отримання азоту

1. Фізичні характеристики речовини
2. Промислове виробництво
3. Області застосування газу
4. Зберігання та дотримання техніки безпеки
5. Сучасні повітророзподільну установки

Технічний азот в рідкому і газоподібному стані отримують з атмосферного повітря. Речовина є досить поширеним хімічним елементом. Атмосфера Землі на 75% складається з азоту, проте в чистому вигляді для дихання він непридатний. Проте в організмі людини протікають сотні процесів, на швидкість і якість яких впливає ця речовина. Наприклад, азот входить до складу гемоглобіну, амінокислот і білків. До того ж він міститься в клітинах рослин і тварин.

У молекулі газу знаходяться два атома, з'єднаних дуже міцно. Щоб азот увійшов до складу хімічної сполуки, цей зв'язок необхідно розірвати або послабити, а це досить важко. Значно простіше відбувається зворотний процес виходу азоту з різних з'єднань. Реакція горіння завжди протікає з утворенням вільного газу.

Багате джерело азоту - чилійська селітра (нітрит натрію). На початку XIX століття з неї отримували добрива і порох. Згодом запаси корисних копалин зменшувалися, а потреби в нітрати тільки збільшувалися. На початку XX століття був отриманий азот з атмосферного повітря і пов'язаний в аміак. Для цього довелося застосувати високу температуру, тиск і ввести в реакцію каталізатори. З тих пір питання про отримання азоту отримав нове рішення, так як атмосфера є його невичерпним джерелом.

Завдяки інертним і іншим властивостям цей газ знайшов застосування в:

• розробці вугільних пластів;
• бурінні свердловин;
• упаковці продуктів;
• пожежогасінні;
• високотемпературній обробці металів і т. д.

Фізичні характеристики речовини

У нормальних умовах (при атмосферному тиску 760 мм рт. Ст. І температурі 0 ° С) речовина являє собою газ без запаху і кольору, який погано розчиняється у воді. Він не вступає в реакції з іншими елементами за винятком літію. При нагріванні азот набуває здатності до дисоціації на атоми і створює різні хімічні сполуки. Найбільш затребувана його реакція з воднем, в результаті якої виходить аміак, який використовується для виготовлення добрив, холодоагенту, синтетичних волокон і ін. Газоподібний азот пожежо- та вибухобезпечний, до того ж він перешкоджає гниттю і окисленню. Речовина нетоксично, тому не надає небезпечного впливу на навколишнє середовище. Але при тривалому вдиханні викликає кисневу недостатність і задуху.

При охолодженні до -195,8 ° С азот перетворюється в рідину, що нагадує за зовнішнім виглядом звичайну воду. Температура кипіння даної речовини трохи нижче, ніж у кисню. Тому при нагріванні рідкого повітря азот починає випаровуватися першим. Дана властивість лежить в основі сучасного принципу виробництва хімічного продукту. Багаторазове повторення скраплення і скипання дає можливість отримати азот і кисень в потрібній концентрації. Даний процес отримав назву ректифікації.

Якщо азот у рідкому стані, обсяг якого становить 1 літр, нагрівати до + 20 ° С, він буде випаровуватися і утворює 700 літрів газу. Тому речовина зберігають в спеціальних ємностях відкритого типу з вакуумною ізоляцією або в кріогенних посудинах під тиском.

Подальше охолодження азоту до -209,86 ° С переводить його в твердий агрегатний стан. Виходять великі білосніжні кристали. При подальшому контакті з повітрям снегоподобная маса поглинає кисень і плавиться.

Промислове виробництво

В даний час в основному використовують три технології для отримання інертного азоту, засновані на поділі атмосферного повітря:

• кріогенна;
• мембранна;
• адсорбційна.

Розділяють криогенні установки функціонують за принципом скраплення повітря. Спочатку він стискається компресором, потім проходить через теплообмінники і розширюється в детандере. В результаті охолоджене повітря стає рідиною. За рахунок різної температури кипіння кисню та азоту відбувається їх поділ. Процес багаторазово повторюється на спеціальних ректифікаційних тарілках. Завершується він отриманням найчистішого кисню, аргону та азоту. Даний спосіб найбільш ефективний для великих підприємств через значних габаритів системи, складності її пуску та обслуговування. Гідність методу полягає в тому, що можна отримати азот найвищої чистоти, як рідкий, так і газоподібний, в будь-яких кількостях. При цьому витрата енергії на виготовлення 1 л речовини становить 0,4-1,6 кВт / год (в залежності від технологічної схеми установки).

Мембранна технологія поділу газів почала застосовуватися в 70-х роках минулого століття. Висока економічність і ефективність даного методу послужила гідною альтернативою криогенному і адсорбционному способам отримання чистого азоту. Сьогодні в установках використовуються мембрани останнього покоління високої продуктивності. Тепер це не плівка, а тисячі порожніх волокон, на які нанесено селективний шар. Рухливі складові в установці відсутні, тому значно збільшується тривалість її експлуатації без поломок. Відфільтрований повітря подається в систему. Кисень безперешкодно проходить крізь неї, а азот виводиться під тиском через протилежну сторону мембрани і направляється в накопичувач. За допомогою цих пристроїв виготовляється речовина з чистотою до 99,95%. Таким чином здійснюється виробництво азоту з атмосферного повітря. Обмежена чистота одержуваного азоту не дозволяє застосовувати даний метод великим виробникам з великими потребами високочистого азоту.

