Ο αέρας που διατίθεται στη φύση αποτελείται από ένα μείγμα καθαρών αερίων. Αυτά τα αέρια περιέχουν πάντα μεμονωμένα άτομα (όπως τα ευγενή αέρια) ή ατομικό αέριο (όπως νέον), ή σύνθετα μόρια που περιέχουν μια ποικιλία ατόμων (όπως το διοξείδιο του άνθρακα). Κάθε ένα από αυτά τα αέρια έχει τις εφαρμογές του. Επίσης, κάθε αέριο πρέπει να διαχωριστεί από το μείγμα και να μετατραπεί στην καθαρή του μορφή για περαιτέρω χρήση. Αυτό το άρθρο εξηγεί την κατασκευή καθαρών αερίων από ένα μείγμα καθαρών αερίων.

 Τι είναι το φυσικό αέριο;

Το αέριο είναι μία από τις τρεις μορφές ύλης, εκτός από την υγρή και τη στερεή κατάσταση. Δεν έχει συγκεκριμένο σχήμα ή όγκο. Παίρνει το σχήμα ενός δοχείου ή δοχείου στο οποίο υπάρχει. Τα αέρια μπορούν να είναι οποιουδήποτε από τους τύπους που αναφέρονται παρακάτω.

• Καθαρά αέρια

• Μικτά αέρια

• Σύνθετα αέρια

 

Τι είναι τα καθαρά αέρια;

Τα καθαρά αέρια αποτελούνται από μεμονωμένα άτομα ή ένα μείγμα ευγενών αερίων και άλλων ατομικών αερίων. Μπορούν να είναι στοιχεία με πολλά άτομα ή μία μόνο ένωση.

 

Παραδείγματα καθαρών αερίων

Μερικά παραδείγματα καθαρών αερίων είναι:

• Ακετυλένιο

• Οξυγόνο

 

Ακετυλένιο

Η ακετυλίνη είναι ένα άγευστο, άχρωμο και άοσμο αέριο στοιχείο που ανακαλύφθηκε το 1836 από τον Έντμουντ Ντέιβι, έναν επιστήμονα και καθηγητή χημείας. Αυτό το αέριο χρησιμοποιείται ευρέως για διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές. Το ακετυλένιο είναι άοσμο και άχρωμο στην καθαρή του μορφή. Εάν αυτό το αέριο χρησιμοποιηθεί χωρίς μέτρα ασφαλείας, μπορεί να είναι επικίνδυνο καθώς μπορεί να εκραγεί.

Εφαρμογές ακετυλενίου

Αυτό το αέριο χρησιμοποιείται σε πολλούς τομείς, όπως,

• Συγκόλληση

• Κοπή

• Χημική παραγωγή

• Μεταλλουργική θέρμανση

• Στη βιομηχανία γυαλιού

 

Παραγωγή ακετυλενίου

Αυτό το αέριο παράγεται με την ανάμειξη των πρώτων υλών Καρβίδιο του ασβεστίου (CaC2) και νερού στη μονάδα αερίου Ακετυλενίου. Το καρβίδιο ασβεστίου παρασκευάζεται με ανάμειξη ασβέστη και οπτάνθρακα σε υψικάμινο, ο οποίος παρασκευάζεται όπως φαίνεται παρακάτω: 

CaC₂+ 2H2O 🠆 C2H2+Ca(OH)2

όπου,

C₂H2 🠆 Ακετυλένιο

Ca(OH)₂ 🠆 Υδροξείδιο του άνθρακα

 

Αυτή η πειραματική ρύθμιση για την παραγωγή ασετυλίνης φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

 

Η διαδικασία παραγωγής ακετυλενίου βήμα προς βήμα εξηγείται παρακάτω με ένα μπλοκ διάγραμμα.

 

 

• Η διαδικασία ξεκινά με την αποστολή του καρβιδίου του ασβεστίου στο hoover.

• Στη συνέχεια, το νερό και το C2H2 αναμειγνύονται και η ακετυλίνη, μαζί με τη θερμότητα και το υδροξείδιο του ασβεστίου, σχηματίζεται αμέσως . Το καρβίδιο του ασβεστίου προστίθεται σε μικρές ποσότητες κάθε φορά μετά την πτώση της πίεσης στο εσωτερικό της γεννήτριας για να διατηρηθεί η πίεση στην αντίδραση.

• Η θερμότητα που παράγεται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας ελέγχεται ή ελαχιστοποιείται με το πέρασμα αυτού του ασετυλενίου σε έναν ψυκτικό συμπυκνωτή που περιβάλλεται από νερό σωλήνες.

• Το νερό αφαιρείται από αυτό το ρεύμα χρησιμοποιώντας έναν καθαριστή αμμωνίας, ο οποίος μειώνει τη θερμοκρασία του ρεύματος ασετυλίνης.

• Ένας ξηραντήρας μέσης πίεσης με χλωριούχο ασβέστιο χρησιμοποιείται επίσης για την αφαίρεση του μεγαλύτερου μέρους της υγρασίας που υπάρχει στο ρεύμα.

• Επιπλέον, για να αφαιρεθούν τυχόν ακαθαρσίες στο ρεύμα όπως η αρσίνη και η φωσφίνη, το αποξηραμένο ακετυλένιο διέρχεται από ειδικό καθαριστή και αφαιρείται από το αέριο. Αυτό το βήμα μπορεί να αποφευχθεί εάν το επιθυμητό προϊόν είναι Industrial Acetylene.

• Το αέριο στη συνέχεια διοχετεύεται σε μια σειρά από στεγνωτήρες υψηλής πίεσης που χρησιμοποιούνται για την αφαίρεση τυχόν λαδιού και υγρασίας.

