Як отримують газ аргон. Велика енциклопедія нафти і газу
У сучасному світі з кожним днем \u200b\u200bстає популярніші і важливіше. Цей газ «працює» в склопакетах вікон і лазерах, в лампах розжарювання і зварюванні металів. Він оберігає харчові продукти від гнильних бактерій і допомагає гасити пожежі. Оскільки сфер застосування цього інертного газу стає все більше, важливішим стає і питання його отримання.
Поверхня Титана вважається поганим відбивачем для цих радіохвиль, тому їх можна було б відобразити рідким льодом в підземному океані. Атмосфера Титана. Титан - єдиний супутник, який, як відомо, має зрілу атмосферу, що складається не тільки з слідів газу. Спостереження з зондів Вояджера показали, що атмосфера Титана більш щільна, ніж атмосфера нашої планети, з поверхневим тиском в 1, 45 рази більше, ніж у Землі. Атмосфера Титана приблизно в 1, 19 рази більше, ніж у Землі. Він містить хмарні покриття, які блокують більшу частину видимого світла від Сонця, але також і інші джерела, які блокують вид поверхні Титана.
Після того, як Релей виявив в дослідах з повітрям що раніше не вивчений газ, він разом з Рамзаем почав серію експериментів з дослідження його властивостей. Для цього потрібно отримати недосліджений газ в достатній кількості. Виділяли його двома способами. При пропущенні електричних іскор кисень зв'язувався з азотом, роблячи можливим виділення аргону. Іншим способом було поглинання азоту розпеченим магнієм. На сьогоднішній день, промислового значення жоден з цих способів не має.
Атмосфера настільки щільна, що гравітація настільки мала, що люди можуть пролетіти через неї, якщо вони надають свої крила. Низька гравітація Титана означає, що його атмосфера набагато ширше, ніж у Землі. Навіть на відстані 975 км зонд Кассіні повинен був внести корективи для підтримки стабільного орбітального гальмування. Атмосфера Титана непрозора на багатьох довжинах хвиль, і повний спектр наплавлення неможливо отримати ззовні. Зонд Гюйгенса не міг визначити напрямок спуску Сонця, але йому вдалося захопити зображення з поверхні планети.
Сучасна промисловість найчастіше отримує низькотемпературної ректифікації повітря. Це ще й один з найбільш застосовуваних способів отримання чистих кисню та азоту. при цьому виходить як побічний продукт. У промисловому виробництві аміаку теж як побічний продукт виходить аргон.
Сучасні технології одержання аргону.
Велика кількість метану в атмосфері Титана було в десять разів вище, а атмосферний тиск було як мінімум в два рази вище, ніж прогнозувалося. Атмосфера Титана - єдина щільна атмосфера, багата азотом, в сонячній системі, що прилягає до Землі. Атмосферне складу в стратосфері складає 98, 4% азоту, із залишком 1, 1% метану і водню. Оскільки метан конденсується в атмосфері на великих висотах, його велика кількість зростає в міру того, як висота зменшується при тропопаузе на висоті 32 км, з рівнями 4, 9% між 8 км і її поверхнею.
Є сліди інших вуглеводнів, таких як етан, диацетилу, метилацетилен, ацетилен і пропан, а також інші гази, такі як ціаноацетілен, ціанід, діоксид вуглецю, ціаногени, аргон і гелій. Помаранчевий колір, як видно з космосу, міг бути отриманий іншими хімічними комплексами в невеликих кількостях, можливо, платних, органічних опадів, таких як смола. Вважається, що вуглеводні утворюються у верхній атмосфері Титана в реакціях, що виникають в результаті дисипації метану ультрафіолетовим світлом сонця, утворюючи товстий помаранчевий туман.
криогенний спосіб
Більшу частину, який використовується для різноманітних цілей в різних галузях промисловості, отримано в Повітророзподільну апараті, криогенним способом поділу зрідженого повітря. При цьому відбувається поділ його на складові гази. Чимала частка одержуваного в промисловості кисню та азоту виходить саме цим способом.
Їх структура ще не відома, але вони вважаються Толиними і можуть бути основою для утворення більш складних молекулярних структур, таких як поліциклічні ароматичні вуглеводні. Сонячна енергія повинна була перетворити все сліди метану з атмосфери Титана в більш складні вуглеводні протягом 50 мільйонів років - короткий період в порівнянні з віком сонячної системи. Це говорить про те, що метан якимось чином заправляється резервуаром на поверхні або в глибині Титана. Те, що Титан агрегованих атмосферу з ранньої туманності Сатурна під час її утворення, здається неможливим.
