Получение азота. Генератор азота, азотная установка адсорбционного типа

УХАНОВ А.В.

Азот сегодня широко используется в виде газа и жидкого раствора во многих отраслях промышленности. который перед применением переводят в газообразное состояние при помощи специального оборудования - газификатора. Используется технический азот для обеспечения безопасности работы с легковоспламеняющимися веществами, в установках пожаротушения и для создания определенной среды, необходимой для осуществления технологических процессов.

Актуальность выбранной темы обусловлена тем, что автоматизация воздухоразделительных установок, кроме снижения трудозатрат на обслуживание и повышения надежности действия установки, дает технико-экономический эффект за

Атмосферный воздух представляет собой смесь азота, кислорода, аргона и других газов. Составные части воздуха не связаны между собой химическим взаимодействием. Приближенно воздух можно рассматривать как смесь только азота и кислорода, так как содержание в воздухе аргона и других газов составляет менее 1 %. В этом случае принимают объемное содержание в воздухе азота 79% и кислорода 21 %.

Разделение воздуха на кислород и азот является сложной технической задачей. Наиболее просто это сделать, если предварительно сжижать воздух и использовать затем для разделения его на составные части различия температуры кипения кислорода и азота. Жидкий азот, при атмосферном давлением, кипит при температуре минус 195,8 о С, а жидкий кислород - при температуре минус 182,9 о С. Таким образом, между температурами кипения этих сжиженных газов существует разница почти в 13 о С. Поэтому, если постепенно испарять сжиженный воздух, то сначала будет испаряться преимущественно азот, обладающий более низкой температурой кипения. По мере испарения азота из жидкости она будет обогащаться кислородом. Повторяя этот процесс многократно, можно добиться желаемой степени разделения воздуха на азот и кислород требуемой чистоты. Этот способ получения азота и кислорода из воздуха называют способом (методом) глубокого охлаждения и ректификации.

В настоящее время получение азота и кислорода из атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения и ректификации является наиболее экономичным, поэтому он имеет широкое промышленное применение. Этот способ позволяет получать азот и кислород практически в любых количествах. При этом расход электроэнергии составляет 0,4 - 1,6 кВтч на 1 м 3 кислорода, в зависимости от размеров и технологической схемы установки.

Современные установки для получения азота, кислорода и редких газов из воздуха можно разделить на три группы:

1) Кислородные установки для производства технического кислорода (99,2% - 99,5% О 2) и технологического кислорода (94% - 97% О 2),

2) Азотно-кислородные и азотные установки,

3) Установки для получения редких газов.

Производительность различных установок колеблется в пределах от 65 до 158000 м 3 /ч перерабатываемого воздуха

\ Современное производство требует постоянного контроля технологических параметров, их своевременного и точного регулирования и поддержания в заданных пределах. Эффективное решение этой задачи возможно только с использованием автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

Конечной целью автоматизации является создание полностью автоматизированных производств, где роль человека сводится к составлению режимов и программ протекания технологических процессов, контролю за работой приборов и их наладке.

Основные преимущества автоматизированного производства: облегчение труда, улучшение санитарно-гигиенических условий труда, повышение общего культурного уровня жизни человека, улучшение технико-экономических показателей, повышение качества продукции, повышение производительности труда, снижение себестоимости продукции.

Данная работа посвящёна усовершенствованию существующего стандартного процесса разделения воздуха с целью получения азота, путем внедрения автоматической системы регулирования (АСР) давления сжатого воздуха на входе в блок разделения установки воздухоразделительной

Рассмотрим основные методы получения азота из воздуха

1. Адсорбционный метод разделения воздуха основан на избирательном поглощении того или иного газа адсорбентами и получил широкое применение из-за следующих преимуществ:

Высокая разделительная способность по адсорбируемым компонентам в зависимости от выбора адсорбента;

Быстрый пуск и остановка по сравнению с криогенными установками;

Большая гибкость установок, т.е. возможность быстрого изменения режима работы, производительности и чистоты в зависимости от потребности;

Автоматическое регулирование режима;

Возможность дистанционного управления;

Низкие энергетические затраты по сравнению с криогенными блоками;

Простое аппаратурное оформление;

Низкие затраты на обслуживание;

Низкая стоимость установок по сравнению с криогенными технологиями;

Адсорбционный способ используется для получения азота и кислорода, так как он обеспечивает при низкой себестоимости отличные параметры качества..

Принцип получения азота при адсорбционном методе прост, но эффективен. Воздух подается в адсорбер - углеродные молекулярные сита при повышенном давлении и температуре внешней среды. В ходе процесса кислород поглощается адсорбентом, в то время как азот проходит через аппарат. Адсорбент поглощает газ до состояния равновесия между адсорбцией и десорбцией, после чего адсорбент необходимо регенерировать, т.е. удалить с поверхности адсорбента поглощённые компоненты. Это можно сделать либо путём повышения температуры, либо путём сброса давления. Обычно в короткоцикловой адсорбции используют регенерацию посредством сброса давления. Чистота азота по этой технологии 99,999 %.

Установка воздухоразделительная Аж-0,6-3 предназначена для производства азота жидкого особой чистоты по ГОСТ 9293-74 именно адсорбционным методом .

Разделение воздуха является одним из наиболее важных и ответственных технологических процессов на заводе. Основным технологическим оборудованием является блок разделения воздухоразделительной установки

2.Метод криогенного разделения базируется на тепло-массообменных процессах, в частности процессе низкотемпературной ректификации, основывающейся на разности температур кипения компонентов воздуха и различии составов, находящихся в равновесии жидких и паровых смесей.

В процессе разделения воздуха при криогенных температурах между находящимися в контакте жидкой и паровой фазами, состоящими из компонентов воздуха, осуществляется массо- и теплообмен. В результате паровая фаза обогащается низкокипящим компонентом (компонентом, имеющим более низкую температуру кипения), а жидкая - высококипящим компонентом.

