Рідкий кисень - активна, рухлива (має меншу в'язкість, ніж вода) субстанція блакитного кольору з яскраво вираженими парамагнітними властивостями. Цю речовину вдалося отримати наприкінці 19 століття, і відтоді вона знайшла застосування у багатьох галузях, таких як медицина чи різні галузі промисловості.
Незважаючи на те, що рідкий кисень сам по собі не шкідливо впливає на екологію, не виділяє токсичні речовини, не горить і не вибухає, роботи з ним вимагають дотримання техніки безпеки. Справа в тому, що цей елемент є каталізатором сильного окислення інших матеріалів, що якраз і може призвести до займання чи вибуху інших речовин в умовах повітря, насиченого киснем. Тому приміщення, в яких проводяться роботи, мають бути оснащені датчиками контролю газової атмосфери та спеціальною витяжною вентиляцією.
Необхідно знати, що тривала дія повітря, що містить високий відсоток кисню, може викликати ураження органів дихання. У цих приміщеннях не можна курити і, в принципі, неприпустимо використовувати відкритий вогонь. Одяг людини, яка працювала в лабораторії з високим, повинна провітрюватися не менше півгодини. Крім того, при використанні цієї речовини необхідно дотримуватись загальних правил безпеки під час роботи з кріогенними речовинами.
Одним із найсерйозніших недоліків цієї субстанції є її холодогенні властивості, через що її складно використовувати при роботі з матеріалами, які при сильному охолодженні різко змінюють свої характеристики. Температура рідкого кисню за нормального атмосферного тиску становить -183°С. Замерзає цей хімічний елемент при -218,8 ° С, після чого перетворюється на блідо-блакитні кристали.
Рідкий кисень застосовується:
Як окислювач зазвичай, спільно з воднем або гасом;
У медицині як препарат для виготовлення для забезпечення необхідного мікроклімату, заправки спеціального обладнання, при виготовленні препаратів для посилення росту мікроорганізмів і т. п.;
У машинобудівній галузі рідкий кисень застосовується для різних способівта різання металів;
У металургійній галузі використовується для виробництва сталі, сплавів та кольорових металів, а також при відновленні заліза;
Застосовується поліпшення екологічної обстановки: очищення води, вторинна переробка матеріалів, окислення відходів;
У хімічній галузі використовується для виробництва оксиліквітів (вибухівка, в даний час рідко застосовується), різних кислот, ацетилену та целюлози, а також при конверсії природного газу чи метану.
Де купити і кисень?
Жодних проблем із придбанням цих речовин не повинно виникнути - зріджені гази можна купити в будь-якому місті або замовити їх доставку. Інша річ, що ці речовини поставляються у великих балонах об'ємом близько 40 літрів, тому для домашніх потреб доведеться пошукати інші варіанти.
Рідкі кріогенні продукти (рідкі кисень, азот та аргон) мають дуже низьку температуру кипіння (при атмосферному тиску близько 90 К і нижче), що спричиняє основні небезпеки при їх застосуванні. По-перше, це фізіологічна небезпека при роботі на кріогенному обладнанні та з рідкими та газоподібними кріогенними продуктами (можливість обморожування). Людське тілоВ основному складається з води. При низьких температурах вода замерзає і лід, що утворюється, пошкоджує і руйнує біологічні тканини. Тому коли поверхня тіла стикається з кріогенними рідинами і газами, що знаходяться при кріогенних температурах, а також з охолодженими поверхнями (особливо металевими), відбуваються так звані «холодні опіки». Поразка тіла дуже нагадує опік, ступінь якого залежить від часу контакту з охолодженими предметами або кріогенними рідинами та інших факторів. Недостатньо захищені частини тіла при зіткненні з неізольованими поверхнями, охолодженими до кріогенних температур, можуть швидко до них примерзнути, а при відсмикуванні можливе значне пошкодження шкірного покриву. Дуже небезпечна робота з кріогенними продуктами у вологому одязі або рукавицях, оскільки це може призвести до обмороження. Особливу чутливість до низьких температур мають слизові оболонки очей, носа, ротової порожнини та гортані. Тому дуже небезпечно вдихання холодного повітря, що може призвести до серйозних захворювань легень. Перша ознака обморожування - втрата чутливості, що зазвичай супроводжується зміною кольору обморожених ділянок тіла до восковидного і блідо-жовтого. Після відтавання обморожене місце стає дуже болючим, на шкірі з'являються бульбашки, дуже схильні до інфекції.
Робота при кріогенних температурах вимагає особливої уваги до конструкційних матеріалів, оскільки в таких умовах у багатьох з них суттєво змінюються фізико-механічні властивості. Для широко застосовуваних конструкційних матеріалів при зниженні температури такі характеристики, як тимчасовий опір, межа плинності, межа втоми, як правило, підвищуються, але знижуються показники пластичності і, що найважливіше, ударна в'язкість. В результаті у багатьох металевих матеріалів за низьких температур з'являється схильність до крихкого руйнування (руйнування без помітної макропластичної деформації, явище хладоламкості). До таких матеріалів відносяться вуглецеві та низьколеговані сталі. При цьому ударна в'язкість знижується настільки, що застосування сталі цієї групи при температурах нижче 230 К неприпустимо.
