Аргонът е специален елемент на периодичната система. Голяма енциклопедия на нефта и газа
В съвременния свят всеки ден става все по-търсено и по-важно. Този газ "работи" в стъклопакети и лазери, в лампи с нажежаема жичка и заваряване на метал. Той предпазва храната от гнилостните бактерии и помага за гасене на пожари. Тъй като използва това инертен газ Тя става все по-важна и въпросът за получаването му.
След като Рейли открил неизследван досега газ в експерименти с въздуха, той и Рамзи започнали серия от експерименти, за да изследват неговите свойства. Това изисква да се получи неизследван газ в достатъчно количество. Разпределени по два начина. Чрез преминаване на електрически искри кислород се свързва с азот, което прави възможно освобождаването на аргон. Друг начин е усвояването на азот от горещ магнезий. Към днешна дата нито един от тези методи няма индустриална стойност.
Съвременната индустрия често получава нискотемпературна дестилация на въздуха. Той е и един от най-често използваните методи за производство на чист кислород и азот. той се получава като страничен продукт. В промишленото производство на амоняк се получава също аргон като страничен продукт.
Съвременни технологии за аргон.
Криогенен метод
По-голямата част от нея, която се използва за различни цели в различни индустрии, се получава в апаратура за разделяне на въздуха, криогенен метод за отделяне на втечнен въздух. Когато това се случи, отделянето на съставните му газове. По този начин се получава голяма част от промишления кислород и азот.
Принципът на действие на криогенната дестилационна колона се основава на разликата в точките на кипене на газовете, които образуват атмосферния въздух. Нискокипящи вещества като хелий и неон са във формата на пара, която се натрупва в горната част на колоната. По-трудни криптонови и ксенонови котли остават под формата на течност. заедно с кислород и азот принадлежи към средната фракция. Тъй като тя е само на няколко градуса различна от техните точки на кипене, това донякъде усложнява процеса на неговото производство.
Следователно, приблизително на една трета от височината на главната колона, има тръба, през която фракцията аргон, съдържаща около десет до дванадесет процента от този газ, се изхвърля в специална колона. Това е поправка. Азотът, към по-летливата субстанция се издига нагоре по колоните и "по-тежкият" кислород слиза.
След частично отделяне на кислород и азот, остава смес, чието съдържание на аргон варира от 94 до 85%. Такъв "суров" предмет на пречистване. Примесите на азот, съдържащи от три до пет процента от сместа, се отстраняват чрез дестилация. И три - десет процента от кислорода се отстраняват чрез адсорбция или химически, свързвайки го с водород или сяра. В резултат на това чистотата на получения аргон достига 99,99%.
Амонячен страничен продукт
Друг източник на производство на аргон е производството на амоняк. В този случай, този газ е отпадъчен примес, остатък, извлечен от азот, необходим за синтеза на амоняк. , който служи като суровина за производството на амоняк, не предполага такова пречистване като изхвърляне на аргон. След взаимодействието на азот и водород за образуване на амоняк, той просто остава като нереагирал остатък.
Мембранна или дифузионна технология
Тази технология произхожда от седемдесетте години на миналия век. Това е рентабилен начин за получаване на газове, тяхното освобождаване от въздуха. Принципът на действие на този метод е, че газовата смес, в този случай, въздухът преминава през мембраната.
Атомите и молекулите на различните газове се различават по размер. Мембраната преминава само молекули или атоми до определен диаметър, а по-големите остават от другата страна. В съвременната индустрия за отделяне на газовете се използват мембрани от кухи влакна от последното пето поколение, с по-добри качества в сравнение с предишните им версии.
Адсорбционна технология
През 50-те години на ХХ век се появява метод за адсорбционно разделяне. газови смеси, Тя се основава на способността на адсорбиращите вещества да селективно абсорбират определен газ. По принцип, този метод произвежда азот и кислород от въздуха. За това се използват предимно синтетични зеолити, както и естествени минерали: клиноптилолит и морденит.