Таким образом, процесс выглядит так: воздух, засасываемый многоступенчатым компрессором, проходит сначала через воздушный фильтр, где очищается от пыли, проходит влагоотделитель, где отделяется вода, конденсирующаяся при сжатии воздуха, и водяной холодильник, охлаждающий воздух и отнимающий тепло, образующееся при сжатии. Для поглощения углекислоты из воздуха включается аппарат - декарбонизатор, заполняемый водным раствором едкого натра. Полное удаление влаги и углекислоты из воздуха имеет существенное значение, так как замерзающие при низких температурах вода и углекислота забивают трубопроводы, и приходится останавливать установку для оттаивания и продувки

Полученный жидкий воздух подвергают дробной перегонке или ректификации в ректификационных колоннах. При постепенном испарении жидкого Пройдя осушительную батарею, сжатый воздух поступает в так называемый воздуха сначала выпаривается преимущественно азот, а остающаяся жидкость всё более обогащается кислородом. Повторяя подобный процесс многократно на ректификационных тарелках воздухоразделительных колонн, получают жидкий кислород, азот и аргон нужной чистоты. Возможность успешной ректификации основывается на довольно значительной разности(около

13 °С) температур кипения жидких азота (минус 196 °С) и кислорода (минус 183 °С). Несколько сложнее отделить аргон от кислорода (минус 185 °С). Далее разделенные газы отводятся для накопления в специальные криогенные емкости .

3. Мембранный метод

Промышленное использование технологии мембранного разделения газов началось в 70-х годах и произвело настоящую революцию в индустрии разделения газов. Вплоть до сегодняшних дней эта технология активно развивается и получает все большее распространение благодаря своей высокой экономической эффективности. Устройство современных мембранных газоразделительных и воздухоразделительных установок исключительно надежно. В первую очередь это обеспечивается тем, что в них нет никаких подвижных элементов, поэтому механические поломки почти исключены. Современная газоразделительная мембрана, основной элемент установки, представляет собой уже не плоскую мембрану или пленку, а полое волокно. Половолоконная мембрана состоит из пористого полимерного волокна с нанесенным на его внешнюю поверхность газоразделительным слоем. Суть работы мембранной установки заключается в селективной проницаемости материала мембраны различными компонентами газа. Разделение воздуха с использованием селективных мембран основано на том, что молекулы компонентов воздуха имеютразную проницаемость через полимерные мембраны. Воздух фильтруется

сжимается до желаемого давления, осушается и затем подается через мембранный модуль. Более «быстрые» молекулы кислорода и аргона проходят через мембрану и удаляются наружу. Чем через большее количество модулей проходит воздух, тем больше становится концентрация азота N2. Наиболее эффективно по затратам получать азот с содержанием основного вещества 93-99,5 % : Каталог продукции. - Режим доступа: http://www.metran.ru/netcat_files/973/941/150.pdf - Загл. с экрана.

8 Двухпроводный радарный уровнемер Rosemount серии 5400 [Электронный ресурс]: Лист технических данных; каталог 2008-2009. - Режим доступа: http://metratech.ru/file/Rosemount_5400.pdf - Загл. с экрана.

9 Компактный вибрационный сигнализатор уровня Rosemount 2110 [Электронный ресурс]: Лист технических данных; каталог 2006-2007. - Режим доступа: http://www.metran.ru/netcat_files/960/927/Rosemount_2110_PDS_00813_0107_4029_RevBA_rus.pdf - Загл. с экрана.

10 Интеллектуальный измерительный преобразователь температуры Rosemount 3144P [Электронный ресурс]: Лист технических данных; каталог 2008-2009. - Режим доступа: http://www.metran.ru/netcat_files/469/369/Rosemount_3144P_PDS_00813_0107_4021_RevNA_rus.pdf - Загл. с экрана.

12 Буралков, А.А. Автоматизация технологических процессов металлургических предприятий: учебно-метод. пособие / И.И. Лапаев, А.А. Буралков: ГАЦМиЗ - Красноярск, 1998. - 136 с.

13 Теория автоматического управления: учеб. для вузов / В. Н. Брюханов [и др.]; под ред. Ю. М. Соломенцева. - Изд. 3-е, стер. - М.: Высш. шк., 2000. - 268 с.

МиЗ», 2003. - 52 с.

25 ГОСТ 2.105-95. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. - Введ. впервые; дата введ. 08.08.1995. - М.: Госстандарта РФ, 1995. - 47 с.

26 ГОСТ 21.404-85 СПДС. Автоматизация технологических процессов. - Введ. впервые; дата введ. 01.01.1986. - М.: Госстандарта РФ, 1986. - 36 с.

ВАРИАНТЫ ИСПО

Анализ его свойств современными специалистами помог развитию различных современных технологий. Соответствующий ГОСТ устанавливает параметры, какими должен обладать азот для различных областей применения. Сегодня данный технический газ получают, используя современные установки воздухо- и газоразделения. Анализ его свойств современными специалистами помог развитию различных современных технологий. Соответствующий ГОСТ устанавливает параметры, какими должен обладать азот для различных областей применения. Сегодня данный технический газ получают, используя современные установки воздухо- и газоразделения.

Рассмот

Рим основные характеристики азота. Данное вещество является нетоксичным газом, который не имеет цвета. Также он характеризуется отсутствием запаха и вкуса. Азот существует в природе и является невоспламеняющимся при нормальном давлении и температуре газом. Поскольку азот немного легче воздуха, с высотой в атмосфере его концентрация увеличивается. Если азот охладить до точки кипения, он из газообразного состояния перейдет в жидкое. Сжиженный азот представляет собой бесцветную жидкость, которая способна при определенной температуре и под воздействием соответствующего давления преобразовываться в кристаллическое твердое и бесцветное вещество. Азот является слабым проводником тепла Производство азота для использования в промышленности

Азот технический в наши дни используется во многих отраслях промышленности. Анализ его свойств современными специалистами помог развитию различных современных технологий. Соответствующий ГОСТ устанавливает параметры, какими должен обладать азот для различных областей применения. Сегодня данный технический газ получают, используя современные установки воздухо- и газоразделения. Научно-производственная компания «Грасис» является лидером в разработке и производстве оборудования для воздухоразделения и создания газовых сред. Мы разрабатываем и производим стационарные и мобильные установки, которые позволяют получать необходимый объем азота. Наша компания предоставляет свои услуги не только в России и странах СНГ, но и имеет множество клиентов в Восточной Европе.

