Как получают кислород в промышленности: основные методы и особенности оборудования
В атмосферном воздухе кислород занимает 21%. Большая часть его находится в земной коре, пресной воде и живых микроорганизмах. Он применяется во многих сферах промышленности и задействуется для хозяйственных и медицинских потребностей. Востребованность вещества обусловлена химическими и физическими особенностями.
Как добывают кислород в промышленности. 3 метода
Производство кислорода в промышленности осуществляется за счет деления атмосферного воздуха. Для этого задействуются следующие методы:
- Мембранный. Основывается на проницаемости мембран в хаотичном порядке. Его суть сводится к разной скорости проникновения газов через мембрану, выполненную из полимерных материалов при смене парциального давления. Чистая воздушная масса, которая предварительно сжимается, направляется в мембрану. Газы быстрого типа просачиваются через мембрану в область с невысоким рабочим давлением и в зоне выхода впитывают компонент, отличающийся легкостью проникновения.
Остальное количество воздуха обогащается медленным газом и удаляется с агрегата. Преимущества такого метода заключается в экономии электроэнергии и незатратной эксплуатации мембранных установок. С его помощью получаемый кислород отличается чистотой в пределах 45%. - Адсорбционный. Базируется на зависимости поглощения элемента газовой смеси от парциального давления и температурного режима. Процесс поглощения осуществляется за счет предусмотренных молекулярных сит с применением периодической адсорбции. Его регулировка происходит благодаря смене давления и температуры. Зависимость свойств адсорбента от поглотительных способностей элемента газа является пропорциональной давлению. Данный метод, который объясняет, как получают кислород в промышленности, характеризуется незначительными затратами на электрическую энергию и эксплуатацию агрегатов. Генераторы кислорода — оборудование для получения кислорода адсорбционным методом.
Остальное количество воздуха обогащается медленным газом и удаляется с агрегата. Преимущества такого метода заключается в экономии электроэнергии и незатратной эксплуатации мембранных установок. С его помощью получаемый кислород отличается чистотой в пределах 45%.- Криогенный. Дает возможность получать кислород, чистота которого достигает 99,7%.
Производство кислорода в промышленных масштабах несет в себе высокую значимость. К выбору технологии и соответствующего оборудования нужно уделить повышенное вынимание. Допущенные ошибки могут негативно отразиться на технологичном процессе и повлечь за забой увеличение затрат.
Технические особенности оборудования для получения кислорода в промышленности
Наладить процесс получения кислорода в газообразном состоянии помогают генераторы промышленного типа «ОКСИМАТ». Их технические характеристики и конструктивные особенности направлены на получение данного вещества в промышленности необходимой чистоты и требуемом количестве на протяжении суток (без перерыва). Следует учесть, что работать оборудование может в любом режиме как с остановками, так и без них. Агрегат функционирует под давлением. На входе должен быть осушенный воздух в сжатом состоянии очищенный от влаги. Предусматриваются модели малой, средней и большой производительности.
Читайте также
Как получают водород в промышленности?
Чиллеры — использование
Применение азота в пищевой промышленности
Азот в фармацевтике
У вас остались вопросы?
Оставьте заявку на бесплатную консультацию у наших менеджеров!
Нажимая кнопку, Вы даете согласие на обработку персональных данных.
Удар для любителей нефти: два шага к новой энергетике
Недавние технологические разработки приблизили использование искусственного фотосинтеза для получения чистой энергииСразу две исследовательские группы объявили о серьезных успехах на пути к искусственному фотосинтезу — процессу, при котором вода расщепляется солнечным светом с образованием водорода и кислорода. Водород и кислород при этом образуют эффективное и экологически чистое топливо: при их реакции образуется опять же вода. Немецкие исследователи разработали эффективный катализатор, обеспечивающий разложение воды. Тем временем ученые из британского Кембриджа предложили систему полуискусственного фотосинтеза с использованием отдельных элементов живых организмов.
Почти вся энергия, используемая человечеством, поступает к нам от Солнца (исключение — энергия распада урана, которая идет от другого источника — давно потухших звезд).
