Lekcja nr 6

Temat: Destylacja oleju. Produkty naftowe i ich zastosowanie. Destylacja frakcyjna ciekłego powietrza.

Cel: zapoznać się z produktami naftowymi i ich zastosowaniami; rozważyć proces destylacji oleju i destylacji ciekłego powietrza; rozwijać zainteresowania poznawcze i zdolności intelektualne; kultywować postawę wobec chemii jako jednej z nauk podstawowych.

Sprzęt: kolekcja „ropa i produkty naftowe”; film „Produkty naftowe”; prezentacja na dany temat; projektor multimedialny i ekran.

Podczas zajęć.

IOrganizacja zajęć.

IIPrzesłanie tematu, cele lekcji, motywacja do zajęć edukacyjnych.

Najważniejszym naturalnym surowcem do pozyskiwania materiałów do produkcji różnych ważnych dla nas rzeczy jest ropa naftowa. Dzisiaj przyjrzymy się, czym jest ropa naftowa, jakie materiały z niej uzyskuje się i gdzie się je wykorzystuje. Zastanówmy się także, jak ropa dzieli się na frakcje składowe i jak powietrze dzieli się na poszczególne gazy, które je tworzą.

IIIAktualizacja podstawowej wiedzy.

(Rozmowa z przodu)

Jakie znasz metody rozdzielania mieszanin?

Co się ustala? Jakie mieszaniny można rozdzielić tą metodą?

Co to jest filtrowanie? Jakie mieszaniny można rozdzielić tą metodą?

Co to jest parowanie i krystalizacja? Jaki jest cel tej metody?

Co to jest destylacja? Jaki jest cel tej metody?

Co to jest flotacja? Jakie mieszaniny można rozdzielić tą metodą?

Co to jest namagnesowanie? Jakie mieszaniny można rozdzielić tą metodą?

IVNauka nowego materiału.

Jakie materiały otrzymuje się z produktów naftowych? Jakie przedmioty są wykonane z tych materiałów? Jak są wykorzystywane przez człowieka? Z czego są zrobione? (Opis problemu. Pytania są zapisywane na tablicy). Aby odpowiedzieć na te pytania, spójrzmy na pierwszy slajd. (Slajd 1) Co widzisz? (Slajd 2) Co widzisz na drugim slajdzie? Co zatem uzyskuje się z ropy naftowej i gdzie się ją wykorzystuje? (Słuchamy odpowiedzi dzieci, a następnie pokazujemy

Co to jest olej? Jaka ona jest? (Słuchamy odpowiedzi dzieci).

Zatem olej jest mieszaniną. Aby uzyskać niezbędne materiały z oleju, konieczne jest podzielenie oleju na frakcje. Jest to podstawowa obróbka oleju. Olej zawiera substancje ciekłe o różnych temperaturach wrzenia. Ty i ja wiemy, że takie mieszaniny można rozdzielić za pomocą destylacji. Przyjrzyjmy się, jak destyluje się olej. (Slajd 5). (Wyjaśnienia nauczyciela).

Z jakich gazów składa się powietrze? (Dzieci wiedzą z zajęć z biologii i historii naturalnej, że powietrze zawiera tlen i dwutlenek węgla. Nauczycielka dodaje). (Slajd 6). Czy możliwe jest odizolowanie gazów tworzących go od powietrza? Ogromne znaczenie ma uwalnianie azotu i tlenu. Powietrze jest najpierw schładzane do stanu ciekłego, a następnie destylowane. (slajd 7)

VGeneralizacja i systematyzacja wiedzy.

Podsumujmy więc, czego się dzisiaj nauczyliśmy.

Co to jest olej? Dlaczego jest wydobywany? (Odpowiedź uczniów, pokaż pierwszą linijkę slajdu 8.)

Co to jest olej? (Odpowiedź uczniów, pokaż drugi wiersz slajdu 8.)

Jaką metodę stosuje się do pierwotnej rafinacji ropy naftowej?

Na jakie frakcje dzieli się mieszaninę? (Odpowiedź uczniów, pokaż trzeci wiersz slajdu 8.)

Jaką metodą w przemyśle wytwarza się tlen i azot? (Odpowiedź uczniów, pokaż czwartą linijkę slajdu 8.)

VIPodsumowanie lekcji.

Przyjrzeliśmy się, jak olej i ciekłe powietrze są rozdzielane na frakcje w drodze destylacji. Bardzo aktywnie pracowałeś na zajęciach. Dobrze zrobiony! Twoją nagrodą będą oceny: .....

IIWiadomość o zadaniu domowym.

Musisz poznać notatki uzupełniające do tej lekcji.

JAK POWSTAJE PŁYNNY TLEN

Zazwyczaj przemysłowa produkcja tlenu opiera się na destylacji frakcyjnej powietrza.

„Destylacja frakcyjna (lub destylacja frakcyjna) polega na rozdzieleniu wieloskładnikowych mieszanin ciekłych na części różniące się składem - frakcje. Polega ona na różnicy w składzie wieloskładnikowej cieczy i powstałej z niej pary. Odbywa się to poprzez częściowe odparowanie wysoce lotnych składników mieszaniny początkowej i ich późniejsza kondensacja. Pierwsze (niskotemperaturowe) frakcje powstałego kondensatu wzbogaca się w składniki niskowrzące, pozostałą część ciekłej mieszaniny wzbogaca się w składniki wysokowrzące. Aby usprawnić rozdział frakcji stosuje się chłodnicę zwrotną.

