分離液態(tài)空氣法

空氣中的主要成分是氧氣和氮氣。利用氧氣和氮氣的沸點不同，從空氣中制備氧氣稱空氣分離法。首先把空氣預冷、凈化（去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氫化合物等氣體和灰塵等雜質）、然后進行壓縮、冷卻，使之成為液態(tài)空氣。然后，利用氧和氮的沸點的不同，在精餾塔中把液態(tài)空氣多次蒸發(fā)和冷凝，將氧氣和氮氣分離開來，得到純氧（可以達到99.6%的純度）和純氮（可以達到99.9%的純度）。如果增加一些附加裝置，還可以提取出氬、氖、氦、氪、氙等在空氣中含量極少的稀有惰性氣體。由空氣分離裝置產(chǎn)出的氧氣，經(jīng)過壓縮機的壓縮，最后將壓縮氧氣裝入高壓鋼瓶貯存，或通過管道直接輸送到工廠、車間使用。使用這種方法生產(chǎn)氧氣，雖然需要大型的成套設備和嚴格的安全操作技術，但是產(chǎn)量高，每小時可以產(chǎn)出數(shù)干、萬立方米的氧氣，而且所耗用的原料僅僅是不用買、不用運、不用倉庫儲存的空氣，所以從1903年研制出第一臺深冷空分制氧機以來，這種制氧方法一直得到最廣泛的應用。工業(yè)制氧是指制造大量氧氣，大致可分為以下幾種方法。1、 空氣冷凍分離法空氣中的主要成分是氧氣和氮氣。利用氧氣和氮氣的沸點不同，從空氣中制備氧氣稱空氣分離法。首先把空氣預冷、凈化（去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氫化合物等氣體和灰塵等雜質）、然后進行壓縮、冷卻，使之成為液態(tài)空氣。然后，利用氧和氮的沸點的不同，在精餾塔中把液態(tài)空氣多次蒸發(fā)和冷凝，將氧氣和氮氣分離開來，得到純氧（可以達到99.6%的純度）和純氮（可以達到99.9%的純度）。如果增加一些附加裝置，還可以提取出氬、氖、氦、氪、氙等在空氣中含量極少的稀有惰性氣體。由空氣分離裝置產(chǎn)出的氧氣，經(jīng)過壓縮機的壓縮，最后將壓縮氧氣裝入高壓鋼瓶貯存，或通過管道直接輸送到工廠、車間使用。使用這種方法生產(chǎn)氧氣，雖然需要大型的成套設備和嚴格的安全操作技術，但是產(chǎn)量高，每小時可以產(chǎn)出數(shù)干、萬立方米的氧氣，而且所耗用的原料僅僅是不用買、不用運、不用倉庫儲存的空氣，所以從1903年研制出第一臺深冷空分制氧機以來，這種制氧方法一直得到最廣泛的應用。2、 分子篩制氧法（吸附法）利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子篩把空氣中的氧離分出來。首先，用壓縮機迫使干燥的空氣通過分子篩進入抽成真空的吸附器中，空氣中的氮分子即被分子篩所吸附，氧氣進入吸附器內，當吸附器內氧氣達到一定量（壓力達到一定程度）時，即可打開出氧閥門放出氧氣。經(jīng)過一段時間，分子篩吸附的氮逐漸增多，吸附能力減弱，產(chǎn)出的氧氣純度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子篩上面的氮，然后重復上述過程。這種制取氧的方法亦稱吸附法。最近，利用吸附法制氧的小型制氧機已經(jīng)開發(fā)出來，便于家庭使用。3、電解制氧法把水放入電解槽中，加入氫氧化鈉或氫氧化鋰以提高水的電解度，然后通入直流電，水就分解為氧氣和氫氣。每制取一立方米氧，同時獲得兩立方米氫。用電解法制取一立方米氧要耗電12—15千瓦小時，與上述兩種方法的耗電量（0.55—0.60千瓦小時）相比，是很不經(jīng)濟的。所以，電解法不適用于大量制氧。另外同時產(chǎn)生的氫氣如果沒有妥善的方法收集，在空氣中聚集起來，如與氧氣混合，容易發(fā)生極其劇烈的爆炸。所以，電解法也不適用家庭制氧的方法。