Азот

АЗО́Т -а; м. [франц. azote от греч. an- - не-, без- и zōtikos - дающий жизнь]. Химический элемент (N), газ без цвета и запаха, не поддерживающий дыхания и горения (составляет основную по объёму и массе часть воздуха, является одним из главных элементов питания растений).

◁ Азо́тный, -ая, -ое. А-ая кислота. А-ые удобрения. Азо́тистый, -ая, -ое. А-ая кислота.

азо́т

(лат. Nitrogenium), химический элемент V группы периодической системы. Название от греч. а... - отрицательная приставка, и zōē - жизнь (не поддерживает дыхания и горения). Свободный азот состоит из 2-атомных молекул (N 2); газ без цвета и запаха; плотность 1,25 г/л, t пл –210ºC, t кип –195,8ºC. Химически весьма инертен, однако реагирует с комплексными соединениями переходных металлов. Основной компонент воздуха (78,09% объёма), разделением которого получают промышленный азот (более 3 / 4 идёт на синтез аммиака). Применяется как инертная среда для многих технологических процессов; жидкий азот - хладагент. Азот - один из основных биогенных элементов, входящий в состав белков и нуклеиновых кислот.

АЗОТ

АЗО́Т (лат. Nitrogenium - рождающий селитры), N (читается «эн»), химический элемент второго периода VA группы периодической системы, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. В свободном виде - газ без цвета, запаха и вкуса, плохо растворим в воде. Состоит из двухатомных молекул N 2 , обладающих высокой прочностью. Относится к неметаллам.
Природный азот состоит из стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) 14 N (содержание в смеси 99,635% по массе) и 15 N. Конфигурация внешнего электронного слоя 2s 2 2р 3 . Радиус нейтрального атома азота 0,074 нм, радиус ионов: N 3- - 0,132 , N 3+ - 0,030 и N 5+ - 0,027 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома азота равны, соответственно, 14,53, 29,60, 47,45, 77,47 и 97,89 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность азота 3,05.
История открытия
Открыт в 1772 шотландским ученым Д. Резерфордом в составе продуктов сжигания угля, серы и фосфора как газ, непригодный для дыхания и горения («удушливый воздух») и в отличие от CO 2 не поглощаемый раствором щелочи. Вскоре французский химик А. Л. Лавуазье (см. ЛАВУАЗЬЕ Антуан Лоран) пришел к выводу, что «удушливый» газ входит в состав атмосферного воздуха, и предложил для него название «azote» (от греч. azoos - безжизненный). В 1784 английский физик и химик Г. Кавендиш (см. КАВЕНДИШ Генри) установил присутствие азота в селитре (отсюда латинское название азота, предложенное в 1790 французским химиком Ж. Шанталем).
Нахождение в природе
В природе свободный (молекулярный) азот входит в состав атмосферного воздуха (в воздухе 78,09% по объему и 75,6% по массе азота), а в связанном виде - в состав двух селитр: натриевой NaNO 3 (встречается в Чили, отсюда название чилийская селитра (см. ЧИЛИЙСКАЯ СЕЛИТРА) ) и калиевой KNO 3 (встречается в Индии, отсюда название индийская селитра) - и ряда других соединений. По распространенности в земной коре азот занимает 17-е место, на его долю приходится 0,0019% земной коры по массе. Несмотря на свое название, азот присутствует во всех живых организмах (1-3% на сухую массу), являясь важнейшим биогенным элементом (см. БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) . Он входит в состав молекул белков, нуклеиновых кислот, коферментов, гемоглобина, хлорофилла и многих других биологически активных веществ. Некоторые, так называемые азотфиксирующие, микроорганизмы способны усваивать молекулярный азот воздуха, переводя его в соединения, доступные для использования другими организмами (см. Азотфиксация (см. АЗОТФИКСАЦИЯ) ). Превращения соединений азота в живых клетках - важнейшая часть обмена веществ у всех организмов.
Получение
В промышленности азот получают из воздуха. Для этого воздух сначала охлаждают, сжижают, а жидкий воздух подвергают перегонке (дистилляции). Температура кипения азота немного ниже (-195,8 °C), чем другого компонента воздуха - кислорода (-182,9 °C), поэтому при осторожном нагревании жидкого воздуха азот испаряется первым. Потребителям газообразный азот поставляют в сжатом виде (150 атм. или 15 МПа) в черных баллонах, имеющих желтую надпись «азот». Хранят жидкий азот в сосудах Дьюара (см. ДЬЮАРА СОСУД) .
В лаборатории чистый («химический») азот получают, добавляя при нагревании насыщенный раствор хлорида аммония NH 4 Cl к твердому нитриту натрия NaNO 2:
NaNO 2 + NH 4 Cl = NaCl + N 2 + 2H 2 O.
Можно также нагревать твердый нитрит аммония:
NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O.
Физические и химические свойства
Плотность газообразного азота при 0 °C 1,25046 г/дм 3 , жидкого азота (при температуре кипения) - 0,808 кг/дм 3 . Газообразный азот при нормальном давлении при температуре –195,8 °C переходит в бесцветную жидкость, а при температуре –210,0 °C - в белое твердое вещество. В твердом состоянии существует в виде двух полиморфных модификаций: ниже –237,54 °C устойчива форма с кубической решеткой, выше - с гексагональной.
Критическая температура азота –146,95 °C, критическое давление 3,9МПа, тройная точка лежит при температуре –210,0 °C и давлении 125,03 гПа, из чего следует, что азот при комнатной температуре ни при каком, даже очень высоком давлении, нельзя превратить в жидкость.
Теплота испарения жидкого азота 199,3 кДж/кг (при температуре кипения), теплота плавления азота 25,5 кДж/кг (при температуре –210 °C).
Энергия связи атомов в молекуле N 2 очень велика и составляет 941,6 кДж/моль. Расстояние между центрами атомов в молекуле 0,110 нм. Это свидетельствует о том, что связь между атомами азота тройная. Высокая прочность молекулы N 2 может быть объяснена в рамках метода молекулярных орбиталей. Энергетическая схема заполнения молекулярных орбиталей в молекуле N 2 показывает, что электронами в ней заполнены только связывающие s- и p-орбитали. Молекула азота немагнитна (диамагнитна).
Из-за высокой прочности молекулы N 2 процессы разложения различных соединений азота (в том числе и печально знаменитого взрывчатого вещества гексогена (см. ГЕКСОГЕН) ) при нагревании, ударах и т. д. приводят к образованию молекул N 2 . Так как объем образовавшегося газа значительно больше, чем объем исходного взрывчатого вещества, гремит взрыв.
Химически азот довольно инертен и при комнатной температуре реагирует только с металлом литием (см. ЛИТИЙ) с образованием твердого нитрида лития Li 3 N. В соединениях проявляет различные степени окисления (от –3 до +5). С водородом образует аммиак (см. АММИАК) NH 3 . Косвенным путем (не из простых веществ) получают гидразин (см. ГИДРАЗИН) N 2 H 4 и азотистоводородную кислоту HN 3 . Соли этой кислоты - азиды (см. АЗИДЫ) . Азид свинца Pb(N 3) 2 разлагается при ударе, поэтому его используют как детонатор, например, в капсюлях патронов.
Известно несколько оксидов азота (см. АЗОТА ОКСИДЫ) . С галогенами азот непосредственно не реагирует, косвенными путями получены NF 3 , NCl 3 , NBr 3 и NI 3 , а также несколько оксигалогенидов (соединений, в состав которых, кроме азота, входят атомы и галогена, и кислорода, например, NOF 3).
Галогениды азота неустойчивы и легко разлагаются при нагревании (некоторые - при хранении) на простые вещества. Так, NI 3 выпадает в осадок при сливании водных растворов аммиака и иодной настойки. Уже при легком сотрясении сухой NI 3 взрывается:
2NI 3 = N 2 + 3I 2 .
Азот не реагирует с серой, углеродом, фосфором, кремнием и некоторыми другими неметаллами.
При нагревании азот реагирует с магнием и щелочноземельными металлами, при этом возникают солеобразные нитриды общей формулы М 3 N 2 , которые разлагаются водой с образованием соответствующих гидроксидов и аммиака, например:
Са 3 N 2 + 6H 2 O = 3Ca(OH) 2 + 2NH 3 .
Аналогично ведут себя и нитриды щелочных металлов. Взаимодействие азота с переходными металлами приводит к образованию твердых металлоподобных нитридов различного состава. Например, при взаимодействии железа и азота образуются нитриды железа состава Fe 2 N и Fe 4 N. При нагревании азота с ацетиленом C 2 H 2 может быть получен цианистый водород HCN.
Из сложных неорганических соединений азота наибольшее значение имеют азотная кислота (см. АЗОТНАЯ КИСЛОТА) HNO 3 , ее соли нитраты (см. НИТРАТЫ) , а также азотистая кислота HNO 2 и ее соли нитриты (см. НИТРИТЫ) .
Применение
В промышленности газ азот используют главным образом для получения аммиака (см. АММИАК) . Как химически инертный газ азот применяют для обеспечения инертной среды в различных химических и металлургических процессах, при перекачке горючих жидкостей. Жидкий азот широко используют как хладагент (см. ХЛАДАГЕНТ) , его применяют в медицине, особенно в косметологии. Важное значение в поддержании плодородия почв имеют азотные минеральные удобрения (см. МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ) .