„Separacja powietrza jest główną metodą pozyskiwania tlenu we współczesnej technologii. Bardzo trudno jest oddzielić powietrze w normalnym stanie gazowym, dlatego powietrze jest najpierw skroplone, a następnie dzielone na części składowe. Ten sposób pozyskiwania tlenu nazywa się separacją powietrzną metodą głębokiego chłodzenia Najpierw powietrze jest sprężane przez sprężarkę, następnie po przejściu przez wymienniki ciepła rozpręża się w rozprężarce lub przepustnicy, w wyniku czego zostaje schłodzone do temperatury 93 K (-). 180°C) i zamienia się w ciekłe powietrze. Dalsza separacja ciekłego powietrza, składającego się głównie z ciekłego azotu i ciekłego tlenu, opiera się na różnicy temperatur wrzenia jego składników [temperatura wrzenia O2 90,18 K (-182,9°C). , N2 temperatura wrzenia 77,36 K (-195,8°C)]. Przy stopniowym odparowywaniu ciekłego powietrza najpierw odparowuje się głównie azot, a pozostała ciecz jest coraz bardziej wzbogacana w tlen. Powtarzając podobny proces wielokrotnie na płytach destylacyjnych kolumnach do separacji powietrza, uzyskuje się ciekły tlen o wymaganej czystości (stęeniu). ZSRR produkuje małe (kilkulitrowe) i największe na świecie jednostki separacji tlenu i powietrza (35 000 m3/h tlenu). Instalacje te wytwarzają Tlen technologiczny o stężeniu 95-98,5%, Tlen techniczny o stężeniu 99,2-99,9% oraz Tlen czystszy, medyczny, wytwarzając produkty w postaci ciekłej i gazowej. Zużycie energii elektrycznej waha się od 0,41 do 1,6 kWh/m3.”

„Duże ilości tlenu są wykorzystywane w przemyśle, medycynie i innych obszarach działalności człowieka. Przemysłowe ilości tlenu są uzyskiwane z ciekłego powietrza. Najpierw powietrze jest sprężane przez potężne sprężarki i, jak każdy ściśliwy gaz, ulega znacznemu nagrzaniu Jeśli musiałeś energicznie pompować dętkę rowerową, pamiętaj, że korpus pompki i wąż mocno się nagrzewają.

Sprężone powietrze w dużych zbiornikach jest schładzane. Następnie poddawana jest szybkiej ekspansji poprzez wąskie kanały wyposażone w turbiny w celu uzyskania dodatkowej energii z cząsteczek gazu. Urządzenia te nazywane są turboekspanderami. Kiedy jakikolwiek gaz się rozszerza, zawsze się ochładza. Jeżeli gaz został bardzo mocno sprężony, jego rozprężanie może spowodować jego ochłodzenie do tego stopnia, że ​​część powietrza ulegnie skropleniu. Ciekłe powietrze gromadzone jest w specjalnych naczyniach zwanych kolbami Dewara. Ciekły tlen wrze w „wyższej” temperaturze (-183°C) niż ciekły azot (-196°C). Dlatego przy „ogrzewaniu” ciekłego powietrza, gdy temperatura tej bardzo zimnej cieczy powoli wzrasta od -200 oC do -180 oC, najpierw w temperaturze -196 oC destyluje się azot (który ponownie ulega skropleniu), a dopiero potem tlen jest destylowany. Jeżeli taką destylację ciekłego azotu i tlenu przeprowadza się wielokrotnie, można otrzymać bardzo czysty tlen.”
„W przemyśle tlen pozyskuje się z powietrza atmosferycznego metodą głębokiego chłodzenia i rektyfikacji powietrza.
W instalacjach do pozyskiwania tlenu i azotu z powietrza jest ono oczyszczane ze szkodliwych zanieczyszczeń, sprężane w kompresorze do odpowiedniego ciśnienia cyklu chłodniczego 0,6-20 MPa (6-200 kgf/cm2), schładzane w wymiennikach ciepła do temperatury skraplania i w stanie ciekłym, poddany separacji (rektyfikacja niskotemperaturowa).(patrz uwaga 1) ) dla tlenu i azotu. Różnica temperatur skraplania (wrzenia) tlenu i azotu wynosi około 13°C, co jest wystarczające do ich całkowitego rozdzielenia w fazie ciekłej.

Cykle chłodnicze służą do wstępnego schłodzenia aparatury jednostki separacji powietrza i kompensacji strat zimna. W cyklach tych stosuje się dwie główne metody uzyskiwania niskich temperatur gazów rzeczywistych: 1) dławienie sprężonego powietrza; 2) rozprężanie sprężonego powietrza w rozprężaczu tłokowym lub turborozprężalnym (rozprężanie).
Podczas dławienia sprężonego gazu jego chłodzenie następuje poprzez wykorzystanie energii wewnętrznej gazu do pokonania wewnętrznych sił adhezji pomiędzy cząsteczkami gazu oraz zewnętrznego oporu stawianego wzrostowi jego objętości podczas rozprężania. Podczas rozprężania gaz jest schładzany w znacznie większym stopniu niż podczas dławienia, gdyż jego energia wewnętrzna jest zużywana także na wytworzenie pracy zewnętrznej w wyniku politropowego rozprężania gazu w rozprężaczu. Nowoczesne instalacje wykorzystują również złożone cykle kombinowane, aby zmniejszyć jednostkowe zużycie energii do produkcji tlenu lub azotu. W dużych nowoczesnych instalacjach separacji powietrza jako główny stosowany jest niskociśnieniowy obieg chłodniczy z turboekspanderem. Mniejsze instalacje budowane są przy użyciu cykli średniociśnieniowych z ekspanderem. Pojedynczy cykl dławienia jest obecnie stosowany tylko w bardzo małych instalacjach. Do produkcji ciekłego tlenu lub azotu stosuje się obiegi wysokociśnieniowe z ekspanderem, a w bardzo dużych instalacjach obieg niskociśnieniowy z turborozprężarką oraz dodatkowy obieg chłodniczy azotem.