Кріогенні рідини зберігаються та транспортуються у спеціальних судинах з якісною теплоізоляцією (порошково-вакуумною або екранно-вакуумною). Про те, для якого кріогенного продукту призначена судина, свідчать забарвлення судини та напис на ньому. При необхідності їх застосування для іншого кріогенного продукту виконуються спеціальні, обумовлені в технічній документації виробника заходу, що включають, наприклад, при переході з азоту на знежирення кисень внутрішніх порожнин і випарника.
Враховуючи, що при зберіганні рідких кріогенних продуктів у судинах відбувається їх постійне випаровування, треба вживати заходів, що унеможливлюють зростання тиску в судині. З цією метою судини повинні бути оснащені запобіжними клапанами або запобіжними мембранами. За їх відсутності вихід газу із посудини має бути постійно відкритим.
Неприпустимим є швидке нагрівання рідких кріогенних продуктів у судинах з вузькою горловиною. Працювати з рідкими кріогенними продуктами слід дуже обережно, не допускаючи їх розбризкування та закипання. Персонал, який проводить такі роботи, повинен бути одягнений у чистий спецодяг, у якому відсутні зовнішні кишені, мати окуляри та рукавиці, штани повинні бути одягнені поверх взуття. Попадання випадкових предметів у ванни та судини з рідкими кріогенними продуктами має бути повністю виключено. Заповнювати судини рідким кріогенним продуктом слід обережно, не допускаючи інтенсивного закипання рідини. Особливо це стосується судин з відкритою горловиною, тому що при їх швидкому заповненні можливе викидання рідини в приміщення. Кількість рідкого кріогенного продукту, що заливається в резервуар, не повинна перевищувати рідкого кисню 1,08, а для рідкого азоту 0,77 кг/дм3 місткості.
Переливання рідких кріогенних продуктів з одного резервуара до іншого та заповнення їх із транспортних резервуарів повинно проводитись на бетонних майданчиках. Виробляти сливоналивні операції з кріопродуктами на майданчиках, покритих асфальтом, категорично заборонено через те, що система асфальт — рідкий кисень (або рідина, збагачена киснем) вибухонебезпечна і має дуже малу енергію запалювання.
При переливанні рідких кріогенних продуктів у судини невеликої ємності або судини Дьюара слід користуватися спеціальними лійками. Верхня частина вирви повинна бути частково закрита для зменшення розбризкування рідини. При переливанні рідких кріогенних продуктів металеві шланги слід застосовувати для одного рідкого кріогенного продукту. Застосування шлангів для одного, а потім іншого рідкого кріогенного продукту не допускається. Шланги, які не використовують, повинні бути закриті заглушками для запобігання їх забрудненню та проникненню води. Стан шлангів слід регулярно перевіряти. Після закінчення переливання рідкий кріогенний продукт повинен бути повністю видалений зі шлангів, щоб уникнути їх розриву у разі герметичного закриття з обох кінців.
При експлуатації судин і резервуарів з рідкими кріогенними продуктами необхідно постійно звертати увагу на стан трубопроводів і пристроїв, за якими з них відводиться пара, що утворюється. Відомі неодноразові випадки, коли внаслідок виморожування атмосферної вологи та утворення льоду на внутрішніх поверхняхгорловин судин Дьюара та всередині скидних трубопроводів тиск у судинах підвищувався до небезпечних значень.
Відбір проб рідких кріогенних продуктів на аналіз слід здійснювати попередньо охолоджені судини. Заповнювати судини треба повільно, не допускаючи викидання рідини з горловини. Рідкі кріогенні продукти мають температуру 77-90К (196-183 ° С). У зв'язку з цим поводитися з ними слід обережно. Потрапивши на шкіру, вони швидко розтікаються на поверхні та викликають сильне охолодження, що може призвести до обмороження. Особливо небезпечне потрапляння крапель зріджених газів у вічі, що призводить до серйозних травм. Короткочасна дія крапель рідкого кріогенного продукту на шкіру не викликає її пошкодження через дуже малу теплоємність зріджених газів. Однак небезпека обморожування істотно зростає при потраплянні крапель рідкого кріогенного продукту за комір одягу або всередину взуття. При роботі з рідким кріогенним продуктом необхідно захищати очі лицьовим щитком або захисними окулярами, що мають бічні щитки. Верхній одяг має бути наглухо закритий, а штани повинні закривати взуття. Небезпечний дотик руками до предметів та стінок судин, охолоджених кріогенними рідинами. У зв'язку з цим операції з заливання, переливання та перенесення рідких кріогенних продуктів слід проводити в азбестових, шкіряних або брезентових рукавицях, які слід надягати на руку вільно, щоб при необхідності їх можна було легко скинути. У разі потрапляння рідких кріогенних продуктів на незахищену ділянку тіла його слід негайно обмити водою.