（二）化學制氧工業(yè)和醫(yī)用氧氣均購自制氧廠。工廠制氧的原料是空氣，故價格非常便宜。但是，氧氣的貯存（高壓氧氣用鋼瓶、液氧要用特殊貯罐）、運輸、使用不太方便。因此遠離氧氣廠的偏遠山區(qū)運輸困難，另外有些特殊環(huán)境如病人家中、高空飛行、水下航行的潛艇、潛水作業(yè)、礦井搶救等攜帶巨大笨重的鋼瓶極為不便，小型鋼瓶貯氧量小，使用時間短，因此就出現(xiàn)化學制氧法，在化合物中以無機過氧化物含氧量最多且易釋放，目前化學制氧多采用過氧化物來制氧。對無機過氧化合物的科學研究開始于18世紀。1798年德國自然科學家洪堡（AlexandervonHumboldt）采用在高溫中把氧化鋇氧化的方法，制取了過氧化鋇。1810年法國化學家蓋一呂薩克（Joseph—LouisGay—Lussac）和泰納爾（Louis—JacquesThenard）合作制取了過氧化鈉和過氧化鉀。1818年泰納爾又用酸處理過氧化鋇，再經(jīng)蒸餾發(fā)現(xiàn)了過氧化氫。200年來，化學家們不斷不研究，發(fā)現(xiàn)大量無機過氧化合物。這些過氧化物，在遇熱或遇水或遇其他化學試劑的時候，很容易析出氧氣。常用的過氧化物有以下幾種：1、液體過氧化物（液體產(chǎn)氧劑）一雙氧水雙氧水的化學名稱是過氧化氫（H2O2），為無色透明液體，有微弱的特殊臭氧味，是很不穩(wěn)定的物質，在遇熱、遇堿、混入雜質等許多情況下都會加速分解。溫度每升高5。。，它的分解速度就要增加1.5倍。即便是稀釋后濃度為35%的雙氧水，在pH值增加（例如貯存在含堿玻璃瓶里）超過6個小時就要發(fā)生急劇分解。雙氧水中混入少量雜質（如鐵、銅、黃銅、青銅、鉛、銀、鉻、錳等金屬粉末或它們的鹽類），即便在室溫下，同樣要引起急劇的分解，產(chǎn)生氧氣。雙氧水是過氧化物中最基本的物質，也是各國科學家最早認識的化學產(chǎn)氧劑。雙氧水具有產(chǎn)氧量較大（30%的稀釋液中，有效氧含量為14.1%）和成本較低的好處。但是，雙氧水是強腐蝕劑，稍稍不慎便會造成人身傷害，而且在許多情況下還可引起爆炸或燃燒，無論在使用或貯存、運輸中都屬于危險品。比如：在常壓下，雙氧水的蒸汽濃度達到40%以上時，溫度過高即有爆炸危險。雙氧水與有機物混合，能生成敏感和強烈的高效炸藥。雙氧水與醇類、甘油等有機物混合，就形成極危險的爆炸性混合物。雙氧水是強烈氧化劑，對有機物、特別對紡織物和紙張有腐蝕性，與大多數(shù)可燃物接觸都能自行燃燒。實驗室中常用過氧化氫或高錳酸鉀分解制取氧氣的方法，具有反應快、操作簡便、便于收集等特點，但成本高，無法大量生產(chǎn)，只能用于實驗室中。工業(yè)生產(chǎn)則需考慮原料是否易得、價格是否便宜、成本是否低廉、能否大量生產(chǎn)以及對環(huán)境的影響等?？諝庵屑s含21%的氧氣，這是制取氧氣的廉價、易得的原料。因為任何液態(tài)物質都有一定的沸點，人們正是利用了物質的這一性質，在低溫條件下加壓，使空氣轉變?yōu)橐簯B(tài)，然后蒸發(fā)。由于氮的沸點是-196°C，比液態(tài)氧（-183°C）低，因此氮氣首先從液態(tài)空氣中蒸發(fā)出來，剩下的主要就是液態(tài)氧了。為了便于貯存、運輸和使用，通常把氧氣加壓到15000kPa，并貯存在漆成藍色的鋼瓶中。近年來，膜分離技術得到迅速發(fā)展。利用這種技術，在一定壓力下，讓空氣通過具有富集氧氣功能的薄膜，可得到含氧量較高的富氧空氣。利用這種膜進行多級分離，可以得到含90%以上氧氣的富氧空氣。富氧膜的研究在醫(yī)療、發(fā)酵工業(yè)、化學工業(yè)、富氧燃燒等方面得到重要應用。2工業(yè)制氧與實驗室制氧區(qū)別實驗室制取的氧氣是少量的，屬于化學變化；而工業(yè)上是利用空氣分離的方法大量制取氧