Вуглекислий газ лабораторії. Вуглекислий газ (діоксид вуглецю). Застосування в інших сферах діяльності

Вуглекислий газ Вуглекислий газ

Вуглекислий газ (двоокис вуглецю, діоксид вуглецю) займає найважливіше місце серед технічних газів, він широко використовується практично у всіх галузях промисловості та агропромислового комплексу. На частку СО 2 припадає 10% всього ринку технічних газів, що ставить цей продукт в один ряд з основними продуктами розподілу повітря.

Напрямки використання вуглекислого газу різних агрегатних станах різноманітні – харчова промисловість, зварювальні гази та суміші, пожежогасіння тощо. Все більше знаходить застосування та його тверда фаза – сухий лід, від заморозки, сухих брикетів до очищення поверхонь (бластингу).

Отримання

Ззовні вуглекислоту отримати не можна через те, що в атмосфері її майже не міститься. Тварини та людина отримують її при повному розщепленні їжі, оскільки білки, жири, вуглеводи, побудовані на вуглецевій основі, при спалюванні за допомогою кисню у тканинах утворюють вуглекислий газ (СО2).

У промисловості вуглекислий газ одержують із пічних газів, із продуктів розкладання природних карбонатів (вапняк, доломіт). У харчових цілях використовують газ, що утворюється при спиртовому бродінні. Також вуглекислий газ отримують на установках поділу повітря як побічний продукт отримання чистого кисню, азоту і аргону. В лабораторних умовах невеликі кількості 2 отримують взаємодією карбонатів і гідрокарбонатів з кислотами, наприклад, мармуру, крейди або соди з соляною кислотою. Побічні джерела виробництва СО 2 – продукти горіння; бродіння; виробництво рідкого аміаку; установки риформінгу; виробництво етанолу; природні джерела.

При отриманні вуглекислого газу промислових масштабах використовують три основні групи сировини.

Група 1- джерела сировини, з яких можна виробляти чистий СО 2 без спеціального обладнання для підвищення його концентрації:

• гази хімічних та нафтохімічних виробництв із вмістом 98-99% СО 2 ;
• гази спиртового бродіння на пивоварних, спиртових та гідролізних заводах з 98-99% СО 2 ;
• гази з природних джерел з 92-99% СО 2 .

Група 2- джерела сировини, використання яких забезпечує отримання чистого СО 2:

• гази малопоширених хімічних виробництв із вмістом 80-95% СО 2 .

Група 3- джерела сировини, використання яких дає можливість виробляти чистий СО2 тільки за допомогою спеціального обладнання:

• газові суміші, що складаються в основному з азоту та вуглекислого газу (продукти згоряння вуглецевмісних речовин з вмістом 8-20% 2 ;
• відхідні гази вапняних та цементних заводів з 30-40% СО 2;
• колошникові гази доменних печей з 21-23% СО 2;
• що складаються в основному з метану та вуглекислого газу та містять значні домішки інших газів (біогаз та звалищний газ з біореакторів з 30-45% 2 ;
• попутні гази при видобуванні природного газу та нафти з вмістом 20-40% СО 2 .

Застосування

За оцінками, споживання СО2 на світовому ринку перевищує 20 млн. метричних тонн на рік. Такий високий рівень споживання формується під впливом вимог харчової промисловості та нафтопромислових підприємств, технологій газування напоїв та інших промислових потреб, наприклад, зниження показника Ph установок водоочищення, проблем металургії (у тому числі використання зварювального газу) тощо.

Споживання вуглекислого газу неухильно зростає, оскільки розширюються сфери його застосування, які охоплюють завдання від промислового призначення до харчового виробництва– консервація продуктів, у машинобудуванні від зварювального виробництва та приготування захисних зварювальних сумішей до очищення поверхонь деталей гранулами «сухого льоду», сільському господарствідля підживлення рослин, у газовій та нафтовій промисловості при пожежогасінні.

Основні галузі застосування СО 2:

• у машинобудуванні та будівництві (для зварювання та інше);
• для холодної посадки частин машин;
• у процесах тонкого заточування;
• для електрозварювання, заснованого на принципі захисту розплавленого металу від шкідливого впливуатмосферного повітря;
• у металургії;
• продування вуглекислим газом ливарних форм;
• при виробництві алюмінію та інших металів, що легко окислюються;
• у сільському господарстві для створення штучного дощу;
• в екології замінює сильнодіючі мінеральні кислоти для нейтралізації лужної відкидної води;
• у виготовленні протипожежних засобів;
• застосовується у вуглекислотних вогнегасниках як вогнегасна речовина, ефективно зупиняє процес горіння;
• у парфумерії при виготовленні парфумів;
• у гірничодобувній промисловості;
• при методі безполум'яного вибуху гірських порід;
• у харчовій промисловості;
• використовується як консервант та позначається на упаковці кодом Е290;
• як розпушувач тесту;
• для виробництва газованих напоїв;