Именно энергия Солнца заключена во всех видах ископаемого топлива: ее запасли для нас живые организмы прежних эпох.
Синтез органики из углекислого газа, воды и солнечного света — процесс, который удается растениям так хорошо, что людям нет никакого смысла его копировать: достаточно просто посадить побольше лесов.
Йохен Фельдман и Яцек Столарчик из Мюнхена, а также Франк Вюртнер из Вюрцбурга решили важнейшую проблему: как эффективно разделить воду на водород и кислород и не дать им соединиться обратно. Их подход основан на довольно традиционной технологии использования полупроводников. После поглощения фотона в полупроводнике создается пара из электрона и положительно заряженной «дырки».
Электрон используется для того, чтобы «восстановить» из воды водород. В прежних инженерных решениях «дырки» старались как можно быстрее удалить из полупроводника с помощью химических реагентов, и таким образом вторая, более медленная часть реакции — «окисление» кислорода «дыркой» — оставалась неосуществленной.
Зачем нам использовать наработки древних растений, если мы сами научимся делать то же, что и они, — только лучше?
Эту проблему и решили исследователи. В их системе две половинки реакции протекают на одной наночастице, хоть и разнесены в пространстве. Наночастицы представляют собой стержни из полупроводника, сульфата кадмия. На концы стержней нанесены частицы платины, которая служит акцептором для возбужденных электронов. Там и происходит реакция восстановления водорода. Тем временем на боковые поверхности стержней нанесен разработанный исследователями катализатор на основе рутения: он обеспечивает исключительно быструю доставку «дырок» к ионам кислорода.
Ученые из Кембриджа придерживались другого подхода: они объединили в одном дизайне инженерные технологии человека и компоненты природных живых систем. Получившийся в результате процесс преподнес исследователям сюрприз: он позволил использовать энергию солнечного света даже более эффективно, чем это делает природный фотосинтез в растениях.
Преимущества полуискусственного фотосинтеза в том, что для него не нужны дорогие и токсичные катализаторы, ограничивающие возможности полностью искусственных систем, вроде описанной выше. С другой стороны, полуискусственные процессы, возможно, вскоре удастся масштабировать до промышленного уровня.
Авторы использовали молекулярное оборудование природной фотосистемы II, добавив к нему фермент гидрогеназу из водорослей, восстанавливающий протоны до водорода. В природном фотосинтезе ничего подобного не происходит, так как выделяющиеся при расщеплении воды протоны сразу же вовлекаются в другие биохимические процессы. Однако исследователям удалось совместить две биологические реакции, в обычных условиях разобщенные: работу фермента гидрогеназы и расщепление воды фотосистемой II. Оба «живых» компонента фиксировали на фотоаноде, покрытом особым красителем. В результате природный процесс был оптимизирован: вместо кислорода и восстановленной из СО
Появление на протяжении одной недели сразу двух научных работ, с разных сторон атакующих проблему искусственного фотосинтеза, свидетельствует, что этой технологии, возможно, нам не так уж долго ждать.
О том, как это достижение изменит все без исключения промышленные технологии, пока можно только догадываться, но оно несомненно будет означать конец эры ископаемого топлива. Зачем нам использовать наработки древних растений, если мы сами научимся делать то же, что и они, — только лучше?
Как удалить растворенный кислород из воды
Для удаления растворенного кислорода (DO) из воды можно использовать четыре общих метода, как химически, так и механически. Эти методы включают кипячение воды при 1 атм (атмосферное давление), кипячение воды при пониженном давлении, продувку азотом (N) и обработку ультразвуком при пониженном давлении.
Растворенный кислород (DO) – это количество кислорода, присутствующего в воде. Мы можем легко измерить количество DO в воде с помощью зонда и датчика DO. Измерение растворенного кислорода важно, потому что кислород (O2) играет ключевую роль во многих отраслях, таких как очистка сточных вод и системы аквакультуры, из-за резких изменений, которые могут произойти в химических, биологических и экологических процессах.