У приміщеннях, де ведуться роботи з рідкими кріогенними продуктами, має бути організована хороша вентиляція та контроль за вмістом кисню у повітрі приміщення. Слід мати на увазі, що кисень і аргон при кімнатній температурі значно важчі за повітря. Тому при витоках у приміщення вміст цих газів у приямках і траншеях можуть бути значно вищими за вмісти в приміщенні. Цим зумовлюється необхідність контролю за вмістом кисню в приямках і траншеях перед доступом туди людей до виконання будь-яких робіт. Після закінчення робіт з рідкими кріогенними продуктами або перерві в роботах на значний час судини з рідкими кріо-продуктами з приміщення необхідно видалити, а з відкритих ванн та судин кріопродукти слід злити. Якщо з будь-яких причин судини з кріопродуктами залишені в закритому приміщенні, вхід до нього персоналу може бути допущений тільки після контролю вмісту кисню в приміщенні. Категорично забороняється виливати рідкі кріогенні продукти на підлогу приміщень через те, що випаровування їх призводить до значного забруднення атмосфери приміщення, а також охолодження перекриттів, що може призвести до руйнування останніх. Злив у приміщенні рідкого кисню може призвести до пожежі або вибуху. Невикористані рідкі кріогенні продукти необхідно зливати у спеціальні випарники чи резервуари. Злив їх на грунт неодноразово приводив до сильних вибухів, так як кріогенні рідини поступово просочують грунт і можуть проникати на значну глибину, досягаючи горючі предмети, що знаходяться там. У приміщеннях, де проводять роботи з рідкими кріогенними продуктами, мають бути забезпечені необхідна вентиляція та регулярний контроль за вмістом кисню у повітрі. Проведення будь-яких робіт забороняється, якщо вміст кисню в повітрі більше 23% або менше 19%.
Рідкі кріогенні продукти належать до небезпечних вантажів. Класифікація їх за ступенями небезпеки згідно з ГОСТ 19433-81 «Вантажі небезпечні» та особливості їх транспортування викладені у Правилах перевезення автомобільним транспортом інертних газів та кисню стислих та рідких.
Особливості поводження з рідким киснем.
Особливу небезпеку при контакті з рідким киснем становлять речовини, наприклад, дерево, асфальт, які просочуються ним і утворюють так звані оксиліквіти, за своїми вибуховими властивостями близькі до найсильніших вибухових речовин.
Небезпечним є також дотик рідкого кисню з олією, жирами, тканинами. Все обладнання, призначене для роботи з рідким киснем, має бути знежирене та відповідно оброблене для видалення залишків розчинника. При зберіганні та використанні інструменту та обладнання, призначених для роботи з рідким киснем, слід забезпечити їх чистоту.
У приміщеннях, де проводять роботи з рідким киснем, мають бути вивішені плакати «Обережно, кисень!».
Ремонт апаратів, судин, приладів та комунікацій, в яких знаходився рідкий кисень, можна проводити тільки після їх відігрівання до позитивних температур та видалення з них газоподібного кисню продуванням повітрям.
Обладнання, призначене для роботи з рідким киснем, категорично забороняється використовувати для роботи з іншими кріогенними продуктами, оскільки воно може бути забруднене.
У приміщеннях, де проводять роботи з рідким киснем, категорично забороняється курити, запалювати сірники, користуватися відкритим вогнем та електронагрівачами з відкритою спіраллю. У цих приміщеннях мають бути вивішені спеціальні плакати.
Одяг, у якому проводили роботи з рідким киснем, слід зберігати у шафах у спеціальних відділеннях, ізольовано від забрудненого спецодягу. Одяг має висіти вільно. Якщо вона була облита рідким киснем, необхідно замінити її на інший, а просочений киснем одяг треба провітрити протягом не менше ніж 30 хв.