Uwaga 1. Rektyfikacja to proces wielokrotnego odparowania i skraplania cieczy na płytach aparatu rozdzielającego – tzw. kolumny destylacyjnej, w której w górnej części kolumny zbierają się pary składające się z czystego, niskowrzącego składnika (azot). kolumnę, a w dolnej części - ciecz zawierającą głównie mniej lotny składnik (tlen).”

DZIĘKUJEMY Akademik PETER LEONIDOVITCH KAPITS!

Piotr Leonidowicz Kapica (26 czerwca (9 lipca 1894 r., Kronsztad - 8 kwietnia 1984 r., Moskwa) - fizyk, akademik Akademii Nauk ZSRR (1939), członek Prezydium Akademii Nauk ZSRR (od 1957 r.) , dwukrotnie Bohater Pracy Socjalistycznej (1945, 1974).

Laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki (1978) za fundamentalne odkrycia i wynalazki z zakresu fizyki niskich temperatur. Dwukrotny laureat Nagrody Stalinowskiej (1941, 1943). Odznaczony dużym złotym medalem im. M.V. Łomonosowa Akademii Nauk ZSRR (1959). Jeden z założycieli Moskiewskiego Instytutu Fizyki i Technologii. Członek Żydowskiego Komitetu Antyfaszystowskiego.

O jego pracy nad stworzeniem instalacji do produkcji ciekłego tlenu można przeczytać tutaj:http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/KAPITZA/KAP_17.HTM

Istnieje również schemat instalacji umożliwiający uzyskanie wyświetlacza LCD.

WŁAŚCIWOŚCI TLENU I SPOSOBY JEGO UZYSKIWANIA

Tlen O2 jest najobficiej występującym pierwiastkiem na Ziemi. Występuje w dużych ilościach w postaci związków chemicznych z różnymi substancjami w skorupie ziemskiej (do 50% mas.), w połączeniu z wodorem w wodzie (ok. 86% mas.) oraz w stanie wolnym w powietrzu atmosferycznym w mieszaninie głównie z azotem w ilości 20,93% obj. (23,15% wag.).

Tlen ma ogromne znaczenie w gospodarce narodowej. Jest szeroko stosowany w metalurgii; przemysł chemiczny; do gazowej obróbki metali, wierceń ogniowych skał twardych, podziemnego zgazowania węgli; w medycynie i różnych aparatach oddechowych, na przykład do lotów na dużych wysokościach i w innych obszarach.

W normalnych warunkach tlen jest bezbarwnym, bezwonnym i pozbawionym smaku gazem, który nie jest palny, ale aktywnie wspomaga spalanie. W bardzo niskich temperaturach tlen zamienia się w ciecz, a nawet ciało stałe.

Najważniejsze stałe fizyczne tlenu są następujące:

Tlen ma dużą aktywność chemiczną i tworzy związki ze wszystkimi pierwiastkami chemicznymi z wyjątkiem gazów rzadkich. Reakcje tlenu z substancjami organicznymi mają wyraźny charakter egzotermiczny. Zatem, gdy sprężony tlen wchodzi w interakcję z tłuszczowymi lub drobno zdyspergowanymi stałymi substancjami palnymi, następuje ich natychmiastowe utlenienie, a wytworzone ciepło przyczynia się do samozapłonu tych substancji, co może spowodować pożar lub eksplozję. Właściwość tę należy szczególnie wziąć pod uwagę podczas obchodzenia się ze sprzętem tlenowym.

Jedną z ważnych właściwości tlenu jest jego zdolność do tworzenia w szerokim zakresie mieszanin wybuchowych z palnymi gazami i ciekłymi palnymi parami, co może również prowadzić do wybuchu w obecności otwartego płomienia, a nawet iskry. Wybuchowe są także mieszaniny powietrza z paliwami gazowymi lub parowymi.

Tlen można otrzymać: 1) metodami chemicznymi; 2) elektroliza wody; 3) fizycznie z powietrza.

Metody chemiczne polegające na wytwarzaniu tlenu z różnych substancji są nieskuteczne i mają obecnie znaczenie jedynie laboratoryjne.

Elektroliza wody, czyli jej rozkład na składniki – wodór i tlen, przeprowadzana jest w urządzeniach zwanych elektrolizerami. Przez wodę przepuszcza się prąd stały, do którego dodaje się sodę kaustyczną NaOH w celu zwiększenia przewodności elektrycznej; tlen gromadzi się na anodzie, a wodór na katodzie. Wadą tej metody jest wysokie zużycie energii elektrycznej: na 1 m 3 0 2 zużywa się 12-15 kW (dodatkowo uzyskuje się 2 m 3 N 2). h. Metoda ta jest racjonalna w obecności taniej energii elektrycznej, jak również przy produkcji wodoru elektrolitycznego, gdy produktem odpadowym jest tlen.