Энциклопедический словарь . 2009 .

Синонимы :

Смотреть что такое "азот" в других словарях:

- (N) химический элемент, газ, без цвета, вкуса и запаха; составляет 4/5 (79 %) воздуха; уд. вес 0,972; атомный вес 14; сгущается в жидкость при 140 °С. и давлении 200 атмосфер; составная часть многих растительных и животных веществ. Словарь… … Словарь иностранных слов русского языка

АЗОТ - АЗОТ, хим. элемент, симв. N (франц. AZ), порядковый номер 7, ат. в. 14,008; точка кипения 195,7°; 1 л А. при 0° и 760 мм давл. весит 1,2508 г [лат. Nitrogenium («порождающий селитру»), нем. Stickstoff («удушающее… … Большая медицинская энциклопедия

- (лат. Nitrogenium) N, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. Название от греческой a отрицательная приставка и zoe жизнь (не поддерживает дыхания и горения). Свободный азот состоит из 2 атомных… … Большой Энциклопедический словарь

азот - а м. azote m. <араб. 1787. Лексис.1. алхим. Первая материя металлов металлическая ртуть. Сл. 18. Пустился он <парацельс> на конец по свету, предлагая всем за весьма умеренную цену свой Лауданум и свой Азот, для изцеления всех возможных… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

- (Nitrogenium), N, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 7, атомная масса 14,0067; газ, tкип 195,80 шС. Азот основной компонент воздуха (78,09% по объему), входит в состав всех живых организмов (в организме человека… … Современная энциклопедия

Азот - (Nitrogenium), N, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 7, атомная масса 14,0067; газ, tкип 195,80 °С. Азот основной компонент воздуха (78,09% по объему), входит в состав всех живых организмов (в организме человека… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (хим. знак N, атомный вес 14) один из химических элементов;бесцветный газ, не имеющий ни запаха, ни вкуса; очень мало растворим вводе. Удельный вес его 0.972. Пикте в Женеве и Кальете в Париже удалосьсгустить азот, подвергая его высокому давлению … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

N (лат. Nitrogenium * a. nitrogen; н. Stickstoff; ф. azote, nitrogene; и. nitrogeno), хим. элемент V группы периодич. системы Mенделеева, ат.н. 7, ат. м. 14,0067. Oткрыт в 1772 англ. исследователем Д. Pезерфордом. При обычных условиях A.… … Геологическая энциклопедия

Муж., хим. основание, главная стихия селитры; селитротвор, селитрород, селитряк; он же главная, по количеству, составная часть нашего воздуха (азота 79 объемов, кислорода 21). Азотистый, азотный, азотовый, азот в себе содержащий. Химики различают … Толковый словарь Даля

Органоген, нитроген Словарь русских синонимов. азот сущ., кол во синонимов: 8 газ (55) неметалл … Словарь синонимов