При роботі з рідким киснем неодноразово відбувалися вибухи, зумовлені вибухонебезпечністю більшості органічних речовин у рідкому кисні, а також тим, що багато з них (асфальт, дерево, бавовняна тканина, тирса) просочуються рідким киснем, утворюючи вибухові речовини (оксиліквіти). Наприклад, відомо кілька вибухів з дуже тяжкими наслідками, що сталися внаслідок проток на асфальт рідкого кисню під час його переливання з одного резервуару до іншого. Під час одного з них вибух ініціював падіння молотка на асфальт, просочений рідким киснем. До вибухів великої силинаводили протоки рідкого кисню на дерев'яні шпали залізничних колій. Один із них був викликаний тріщиною в паяному з'єднанні трубки, призначеної для відбору рідкого кисню на аналіз. В результаті під час стоянки залізничної ємності рідкий кисень капав на шпали достатньо довгий часі після початку руху складу стався сильний вибух, що пошкодив ділянку залізничної колії та вагон, розташований після кисневої цистерни. Також було пошкоджено скління будинків, розташованих у районі залізничної колії. Тому зовсім неприпустимо переливати рідкий кисень або виконувати роботи з ним у приміщеннях або на майданчиках, що мають асфальтове покриття. Шпали на коліях, де виконуються зливно-наповнювальні роботи з рідким киснем, повинні бути залізобетонні. Наявність на промислових майданчиках, котрий іноді у приміщеннях, резервуарів з рідкими кріогенними продуктами створює передумови виникнення серйозних аварій внаслідок розливів рідких кріогенних продуктів чи його випуску грунт. У світовій практиці відомий ряд випадків із розливом рідкого кисню, що супроводжуються дуже тяжкими наслідками. Наприклад, на одному з хімічних підприємств рідкий кисень, через відсутність споживачів, у значних кількостях зливали на ґрунт. Поступово, просочивши ґрунт, він проникнув до шарів бітумної гідроізоляції, вибух якої призвів до значних руйнувань. Заходи щодо запобігання подібним аваріям слід завжди опрацьовувати при проектуванні виробництв поділу повітря. Особливості поводження з рідким киснем повинні враховуватися при поводженні з рідким повітрям та первинним криптоновим концентратом.
ВЛАСТИВОСТІ КИСНУ І СПОСОБИ ЙОГО ОТРИМАННЯ
Кисень Про 2 є найпоширенішим елементом землі. Він знаходиться у великій кількості у вигляді хімічних сполук з різними речовинами в земній корі (до 50% ваг.), у поєднанні з воднем у воді (близько 86% ваг.) і у вільному стані в атмосферному повітрі в суміші головним чином з азотом кількості 20,93% про. (23,15% вага.).
Кисень має велике значенняу народному господарстві. Він широко застосовується у металургії; хімічна промисловість; для газополум'яної обробки металів, вогневого буріння твердих гірських порід, підземної газифікації вугілля; у медицині та різних дихальних апаратах, наприклад для висотних польотів, та інших областях.
У нормальних умовах кисень є газ без кольору, запаху і смаку, не горючий, але активно підтримує горіння. При дуже низьких температурах кисень перетворюється на рідину і навіть тверду речовину.
Найважливіші фізичні константи кисню такі:
| Молекулярна вага | 32 |
| Вага 1 м 3 при 0 ° С та 760 мм рт. ст. в кг | 1,43 |
| Те саме при 20 ° С і 760 мм рт. ст. в кг | 1,33 |
| Критична температура у °С | -118 |
| Критичний тиск у кгс/м 3 | 51,35 |
| Температура кипіння при 760 мм рт. ст. у °С | -182,97 |
| Вага 1 л рідкого кисню при -182, 97 ° С та 760 мм рт. ст. у кг. |
1,13 |
| Кількість газоподібного кисню, що виходить з 1 л рідкого при 20 ° С і 760 мм рт. ст. в л |
850 |
| Температура затвердіння при 760 мм рт. ст. у °С | -218,4 |
Кисень має велику хімічну активність і утворює сполуки з усіма хімічними елементами, крім рідкісних газів. Реакції кисню з органічними речовинами мають різко виражений екзотермічний характер. Так, при взаємодії стиснутого кисню з жировими або твердими горючими речовинами, що знаходяться в дрібнодисперсному стані, відбувається миттєве їх окислення і тепло, що виділяється, сприяє самозайманню цих речовин, що може бути причиною пожежі або вибуху. Цю властивість особливо необхідно враховувати при поводженні з кисневою апаратурою.
Однією з важливих властивостей кисню є здатність утворювати в широких межах вибухові суміші з горючими газами і парами рідких горючих, що також може призвести до вибухів за наявності відкритого вогню або навіть іскри. Вибуховими є і суміші повітря з газо- або пароподібними пальними.
Кисень може бути одержаний: 1) хімічними способами; 2) електроліз води; 3) фізичним способом із повітря.
Хімічні методи, які у отриманні кисню з різних речовин, малопродуктивні й у час мають лише лабораторне значення.
Електроліз води, тобто розкладання її на складові - водень і кисень, здійснюється в апаратах, які називають електролізерами. Через воду, яку для підвищення електропровідності додається їдкий натр NaOH, пропускається постійний струм; кисень збирається на аноді, а водень – на катоді. Недоліком способу є велика витрата електроенергії: на 1 м 3 0 2 (крім того, виходить 2 м 3 Н 2) витрачається 12-15 квт. ч. Цей спосіб раціональний за наявності дешевої електроенергії, а також при отриманні електролітичного водню, коли кисень є відходом виробництва.