Принцип роботи кріогенної колони ректифікації ґрунтується на різниці в температурах кипіння газів, складових атмосферне повітря. Легкокіпящіе речовини, такі як гелій і неон, виявляються у вигляді пари, що накопичується у верхній частині колони. Більш труднокіпящіе криптон і ксенон залишаються у вигляді рідини внизу. разом з киснем і азотом відноситься до середньої фракції. Оскільки вона всього лише на кілька градусів відрізняється від їх температур кипіння, це трохи ускладнює процес його отримання.
У цьому випадку він повинен мати аналогічне атмосферний велика кількість для сонячної туманності, включаючи водень і неон. Багато астрономів припустили, що походження метану в атмосфері Титана є сателітом, звільненим від кріовулканіческіх вивержень. Не виключено можливе біологічне походження метану.
Існує також картина циркуляції повітря, позначена як напрямок обертання Титана із заходу на схід. Іоносфера Титану також набагато складніше, ніж Земля, з основною іоносферою на висоті 200 км, але з додатковим покриттям часток, заповненим на 63 км. Це ділить атмосферу Титана на два члена з окремими радіорезонансамі. Проте, природні радіохвилі Титана неясні, оскільки вони, по-видимому, не є великою світловий активністю.
Тому приблизно на рівні однієї третини висоти основної колони розташовується патрубок, через який в спеціальну колону виводиться фракція аргону, що містить приблизно десять - дванадцять відсотків цього газу. Тут проводиться повторна ректифікація. Азот, до більш летюча речовина йде вгору колони, а більш «важкий» кисень опускається вниз.
Клімат. Температура поверхні Титана складає -179 градусів за Цельсієм. При цій температурі заморожена вода не сублімується або не випаровується, тому атмосфера майже позбавлена \u200b\u200bводяної пари. Туман в атмосфері Титана вносить свій внесок в анти-парниковий ефект супутника, що відображає сонячне світло назад в космос, роблячи його поверхню значно холодніше, ніж її верхня атмосфера. Супутник отримує приблизно 1% від кількості сонячного світла, який отримує Терра.
Хмари Титана, можливо, що складаються з метану, етану або інших простих органічних речовин, розкидані і розкидані по всьому туману. Цей атмосферне метан створює парниковий ефект на поверхні Титана, без якого Титан буде набагато холодніше. Однак зображення південної півкулі Титана, захоплені в протягом одного року, показують, що вони виросли і харчуються сезонними опадами вуглеводнів.
Після часткового відділення кисню та азоту, залишається суміш, вміст аргону в якій коливається від 94 до 85 відсотків. Такий «сирий» підлягає доочищення. Домішки азоту, що становлять від трьох до п'яти відсотків суміші, видаляються ректифікацією. А три - десять відсотків кисню прибираються адсорбцией або хімічним способом, пов'язуючи його воднем або сіркою. В результаті чистота отриманого аргону досягає 99,99 відсотків.
Моделювання глобальних моделей вітру, заснованих на інформації про швидкість вітру в Гюйгенс, показало, що атмосфера Титана циркулювала в одній величезній осередку Хедлі. Тепле повітря піднімається в південній півкулі Титана - досвід літа, коли Гюйгенс спустився, - і занурюється в північну півкулю, що призводить до високих висотним течіям з півдня на північ і повітряним течіям з низьким вітром з півночі на південь. Така велика осередок Хедлі можлива тільки в світі повільного обертання, такому як Титан. Рух вітру в камері від полюса до полюса, мабуть, зосереджено на стратосфері.
Побічний продукт при виробництві аміаку
Ще одне джерело одержання аргону - це аміачна виробництво. В даному випадку цей газ є відходом - домішкою, залишком, що витягується з азоту, необхідного для синтезу аміаку. , Який служить сировиною для виробництва аміаку, що не передбачає такого очищення, як позбавлення його від домішки аргону. Після взаємодії азоту і водню з утворенням аміаку, він просто залишається як і прореагировавший залишок.
Моделювання передбачало можливість зміни кожні 12 років з періодом 3 років переходу під час Титанового року. Цей осередок створює глобальну смугу низького тиску, Яка є наслідком зміни зони межтропіческом конвергенції. Однак на відміну від Терри, де океани обмежені в цій області тропіками, Титан, площа перетинає відстань між двома полюсами, що несуть з собою хмари метанового дощу. Це означає, що Титан, незважаючи на низькі температури, матиме тропічний клімат.