Азот - это газ, который гасит пламя, так как не горит и не поддерживает горения. Его получают фракционной перегонкой жидкого воздуха, хранят под давлением в стальных баллонах. Азот применяют, в основном, для производства аммиака и цианамида кальция, а… … Официальная терминология

Книги

Тесты по химии. Азот и фосфор. Углерод и кремний. Металлы. 9 класс. К учебнику Г.Е.Рудзитиса. ФГОС , Боровских Татьяна Анатольевна , Данное пособие полностью соответствует федеральному государственному образовательному стандарту (второго поколения). Пособие включает тесты, охватывающие 3 темы учебника Г. Е. Рудзитиса,… Категория: Справочники, тесты, сборники задач по химии Серия: Учебно-методический комплект Издатель:

Установка для выработки азота представляет собой комплекс оборудования, с помощью которого азот концентрируется из атмосферного воздуха. Максимальная концентрация азота на выходе составляет 99,9999%. Данный показатель можно корректировать в зависимости от назначения газа.

Адсорбционный генератор

Производство происходит за счет подачи сжатого воздуха под давлением, которое нагнетает винтовой воздушный компрессор. Генератор оснащается системой фильтрации и осушителем. Осушитель воздуха при этом может быть как рефрижераторного типа, так и адсорбционного, в зависимости от назначения и необходимой концентрации азота. В процессе производства сжатый воздух проходит через грубую и тонкую очистку и осушитель, при этом достигается точки росы +3С и класс воздуха соответствует ISO 8573-1:2010-1.4.1. Затем воздух подается после многоступенчатой фильтрации на генератор. На выходе азотное оборудование получаем готовый газ под давлением до 10 бар. Станция состоит из двух колонн, в которых содержится адсорбент для поглощения соответствующего типа газа. Один раз в 8-15 лет требуется замена адсорбента, в зависимости от условий эксплуатации.
Преимущества генераторов азота адсорбционного типа:

большой ресурс работы;
быстрый запуск/остановка;
простота в эксплуатации;
компактность;
высокая надежность;
не требуется контроль оператора во время работы;
полная автоматизация;
возможность дистанционного управления через сайт компании Дженерал Газ.

Мембранный генератор

Разделение газов происходит за счет газоразделительной мембраны. Фильтрованный воздух проходит через мембранный модуль. Поток проходит через тысячи селективных волокон. Азот выходит с обратной стороны мембраны, а кислород выходит через ее стенки.

Производство азота предполагает квалифицированную установку всего комплекса оборудования, которое требует соблюдения нормативов безопасности.

Оборудование для производства азота, которое изготавливает компания «Дженерал Газ», имеет в своём составе комплектующие от сертифицированных производителей и проходит тестирование на предмет соответствия высоким стандартам качества и безопасности промышленных агрегатов.

Данное оборудование позволяет добиваться высокой энергоэффективности при производстве азота, который применяется в различных отраслях промышленности:

электронной;
пищевой;
металообрабатывающей;
фармацевтической;
металлургической;
нефтегазовой;
нефтехимической и химической.

Приобретая оборудование для получения азота в нашей компании, вы получаете выгодные цены, гарантию, быструю поставку и монтаж.

Как выбрать оборудование для получения азота?

Для того чтобы выбрать тип воздухоразделительной установки необходимо разобраться в том какие они бывают:

Для получения технических газов из атмосферного воздуха на данный момент существует три типа воздухоразделительных установок (ВРУ):

Воздухоразделительные установки криогенного типа.
Воздухоразделительные установки адсорбционного типа.
Мембранные воздухоразделительные установки.

ВРУ криогенного типа – это комплекс оборудования осуществляющий последовательную обработку и охлаждение атмосферного воздуха до криогенных температур и последующего разделения путем ректификации на составляющие: кислород, азот, аргон, криптон, ксенон.

Криогенные ВРУ подразделяются:

Малой = 30 ÷ 300 м³/час;
Средней = 300 ÷ 3000 м³/час;
Высокой > 3000 м³/час;

ВРУ адсорбционного типа – это комплекс оборудования, осуществляющий разделения атмосферного воздуха путем пропускания его через молекулярное сито, которое по своей структуре может задерживать молекулы газов. Адсорбционные ВРУ предназначены для получения основных продуктов разделения в газообразном состоянии:

Кислород;
Азот.

Производительность адсорбционных установок не ограничена и зависит от числа применяемых модулей, но по концентрации (чистоте) продуктов разделения есть ограничения:

Концентрация газообразного кислорода на выходе до 98%
Концентрация газообразного азота на выходе до 99,9995%

Мембранные ВРУ – это комплекс оборудования, осуществляющий разделение сжатого воздуха путем пропускания его через мембранные модули, в которых происходит разделение на основные компоненты: азот и кислород. Мембранные ВРУ предназначены для получения продуктов разделения в газовом состоянии. Производительность мембранных установок зависит от количества применяемых мембранных модулей.

Концентрация газообразного кислорода на выходе до 90%.
Концентрация газообразного азота на выходе до 99,5%.

Так же для получения газообразный газов на месте потребления используют криогенные газификаторы, который в свою очередь преобразуют жидкий крио-продукт(азот, кислород или аргон) в газообразное состояние.

В каком случае какую ВРУ применять для получения АЗОТА?

Для того чтобы выбрать ВРУ необходимо знать следующие параметры:

Потребление газообразного азота м³/час;
Давление азота, Бар;
Концентрацию азота, % или остаточная доля кислорода;
Пиковое потребление, количество «пиков», длительность и периодичность;
Вариант размещения установки (на улице, в помещении…);
Существующие коммуникации;
Удаленность от объекта;
График работы(потребления);
Наличие персонала.

Рассмотрим наглядный график:

На графике:

Поставка в баллонах
Доставка жидким или в баллонах
Доставка жидким
Криогенные ВРУ

Выбор источника азота сложная и требующая внимания задача, от правильности выбора зависит эффективность производственных процессов и себестоимость конечного продукта.

На данный момент рынок адсорбционных азотных генераторов стремительно развивается и в областях где требуется газообразный азот, данный вид генераторов показывает наиболее низкую себестоимость продукционного азота, что составляет ~0,3 кВт на 1 метр кубического азота.