Фізичний спосіб полягає у поділі повітря на складові методом глибокого охолодження. Цей спосіб дозволяє отримувати кисень практично в необмеженій кількості та має основне промислове значення. Витрата електроенергії на 1 м 3 Про 2 становить 0,4-1,6 квт. год, залежно від типу установки.
ОТРИМАННЯ КИСНУ З ПОВІТРЯ
Атмосферне повітря в основному є механічною сумішшю трьох газів при наступному об'ємному їх вмісті: азоту - 78,09%, кисню - 20,93%, аргону - 0,93%. Крім того, в ньому міститься близько 0,03% вуглекислого газу та малі кількості рідкісних газів, водню, закису азоту та ін.
Головне завдання при отриманні кисню з повітря полягає у поділі повітря на кисень та азот. Попутно проводиться відділення аргону,-застосування якого в спеціальних способахзварювання безперервно зростає, а також рідкісних газів, що відіграють важливу роль у ряді виробництв. Азот має деяке застосування у зварюванні як захисний газ, у медицині та інших областях.
Сутність способу полягає в глибокому охолодженні повітря з обігом його в рідкий стан, що при нормальному атмосферному тиску може бути досягнуто в інтервалі температур від -191,8 ° С (початок зрідження) до -193,7 ° С (закінчення зрідження).
Поділ рідини на кисень та азот здійснюється шляхом використання різниці температур їх кипіння, а саме: Т кип. о2 = -182,97 ° С; Т кип.N2 = -195,8 ° С (при 760 мм рт. Ст.).
При поступовому випаровуванні рідини в газоподібну фазу в першу чергу переходитиме азот, що має нижчу температуру кипіння і в міру його виділення рідина збагачуватиметься киснем. Багаторазове повторення цього процесу дозволяє отримати кисень та азот необхідної чистоти. Такий спосіб поділу рідин на складові називається ректифікацією.
Для кисню з повітря є спеціалізовані підприємства, оснащені високопродуктивними установками. Крім того, на великих металообробних підприємствах є свої кисневі станції.
Низькі температури, необхідних зрідження повітря, отримують з допомогою про холодильних циклів. Нижче коротко розглядаються основні холодильні цикли, які у сучасних установках.
Холодильний цикл з дроселюванням повітря заснований на ефекті Джоуля-Томсона, тобто різке зниження температури газу при вільному його розширенні. Схема циклу наведено на рис. 2.
Повітря стискається в багатоступінчастому компресорі 1 до 200 кгс/см 2 потім проходить через холодильник 2 з проточною водою. Глибоке охолодження повітря відбувається в теплообміннику 3 зворотним потоком холодного газу зі збірки рідини (жижітеля) 4. В результаті розширення повітря в вентилі дросельному 5 він додатково охолоджується і частково зріджується.
Тиск у збірнику 4 регулюється в межах 1-2 кгс/см2. Рідина періодично зливається зі збірки у спеціальні ємності через вентиль 6. Нескраплена частина повітря відводиться через теплообмінник, виробляючи охолодження нових порцій повітря, що надходить.
Охолодження повітря до температури зрідження відбувається поступово; при включенні установки є пусковий період, протягом якого зрідження повітря не спостерігається, а відбувається лише охолодження установки. Цей період триває кілька годин.
Перевагою циклу є його простота, а недоліком – відносно висока витрата електроенергії – до 4,1 квт. год на 1 кг зрідженого повітря при тиску компресорі 200 кгс/см 2 ; при меншому тиску питома витрата електроенергії різко зростає. Цей цикл застосовується в установках малої та середньої продуктивності для отримання газоподібного кисню.
Дещо складнішим є цикл з дроселюванням і попереднім аміачним охолодженням повітря.
Холодильний цикл середнього тиску з розширенням у детандері ґрунтується на зниженні температури газу при розширенні з віддачею зовнішньої роботи. Крім того, використовується і ефект Джоуля-Томсона. Схема циклу наведено на рис. 3.
Повітря стискається в компресорі 1 до 20-40 кгс/см 2 проходить через холодильник 2 і потім через теплообмінники 3 і 4. Після теплообмінника 3 більша частина повітря (70-80%) направляється в поршневу розширювальну машину-детандер 6, а менша частина повітря (20-30%) йде на вільне розширення в дросельний вентиль 5 і далі збірник 7 має кран 8 для зливу рідини. У детандері 6
повітря, вже охолоджене першому теплообміннику, виконує роботу - штовхає поршень машини, тиск його падає до 1 кгс/см 2 , рахунок чого різко знижується температура. З детандера холодне повітря, що має температуру близько -100 ° С, виводиться назовні через теплообмінники 4 і 3, охолоджуючи повітря, що надходить. Таким чином, детандер забезпечує дуже ефективне охолодження установки при порівняно невеликому тиску компресора. Робота детандера використовується корисно, і це частково компенсує витрати енергії на стиск повітря в компресорі.
