptônio, xenônio.

    Hoje, instalações com capacidade de 1000 antes da
    20.000 m 3 /hora oxigênio. Ao mesmo tempo, os regeneradores são usados ​​como trocadores de calor, o que permite comprimir a quantidade principal de ar apenas até 4,5-5,5 atm, o que reduz o consumo específico total para a produção de oxigênio gasoso para 0,45-0,55 kWh.

    Existe todo um ramo da economia nacional - a indústria do oxigênio, que produz oxigênio técnico como produto comercializável, e oxigênio tecnológico (ou seja, para necessidades próprias, por exemplo, em siderúrgicas).

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