Совет 1: Как можно разделить воздух на составляющие его компоненты

Воздух состоит из множества газов. Больше всего в нем содержится азота, на втором месте – кислород. Примерно 1,3% составляет инертный газ аргон. На долю целого ряда других газов, включая углекислый СО2, остается менее одной десятой процента. Можно ли как-то разделить воздух на составляющие его компоненты? Например, на два основных: азот и кислород.
Инструкция
1
Это осуществляется с помощью так называемых воздухоразделительных установок (ВРУ). Метод разделения основан на том, что каждый сжиженный компонент воздуха кипит при определенной, отличающейся от других, температуре. Любая подобная установка состоит из двух секций: в первой из них воздух сжижают, а во второй разделяют на фракции.
2
Сначала воздух осушают и очищают от пыли, потом сильно сжимают с помощью компрессора и пропускают последовательно через ряд теплообменников. В результате он очень сильно охлаждается. После чего его пропускают через расширительную камеру. Из-за резко увеличившегося объема происходит конденсация воздуха. Образовавшаяся жидкость стекает в резервуар, а оттуда попадает во вторую разделительную секцию.
3
Чтобы разделить воздух на составляющие компоненты, используют ректификационные колонны, а также теплообменники и конденсаторы-испарители. Их количество зависит от того, какой газ необходимо получить. Например, если нужен только азот, потребуется одна ректификационная колонна и один теплообменник. Сжиженный воздух после теплообменника поступает в среднюю часть ректификационной колонны, где разделяется на газообразную часть, состоящую из очень чистого азота (содержание основного вещества почти 100%), и жидкость, стекающую в нижнюю («кубовую») часть колонны. Эта жидкость состоит из азота, кислорода и аргона.
4
А если помимо азота необходимо получить кислород? Тогда вам понадобятся две ректификационные колонны, соединенные последовательно. И в первой колонне (нижней), и во второй (верхней) происходит отделение чистого газообразного азота. Жидкий кислород из кубовой части верхней колонны поступает в конденсатор-испаритель, где происходит его теплообмен с газообразным азотом, образовавшимся в нижней колонне. В результате кислород становится газообразным.

Совет 2: Как получить сжиженный газ

Сжиженный природный газ востребован в различных областях деятельности человека - в промышленности, в автомобильном транспорте, в медицине, в сельском хозяйстве, в науке и пр. Немалую популярность сжиженные газы завоевали за счет удобства их использования и транспортировки, а также экологической чистоты и невысокой стоимости.
Инструкция
1
Перед сжижением углеводородного газа его необходимо предварительно очистить и удалить водяной пар. Углекислый газ удаляют, используя систему трехступенчатых молекулярных фильтров. Очищенный таким образом природный газ в небольших количествах используется в качестве регенерационного. Восстанавливаемый газ либо сжигается, либо применяется для получения электроэнергии в генераторах мощности.
2
Просушивание происходит с помощью 3-х молекулярных фильтров. Один фильтр поглощает водяной пар. Другой сушит газ, который далее нагревается и проходит через третий фильтр. Для понижения температуры газ пропускается через водяной охладитель.
3
После очистки и сушки природного газа начинается процесс его сжижения, который последовательно осуществляется по стадиям. Природный газ на каждой стадии сжижения уплотняется от 5 до 12 раз, далее охлаждается и переходит на другую стадию. При завершении последней стадии сжатия с охлаждением происходит собственно сжижение природного газа. Объем его уменьшается примерно в 600 раз.
4
Получить сжиженный газ можно несколькими способами: турбодетандерным, азотным способом, смешанным и др. При турбодетандерном способе на ГРС получают сжиженный природный газ, используя энергию перепада давления. К плюсам этого метода можно отнести небольшие энергозатраты и капиталовложения. А к минусам – низкий КПД сжижения, зависимость от стабильного давления, негибкое производство.
5
Азотный способ подразумевает производство сжиженного углеводородного газа из любых газовых источников. К преимуществам этого метода можно отнести простоту технологии, высокий уровень безопасности, гибкость производства, легкость и малозатратность эксплуатации. Ограничения этого метода - необходимость источника электроэнергии и высоких капитальных затрат.
6
При смешанном способе производства сжиженного газа в качестве хладагента используют смесь азота и метана. Получают газ также из любых источников. Этот метод отличается гибкостью производственного цикла и небольшими переменными затратами на производство. Если сравнивать с азотным способом сжижения, здесь капитальные затраты более существенны. Также необходим источник электроэнергии.
Источники:
  • Что такое сжижение газов?
  • Сжиженный газ: получение, хранение и транспортировка
  • что такое сжиженный газ