Metoda fizyczna polega na rozdzieleniu powietrza na składniki za pomocą głębokiego chłodzenia. Metoda ta umożliwia uzyskanie tlenu w niemal nieograniczonych ilościach i ma duże znaczenie przemysłowe. Zużycie energii elektrycznej na 1 m 3 O 2 wynosi 0,4-1,6 kW. h, w zależności od rodzaju instalacji.

POZYSKIWANIE TLENU Z POWIETRZA

Powietrze atmosferyczne to głównie mechaniczna mieszanina trzech gazów o następującej zawartości objętościowej: azotu – 78,09%, tlenu – 20,93%, argonu – 0,93%. Ponadto zawiera około 0,03% dwutlenku węgla i niewielkie ilości gazów rzadkich, wodoru, podtlenku azotu itp.

Głównym zadaniem pozyskiwania tlenu z powietrza jest jego rozdzielenie na tlen i azot. Po drodze oddzielany jest argon, którego zastosowanie w specjalnych metodach spawania stale wzrasta, a także gazy rzadkie, które odgrywają ważną rolę w wielu gałęziach przemysłu. Azot ma pewne zastosowania w spawalnictwie jako gaz osłonowy, w medycynie i innych dziedzinach.

Istotą metody jest głębokie schładzanie powietrza, doprowadzenie go do stanu ciekłego, co przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym można osiągnąć w zakresie temperatur od -191,8°C (początek upłynnienia) do -193,7°C (koniec upłynnienia) ).

Rozdzielenie cieczy na tlen i azot przeprowadza się wykorzystując różnicę temperatur ich wrzenia, czyli: Tbp. o2 = -182,97°C; Temperatura wrzenia N2 = -195,8° C (przy 760 mm Hg).

Wraz ze stopniowym parowaniem cieczy azot o niższej temperaturze wrzenia najpierw przejdzie do fazy gazowej, a po uwolnieniu ciecz zostanie wzbogacona w tlen. Wielokrotne powtarzanie tego procesu pozwala na otrzymanie tlenu i azotu o wymaganej czystości. Ta metoda rozdzielania cieczy na części składowe nazywa się rektyfikacja.

Aby wyprodukować tlen z powietrza, istnieją wyspecjalizowane przedsiębiorstwa wyposażone w jednostki o wysokiej wydajności. Ponadto duże przedsiębiorstwa zajmujące się obróbką metali mają własne stacje tlenowe.

Niskie temperatury wymagane do skraplania powietrza uzyskuje się za pomocą tak zwanych cykli chłodniczych. Główne obiegi chłodnicze stosowane w nowoczesnych instalacjach zostały pokrótce omówione poniżej.

Obieg chłodniczy z dławieniem powietrza opiera się na efekcie Joule'a-Thomsona, czyli gwałtownym spadku temperatury gazu podczas jego swobodnego rozprężania. Schemat cyklu pokazano na ryc. 2.

Powietrze jest sprężane w wielostopniowej sprężarce od 1 do 200 kgf/cm2, a następnie przechodzi przez lodówkę 2 z bieżącą wodą. Głębokie ochłodzenie powietrza następuje w wymienniku ciepła 3 poprzez przepływ wsteczny zimnego gazu z kolektora cieczy (skraplacza) 4. W wyniku rozprężenia powietrza w przepustnicy 5 następuje jego dodatkowe i częściowe ochłodzenie upłynniony.

Ciśnienie w kolektorze 4 reguluje się w zakresie 1-2 kgf/cm 2 . Ciecz okresowo spuszczana jest z zbioru do specjalnych pojemników poprzez zawór 6. Nieskroplona część powietrza jest usuwana poprzez wymiennik ciepła, schładzając nowe porcje napływającego powietrza.

Ochładzanie powietrza do temperatury skraplania następuje stopniowo; Po włączeniu instalacji następuje okres rozruchu, podczas którego nie obserwuje się skraplania powietrza, a jedynie następuje ochłodzenie instalacji. Okres ten trwa kilka godzin.

Zaletą cyklu jest jego prostota, wadą jest jednak stosunkowo duży pobór mocy – do 4,1 kW. h na 1 kg skroplonego powietrza przy ciśnieniu sprężarki 200 kgf/cm2; przy niższym ciśnieniu specyficzne zużycie energii gwałtownie wzrasta. Cykl ten stosowany jest w instalacjach o małej i średniej wydajności do produkcji gazowego tlenu.

Nieco bardziej złożony jest cykl z dławieniem i wstępnym chłodzeniem powietrza amoniakiem.

Cykl chłodniczy średniociśnieniowy z rozprężaniem w ekspanderze opiera się na spadku temperatury gazu podczas rozprężania z powrotem pracy zewnętrznej. Dodatkowo wykorzystuje się efekt Joule’a-Thomsona. Schemat cyklu pokazano na ryc. 3.

Powietrze jest sprężane w sprężarce 1 do 20-40 kgf/cm 2, przechodzi przez lodówkę 2, a następnie przez wymienniki ciepła 3 i 4. Za wymiennikiem ciepła 3 większość powietrza (70-80%) kierowana jest do rozprężania tłoka rozprężacz maszynowy 6, a mniejsza część powietrza (20-30%) trafia do swobodnego rozprężania do przepustnicy 5, a następnie do kolektora 7, który posiada zawór 8 do spuszczania cieczy. W ekspanderze 6

powietrze już schłodzone w pierwszym wymienniku ciepła działa - popycha tłok maszyny, jego ciśnienie spada do 1 kgf/cm2, przez co temperatura gwałtownie spada. Z ekspandera zimne powietrze o temperaturze około -100 ° C jest odprowadzane na zewnątrz przez wymienniki ciepła 4 i 3, schładzając powietrze napływające. Dzięki temu ekspander zapewnia bardzo efektywne chłodzenie instalacji przy stosunkowo niskim ciśnieniu w sprężarce. Praca ekspandera jest wykorzystywana pożytecznie, co częściowo rekompensuje energię wydatkowaną na sprężanie powietrza w sprężarce.