Однако O2 может быть вредным веществом, поэтому удаление DO является важным шагом для предотвращения коррозии котлов и труб на электростанциях, а также для улучшения теплопередачи и повышения эффективности. Однако удаление DO из воды необходимо не только на электростанциях. Пищевая, фармацевтическая, биотехнологическая и полупроводниковая промышленность также требуют уменьшения или удаления DO из воды.
Удаление растворенного кислорода из водыМы можем легко увеличить количество растворенного кислорода в воде, барботируя ее воздухом, однако для уменьшения или удаления растворенного кислорода требуются физические (механические) или химические методы.
Физические методы удаления DO из воды:
- Термическая дегазация
- Вакуумная дегазация
- Противоточная биржа
Химические методы удаления DO из воды:
- Удаление азота
- Использование питательных веществ и растений
Кипячение при 1 атм:
При повышении температуры растворимость кислорода в воде снижается, поэтому мы знаем, что более теплая вода содержит меньше растворенного кислорода, чем холодная.
Вот почему кипячение воды является одним из способов уменьшить и удалить DO из воды.
В процессе термического газирования воду помещают в коническую колбу и кипятят в течение 30 минут на плитке на открытом воздухе. Затем воду из фляги медленно переливают в бутылку (обычно пластиковую). Прежде чем крышка плотно завинчивается на бутылку, из бутылки выдавливают весь оставшийся воздух. Плотно завинчивая крышку, бутылку охлаждают под проточной водопроводной водой. Этот метод является наименее эффективным способом удаления DO из воды.
Кипячение при пониженном давлении:
Ручной вакуумный насос позволяет кипятить воду под давлением. Когда вода кипятится при пониженном давлении, воде требуется меньше энергии для перехода в газообразную форму, а кипение может происходить при более низкой температуре, что делает ее более энергоэффективной.
Воду помещают в колбу Бюхнера и присоединяют к ручному вакуумному насосу. Между колбой и вакуумным насосом обычно помещают ловушку для воды, чтобы предотвратить повреждение насоса водой из колбы.
Затем воду кипятят в течение 30 минут, чтобы удалить DO из воды. После того, как вода закипит, колбу закрывают и помещают под проточную воду для охлаждения.
Сонификация при пониженном давлении:
Этот метод аналогичен кипячению под давлением, за исключением того, что колбу Бюхнера помещают в ультразвуковую ванну и обрабатывают ультразвуком в течение 30 минут и 1 часа.
Для тех, кто пропустил урок физики, обработка ультразвуком связана с законом Генри. Когда вода находится под давлением, она делает DO менее растворимым. Растворы для обработки ультразвуком и перемешивания, такие как вода при пониженном давлении, обычно повышают эффективность удаления DO.
Ультразвуковая обработка использует звуковую энергию для встряхивания частиц кислорода в воде, которые затем удаляются за счет снижения давления внутри специальной вакуумной камеры, также известной как вакуумный дегазатор.
Механическое удаление DO на нефтяном месторождении включает использование бескислородного газа, такого как метан (Ch5), для выделения DO из воды посредством противоточного контактного обмена. В качестве альтернативы, если вы хотите химически удалить DO на нефтяном месторождении, используйте диоксид серы (SO2) или сульфит натрия (Na2SO3), поскольку это экономически выгодно.
Азотная продувка/отгонкаАзотная продувка, также известная как отгонка азотом, представляет собой промышленный процесс, удаляющий нежелательные газы и другие примеси из воды с помощью газообразного азота (N2).
Этот метод является наиболее эффективным методом удаления O2. Однако этот метод может быть дорогим, так как требуется большое количество газообразного N2, что предлагает новые способы уменьшения количества газообразного N2 при удалении DO в будущем.
Удаление азота Использование питательных веществ и растений Еще одним способом удаления DO из воды является увеличение концентрации питательных веществ в воде.
Когда количество питательных веществ в воде увеличивается, рост растений увеличивается, а поскольку растения используют кислород, уровни растворенного кислорода в воде снижаются из-за разложения и дыхания.