На тих підприємствах, де затребуваний азот високої чистоти в великих обсягах, застосовується установка для розділення газових сумішей за допомогою адсорбентів. Конструктивно вона являє собою дві колони. У кожній з них знаходиться речовина, селективно поглинає газову суміш. Для функціонування установок з виробництва азоту потрібно атмосферне повітря, електроенергія.

Спочатку повітря потрапляє в компресор, де відбувається його стиснення. Потім він подається в ресивер, який вирівнює його тиск. Так як повітря не повинен містити водяної пари, пилу, двоокису вуглецю, окислів азоту, ацетилену, а також інших домішок, його фільтрують. Настає основний етап адсорбційного розділення газової суміші. Потік повітря пропускається через одну колону з вуглецевими молекулярними ситами до тих пір, поки вони здатні поглинати кисень. Після цього поверхню адсорбенту необхідно очистити, тобто регенерувати, шляхом скидання тиску або підвищенням температури. А повітря спрямовується в другу колону. В цей час азот проходить крізь агрегат і накопичується в приймачі. Тривалість циклів адсорбції і регенерації становить всього кілька хвилин. Чистота одержуваного за даною технологією азоту становить 99,9995%.

Переваги адсорбційних установок:

• швидкий пуск і зупинка;
• можливість дистанційного керування;
• висока роздільна здатність;
• низьке енергоспоживання;
• можливість оперативної переналагодження;
• автоматичне регулювання режиму;
• низькі витрати на обслуговування.

Області застосування газу

Сьогодні даний продукт затребуваний у багатьох галузях промисловості: газової, харчової, металургійної. Однак великі масштаби видобутку азоту актуальні саме для нафтохімічної промисловості. Основна область застосування - виготовлення однойменної кислоти та інших добрив для сільського господарства. У техніці азот використовують для охолодження різного устаткування і агрегатів. Він створює інертне середовище при перекачуванні горючих рідин.

У фармацевтиці азот застосовують для транспортування хімічної сировини, захисту резервуарів та упаковки лікарських засобів. В електроніці він запобігає окисленню в процесі виробництва напівпровідників.

У харчовій промисловості азот в рідкому стані використовується як охолоджуючий і заморожують елемент. У газоподібному вигляді його застосовують з метою створення інертного середовища при розливі негазованих напоїв і масел, а також виробляють пропеллент для балончиків.

Найбільш ефективний спосіб гасіння пожеж - азотне пожежогасіння. Випаровуючись, речовина швидко витісняє кисень, який потрібен для підтримки горіння, і вогонь згасає. Потім азот швидко вивітрюється з приміщення, при цьому зберігаються матеріальні цінності, які могли бути пошкоджені піною, порошком або водою.

У медицині за допомогою кріогенної консервації зберігають клітини і органи. Крім того, рідким азотом руйнують уражені ділянки тканин.

Зберігання та дотримання техніки безпеки

Автотранспортом азот в рідкому стані перевозять в спеціальних кріогенних посудинах або цистернах. Споживачам доставляють газоподібна речовина в стислому вигляді в чорних балонах. Зберігають азот в судинах Дьюара, що мають подвійні стінки, між якими знаходиться вакуум. З метою зменшення передачі тепла поверхні роблять дзеркальними за рахунок шару срібла. Судини Дьюара можуть бути різного об'єму. Ємності, що вміщають десятки літрів, виготовляють з металу. В такому посудині речовина може зберігатися кілька тижнів.

Короткочасний контакт шкіри з рідким азотом не становить серйозної небезпеки, так як в місці зіткнення утворюється повітряна подушка, яка має низьку теплопровідність. Саме вона захищає тканини від травмування. Тривалий контакт азоту зі шкірою, очима або слизовими оболонками викликає їх тяжке ушкодження. Уражена ділянка при попаданні речовини необхідно негайно промити великою кількістю води.

При випаровуванні азоту відбувається його накопичення на рівні підлоги робочого приміщення через низьку температури і більшої щільності, ніж у повітря. Непомітно для людини створюється висока концентрація речовини, а кількість кисню зменшується. Це впливає на загальне самопочуття: порушується ритм дихання і частішає пульс. При важкому результаті ситуації розбудовується свідомість і втрачається здатність рухатися. Небезпека полягає в тому, що отруєння відбувається непомітно для людини, потерпілий не усвідомлює серйозності ситуації. Тому приміщення, в яких проводиться або використовується азот, обов'язково оснащуються надійною системою вентиляції.

Сучасні повітророзподільну установки

Компанія «Сучасні газові технології» пропонує відмовитися від придбання даного речовини, організувавши його самостійне виготовлення. В такому випадку собівартість отриманого азоту в 10-20 разів менше покупного. Якщо вашому підприємству потрібно власне джерело азоту, наші фахівці ознайомлять вас з технічними характеристиками наявних установок. Ми допоможемо зробити оптимальний вибір агрегатів, організуємо їх поставку, монтаж, пуск і налагодження.

Проводьте азот самі - відправляйте заявку на обладнання зі сторінок нашого сайту!