Zaletami obiegu są: stosunkowo niskie ciśnienie sprężania, co upraszcza konstrukcję sprężarki oraz zwiększona wydajność chłodnicza (dzięki ekspanderowi), co zapewnia stabilną pracę instalacji przy pobieraniu tlenu w postaci ciekłej.

Niskociśnieniowy cykl chłodniczy z rozprężaniem w turborozprężaczu, opracowany przez firmę Acad. P. L. Kapitsa, polega na wykorzystaniu powietrza o niskim ciśnieniu do wytworzenia chłodu jedynie poprzez rozprężenie tego powietrza w turbinie powietrznej (turboekspanderze) z wytworzeniem pracy zewnętrznej. Schemat cyklu pokazano na ryc. 4.

Powietrze jest sprężane przez turbosprężarkę 1 do 6-7 kgf/cm2, schładzane wodą w lodówce 2 i dostarczane do regeneratorów 3 (wymienniki ciepła), gdzie jest schładzane przez wsteczny przepływ zimnego powietrza. Do 95% powietrza po regeneratorach kierowane jest do turborozprężarki 4, pod wpływem pracy zewnętrznej rozpręża się do ciśnienia bezwzględnego 1 kgf/cm 2 i jest gwałtownie schładzane, po czym dostarczane jest do przestrzeni rurowej skraplacza 5 i skrapla resztę sprężonego powietrza (5%), przedostając się do pierścienia. Ze skraplacza 5 główny strumień powietrza kierowany jest do regeneratorów i schładza napływające powietrze, a ciekłe powietrze przepuszczane jest przez przepustnicę 6 do kolektora 7, skąd jest odprowadzane przez zawór 8. Na schemacie przedstawiono jeden regenerator , ale w rzeczywistości jest ich kilka i włączają się jeden po drugim.

Zaletami obiegu niskociśnieniowego z turborozprężarką są: wyższa sprawność maszyn turbomaszynowych w porównaniu z maszynami tłokowymi, uproszczenie schematu technologicznego, zwiększona niezawodność i bezpieczeństwo przeciwwybuchowe instalacji. Cykl stosowany jest w instalacjach o dużej wydajności.

Rozdzielenie ciekłego powietrza na składniki odbywa się poprzez proces rektyfikacji, którego istota polega na tym, że powstająca podczas odparowania ciekłego powietrza gazowa mieszanina azotu i tlenu przechodzi przez ciecz o niższej zawartości tlenu. Ponieważ w cieczy jest mniej tlenu, a więcej azotu, ma ona niższą temperaturę niż przepływająca przez nią para, co powoduje kondensację tlenu z pary i jego wzbogacenie cieczy przy jednoczesnym odparowaniu azotu z cieczy, tj. wzbogacenie pary nad cieczą.

Wyobrażenie o istocie procesu rektyfikacji może dać rysunek pokazany na ryc. 5 to uproszczony schemat procesu wielokrotnego parowania i kondensacji ciekłego powietrza.

Zakładamy, że powietrze składa się wyłącznie z azotu i tlenu. Wyobraźmy sobie, że jest kilka naczyń (I-V) połączonych ze sobą; górny zawiera ciekłe powietrze zawierające 21% tlenu. Dzięki schodkowemu ułożeniu naczyń ciecz będzie spływać w dół, jednocześnie stopniowo wzbogacając się w tlen, a jej temperatura wzrośnie.

Załóżmy, że w naczyniu II znajduje się ciecz zawierająca 30% 0 2, w naczyniu III – 40%, w naczyniu IV – 50%, a w naczyniu V – 60% tlenu.

Do określenia zawartości tlenu w fazie gazowej posłużymy się specjalnym wykresem – ryc. 6, którego krzywe wskazują zawartość tlenu w cieczy i parze przy różnych ciśnieniach.

Rozpocznijmy odparowywanie cieczy w naczyniu V pod ciśnieniem bezwzględnym 1 kgf/cm 2 . Jak widać z rys. 6, nad cieczą w tym naczyniu, składającą się z 60% 0 2 i 40% N 2, może znajdować się równowagowa kompozycja par zawierająca 26,5% 0 2 i 73,5% N 2, mająca tę samą temperaturę co ciecz. Podajemy tę parę do naczynia IV, gdzie ciecz zawiera tylko 50% 0 2 i 50% N 2 i dlatego będzie zimniejsza. Z ryc. 6 pokazuje, że para nad tą cieczą może zawierać tylko 19% 0 2 i 81% N 2 i tylko w tym przypadku jej temperatura będzie równa temperaturze cieczy w tym naczyniu.

W rezultacie para dostarczana do naczynia IV ze zbiornika V, zawierająca 26,5% O2, ma wyższą temperaturę niż ciecz w naczyniu IV; dlatego tlen z pary skrapla się w cieczy naczynia IV, a część azotu z niej odparuje. W rezultacie ciecz w naczyniu IV zostanie wzbogacona w tlen, a para nad nią zostanie wzbogacona w azot.

Podobny proces będzie zachodził w innych naczyniach i dlatego podczas spuszczania cieczy z górnych naczyń do dolnych ciecz zostanie wzbogacona w tlen, skraplając go z unoszących się oparów i oddając im azot.