Обичайната технология за криогенна дестилация за извличане на аргон от атмосферния въздух прави възможно получаването й в големи обеми. Но високата цена и сложността на получаването на аргон по този начин вдъхновява изобретателите да търсят по-удобен и евтин начин да получат този газ в правилното количество. Нарастващите изисквания за този газ стимулират нови изследвания в индустрията. Понастоящем развиващите се адсорбционни и мембранни методи за получаване
Получаването на аргонова мембрана и адсорбционния метод е по-евтино. Но създаването на големи високоефективни адсорбционни или дифузионни инсталации за производство на аргон е трудно физични свойства самите материали.
Интересни факти
По обем и маса, след азот и кислород, аргонът е най-разпространеният газ в атмосферата. В атмосферата на Земята тя е приблизително 1,3 процента от цялата му маса и 0,9 процента от обема.
Земната атмосфера осигурява почти неизчерпаем източник. В допълнение, почти целият аргон, използван от човечеството, се връща в атмосферата непроменен от гледна точка на физиката и химията. С изключение на малък брой атоми, счупени в хода на изследванията, проведени с цел получаване на нови изотопи и вещества.
В Украйна чист аргон и други промишлени газове могат да бъдат закупени от DP Air Gas. Освен това компанията доставя газове в цяла Украйна. Както и поддръжката на газовото оборудване. Повече информация за асортимента и услугите, предлагани от DP Air Gas, можете да намерите.
Съдържанието на аргон във въздуха е доста значително, поради което се извлича като страничен продукт, когато кислород и азот се получават от въздуха чрез метода на нискотемпературна ректификация в специални устройства.
1 - колона с високо налягане;
2 - колона ниско налягане
3 - междинен сензор за кондензатор
летливостта е междинно между азот и кислород - Основните компоненти на въздуха. Това обяснява специфичното поведение на аргона при ректификацията на течния въздух. Окончателното разделяне на течния въздух към и се извършва в колоната с ниско налягане на устройството за разделяне на въздуха. Дестилатът на тази колона е газообразен азот, а долният продукт е газообразен или течен кислород.
В горната част на колоната с ниско налягане аргонът действа като високо летлив (в сравнение с азотния) компонент, а в долната част е летлив компонент (в сравнение с кислорода). Това обяснява съществуването в колоната с ниско налягане на зони с повишена концентрация на аргон в двете части на колоната - концентрация (над входа на течността от дъното на колоната с високо налягане) и отдалечена (под входа). Разпределението на аргон в плочите на дестилационната колона с ниско налягане е силно повлияно от придружаващия трети компонент, кислород. Съдържанието на аргон в зоната на повишената концентрация на горната част на колоната се увеличава с намаляването на съдържанието на кислород в дестилата, докато съставът на произведения кислород остава непроменен (това може да се постигне чрез увеличаване на броя на плочите в колоната).
Схематично процесът на екстракция на аргон е описан както следва. Първоначално въздухът се изчиства от прах и се пресова до втечняване. Течният въздух се подлага на ректификация, за да се раздели на съставните му части. Получената смес от аргон-азот-кислород (суров аргон) след това се пречиства от кислород и азот. Разделянето на въздуха и свързаното с него извличане на аргон от него в промишлен мащаб се извършва чрез втечняване и ректификация при ниска температура. Течен кислород под налягане от 101 kPa кипи при температура -182.9 ° С, а течен азот - при температура -195.8 ° С. Следователно, течните въздушни пари при кипене са обогатени с нискокипящ азот, чиято точка на кипене е почти 13 ° С по-ниска от тази на кислорода. В същото време кипящата течност се обогатява с кислород. Благодарение на това в колоната за разделяне на ректификацията, където течният въздух непрекъснато кипи и парите му се кондензират, е възможно едновременно да се получи кислород (в долната част) и азот - (в горната част). По-голямата част от течния аргон, чиято точка на кипене е -185,3 ° С, се натрупва в средната част на колоната, от където се смесва с така наречената аргонова фракция в специална аргонова колона, монтирана заедно с разпределителя на въздух. Тук аргоновата фракция (съдържаща 8–12% аргон, 0,2-0,3% азот, останалата част е кислород) се подлага на допълнителна ректификация и се обогатява с аргон до 85-95% (останалите 15–5% е смес от азот и кислород). Този продукт се нарича суров аргонот него на следващите етапи на пречистване се получава чист аргон.