Число озер метану, видимих \u200b\u200bпоблизу південного полюса Титана, менша за кількість озер поблизу північного полюса. Оскільки південний полюс в даний час літа і північ взимку, нова гіпотеза буде полягати в тому, що дощі метану доходять до полюсів взимку, а влітку метан випаровується.
Мембранна або дифузійна технологія
Ця технологія зародилася ще в сімдесятих роках минулого століття. Це економічно вигідний спосіб отримання газів, виділенням їх з повітря. Принцип роботи цього методу полягає в тому, що газова суміш, в даному випадку повітря проходить крізь мембрану.
Атоми і молекули різних газів розрізняються розмірами. Мембрана пропускає тільки молекули або атоми до певного діаметра, більші залишаються по іншу її сторону. У сучасній промисловості для поділу газів застосовують половолоконной мембрани останнього п'ятого покоління, що володіють кращими якостями в порівнянні з їх попередніми версіями.
Незважаючи на те, що місія Кассіні-Гюйгенса була оснащена, щоб представити докази складної біології або організмів, вона показала оточення Титана, яке багато в чому схоже з теоретизувати землею для споконвічної Землі. Дослідники вважають, що атмосфера первісної Терри була схожа за складом на атмосферу Титана, за винятком водяної пари Титана. Було розроблено багато гіпотез і спробувати забезпечити міст або крок до хімічної або біологічної еволюції.
Формування складних молекул. Експеримент Міллера-Юрі і ряд інших експериментів показали, що в атмосфері, подібній атмосфері Титана, шляхом додавання ультрафіолетового випромінювання можуть утворюватися складні молекули і полімерні речовини, такі як мита. Реакція починається з дисоціації азоту і метану, утворюючи ціанід і ацетилен водню. Інші реакції інтенсивно вивчалися.
адсорбційна технологія
У п'ятдесятих роках двадцятого століття з'явився адсорбційний спосіб поділу газових сумішей. Він заснований на здатності адсорбуючих речовин селективно поглинати той чи інший газ. В основному цим способом виділяють з повітря азот і кисень. Для здійснення цього поділу в основному використовують синтетичні цеоліти, а також природні мінерали: клиноптилоліт і морденіт.
Хорст також виявив амінокислоти, будівельні блоки білків. Вона сказала, що вперше в цьому експерименті були знайдені нуклеотидні і амінокислотні підстави без присутності рідкої води. Можливі житлові райони в метро. Лабораторне моделювання привело до припущення, що у Титана може бути досить органічного матеріалу, щоб почати хімічну еволюцію, аналогічну тому, що існувало, коли життя почалося на Землі.
Хоча аналогія припускає наявність рідкої води протягом більш тривалого періоду, ніж в даний час спостерігається, деякі теорії припускають, що рідка вода від удару може бути збережена під замороженої і ізольованою оболонкою. Також було відмічено, що океан рідкого аміаку може існувати глибоко під поверхнею супутника. Одна з моделей передбачає вирішення аміаку і води близько 200 км під земною корою замороженої води, умови, які є екстремальними відповідно до земними стандартами, є заходами по забезпеченню виживання життя.
Звична кріогенна ректифікаційна технологія виділення аргону з атмосферного повітря дозволяє отримувати його у великих обсягах. Але, дорожнеча і складність отримання аргону таким способом надихає винахідників на пошуки більш зручного і дешевого способу отримувати цей газ в потрібній кількості. Всі зростаючі потреби в цьому газі стимулюють нові дослідження в цій галузі. Країни, що розвиваються в даний час адсорбційний і мембранний методи отримання
Передача тепла між внутрішньою і верхньої кришками матиме вирішальне значення для підтримки життя під підземним океаном. Виявлення мікробного життя на Титані буде залежати від його біогенних ефектів. Наприклад, була вивчена можливість атмосферного метану та азоту біологічного походження.
Схоже, що поверхня майже зникає, що може привести до її споживання метаногенів формами життя. Кріс МакКей, який згоден з тим, що наявність життя є можливим поясненням даних про водні та ацетилені, попереджає, що інші пояснення тепер виглядають більш правдоподібними: ймовірність того, що результати можуть бути викликані помилкою людини або присутністю в грунті деяких невідомих каталізаторів, Він уточнив , що такий каталізатор, активний при 95 К, стане великим проривом сам по собі.
Отримання аргону мембранним і адсорбційним методом дешевше. Але, створення великих високопродуктивних адсорбційних або дифузійних установок для одержання аргону утруднено фізичними властивостями самих матеріалів.
Цікаві факти
За обсягом і масі, після азоту і кисню, аргон найпоширеніший газ в атмосфері. В атмосфері Землі його приблизно 1,3 відсотка від усієї її маси і 0,9 відсотка від обсягу.