Kontynuując proces w górę, można uzyskać parę składającą się z prawie czystego azotu, a w dolnej części - czystego ciekłego tlenu. W rzeczywistości proces rektyfikacji zachodzący w kolumnach destylacyjnych instalacji tlenowych jest znacznie bardziej skomplikowany niż opisano, ale jego zasadnicza treść jest taka sama.

Niezależnie od schematu technologicznego instalacji i rodzaju obiegu chłodniczego, proces wytwarzania tlenu z powietrza składa się z następujących etapów:

1) oczyszczenie powietrza z kurzu, pary wodnej i dwutlenku węgla. Wiązanie CO2 osiąga się poprzez przepuszczanie powietrza przez wodny roztwór NaOH;

2) sprężanie powietrza w sprężarce, a następnie chłodzenie w lodówkach;

3) chłodzenie sprężonego powietrza w wymiennikach ciepła;

4) rozprężanie sprężonego powietrza w przepustnicy lub rozprężaczu w celu jego ochłodzenia i skroplenia;

5) upłynnianie i rektyfikacja powietrza w celu wytworzenia tlenu i azotu;

6) odprowadzanie ciekłego tlenu do zbiorników stacjonarnych i odprowadzanie tlenu gazowego do zbiorników gazowych;

7) kontrola jakości produkowanego tlenu;

8) napełnianie zbiorników transportowych ciekłym tlenem i napełnianie butli tlenem gazowym.

Jakość tlenu gazowego i ciekłego regulują odpowiednie GOST.

Według GOST 5583-58 gazowy tlen techniczny produkowany jest w trzech klasach: najwyższa - o zawartości nie mniejszej niż 99,5% O 2, pierwsza - nie mniejsza niż 99,2% O 2 i druga - nie mniejsza niż 98,5% O 2 , reszta to argon i azot (0,5-1,5%). Wilgotność nie powinna przekraczać 0,07 g/f 3 . Tlen otrzymany w wyniku elektrolizy wody nie powinien zawierać więcej niż 0,7% objętościowego wodoru.

Według GOST 6331-52 ciekły tlen produkowany jest w dwóch klasach: klasa A o zawartości co najmniej 99,2% O 2 i klasa B o zawartości co najmniej 98,5% O 2 . Zawartość acetylenu w ciekłym tlenie nie powinna przekraczać 0,3 cm 3 /l.

Tlen procesowy stosowany do intensyfikacji różnych procesów w przemyśle metalurgicznym, chemicznym i innych zawiera 90-98% O 2 .

Kontrola jakości tlenu gazowego i ciekłego odbywa się bezpośrednio w procesie produkcyjnym przy użyciu specjalnych przyrządów.

Administracja Ogólna ocena artykułu: Opublikowany: 2012.06.01

OS.GABRIELYAN,
I.G. OSTROUMOW,
A.K.AKHLEBININ

ZACZNIJ W CHEMII

7. klasa

Kontynuacja. Na początek patrz nr 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9/2006

Rozdział 3.
Zjawiska zachodzące z substancjami

(kończący się)

§ 17. Destylacja lub destylacja

Otrzymywanie wody destylowanej

Woda z kranu jest czysta, przezroczysta, bezwonna... Tylko czy z punktu widzenia chemika jest to substancja czysta? Zajrzyj do czajnika: łatwo wykryć kamień i brązowawe osady, które pojawiają się na spirali i ściankach czajnika w wyniku wielokrotnego zagotowania w nim wody.
(ryc. 71). A co z kamieniem na kranach? Zarówno woda naturalna, jak i wodociągowa są jednorodnymi mieszaninami, roztworami substancji stałych i gazowych. Oczywiście ich zawartość w wodzie jest bardzo mała, ale te zanieczyszczenia mogą prowadzić nie tylko do tworzenia się kamienia, ale także do poważniejszych konsekwencji. To nie przypadek, że leki iniekcyjne przygotowywane są wyłącznie przy użyciu specjalnie oczyszczonej wody, tzw destylowana.

Skąd wzięła się ta nazwa? Wodę i inne płyny oczyszcza się z zanieczyszczeń w procesie tzw destylacja, Lub destylacja. Istota destylacji polega na tym, że mieszaninę podgrzewa się do wrzenia, powstałe pary czystej substancji usuwa się, schładza i ponownie przekształca w ciecz niezawierającą już zanieczyszczeń.

Na biurku nauczyciela zamontowana jest laboratoryjna instalacja do destylacji cieczy (ryc. 72).

Nauczyciel wlewa do kolby destylacyjnej wodę zabarwioną na pomarańczowo rozpuszczalną solą nieorganiczną (dwuchromianem potasu). Zobaczysz więc na własne oczy, że tej substancji nie będzie w oczyszczonej wodzie. Aby zapewnić równomierne wrzenie, do kolby wrzuca się 3-4 kawałki porowatej porcelany lub pumeksu (wrzące kamienie).
Do płaszcza lodówki doprowadzana jest woda, a kolbę destylacyjną podgrzewa się do wrzenia zawartości za pomocą grzejnika elektrycznego. Para wodna wchodząca do lodówki skrapla się, a woda destylowana wpływa do odbiornika.
Jaką temperaturę pokazuje termometr? Jak myślisz, przez który wylot zimna woda jest dostarczana do lodówki i przez który jest odprowadzana?