1 - апарати за разделяне на въздуха
2 - колона с аргон
3 - подохладител
Суровият аргон от кислород може да се почиства по няколко начина., Един от тях се основава на каталитичното окисление на водород, съдържащ се в суров аргон, при температура от 400-500 ° С. Поради факта, че при този метод реакционните продукти се смесват с пречистен аргон, е необходимо те да се отделят лесно от него. За тази цел се прилагат само електролитни, които не съдържат примеси, които замърсяват аргона. Тъй като този метод на пречистване не изисква повече от 2-2,5% кислород в схемата, газът циркулира за разреждане на суровия аргон с пречистен газ без кислород. Циркулацията на газ се извършва с газов вентилатор.
Парата се получава чрез комбиниране на водород с кислород контактни апарати, кондензира се в хладилник и се отстранява чрез изсушител, след което газът се суши. Получената смес от аргон с азот се подлага на ректификация съгласно схема, подобна на тази, използвана при ректификацията на въздуха. Използва се помпа за течен аргон, като по този начин се избягва замърсяването на чистия аргон по време на компресирането и пълненето на бутилките. С помощта на компресор се компресира смес от аргон и азот и се подава през приемник към устройство за адсорбционно сушене, където от него се отделя влага. След това, през топлообменника, сместа влиза в ректификационната колона, където се охлажда до температурата на втечняване на продуктите за отделяне, напускащи колоната - азот и аргон.
За да се осигурят условията за ректификация и попълване на загубите на студ, в ректификационната колона се подават течен азот и парообразна кислородно-азотна смес от главните апарати за разделяне на въздуха. Чистият аргон се събира на дъното на колоната и "отпадъчният" азот се изхвърля в атмосферата от горната част на колоната през топлообменник.
Има и други начини за производство на аргон, например в производството на синтетичен амоняк. Получава се чрез синтез на азотно-водородна смес в колони. Пречистващият газ съдържа 10-19% аргон и именно от този газ се извлича. Смята се, че аргон, изолиран при производството на амоняк, има по-ниска цена.
Във всеки случай газът зависи от съвършенството на почистващите системи и от точността на определяне на малки примеси на азот, кислород, водород и водни пари в аргона.
Страница 1
Производството на аргон в СССР се увеличава от година на година. И в бъдеще се очаква да се пуснат в експлоатация редица кислородо-аргонови инсталации. За създаването и експлоатацията на нови инсталации са необходими голям брой работници и инженери и техници, които се нуждаят от съответната литература, тъй като получаването на аргон от въздуха и последващото му пречистване от примеси са много сложни технически задачи. През последните години в нашата страна са публикувани няколко изследвания, посветени на изучаването на различни проблеми на производството на аргон. Издадени са и редица фундаментални работи по промишленото разделяне на въздуха и производството на кислород, в които се отразяват и някои въпроси на технологията за производство на аргон. Този раздел е най-пълно представен в двутомната работа на екипа от автори - служителите на ВНИИкимаш, редактиран от канд. На много проблеми на производството на аргон се обръща внимание в творбите на проф. Изчислението на кислород-аргоновите растения е дадено добре известно място и в книгите на проф. В същото време, дори и в първата (най-голяма по обем) работа по производството на аргон, освен теорията за отделяне на трикомпонентната смес, се обръща относително малко внимание. В предложената книга авторът за първи път се опитва да обобщи и систематизира вътрешни и частично чужди материали по въпроса за производството на аргон. В допълнение, книгата съдържа материали за пречистване на аргон от кислород чрез нов адсорбционно-термичен метод, използващ синтетични зеолити. В книгата няма раздели, свързани с производството на аргон, а свързани с общите въпроси на отделянето на въздуха и доста широко и напълно представени в специалната литература.
Производството на аргон от продухващите газове от синтез на амоняк се усложнява от факта, че в този случай е необходимо да се премахнат газове като метан и въглероден оксид от сместа заедно с азот и водород. Този проблем обаче се компенсира до голяма степен от липсата на кислород.
Производството на аргон се извършва на мощни инсталации за разделяне на въздуха от тип KAAr-30.