Сочетание термической дегазации с вакуумной дегазацией, а также термическая дегазация и отгонка азотом также успешно удаляют DO из воды.
Будущее удаления растворенного кислорода из водыУчитывая ограничения, низкую эффективность и высокую стоимость многих операций по удалению DO, необходимо разработать более эффективные методы удаления DO из воды.
Новые роторно-статорные реакторы (RSR) способны удалять DO из воды, поскольку это усиливает контакт газа с жидкостью и усиливает эффект отгонки азота и вакуумной дегазации в условиях высокой гравитации.
Поскольку технологии постоянно развиваются, новый Разработан электрохимический метод удаления кислорода.
В этом методе используется богатая кислородом вода, которая течет через трехмерный катод внутри электрохимической ячейки. Катод удаляет РК из воды, а затем высвобождает его в виде газа в воздух через анод. Этот метод более эффективен, чем физические методы, и в равной степени эффективен по сравнению с химическими методами из-за низкого энергопотребления и использования нетоксичных химикатов для деоксигенации.
Наиболее эффективным способом удаления DO из воды является отгонка азотом, однако многие отрасли промышленности обращаются к «методам сопряжения» для разработки более эффективных методов удаления DO.
Если вы хотите узнать больше о других измерениях качества воды, характеристиках или применениях растворенного кислорода, не стесняйтесь обращаться к нашей команде мирового уровня в Atlas Scientific.
Датчики и датчики растворенного кислорода
Химический прорыв извлекает кислород из воды с помощью магнитов
Наука
Просмотр 1 изображения
Ключевым достижением в разработке систем, помогающих отправлять людей в дальний космос, является то, что ученые продемонстрировали метод извлечения кислорода из воды в условиях микрогравитации с помощью магнитов.
Эта технология представляет собой экономически эффективный и жизнеспособный способ поддерживать дыхание астронавтов во время их путешествий и знаменует собой важный прорыв в производстве кислорода из воды в отсутствие выталкивающих сил.
«На Международной космической станции кислород вырабатывается с помощью электролитической ячейки, которая расщепляет воду на водород и кислород, но затем вы должны удалить эти газы из системы», — объяснил ведущий автор Альваро Ромеро-Кальво. Анализ, проведенный исследователем из НАСА Эймса, пришел к выводу, что адаптация той же архитектуры для полета на Марс приведет к таким значительным потерям массы и надежности, что ее использование не имеет никакого смысла».
Сложность извлечения кислорода в космосе связана с отсутствием гравитации. На Земле гравитация помогает пузырькам CO2 всплывать на поверхность, например, в стакане газировки. Но в космосе эти пузырьки остаются взвешенными в жидкости. Эти газы можно извлечь с помощью громоздкой и дорогой центрифуги, но ученые потратили годы на изучение того, как можно использовать магниты для достижения того же эффекта.
Чтобы изучить эту возможность в космической среде, авторы исследования обратились к Бременской башне падения в Германии, научному объекту высотой 146 метров (480 футов), который отправляет ударопрочную капсулу на пол, чтобы создать короткое окно времени эксперимента в условиях микрогравитации, в данном случае продолжительностью 9,2 секунды.
Ученые разработали новую методику отрыва пузырьков газа от поверхности электрода в различных жидкостях с помощью неодимовых магнитов. В своих успешных экспериментах исследователи впервые смогли использовать этот подход для притяжения и отталкивания пузырьков газа в условиях микрогравитации с помощью магнетизма.
«После многих лет аналитических и вычислительных исследований возможность использовать эту удивительную падающую башню в Германии стала конкретным доказательством того, что эта концепция будет работать в условиях невесомости», — сказал профессор Ханспетер Шауб из Университета Колорадо в Боулдере.
По словам команды, прогресс может привести к созданию нового поколения систем жизнеобеспечения для космических кораблей следующего поколения, и это технология, которая может значительно помочь в усилиях по отправке людей на Луну и Марс9.