Wodę destylowaną wykorzystuje się nie tylko do przygotowywania leków, ale także do otrzymywania roztworów stosowanych w laboratoriach chemicznych. Nawet kierowcy używają wody destylowanej, dodając ją do akumulatorów, aby utrzymać poziom elektrolitu.

A jeśli konieczne jest uzyskanie substancji stałej z jednorodnego roztworu, użyj odparowanie, Lub krystalizacja

Krystalizacja

Jednym ze sposobów izolowania i oczyszczania ciał stałych jest krystalizacja. Wiadomo, że po podgrzaniu zwiększa się rozpuszczalność substancji w wodzie. Oznacza to, że po ochłodzeniu roztworu pewna ilość substancji wytrąca się w postaci kryształów. Sprawdźmy to eksperymentalnie.

Eksperyment demonstracyjny. Pamiętacie piękne pomarańczowe kryształki dwuchromianu potasu, których nauczyciel użył do „zabarwienia” wody do destylacji? Weźmy około 30 g tej soli i „zanieczyszczajmy” ją kilkoma kryształkami nadmanganianu potasu. Jak oczyścić główną substancję z wprowadzonych zanieczyszczeń? Mieszaninę rozpuszcza się w 50 ml wrzącej wody. Po ochłodzeniu roztworu rozpuszczalność dwuchromianu gwałtownie maleje, a substancja uwalnia się w postaci kryształów, które można oddzielić przez filtrację, a następnie przemyć na filtrze kilkoma mililitrami lodowatej wody. Jeśli rozpuścisz oczyszczoną substancję w wodzie, to po kolorze roztworu możesz określić, że nie zawiera on nadmanganianu potasu. Nadmanganian potasu pozostał w pierwotnym roztworze.

Krystalizację ciała stałego z roztworu można osiągnąć przez odparowanie rozpuszczalnika. Do tego właśnie służą kubki parujące, z którymi spotkałeś się podczas poznawania wyrobów ze szkła chemicznego.

Jeśli odparowanie cieczy z roztworu zachodzi w sposób naturalny, wówczas stosuje się w tym celu specjalne grubościenne naczynia szklane, które nazywane są krystalizatorami. Zapoznałeś się z nimi także w pracy praktycznej nr 1.

W naturze słone jeziora są wyjątkowymi basenami do krystalizacji. W wyniku parowania wody na brzegach takich jezior krystalizuje się gigantyczna ilość soli, która po oczyszczeniu ląduje na naszym stole.

Destylacja oleju

Destylacja służy nie tylko do oczyszczania substancji z zanieczyszczeń, ale także do rozdzielania mieszanin na osobne porcje - frakcje różniące się temperaturą wrzenia. Przykładowo olejek jest naturalną mieszaniną o bardzo złożonym składzie. Podczas destylacji frakcyjnej ropy naftowej otrzymuje się ciekłe produkty naftowe: benzynę, naftę, olej napędowy, olej opałowy i inne. Proces ten odbywa się w specjalnych urządzeniach - kolumnach destylacyjnych (ryc. 73). Jeśli w Twoim mieście znajduje się rafineria ropy naftowej, być może widziałeś maszyny chemiczne, które w sposób ciągły rozdzielają ropę na produkty ważne i niezbędne w życiu współczesnego społeczeństwa (ryc. 74).

Benzyna jest głównym paliwem samochodów osobowych. Ciągniki i ciężarówki wykorzystują inny produkt naftowy jako taki - olej napędowy (olej napędowy). Paliwem dla nowoczesnych samolotów jest głównie nafta. Na tym małym przykładzie można zrozumieć, jak ważny jest proces taki jak destylacja ropy naftowej we współczesnym życiu.

Ryż. 74. Ropa naftowa i produkty naftowe

Destylacja frakcyjna ciekłego powietrza

Wiesz już, że dowolne gazy miesza się w dowolnym stosunku. Czy można wyizolować poszczególne składniki z mieszaniny gazów? Zadanie nie jest łatwe. Ale chemicy zaproponowali bardzo skuteczne rozwiązanie. Mieszaninę gazów można przekształcić w ciekły roztwór i poddać destylacji. Przykładowo powietrze skrapla się poprzez silne chłodzenie i sprężanie, a następnie poszczególne składniki (frakcje) poddaje się procesowi wygotowania jeden po drugim, gdyż mają różną temperaturę wrzenia. Azot jako pierwszy odparowuje z ciekłego powietrza (ryc. 75); ma najniższą temperaturę wrzenia (–196 °C). Następnie z ciekłej mieszaniny tlenu i argonu można usunąć argon (–186°C). Pozostaje prawie czysty tlen, który całkiem nadaje się do celów technicznych: spawanie gazowe, produkcja chemiczna. Ale do celów medycznych należy go dalej oczyszczać.

Pozyskany w ten sposób azot wykorzystywany jest do produkcji amoniaku, który z kolei wykorzystywany jest do produkcji nawozów azotowych, materiałów leczniczych i wybuchowych, kwasu azotowego itp.

Argon w postaci gazu szlachetnego stosowany jest w specjalnym rodzaju spawania, zwanym argonem.

1. Co to jest destylacja lub destylacja? Na czym to bazuje?

2. Jaką wodę nazywa się destylowaną? Jak to zdobyć? Gdzie jest używany?

3. Jakie produkty naftowe otrzymuje się podczas destylacji ropy naftowej? Gdzie są używane?

4. Jak rozdzielić powietrze na oddzielne gazy?

5. Czym różni się parowanie (krystalizacja) od destylacji (destylacja)? Na czym opierają się obie metody rozdzielania mieszanin ciekłych?