Производството на аргон се извършва върху кислородни инсталации с аргонови приставки. В тези конзоли суровият аргон се пречиства до необходимата степен на чистота от азот и кислород. Хелий, подобно на аргон, е химически инертен, но за разлика от него е значително по-лек. Хелият е по-лек от въздуха, което усложнява защитата на заваръчната вана и изисква повече консумация защитен газ, В сравнение с аргона, хелий осигурява по-интензивно нагряване на зоната на заваряване, което се дължи на голям градиент на спадане на напрежението в дъгата.
На практика производството на аргон и други компоненти на въздуха се свежда до разделянето му на чисти компоненти. Основният метод за разделяне на въздуха в момента е методът на дълбоко охлаждане.
Овладява производството на аргон от десорбционните газове на производството на амоняк. Полученият по този начин аргон съдържа малко кислород.
Организацията на производството на аргон е икономически осъществима само на големи устройства за разделяне на въздуха. Получаването на аргон в устройства с капацитет по-малко от 150 - 200 мА / ч кислород е неизгодно.
Цената на производството на аргон е много пъти по-голяма от цената на транспортирането му, така че производството на аргон е препоръчително да се извършва на големи станции с транспорт до потребителите на дълги разстояния.
Технологията на производство на аргон трябва да осигури достатъчно пълно пречистване на аргона от кислород, азот, водни пари и други примеси. В съответствие с това, процесът на производство на аргон от въздуха се състои от няколко технологични етапа на обогатяване и пречистване на аргон.
Апаратът се използва и при производството на аргон, чийто ефект се основава на разликата в топлопроводимостта на газовете в сместа.
Оборудване за производство на аргон - М, инженеринг, 1972, 247 p.
Значителното разширяване на производството на аргон също изисква по-задълбочено проучване на процеса на ректификация на трикомпонентната смес С2-Аг-N2, в резултат на което аргонът се натрупва в някои области на колоната с ниско налягане. Правилно определяне на мястото на подбор на аргонова фракция (8–10% Ar) е възможно при извършване на поетапно изчисляване на процеса на ректификация на трикомпонентната смес Oz –Ar - N2; Такова изчисление може да се основава само на данните за фазовото равновесие на течност и пари при налягане в колоната от 1 2 - 1 4 при.
Всички знаем, че аргонът се използва за заваряване на различни метали, но не всички са помислили какво представлява този химичен елемент. Междувременно неговата история е богата на събития. Характерно е, че аргонът е изключително копие на периодичната таблица на Менделеев, която няма аналози. Самият учен се изненада по това време как може да стигне дотук.
Около 0.9% от този газ присъства в атмосферата. Подобно на азота, той е неутрален по цвят и без мирис. За да се запази живота, той не е подходящ, но е незаменим в някои области на човешката дейност.
Малка история
За първи път той е открит от англичанин и физик по образование Г. Кавендиш, който забелязва присъствието във въздуха на нещо ново, устойчиво на химическа атака. За съжаление, Кавендиш не признава естеството на новия газ. Малко повече от сто години по-късно друг учен го забеляза - Джон Уилям Страт. Той заключи, че във въздуха от въздуха има някаква смес от газ с неизвестен произход, но не можеше да разбере аргон или нещо друго.
В същото време газът не реагира с различни метали, хлор, киселини, основи. Това е, от химическа гледна точка, носеше инертен характер. Друга изненада беше откритието - новата молекула газ включва само един атом. По това време подобен състав на газовете все още не е бил известен.
Публичното послание за новия газ е шокирало много учени от цял свят - как бихте могли да прегледате новия газ във въздуха в хода на много научни изследвания и експерименти ?! Но не всички учени вярват в откритието, включително Менделеев. Съдейки по атомната маса на новия газ (39.9), той трябва да бъде разположен между калий (39.1) и калций (40.1), но положението вече е взето.
Както вече споменахме, аргон - с богата и детективска история. От известно време тя е забравена, но след откриването на хелий официално е признат нов газ. Беше решено да се вземе за него отделна нулева позиция, разположена между халогените и алкалните метали.
свойства
Наред с другите инертни газовекоито са част от тежка група, аргонът се счита за най-лекия. Нейната маса надвишава теглото на въздуха 1,38 пъти. Газът преминава в течно състояние при температура -185.9 ° С и при -189.4 ° С и при нормално налягане се втвърдява.