Існує дискусія про ефективність використання метану в якості середовища проживання в порівнянні з водою; вода, безумовно, є найкращим розчинником, ніж метан, що дозволяє легше переносити речовини в клітину, в той час як більш низька хімічна реакційна здатність метану полегшує утворення великих структур, таких як білки.
Через ці труднощів дослідники, такі як Джонатан Лунін, вважали Титана менш придатним для життя, як експеримент для вивчення теорій про умови, які переважали до настання життя на Землі. Якщо на Титані саме життя не існує, пребиотические умови титанової середовища і пов'язаної з нею органічної хімії і раніше становлять великий інтерес для розуміння ранньої історії біосфери Землі. Використання Титана в якості Пребіотичний експерименту передбачає не тільки спостереження космічних зондів, але також лабораторні експерименти і хімічне і фотохімічні моделювання Землі.
Земна атмосфера надає практично невичерпне джерело. Крім того, майже весь використаний людством аргон знову повертається в атмосферу в незмінному з точки зору фізики і хімії вигляді. За винятком невеликої кількості атомів, розбитих в ході досліджень, що проводяться з метою отримати нові ізотопи і речовини.
Передбачається, що вплив Землі на великі астероїди і комети призвело до того, що сотні мільйонів фрагментів породи, завантажених мікробами, зникли через гравітації Землі. Розрахунки показують, що ряд цих мікробних фрагментів зустрів би безліч тіл у Сонячній системі, включаючи Титан. З іншого боку, Джонатан Лунін стверджував, що будь-яка жива істота, яка живе на вуглеводневих вуглеводневих озерах Титана, має бути настільки хімічно відмінним від життя Землі, що було б неможливо, щоб хтось був предком іншого.
Трохи більше 6 мільярдів років, коли Сонце стане червоним гігантом, температура поверхні підвищиться до -70 градусів Цельсія, поки на поверхні з'являться стабільні океани в суміші води і аміаку. У міру того як ультрафіолетове випромінювання Сонця зменшується, туман у верхній атмосфері Титана буде руйнуватися, зупиняючи анти-парниковий ефект на поверхні і дозволяючи парниковий ефект, створюваний атмосферним метаном, відігравати велику роль. Ці умови разом створять приємну середовище для екзотичних форм життя і триватимуть сотні мільйонів років.
На території України чистий аргон і інші промислові гази можна придбати в Компанії «DP Air Gas». Крім того, Компанія здійснює доставку газів по всій території України. А також обслуговування газового обладнання. Більш детальну інформацію про асортимент і послуги пропонованих «DP Air Gas», можна знайти.
Всі ми знаємо, що аргон застосовується для зварювання різних металів, але не кожен замислювався, про те, що являє собою цей хімічний елемент. А тим часом його історія багата подіями. Що характерно, аргон - це винятковий екземпляр періодичної таблиці Менделєєва, який не має аналогів. Сам вчений дивувався свого часу, як він взагалі міг сюди потрапити.
В атмосфері присутні приблизно 0,9% цього газу. Як і азот, він має нейтральний характер без кольору і запаху. Для підтримки життя він не підходить, але зате просто незамінний в деяких областях людської діяльності.
Невеликий екскурс в історію
Вперше його виявив англієць і фізик за освітою Г. Кавендіш, який помітив присутність в повітрі чогось нового, стійкого до хімічного впливу. На жаль, Кавендіш так і не дізнався природу нового газу. Трохи більше ста років тому це помітив і інший учений - Джон Вільям Страт. Він прийшов до висновку, що в азоті з повітря є якась домішка газу невідомого походження, але аргон це або щось ще, він поки не міг зрозуміти.
При цьому газ не вступав в реакцію з різними металами, хлором, кислотами, лугами. Тобто з хімічної точки зору носив інертний характер. Ще однією несподіванкою стало відкриття - молекула нового газу включає в себе лише один атом. А на той момент подібний склад газів був ще невідомий.
Публічне повідомлення про новий газі призвело в шок багатьох вчених з усього світу - як можна було прогледіти новий газ в повітрі протягом багатьох наукових досліджень і дослідів ?! Але в відкриття повірили не всі вчені, включаючи Менделєєва. Судячи з атомної масі нового газу (39,9), він повинен розташуватися між калієм (39,1) і кальцій (40,1), але позиція вже була зайнята.
Як уже згадувалося, аргон - з багатою і детективною історією. На деякий час він був забутий, але після відкриття гелію новий газ визнали офіційно. Було вирішено відвести для нього окрему нульову позицію, розташовану в між галогенів і лужних металів.