Перевагами циклу є: порівняно невеликий тиск стиснення, що спрощує конструкцію компресора та підвищену холодопродуктивність (завдяки детандеру), що забезпечує стійку роботу установки при відборі кисню в рідкому вигляді.
Холодильний цикл низького тиску з розширенням у турбодетандері, розроблений акад. П. Л. Капіцей, заснований на застосуванні повітря низького тиску з одержанням холоду тільки за рахунок розширення цього повітря у повітряній турбіні (турбодетандері) із виробництвом зовнішньої роботи. Схема циклу наведено на рис. 4.
Повітря стискається турбокомпресором 1 до 6-7 кгс/см 2 охолоджується водою в холодильнику 2 і надходить в регенератори 3 (теплообмінники), де охолоджується зворотним потоком холодного повітря. До 95% повітря після регенераторів направляється в турбодетандер 4, розширюється до абсолютного тиску 1 кгс/см 2 з виконанням зовнішньої роботи і при цьому різко охолоджується, після чого він подається в трубний простір конденсатора 5 і конденсує решту стисненого повітря (5%), що надходить у міжтрубний простір. З конденсатора 5 основний потік повітря направляється в регенератори і охолоджує повітря, що надходить, а рідке повітря пропускається через дросельний вентиль 6 збірник 7, з якого зливається через вентиль 8. На схемі показаний один регенератор, а насправді їх ставлять кілька і включають по черзі.
Достоїнствами циклу низького тиску з турбодетандером є: вищий к. п. д. турбомашин порівняно з машинами поршневого типу, спрощення технологічної схеми, підвищення надійності та вибухобезпеки установки. Цикл застосовується в установках великої продуктивності.
Поділ рідкого повітря на складові здійснюється за допомогою процесу ректифікації, сутність якого полягає в тому, що пароподібну суміш азоту і кисню, що утворюється при випаровуванні рідкого повітря, пропускають через рідину з меншим вмістом кисню. Оскільки кисню в рідині менше, а азоту більше, то вона має більш низьку температуру, ніж пар, що проходить через неї, а це викликає конденсацію кисню з пари і збагачення ним рідини з одночасним випаром з рідини азоту, тобто збагачення ним парів над рідиною .
Уявлення про сутність процесу ректифікації може дати наведена на рис. 5 спрощена схема процесу багаторазового випаровування та конденсації рідкого повітря.
Приймаємо, що повітря складається лише з азоту та кисню. Припустимо, що є кілька з'єднаних один з одним судин (I-V), у верхньому знаходиться рідке повітря з вмістом 21% кисню. Завдяки ступінчастому розташуванню судин рідина стікатиме вниз і при цьому поступово збагачуватиметься киснем, а температура її підвищуватиметься.
Припустимо, що у посудині II знаходиться рідина, що містить 30% 0 2 , у посудині III – 40%, у посудині IV – 50% та у посудині V – 60% кисню.
Для визначення вмісту кисню у паровій фазі скористаємося спеціальним графіком – рис. 6, криві якого вказують вміст кисню в рідині та парі при різних тисках.
Почнемо випаровувати рідину в посудині V при абсолютному тиску 1 кгс/см 2 . Як видно із рис. 6, над рідиною в цій посудині, що складається з 60% 0 2 і 40% N 2 може знаходитися рівноважний за складом пар, що містить 26,5% 0 2 і 73,5% N 2 має таку ж температуру, що і рідина . Подаємо цю пару в посудину IV, де рідина містить лише 50% 0 2 і 50% N 2 і тому буде холоднішою. З рис. 6 видно, що над цією рідиною пар може містити лише 19% 0 2 і 81% N 2 і тільки в цьому випадку його температура дорівнюватиме температурі рідини в даному посудині.
Отже, підводиться в судину IV з судини V пар, що містить 26,5% 2 має більш високу температуру, ніж рідина в судині IV; тому кисень пари конденсується в рідині судини IV, а частина азоту з неї випаровуватиметься. В результаті рідина в посудині IV збагатиться киснем, а пара над нею – азотом.
Аналогічно відбуватиметься процес і в інших судинах і, таким чином, при зливі з верхніх судин у нижні рідини збагачується киснем, конденсуючи його з пари, що піднімаються, і віддаючи їм свій азот.
Продовжуючи процес вгору, можна отримати пару, що складається майже із чистого азоту, а в нижній частині – чистий рідкий кисень. Насправді процес ректифікації, що протікає в колонах ректифікаційних кисневих установок, значно складніше описаного, але принциповий його зміст такий же.