Азот - химический элемент, который известен каждому. Его обозначают буквой N. Он, можно сказать, основа неорганической химии, и поэтому его начинают изучать еще в восьмом классе. В этой статье мы подробно рассмотрим азот, а также его характеристики и свойства.

История открытия элемента

Такие соединения, как аммиак, селитра, азотная кислота, были известны и применялись на практике задолго до получения чистого азота в свободном состоянии.

Во время эксперимента, проведенного в 1772 году, Даниель Резерфорд сжигал фосфор и прочие вещества в колоколе из стекла. Он выяснил, что газ, остающийся после сгорания соединений, не поддерживает горения и дыхания, и назвал его «удушливым воздухом».

В 1787 году Антуан Лавуазье установил, что газы, входящие в состав обычного воздуха, - это простые химические элементы, и предложил название «Азот». Чуть позже (в 1784 г.) физик Генри Кавендиш доказал, что это вещество входит в состав селитры (группы нитратов). Отсюда происходит латинское название азота (от позднелатинского nitrum и греческого gennao), предложенное Ж. А. Шапталем в 1790 году.

К началу XIX века учеными были выяснены химическая инертность элемента в свободном состоянии и его исключительная роль в соединениях с другими веществами. С этого момента «связывание» азота воздуха стало важнейшей технической проблемой химии.

Физические свойства

Азот немного легче воздуха. Его плотность составляет 1,2506 кг/м³ (0 °С, 760 мм рт. ст.), температура плавления - -209,86 °С, кипения - -195,8 °С. Азот с трудом сжижается. Его критическая температура относительно низка (-147,1 °С), при этом критическое давление довольно высоко - 3,39 Мн/м². Плотность в жидком состоянии - 808 кг/м³. В воде этот элемент менее растворим, чем кислород: в 1 м³ (при 0 °С) Н₂О может раствориться 23,3 г N. Этот показатель выше при работе с некоторыми углеводородами.

При нагревании до невысоких температур этот элемент взаимодействует только с активными металлами. Например, с литием, кальцием, магнием. С большинством других веществ азот вступает в реакцию в присутствии катализаторов и/или при высокой температуре.

Хорошо изучены соединения N с О₂ (кислородом) N₂O₅, NO, N₂O₃, N₂O, NO₂. Из них при взаимодействии элементов (t - 4000 °С) образуется оксид NO. Далее в процессе охлаждения он окисляется до NO₂. Оксиды азота образуются в воздухе при прохождении атмосферных разрядов. Их можно получить действием ионизирующих излучений на смесь N с О₂.

При растворении в воде N₂O₃ и N₂O₅ соответственно получаются кислоты HNO₂ и HNO₂, образующие соли - нитраты и нитриты. Азот соединяется с водородом исключительно в присутствии катализаторов и при высокой температуре, образуя NH₃ (аммиак). Кроме того, известны и другие (они довольно многочисленны) соединения N с H₂, к примеру диимид HN = NH, гидразин H₂N-NH₂, октазон N₈H₁₄, кислота HN₃ и другие.

Стоит сказать, что большинство соединений водород + азот выделены исключительно в виде органических производных. Этот элемент не взаимодействует (непосредственно) с галогенами, поэтому все его галогениды получают только косвенным путем. К примеру, NF₃ образуется при взаимодействии аммиака с фтором.

Большинство галогенидов азота - малостойкие соединения, более устойчивы оксигалогениды: NOBr, NO₂F, NOF, NOCl, NO₂Cl. Непосредственного соединения N с серой также не происходит, N₄S₄ получается в процессе реакции аммиак + жидкая сера. Во время взаимодействия раскаленного кокса с N образуется циан (CN)₂. В процессе нагревания ацетилена С₂Н₂ с азотом до 1500 °С можно получить цианистый водород HCN. При взаимодействии N с металлами при относительно высоких температурах образуются нитриды (к примеру, Mg₃N₂).

При воздействии на обычный азот электроразрядов [при давлении 130–270 н/м² (соответствует 1–2 мм рт. cт.)] и при разложении Mg₃N₂, BN, TiNx и Ca₃N₂, а также при электроразрядах в воздухе может быть образован активный азот, обладающий повышенным запасом энергии. Он, в отличие от молекулярного, весьма энергично взаимодействует с водородом, парами серы, кислородом, некоторыми металлами и фосфором.

Азот входит в состав довольно многих важнейших органических соединений, в том числе - аминокислот, аминов, нитросоединений и прочих.

Получение азота

В лаборатории этот элемент может быть легко получен в процессе нагревания концентрированного раствора нитрита аммония (формула: NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O). Технический метод получения N основан на разделении заранее сжиженного воздуха, который в дальнейшем подвергается разгонке.

Область применения

Основная часть получаемого свободного азота используется при промышленном производстве аммиака, который потом в довольно больших количествах перерабатывается на удобрения, взрывчатые вещества и т. п.

Кроме прямого синтеза NH₃ из элементов, применяется разработанный в начале прошлого века цианамидный метод. Он основан на том, что при t = 1000 °С карбид кальция (образованный накаливанием смеси угля и извести в электропечи) реагирует со свободным азотом (формула: СаС₂ + N₂ = CaCN₂ + С). Полученный цианамид кальция под действием разогретого водяного пара разлагается на CaCO₃ и 2NH₃.

В свободном виде данный элемент применяется во многих отраслях промышленности: в качестве инертной среды при разнообразных металлургических и химических процессах, при перекачке горючих жидкостей, для заполнения пространства в ртутных термометрах и т. д. В жидком состоянии он используется в различных холодильных установках. Его транспортируют и хранят в стальных сосудах Дьюара, а сжатый газ - в баллонах.

Широко применяют и многие соединения азота. Их производство стало усиленно развиваться после Первой мировой войны и на данный момент достигло поистине огромных масштабов.

Это вещество является одним из основных биогенных элементов и входит в состав важнейших элементов живых клеток - нуклеиновых кислот и белков. Однако количество азота в живых организмах невелико (примерно 1–3 % на сухую массу). Имеющийся в атмосфере молекулярный материал усваивают лишь сине-зеленые водоросли и некоторые микроорганизмы.