• Το ακετυλένιο συμπιέζεται τελικά σε έναν κύλινδρο που περιέχει ακετόνη και πορώδες μονολιθικό πληρωτικό μάζας. Η αναλογία ακετόνης και ακετυλενίου είναι πάντα σταθερή. Ωστόσο, μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με το μέγεθος του κυλίνδρου.

• Αυτός ο αεροσυμπιεστής βοηθά στη λειτουργία της αντλίας ακετόνης, της αντλίας πολτού και των ενεργοποιούμενων σφαιρικών βαλβίδων.

 

Οξυγόνο

Το οξυγόνο είναι ένα άγευστο, άχρωμο και άοσμο αέριο στοιχείο που ανήκει στην ομάδα Chalcogen του περιοδικού πίνακα. Είναι πολύ αντιδραστικό και σχηματίζει εύκολα οξείδια και άλλες ενώσεις καθώς είναι καλός οξειδωτικός παράγοντας. Είναι το τρίτο μεγαλύτερο στοιχείο στο σύμπαν μετά το υδρογόνο και το ήλιο.

 

Κατασκευή οξυγόνου

Το οξυγόνο μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας πολλές τεχνικές. Μια απλή και φυσική τεχνική είναι η φωτοσύνθεση.

 

Παραγωγή οξυγόνου μέσω της φωτοσύνθεσης

Κατά τη φωτοσύνθεση, τα φυτά απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα και νερό από το έδαφος και τον αέρα. Τα μόρια του νερού οξειδώνονται μέσα στα φυτικά κύτταρα και χάνονται ηλεκτρόνια, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα μειώνεται και φαίνεται το κέρδος των ηλεκτρονίων. Στη συνέχεια, το CO2 μετατρέπεται σε οξυγόνο και απελευθερώνεται στον αέρα.

  Η φωτοσύνθεση εξηγείται μέσω της ακόλουθης εξίσωσης.

  6CO2+6H2O🠆C₆H12O6+6O2

όπου,

Το CO2 είναι διοξείδιο του άνθρακα

Το H2O είναι νερό

Το C₆H12O6 είναι υδατάνθρακας

Παραγωγή οξυγόνου μέσω της μεθόδου κρυογονικής απόσταξης

Αυτή είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος για την παραγωγή οξυγόνου. Αναπτύχθηκε από τον Carl Von Linde το 1895. Σε αυτή τη διαδικασία, το οξυγόνο διαχωρίζεται από το αργό, το άζωτο και άλλα στοιχεία. Αυτή η μέθοδος λέγεται ότι παράγει περίπου το 99% καθαρού οξυγόνου. Ο όρος Cryogenic σχετίζεται με χαμηλότερες θερμοκρασίες και η απόσταξη αναφέρεται σε μεθόδους διαχωρισμού των στοιχείων σε ένα μείγμα με βάση τα σημεία βρασμού των στοιχείων.

 

Το μπλοκ διάγραμμα της κρυογονικής απόσταξης αέρα φαίνεται παρακάτω:

 

  Η διαδικασία παραγωγής οξυγόνου βήμα προς βήμα εξηγείται παρακάτω.

• Προθεραπεία 

• Συμπίεση και ψύξη του εισερχόμενου αέρα

• Απομάκρυνση διοξειδίου του άνθρακα

• Μεταφορά θερμότητας

• Απόσταξη αέρα

 

Προθεραπεία

• Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη διέλευση αέρα μέσα από φίλτρα και τον καθαρισμό τους.

• Αυτός ο φιλτραρισμένος αέρας συμπιέζεται και διοχετεύεται σε πολλούς ενδιάμεσους ψύκτες, οι οποίοι ψύχουν τον αέρα.

• Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα όπου όλο το διοξείδιο του άνθρακα που υπάρχει στον αέρα πρέπει να αφαιρεθεί εντελώς πριν διοχετεύεται στη μονάδα κατάντη καθώς μπορεί να φράξουν τον εξοπλισμό, προκαλώντας ζημιά όταν παγώνουν σε χαμηλές θερμοκρασίες.

 Μεταφορά θερμότητας και ψύξη του αέρα

Ο φιλτραρισμένος αέρας τροφοδοτείται μέσω ενός στοιχείου ανταλλαγής θερμότητας όπως φαίνεται παραπάνω, όπου ψύχεται και περνά περαιτέρω στις άλλες μονάδες.

 Απόσταξη αέρα

• Είναι το τελευταίο βήμα στη διαδικασία παραγωγής οξυγόνου.

• Το άζωτο διαχωρίζεται χρησιμοποιώντας μια στήλη απόσταξης (συνήθως μία για το άζωτο).

• Δύο στήλες απόσταξης χρησιμοποιούνται επίσης σε περιπτώσεις που το αέριο πρέπει να είναι πολύ καθαρό.

• Ο διαχωρισμός οξυγόνου απαιτεί επίσης δύο στήλες απόσταξης όπου η πρώτη στήλη διατηρείται σε υψηλή πίεση και η δεύτερη σε χαμηλή πίεση.

• Για να αφαιρέσουμε το αργό από το οξυγόνο, χρησιμοποιούμε ένα πλευρικό ρεύμα και το αφαιρούμε.

Συμπέρασμα

Σε αυτό το άρθρο, συζητήσαμε τα καθαρά αέρια και τις μεθόδους κατασκευής καθαρών αερίων. Εάν έχετε ερωτήσεις ή απορίες σχετικά με την κατασκευή καθαρών αερίων, μπορείτε να προσθέσετε σελιδοδείκτη στο άρθρο μας και να ανατρέξετε για να κατανοήσετε την έννοια των καθαρών αερίων.