властивості
Серед інших інертних газів, Які входять у важку групу, аргон вважається найлегшим. Його маса перевищує вагу повітря в 1,38 рази. У рідкий стан газ переходить при температурі -185,9 ° С, а при -189,4 ° С і нормальному тиску твердне.
Від гелію і неону аргон відрізняється тим, що здатний розчинятися у воді - при температурі 20 градусів в кількості 3,3 мл в ста грамах рідини. Але в ряді органічних розчинів газ розчиняється краще. Дія електричного струму змушує його світитися, завдяки чому він став широко застосовуватися в освітлювальному обладнанні.
Біологами виявлено іншу корисну властивість, якою володіє аргон. Це свого роду середовище, де рослина прекрасно себе почуває, що доведено дослідами. Так, перебуваючи в атмосфері газу, посаджені насіння рису, кукурудзи, огірків і жита дали свої паростки. В іншій атмосфері, де 98% припадає на аргон і 2% - на кисень, добре проростає така овочева культура, як морква, салат і цибулю.
Що особливо характерно, зміст цього газу в земній корі набагато більше, ніж інших елементів, що знаходяться в його групі. Його приблизний зміст - 0,04 г на одну тонну. Це в 14 разів перевищує кількість гелію і в 57 разів - неону. Що стосується навколишньої Всесвіту, його там ще більше, особливо на різних зірках і в туманностях. За деякими підрахунками, аргону на просторах космосу більше, ніж хлору, фосфору, кальцію або калію, яких повно на Землі.
отримання газу
Той аргон в балонах, в яких ми його частіше зустрічаємо, є невичерпним джерелом. До того ж він в будь-якому випадку повертається в атмосферу в силу того, що при використанні не змінюється в фізичному або хімічному плані. Винятком можуть бути випадки витрати малої кількості ізотопів аргону на отримання нових ізотопів і елементів в ході ядерних реакцій.
У промисловості газ отримують шляхом поділу повітря на кисень і азот. В результаті чого і народжується газ як побічний продукт. Для цього використовується спеціальне промислове обладнання дворазовою ректифікації з двома колонами високого і низького тиску і проміжним конденсатором-випарником. Крім цього, для одержання аргону можуть бути використані відходи аміачного виробництва.
Галузь застосування
Сфера застосування аргону нараховує кілька областей:
- харчова промисловість;
- металургія;
- наукові дослідження і досліди;
- зварювальні роботи;
- електроніка;
- автомобільна промисловість.
Цей нейтральний газ знаходиться всередині електричних лапочек, що уповільнює випаровування вольфрамової спіралі всередині. Завдяки цій властивості широко застосовується заснований на даному газі зварювальний апарат. Аргон дозволяє надійно з'єднувати деталі з алюмінію і дюралю.
Широке поширення газ отримав при створенні захисної і інертної атмосфери. Це зазвичай необхідно для термічної обробки тих металів, які легко схильні до окислення. В атмосфері аргону добре ростуть кристали для отримання напівпровідникових елементів або надчистих матеріалів.
Переваги і недоліки застосування аргону в зварюванні
Відносно галузі зварювання аргон дає певні переваги. Перш за все, металеві деталі в ході зварювання не так сильно нагріваються. Це дозволяє уникнути деформації. До інших достоїнств відносяться:
- надійний захист зварного шва;
- швидкість на порядок вище;
- процес легко контролювати;
- зварювання можна механізувати або повністю перевести в автоматичний режим;
- можливість з'єднувати деталі з різнорідних металів.
У той же час зварювальний аргон має на увазі і ряд недоліків:
- при зварюванні виникає ультрафіолетове випромінювання;
- для використання високоамперной дуги необхідно якісне охолодження;
- складна робота на відкритому повітрі або протязі.
Проте при наявності стількох достоїнств важко недооцінити значення аргонової зварки.
Запобіжні заходи
При використанні аргону варто проявляти обережність. Хоч газ нетоксичний, але здатний викликати задуху, заміщаючи собою кисень або скраплений його. Тому вкрай важливо контролювати обсяг O 2 в повітрі (не менше 19%) за допомогою спеціальних приладів, ручних або автоматичних.
Робота з рідким газом вимагає граничної обережності, оскільки низька температура аргону може викликати сильне обмороження шкірного покриву і пошкодження очної оболонки. Необхідно використовувати окуляри і спеціальний одяг. Особам, яким необхідно проводити роботи в аргонной атмосфері, потрібно надягати протигази або інші ізолюючі кисневі прилади.