Довольно большие запасы этого вещества сосредоточены в почве в виде различных минеральных (нитраты, аммонийные соли) и органических соединений (в составе нуклеиновых кислот, белков и продуктов их распада, включая еще не полностью разложившиеся остатки флоры и фауны).

Растения отлично усваивают азот из грунта в виде органических и неорганических соединений. В природных условиях большое значение имеют особые почвенные микроорганизмы (аммонификаторы), которые способны минерализировать органический N почвы до солей аммония.

Нитратный азот грунта образуется в процессе жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий, открытых С. Виноградским в 1890 году. Они окисляют аммонийные соли и аммиак до нитратов. Часть усвояемого флорой и фауной вещества теряется из-за воздействия денитрифицирующих бактерий.

Микроорганизмы и растения отлично усваивают как нитратный, так и аммонийный N. Они активно превращают неорганический материал в различные органические соединения - аминокислоты и амиды (глутамин и аспарагин). Последние входят в состав многих белков микроорганизмов, растений и животных. Синтез аспарагина и глутамина путем амидирования (ферментативного) аспарагиновой и глутаминовой кислот осуществляется многими представителями флоры и фауны.

Производство аминокислот происходит при помощи восстановительного аминирования ряда кетокислот и альдегидокислот, возникающих путем ферментативного переаминирования, а также в результате окисления различных углеводов. Конечными продуктами усвоения аммиака (NH₃) растениями и микроорганизмами являются белки, которые входят в состав ядра клеток, протоплазмы, а также откладываются в виде так называемых запасных белков.

Человек и большинство животных могут синтезировать аминокислоты лишь в довольно ограниченной мере. Они не способны производить восемь незаменимых соединений (лизин, валин, фенилаланин, триптофан, изолейцин, лейцин, метионин, треонин), и потому для них главным источником азота являются потребляемые с пищей белки, то есть, в конечном счете, - собственные белки микроорганизмов и растений.

Воздух представляет собой уникальное сочетание различных газообразных веществ. Азот в общем его объеме занимает более 78 процентов. Этот газ имеет широкое применение в самых разных областях жизнедеятельности человека.

Промышленное использование азота

В химической промышленности данный газ позволяет создать инертную среду, которая предотвращает соединение реагирующих веществ с кислородом. Азоту отводят очень важную роль при перевозке различных химических продуктов. Также его используют в качестве безопасного рабочего агента при проведении аварийных работ на нефтепроводах. Без применения азота сложно поддерживать давление внутри пластов при добыче полезных ископаемых, а это приводит к уменьшению объемов добычи сырья.

Не менее важна роль газа и в металлургии. Азоту отводится роль «защитника» черных и цветных металлов во время проведения процедуры отжига. В фармацевтике сложно произвести защиту емкостей, хранить сырье и транспортировать лекарственные средства без использования этого газообразного вещества. Применение азота в электронике позволяет избежать развития окислительных процессов во время изготовления полупроводниковых приборов, снятия изоляции с электрических кабелей. Поэтому в наше время так актуальна и востребована технология добычи азота «on-site» – непосредственно на территории заказчика.

Тем не менее, трудности сопровождали процесс разделения воздуха достаточно долго. Основной преградой была неспособность азота вступать в химическую реакцию с другими элементами. Вначале был придуман способ, при котором происходило связывание кислорода. В этом случае азот переходил в газообразное состояние. Однако данный метод отличался дороговизной и малой эффективностью. Поэтому широкое применение такой технологии выделения азота для промышленности было признано нецелесообразным.

Трудности получения газа

Сегодня в качестве вспомогательного вещества азоту отдается предпочтение в разных отраслях:

газ используют в металлургии и машиностроении;
основанная на азоте система охлаждения электродов применяется в стекольной промышленности;
для продувки газ используют в энергетике и космонавтике;
благодаря азоту удается долго сохранить образцы крови и биопрепаратов в медицине;
широко востребована инертная среда в сельском хозяйстве (консервирующие системы на азоте позволяют хранить корма и разные виды зерновых).

Чтобы выделить азот в лаборатории, как один из вариантов, воздух предварительно следует перевести в жидкое состояние. Как и любой другой газ, он характеризуется критической температурой и давлением. При снижении температурных показателей до определенного уровня азот переходит в жидкое состояние. Разные лаборатории длительное время в результате экспериментов на азоте искали методы его эффективной добычи. При этом если не контролировать рост температуры, производство чистого азота будет невозможным.

Ученые продолжали искать методы, позволяющие разделить воздух на составляющие и выделить азот. При низких температурах воздух представляет собой совокупность жидкостей, которые имеют различные точки кипения. Если выпаривать его медленно, появляется возможность отделить нужное вещество от другого газа (например, кислорода). Это происходит благодаря его меньшей летучести, чем азота. После осуществления однократного выпаривания требуемый газ все еще недостаточно чист, поскольку может содержать примесь в виде аргона. Поэтому в настоящее время наша компания применяет различные установки для эффективного производства азота чистотой до 99,9995%.

Чтобы обеспечить наиболее быстрое выделение газа, мы используем методики, которые многократно подтвердили свою эффективность. Для производства азота в промышленных масштабах применяются следующие технологии:

мембранная;
получение азота при помощи КЦА;
криогенная.

Мембранный метод получения газа

Широкое распространение технология получила в 70-х годах прошлого столетия. В то время мембранный метод стал настоящим прорывом в области отделения азота от других составляющих при получении его из атмосферного воздуха. До сегодняшнего дня данная технология разделения воздуха активно совершенствуется.

Мембранный метод отделения азота широко распространен из-за своей надежности. В установках отсутствуют движущиеся части, что при соблюдении условий эксплуатации обеспечивает мноо лет стабильной работы. Технология востребована в отраслях промышленности, где имеются большие объемы потребления азота. Но такие установки экономически менее выгодны, если стоит задача получить газ чистотой более 99,9% (в таком случае целесообразнее использовать КЦА технологии). Основной составляющей оборудования для производства азота является мембрана (полимерное волокно, намотанное на катушку). Вследствие разных парциальных давлений на внешней и внутренней поверхности мембраны происходит отделение газа.