Незалежно від технологічної схеми встановлення та виду холодильного циклу процес виробництва кисню з повітря включає наступні стадії:
1) очищення повітря від пилу, пари води та вуглекислоти. Зв'язування 2 досягається пропусканням повітря через водний розчин NaOH;
2) стиск повітря в компресорі з подальшим охолодженням у холодильниках;
3) охолодження стисненого повітря у теплообмінниках;
4) розширення стиснутого повітря в дросельному вентилі або детандері для його охолодження та зрідження;
5) зрідження та ректифікація повітря з отриманням кисню та азоту;
6) злив рідкого кисню в стаціонарні цистерни та відведення газоподібного в газгольдери;
7) контроль якості одержуваного кисню;
8) наповнення рідким киснем транспортних резервуарів та наповнення балонів газоподібним киснем.
Якість газоподібного та рідкого кисню регламентується відповідними ГОСТами.
За ГОСТом 5583-58 випускається газоподібний технічний кисень трьох сортів: вищий - із вмістом не менше 99,5% О 2 , 1-й - не менше 99,2% О 2 і 2-й - не менше 98,5% О 2 , інше - аргон та азот (0,5-1,5%). Вміст вологи не повинен перевищувати 0,07 г/ж 3 . Кисень, який отримується електролізом води, не повинен містити водню більше 0,7% за обсягом.
За ГОСТом 6331-52 випускається рідкий кисень двох сортів: сорт А з вмістом не менше 99,2% 2 і сорт Б з вмістом не менше 98,5% 2 . Вміст ацетилену в рідкому кисні не повинен перевищувати 0,3 см3/л.
Застосовуваний інтенсифікації різних процесів на підприємствах металургійної, хімічної та інших галузей промисловості технологічний кисень містить 90—98% Про 2 .
Контроль якості газоподібного, а також рідкого кисню проводиться безпосередньо в процесі виробництва за допомогою спеціальних приладів.
Адміністрація Загальна оцінка статті: Опубліковано: 2012.06.01
Широко використовується в медицині. Зазвичай промислове отримання ґрунтується на фракційній перегонці повітря. Коефіцієнт розширення (англ. expansion ratio ) кисню при зміні агрегатного стану на газоподібний становить 860:1 при 20 °C, що іноді використовується в системах постачання киснем для дихання в комерційних та військових літаках. Основним і практично невичерпним джерелом отримання рідкого кисню є атмосферне повітря: виробляється зрідження повітря та подальше поділ його на кисень та азот.
Через свою кріогенну природу ЖК може викликати крихкість матеріалів, які знаходяться з ним у дотику. Рідкий кисень також є дуже потужним окисним агентом: органічна речовина швидко згоряє в середовищі з великим виділенням тепла. Більш того, деякі з цих речовин, будучи просоченими РК, мають властивість непередбачено вибухати. Нафтопродукти часто демонструють таку поведінку, включаючи асфальт.
РК є широко поширеним окисним компонентом ракетних палив зазвичай у комбінації з рідким воднем або гасом. Його використання обумовлено високим питомим імпульсом, що виходить при застосуванні цього окислювача в ракетних двигунах. Кисень - найдешевший із застосовуваних компонентів ракетних палив. Перше використання мало місце в німецькій БР Фау-2, пізніше в американських БР "Редстоун" та РН "Атлас", а також у радянській МБР Р-7. РК активно використовувався в ранніх МБР, але пізніші версії цих ракет його не використовують через кріогенну природу та необхідність регулярної дозаправки для компенсації википання окислювача, що ускладнює швидкий запуск. Багато сучасних ЖРД використовують РК як окислювач, наприклад RS-24, РД-180. Як ущільнювальні прокладочні матеріали в системах з рідким киснем застосовуються матеріали, що не втрачають еластичності при низьких температурах: пароніт, фторопласти, відпалені мідь і алюміній. Зберігання та транспортування великих кількостей рідкого кисню здійснюється в ємностях об'ємом від кількох десятків до 1500 м 3 з нержавіючої сталі, з теплоізоляцією. Зовнішній захисний кожух теплоізоляції може виконуватися і з вуглецевої сталі. Резервуари транспортних ємностей виготовляються також зі сплаву АМц. 4 - 0,5 К на добу. Транспортування киплячого кисню провадиться з відкритим вентилем газоскиду, а переохолодженого - при закритому вентилі, з контролем тиску не рідше 2 разів на добу; при підвищенні тиску більше, ніж на 0,02 МПа (зб.), вентиль відкривається.
ЖК також активно використовувався при виготовленні вибухівки «Оксиліквіт», але зараз вона рідко використовується через велику кількість інцидентів та нещасних випадків.
Wikimedia Foundation. 2010 .