6. Jaka jest różnica między procesami parowania i krystalizacji? Na czym opierają się obie metody izolowania ciała stałego z roztworu?

7. Podaj przykłady z życia codziennego, w których stosuje się odparowanie i destylację.

8. Jaką masę soli można otrzymać przez odparowanie 250 g 5% roztworu? Jaką objętość wody można otrzymać z tego roztworu przez destylację?

PRACA PRAKTYCZNA nr 4.
Rosnące kryształki soli
(eksperyment domowy)

Przed rozpoczęciem pracy dokładnie przeczytaj jej opis do końca.

Przede wszystkim wybierz odpowiednią sól do doświadczenia. Do hodowli kryształów nadaje się każda sól dobrze rozpuszczalna w wodzie (siarczan miedzi lub żelaza, ałun itp.). Sprawdzi się również sól kuchenna – chlorek sodu.

Sprzęt, którego będziesz potrzebować:

Litrowy słoik lub mały rondelek, w którym przygotujesz roztwór soli;

Drewniana łyżka lub patyczek do mieszania;

Lejek z watą do filtrowania roztworu;

Termos z szeroką szyjką o pojemności 1 litra (jest potrzebny, aby roztwór powoli się ochładzał, wtedy wyrosną duże kryształy).

Jeśli nie masz lejka lub odpowiedniego termosu, możesz zrobić je samodzielnie.

Aby zrobić lejek, weź plastikową butelkę z napojem i ostrożnie odetnij szyjkę nożyczkami, jak pokazano na ryc. 76.

Zamiast termosu wystarczy zwykły, szklany, litrowy słoiczek. Umieść go w kartonowym lub piankowym pudełku. Nie ma potrzeby brać dużego pudełka, najważniejsze jest to, że całkowicie pasuje do słoika. Dokładnie uszczelnij szczeliny między pudełkiem a słoikiem kawałkami szmatki lub waty. Aby szczelnie zamknąć słoik, będziesz potrzebować plastikowej pokrywki.

Przygotuj gorący nasycony roztwór soli. Aby to zrobić, napełnij słoik do połowy gorącą wodą (nie musisz używać wrzącej wody, aby uniknąć poparzenia). Dodajemy partiami sól i mieszamy. Gdy sól przestanie się rozpuszczać, pozostaw roztwór na jedną lub dwie minuty, aby nierozpuszczone kryształy miały czas osadzić się. Gorący roztwór przefiltrować przez lejek wypełniony watą do czystego termosu. Zamknij termos pokrywką i pozostaw roztwór do powolnego ostygnięcia na dwie do trzech godzin.

Roztwór nieco ostygł. Teraz wprowadź do niego ziarno - kryształ soli zawieszony na nitce. Po wprowadzeniu nasion przykryj naczynie pokrywką i odstaw na dłuższy czas. Wyrośnięcie dużego kryształu zajmie kilka dni lub nawet tygodni.

Zwykle na nitce wyrasta kilka kryształów. Konieczne jest okresowe usuwanie nadmiaru, aby wyrósł jeden duży kryształ.

Ważne jest, aby zapisać warunki eksperymentu i jego wynik; w naszym przypadku są to cechy powstałego kryształu. Jeżeli uzyskanych zostanie kilka kryształów, podany zostanie opis największego.

Zbadaj powstały kryształ i odpowiedz na pytania.

Ile dni hodowałeś kryształ?

Jaki jest jego kształt?

Jakiego koloru jest kryształ?

Czy jest przezroczysty czy nie?

Wymiary kryształu: wysokość, szerokość, grubość.

Masa kryształu.

Naszkicuj lub sfotografuj powstały kryształ.

PRACA PRAKTYCZNA nr 5.
Czyszczenie soli kuchennej

Celem pracy jest oczyszczenie soli kuchennej zanieczyszczonej piaskiem rzecznym.

Oferowana Państwu zanieczyszczona sól kuchenna to niejednorodna mieszanina kryształów chlorku sodu i piasku. Aby go rozdzielić, należy wykorzystać różnicę we właściwościach składników mieszaniny, na przykład różną rozpuszczalność w wodzie. Jak wiadomo, sól kuchenna dobrze rozpuszcza się w wodzie, natomiast piasek jest w niej praktycznie nierozpuszczalny.

Do zlewki wsyp zanieczyszczoną sól dostarczoną przez nauczyciela i dodaj 50–70 ml wody destylowanej. Mieszaj zawartość szklanym prętem, aż sól całkowicie rozpuści się w wodzie.

Roztwór soli można oddzielić od piasku przez filtrację. W tym celu należy zmontować instalację zgodnie z rys. 77. Za pomocą szklanej laski ostrożnie przelej zawartość szklanki na filtr. Przezroczysty filtrat spłynie do czystego szkła, natomiast nierozpuszczalne składniki pierwotnej mieszaniny pozostaną na filtrze.

Płyn w szklance to wodny roztwór soli kuchennej. Czystą sól można z niej wyizolować przez odparowanie. W tym celu do porcelanowego kubka wlać 5–7 ml filtratu, umieścić go w pierścieniu statywu i ostrożnie podgrzewać nad płomieniem lampki alkoholowej, stale mieszając zawartość szklanym prętem.

Porównaj kryształy soli otrzymane po odparowaniu roztworu z pierwotną zanieczyszczoną solą. Wymień techniki i procedury zastosowane do oczyszczenia zanieczyszczonej soli.