Совет 3: Как можно разделить воздух

Воздух по своему составу неоднороден. Это смесь, состоящая в среднем из 78% азота, 21% кислорода, 1% аргона и незначительного количества углекислого газа, паров воды, благородных газов, пыли. Азот, кислород и аргон используются в промышленности и медицине. И воздух является сырьем для их получения. Существуют три основных метода разделения воздуха на газы.
Инструкция
1
Метод низкотемпературной дистилляции основан на разнице температур кипения газов, составляющих воздух. Так температура кипения азота при атмосферном давлении – около (-196)оС, аргона – (-186)оС, кислорода – (-183)оС. Этот способ позволяет получить наиболее чистые компоненты, но осуществим только в условиях крупного предприятия. Процесс протекает в специальных воздухоразделительных установках.
2
На первом этапе воздух сжимают компрессором и очищают от пыли, паров воды, углекислого газа. Углекислый газ замерзает при относительно высокой температуре. Его отделение происходит в воздухоохладителях, где он вместе с остатками водяных паров оседает на поверхностях аппарата. Также углекислый газ иногда отделяют химической реакцией с гидроксидом калия или натрия.
3
Затем воздух сжижают, снижая температуру при повышенном давлении. Сжиженный воздух поступает в ректификационные колонны, где разделяется на азот, с небольшими примесями неона и гелия, и смесь кислорода с аргоном. Для высокой степени очистки для каждого компонента на предприятиях предусматривается ряд таких колонн.
4
Метод адсорбции применяет вещества – адсорбенты, выборочно поглощающие определенный компонент. Затем в процессе регенерации поглощенное вещество высвобождается и выводится в атмосферу. Процесс осуществляется в установках, состоящих из двух колонн-адсорберов. Этот способ позволяет получить продукты – кислород или азот – относительно высокой чистоты при средних капитальных затратах.
5
Мембранный метод – это разделение воздуха с помощью мембран – полупроницаемых перегородок, избирательно пропускающих молекулы отдельных компонентов. В современных газоразделительных установках используются мембраны из пористого полимерного волокна. Этот метод хорош для разделения небольших объемов воздуха, но неэкономичен для крупного производства. Также недостатком является сравнительно низкая степень чистоты продукта.
Видео по теме
Источники:
  • разделение воздуха