Аргонът се различава от хелий и неон в това, че е способен да се разтваря във вода - при температура 20 градуса в количество от 3.3 ml в сто грама течност. Но в редица органични разтвори газът се разтваря по-добре. Въздействието на електрически ток го прави да свети, което го прави широко използвано в осветителното оборудване.
Биолозите са открили още едно полезно свойство, което аргонът има. Това е среда, в която растението се чувства чудесно, както се вижда от експерименти. Така че, в атмосферата на газ, засадени семена от ориз, царевица, краставици и ръж даде своите издънки. В друга атмосфера, където 98% са в аргон и 2% в кислород, зеленчуци като моркови, маруля и лук покълват добре.
Особено характерно е, че съдържанието на този газ в земната кора е много по-високо от това на други елементи в неговата група. Приблизителното му съдържание е 0,04 g на тон. Това е 14 пъти повече от количеството на хелий и 57 пъти повече от количеството неон. Що се отнася до обкръжаващата ни Вселена, тя е още по-голяма, особено на различни звезди и мъглявини. Според някои изчисления, на открито има повече аргон, отколкото хлор, фосфор, калций или калий, който е пълен на Земята.
Възстановяване на газ
Аргонът в цилиндрите, в който го срещаме по-често, е неизчерпаем източник. В допълнение, тя във всеки случай се връща в атмосферата поради факта, че използването не се променя във физически или химически термини. Изключение могат да бъдат случаите на потребление на малък брой изотопи аргон за получаване на нови изотопи и елементи по време на ядрените реакции.
В промишлеността газът се произвежда чрез отделяне на въздух от кислород и азот. В резултат на това газът се ражда като страничен продукт. За тази цел се използва специално промишлено оборудване за двойна ректификация с две колони с високо и ниско налягане и междинен кондензатор-изпарител. Освен това, за получаване на аргон могат да се използват отпадъци от производството на амоняк.
сфера на приложение
Обхватът на аргона има няколко области:
- хранителна промишленост;
- металургия;
- изследвания и експерименти;
- заваряване;
- електроника;
- автомобилната индустрия.
Този неутрален газ е вътре в електрическите лапи, което забавя изпаряването на волфрамовата бобина вътре. Поради това свойство, тя се използва широко въз основа на този газ. заваръчна машина, Аргонът ви позволява надеждно да свържете частите, изработени от алуминий и дюрал.
Газът е широко разпространен при създаването на защитна и инертна атмосфера. Това обикновено е необходимо за топлинна обработка на метали, които са лесно податливи на окисление. В аргонова атмосфера кристалите растат добре, за да произвеждат полупроводникови елементи или ултрачисти материали.
Предимства и недостатъци при използването на аргон при заваряване
Що се отнася до областта на заваряване, аргонът има определени предимства. На първо място, металните части не се нагряват толкова много по време на заваряване. Това избягва деформацията. Други ползи включват:
- надеждна защита на заварката;
- скоростта е много по-висока;
- процесът е лесен за контрол;
- заваряването може да бъде механизирано или напълно прехвърлено в автоматичен режим;
- възможността за свързване на части от различни метали.
В същото време, заваряване аргон предполага редица недостатъци:
- при заваряване възниква ултравиолетова радиация;
- за да се използва високоамперна дъга, се изисква висококачествено охлаждане;
- упорита работа на открито или скърцане.
Въпреки това, с толкова много предимства, че е трудно да се подценява значението на заваряването на аргон.
Мерки за безопасност
Бъдете внимателни, когато използвате аргон. Въпреки че газът е нетоксичен, той може да предизвика задушаване, да замести кислорода със себе си или да го втечни. Поради това е изключително важно да се контролира обемът на О 2 във въздуха (най-малко 19%) с помощта на специални инструменти, ръчни или автоматични.
Работата с течен газ изисква изключителна предпазливост, тъй като ниската температура на аргона може да предизвика тежки измръзвания на кожата и увреждане на очната мембрана. Необходимо е да се използват очила и защитно облекло. Лицата, които трябва да извършват работа в атмосферата от аргон, трябва да носят противогази или други изолационни кислородни устройства.