рідкий кисень- - [А.С.Гольдберг. Англо-російський енергетичний словник. 2006 р.] Тематики енергетика загалом EN liquid oxygenLOX … Довідник технічного перекладачаВікіпедія
O (oxygenium), хімічний елемент VIA підгрупи періодичної системи елементів: O, S, Se, Te, Po член сімейства халькогенів. Це найпоширеніший у природі елемент, його зміст становить атмосфері Землі 21% (об.), в земної корі в… Енциклопедія Кольєра
А; м. Хімічний елемент(O), газ без кольору та запаху, що входить до складу повітря, необхідний для дихання та горіння і утворює у поєднанні з воднем воду. ◊ Перекрити кисень кому л. Створити нестерпні умови життя, роботи. ◁ Кисневий, … … Енциклопедичний словник
Кисень / Oxygenium (Oxygen)(O) Атомний номер 8 Зовнішній вигляд простої речовини газ без кольору, смаку та запаху блакитна рідина (при низьких температурах) Властивості атома Атомна маса(Молярна маса) 15,9994 а. е. м. (г/моль) … Вікіпедія
КИСНЕ- КИСНЕ, найлегший елемент VI групи періодичної системи Менделєєва, симв. О, порядковий номер 8. К. газ без кольору, запаху та смаку. Ізотопів немає. Ат. в. 16,000, мовляв. в. 32,000. Уд. в. по відношенню до повітря 1,10535; при 0° та 760 … Велика медична енциклопедія
Кисень рідкий- рідина блакитного кольору, без запаху, не пожежонебезпечна, не горюча, але є сильним окислювачем. Просочені рідким киснем горючі пористі матеріали (асфальт, пінополістирол, пінополіуретан, дерево та ін.) утворюють вибухові речовини. Офіційна термінологія
Рідкий кисень
У медицині використовують кисень переважно у газоподібному вигляді. Кисень у рідкому вигляді застосовують тільки при його зберіганні та транспортуванні від заводу-виробника до споживачів.
за зовнішньому виглядурідкий кисень - блакитна прозора рухлива рідина, що твердне при -218,4 ° С і утворює кристали блакитного кольору. Теплоємність рідкого кисню дорівнює 1,69 кДж/(кг-°С).
Перед подачею в мережу споживання рідкий кисень піддається випаровуванню при заданому тиску в спеціальних пристроях - газифікаторах, безнасосних або насосних. При випаровуванні 1 дм3 рідкого кисню виходить 0,86 м3, або 860 дм3 газоподібного кисню (при 20°З 760 мм рт. ст.); тут 1,14 кг/дм3 та 1,33 кг/м3 відповідно щільності рідкого та газоподібного кисню. При випаровуванні 1 кг рідкого кисню утворюється 1/1,33 = 0,75 м3 газу (при 20°З 760 мм рт. ст).
Основні переваги зберігання та транспортування кисню в рідкому вигляді такі:
1. Скорочується (в середньому в 10 разів) маса тари та зменшується необхідна кількість балонів та транспортних засобів (автомобілів, вагонів), зайнятих на перевезенні кисню.
2. Відпадають витрати з організації та експлуатації великого балонного господарства. (Придбання балонів, будівництво складів, облік, випробування та ремонт балонів, транспортні витрати).
3. Підвищується безпека та спрощується обслуговування, оскільки рідкий кисень зберігається та транспортується під невеликим тиском.
4. Отриманий при газифікації рідкого кисню газоподібний кисень не містить вологи, його можна транспортувати трубопроводами при низьких навколишніх температурах без застосування спеціальних заходів проти замерзання конденсату (прокладка труб нижче глибини промерзання, теплоізоляція, встановлення конденсатовідвідників, прокладання парових обігрівачів та ін.).
Недоліком застосування рідкого кисню є неминучі втрати його на випаровування при зберіганні, перевезенні та газифікації.
Для зберігання та перевезення невеликих кількостей рідкого кисню (азоту, аргону, повітря) використовують судини Дьюара.
Транспортні резервуари використовують для перевезення великих кількостей рідкого кисню (азоту, аргону) автотранспортом та по залізниці. Автомобільні резервуари мають ємність 1000-7500 дм3, залізничні 30000-35000 дм3, а іноді й більше.
Для перетворення рідкого кисню на газоподібний служать газифікаційні установки. Їхня продуктивність досягає 15-20 м3/ч. Застосовують два типи газифікаційних установок: насосні та безнасосні.
Насосна газифікаційна установка СГУ-1,
призначена для газифікації непереохолодженого кисню та наповнення балонів (реципієнтів газоподібним киснем під тиском до 24 МПа (240 кгс/см2).
Є газифікаційні станції, насоси яких розраховані тиск 20 МПа (200 кгс/см2) і служать для подачі кисню в мережу через буферну ємність.
Безнасосні газифікатори мають робочий тиск до 1,6 МПа (16 кгс/см2) за відносно постійної та рівномірної витрати кисню, що подається трубопроводом до місць споживання.
Посудина газифікатора забезпечена вакуумно-порошковою ізоляцією і розрахована на максимальний робочий тиск.
Спочатку тиск у посудині створюється випаровуванням кисню у випарнику та автоматично підтримується регулятором. Залежно від витрат газу рідкий кисень через регулятор надходить у випарник і потім у вигляді газу йде в трубопровід до споживача. Надлишок газу в газифікаторі скидається при заданому тиску також трубопровід споживача через регулятор.