Совет 4: Из чего состоит воздух

Воздух состоит из кислорода, азота, водяного пара и других газов. В городах воздух загрязнен и наполнен выхлопными газами, пылью, гарью. Так как молекулы кислорода и азота легче молекул вредных газов, воздух внизу всегда более загрязнен.
Инструкция
1
Воздух представляет собой смесь газов. В составе воздуха находится азот в количестве 78%, кислород – 20%, аргон – 0,9%, двуокись углерода, водяной пар, водород, аммиак, сероводород, ксенон, гелий и другие газы.
2
Кислород является самым важным элементом для жизни всех живых организмов на планете. Именно кислород поглощают легкие человека. Выдыхает человек углекислый газ, который в совокупности с водяным паром увеличивает температуру воздуха.
3
Озон является преградой для агрессивного ультрафиолетового излучения. Снижение уровня озона может пагубным образом сказаться на жизнедеятельности организмов на Земле. Кроме того, озон разбавляет кислород, который в чистом виде не пригоден для жизни живых существ.
4
Количество других газов в атмосфере невелико. Однако при превышении норм предельно допустимой концентрации данных веществ живые организмы, а люди в частности, могут существенно пострадать. Так, аллергические реакции человеческого организма нередко связаны с реакцией на новые вещества, которые, благодаря техническому прогрессу, появляются в атмосфере.
5
Воздух в больших городах, кроме основных элементов, наполнен летучими органическими загрязнителем, токсичными газами, табачным дымом, смогом, выхлопными газами транспорта, пылью и аэрозолями, бактериальными загрязнителями, угольно-адсорбционными фильтрами, вирусами, бактериями, грибками, плесенью.
6
Молекулы более тяжелых газов скапливаются внизу, а более легких - поднимаются вверх. Так как сернистые и выхлопные газы тяжелее кислорода и азота, чем выше находится человек, тем лучше ему дышать, например, самый свежий воздух в горах. Количество водяного пара определяет влажность воздуха. Даже в пустыне воздух содержит водяной пар, но в меньших количествах. В тропических лесах, напротив, водяного пара содержится много. От количества водяного пара зависит самочувствие человека в тех или иных условиях. Так, при минимальной влажности становится трудно дышать, а при высокой влажности очень тяжело переносятся высокие и низкие температуры.
7
Воздух на Земле имеет одинаковый химический состав до верхнего слоя атмосферы - тропосферы. На высоте свыше 18 миль находится слой горячего воздуха. Еще выше располагается слой, именуемый ионосферой, которая состоит из наэлектризованных Солнцем частиц. Данные частицы формируют слой плазменного воздуха, защищающего Землю от внешнего магнитного поля.
Видео по теме

Совет 5: Как увидеть воздух

Как правило, люди не замечают окружающего их воздуха. В обычных условиях он абсолютно прозрачен, не имеет вкуса и запаха, можно лишь почувствовать его движение. Однако в агрегатных состояниях, отличающихся от газового, на границах раздела сред, а также в определенных условиях воздух можно увидеть.
Вам понадобится
  • - трубка;
  • - емкость с водой;
  • - мощный источник света;
  • - мощный источник тепла.
Инструкция
1
Осуществите простой опыт по наблюдению воздуха. Возьмите емкость с водой, опустите в нее один конец небольшой пластмассовой трубки и подуйте с другой ее стороны. Вы увидите пузырьки воздуха, проходящие сквозь воду. Несмотря на то, что воздух и вода абсолютно прозрачны, пузырьки видны. Это происходит благодаря разной оптической плотности данных веществ, что обуславливает частичное отражение и преломление света на границах раздела сред.
2
Проведите эксперимент, позволяющий наблюдать тени конвекционных потоков воздуха. Возьмите очень яркую настольную лампу. Направьте ее на светлый экран. Это может быть лист ватмана или просто стена со светлыми обоями. Между лампой и экраном поместите мощный источник тепла. Можно воспользоваться электрическим обогревателем, имеющим открытую спираль. На экране будут видны хаотично двигающиеся тени. Данный эффект обусловлен различной оптической плотностью воздуха при разных температурах. Вследствие этого возникает неравномерное преломление световых лучей на границах соприкосновения теплых и холодных воздушных масс.
3
Увидеть можно и жидкий воздух. При нормальном атмосферном давлении и температуре около -190°C он переходит в соответствующее агрегатное состояние. Сжижение воздуха производится на специальных установках методом повышения давления с постоянным охлаждением.
4
Наблюдать воздух можно в состоянии сильной ионизации. Он будет светиться. Подобный эффект возникает, например, во время грозы в виде огней святого Эльма, представляющих собой коронные разряды вблизи острых проводников, таких как металлические шпили на мачтах кораблей или высоких башен. Для возникновения коронных разрядов нужна достаточно высокая напряженность электрического поля. Но сегодня подобные разряды можно получить в лабораторных условиях.
5
Воздух можно увидеть, если перевести его в состояние плазмы путем очень сильного нагревания. Он начнет светиться. Подобный эффект наблюдается при атмосферном ядерном взрыве. Применив разложение излучения нагретого воздуха при помощи оптической системы на основе призм, можно увидеть «свечение» отдельных составляющих его газов.
Видео по теме
Полезный совет
Ректификация – это процесс разделения жидких смесей на составные компоненты, осуществляемый путем многократного испарения жидкости.
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500
к
Honor 6X Premium
новая премиальная версия
узнать больше