В процессе отделения азота воздух проходит фильтрацию, затем он сжимается до требуемого давления и проходит через мембранный модуль. Молекулы кислорода, СО2, Н2О выводятся через другой выходной патрубок. Установки позволяют получить азот чистотой до 99,5%. Оборудование работает в широком диапазоне температур – от -40°С до +60°С. Наши специалисты готовы выполнить шеф-монтаж, пуско-наладку и последующее гарантийное обслуживание высокопроизводительных комплексов для выделения азота. Мы работаем «под ключ» во всех регионах России, странах СНГ и Европы.

Криогенная технология производства чистого азота

Подаваемый воздух нагнетается компрессором, затем попадает в воздушный фильтр, где происходит его очистка от частиц пыли. После он поступает во влагоотделитель, далее – в водяной холодильник, который охлаждает воздух и забирает тепло, что необходимо для добычи азота.

После этого происходит расширение и охлаждение воздуха. В жидком состоянии его отправляют в ректификационную колонну. При постепенном выпаривании воздуха в первую очередь уходит азот, а оставшаяся жидкость все больше насыщается кислородом. Повторяя процедуру многократно, в итоге получают кислород в жидком состоянии, азот и аргон требуемой чистоты. Потом разделенные составляющие помещаются в специальные контейнеры. Далее они направляются непосредственно на место производства технологического процесса либо поступают на склад.

Такой способ выделения азота имеет свои преимущества и недостатки. Прежде всего, преимуществом является возможность получить газ высокой чистоты в жидком состоянии. К недостаткам данной технологии относятся такие как, большие размеры криогенных установок, невозможность быстрого пуска/остановки системы, необходимость присутствия персона и пр.

Метод короткоцикловой адсорбции

Разделение воздуха с целью добычи азота криогенным способом является достаточно дорогой и устаревшей технологией. Причины: сложность пуска, большие габариты установок, необходимость профессионального обслуживания. Поэтому данный метод не оправдан для многих производств, для которых требуется азот. А вот метод адсорбции, который предусматривает также выделение водорода, кислорода, метана, этилена и других компонентов, получил большое распространение. Получение азота таким способом имеет ряд преимуществ:

Возможность быстрого включения и выключения оборудования.
Установки для отделения азота настраиваются в зависимости от нужд заказчика. Оператор может изменить режим функционирования устройства, частоту или производительность.
Режим работы установки для получения азота регулируется автоматически.
Для удобства оборудование может оснащаться дистанционным управлением.
В плане энергоэффективности затраты довольно низкие по сравнению с криогенным методом.
Установки, позволяющие получить азот, достаточно просто устроены, поэтому их обслуживание не требует значительных денежных трат.
Приемлемая цена оборудования.

Что касается самого процесса получения азота, он имеет высокие показатели эффективности. Сначала подаваемый воздух попадает в один из двух попеременно работающих адсорберов, где поддерживается определенное давление и температура. Во время процесса адсорбент поглощает кислород (стадия поглощения), т.е. происходит улавливание адсорбентом кислорода с получением продуктового азота. На стадии регенерации поглощенный компонент выделяется из адсорбента. Такие процессы характеризуются повторяющимися короткими циклами. Чистота азота при данном способе разделения воздуха достигает 99,9995%.

Наиболее эффективное оборудование для газоразделения

Если ваше предприятие заинтересовано в постоянном производстве такого газа, как азот, рекомендуем воспользоваться услугами крупных и надежных поставщиков соответствующего оборудования. Но выбрать оптимальный вариант в условиях современного рынка бывает достаточно трудно. Поэтому в первую очередь обратите внимание на компании с большим опытом работы, имеющие свои уникальные разработки в области выделения азота.

Сотрудники НПК «Грасис» всегда основываются на индивидуальном подходе к запросам заказчика. Наша научно-производственная компания уже более 10 лет успешно занимается разработкой и производством воздухо- и газоразделительного оборудования для получения азота, удерживая лидирующие позиции на рынке СНГ. Наши установки изготавливаются с использованием современных нанотехнологий. Мы предлагаем своим клиентам наиболее эффективные методики производства азота.

Компания реализует оборудование высокого качества для разделения воздуха по наиболее распространенным и эффективным технологиям: адсорбционная и мембранная. Материалы, используемые для изготовления установок по выделению азота, отличаются высоким качеством и долговечностью. За каждым клиентом закрепляется персональный менеджер, который будет ответственно следить за всеми этапами сотрудничества.

НПК «Грасис» работает с проверенными поставщиками оборудования и комплектующих. В первую очередь компания заботится о высоком качестве установок для получения азота и уровне сервиса. Для клиентов предусмотрено большое количество услуг, которые связаны не только с поставкой и монтажом, но и с наладкой, ремонтом и сопровождением оборудования для выделения азота.

К преимуществам сотрудничества следует отнести возможность модернизации ранее поставленного оборудования. Также по желанию заказчика на предприятии возможно провести обучение, которое эффективно подготовит ваших сотрудников к эксплуатации приобретенного оборудования для производства азота.

Стоимость наших установок средняя на рынке, поскольку мы используем качественные комплектующие. Наше оборудование отличается высоким качеством и позволяет получать азот нужной Вам степени чистоты.

Благодаря слаженной деятельности команды профессионалов работы по производству, поставке, монтажу и наладке оборудования для получения азота проходят в сжатые сроки. Уникальной особенностью компании является наличие патентов на изобретения и полезные модели. Оборудование успешно протестировано в различных комплексах, где требуется азот. Использование качественных комплектующих гарантирует долговечность оборудования и его эффективность. Заказывайте наши системы по получению азота, которые позволяют добиться необходимого Вам в технологическом процессе конечного продукта.

Специалисты НПК «Грасис» готовы приступить к выполнению комплексного проекта «под ключ», который будет включать в себя разработку, производство, поставку, монтаж и пуск современного воздухо- и газоразделительного оборудования для получения азота.

Обращайтесь в НПК «Грасис», если вы заинтересованы в современных инновационных решениях!

Более подробно Вы можете ознакомиться с азотным оборудованием (азотные генераторы, азотные установки, азотные станции) на странице

Total: 0
Вконтакте0
Google+0
ОК0
Facebook0