Газування напоїв може відбуватися одним із двох шляхів:

1. При виробництві популярних солодких та мінеральних водвикористовується механічний спосіб газування, який передбачає насичення вуглекислим газом будь-якої рідини. Для цього необхідно спеціальне обладнання (сифони, акратофори, сатуратори) та балони зі стисненим вуглекислим газом.
2. При хімічному способі газування вуглекислоту одержують у процесі бродіння. Таким чином, виходить шампанське вино, пиво, хлібний квас. Вуглекислота в содових водах виходить внаслідок реакції соди з кислотою, що супроводжується бурхливим виділенням вуглекислого газу.

СО 2 як зварювальний газ

Починаючи з 1960 року широкого поширення набуло зварювання легованих і вуглецевих сталей в середовищі вуглекислого газу (СО 2), що відповідає вимогам ГОСТ 8050. Останнім часом все більшого поширення в зварювальних технологіях машинобудівних підприємств знаходить застосування зварювальних газових сумішей аргону і гелію затребувані газові суміші включають невелику кількість активних газів (СО 2 або Про 2), необхідних для стабілізації зварювальної дуги. Однак при зварюванні вуглецевих і низьколегованих сталей основних структурних класів на російських підприємствах основним захисним газом, як і раніше, продовжує залишатися вуглекислий газ СО2, що пояснюється фізичними властивостями цього захисного газу та його доступністю.

Цілі:

• Розширити уявлення про історію відкриття, властивості та практичне застосування вуглекислого газу.
• Ознайомити учнів із лабораторними способами отримання вуглекислого газу.
• Продовжити формування експериментальних навичок учнів.

Використані прийоми:"вірні та невірні твердження", "зігзаг-1", кластери.

Лабораторне обладнання:лабораторний штатив, прилад для отримання газів, склянку на 50 мл, шматочки мармуру, соляну кислоту (1:2), вапняну воду, затискач Мора.

I. Стадія виклику

На стадії виклику використовується прийом "вірні та неправильні твердження".

ІІ. Стадія осмислення

1. Організація діяльності у робочих групах, учасники яких отримують тексти на п'ять основних тем “зігзагу”:

1. Історія відкриття вуглекислого газу
2. Вуглекислий газ у природі
3. Одержання вуглекислого газу
4. Властивості вуглекислого газу
5. Практичне застосування вуглекислого газу

Йде первісне ознайомлення з текстом, первинне читання.

2. Робота у експертних групах.

В експертні групи об'єднуються "фахівці" з окремих питань. Їхнє завдання – уважне читання тексту, виділення ключових фраз і нових понять або використання кластерів та різних схем для графічного зображення змісту тексту (робота ведеться індивідуально).

3. Відбір матеріалу, його структурування та доповнення (групова робота)

4. Підготовка до трансляції тексту у робочих групах

• 1-а групаекспертів складає опорний конспект "Історія відкриття вуглекислого газу"
• 2-я групаекспертів складає схему розповсюдження вуглекислого газу в природі
• 3-я групаекспертів складає схему отримання вуглекислого газу та малюнок установки для його отримання
• 4-а групаекспертів складає класифікацію властивостей вуглекислого газу
• 5-а групаекспертів складає схему практичного застосування вуглекислого газу

5. Підготовка до презентації (плакат)

ІІІ. Стадія рефлексії

Повернення до робочих груп

1. Трансляція групи тем 1–5 послідовно. Збір установки для одержання вуглекислого газу. Одержання вуглекислого газу та дослідження його властивостей.
2. Обговорення результатів експерименту.
3. Презентація окремих тем.
4. Повернення до “вірних та невірних тверджень”. Перевірити свої початкові припущення. Розташування нових значків.

Це може виглядати так:

Тексти на п'ять основних тем “зігзагу”

1. Історія відкриття вуглекислого газу

Вуглекислий газ був першим між іншими газами протиставлений повітрі під назвою “дикого газу” алхіміком XVI ст. Вант Гельмонт.

Відкриттям СО 2 було покладено початок нової галузі хімії – пневматохімії (хімії газів).

Шотландський хімік Джозеф Блек (1728 – 1799 р.р.) у 1754 році встановив, що вапняний мінерал мармур (карбонат кальцію) при нагріванні розкладається з виділенням газу та утворює негашене вапно (оксид кальцію):

CaCO 3 CaO + CO 2
карбонат кальцію оксид кальцію вуглекислий газ

Газ, що виділяється, можна було знову з'єднати з оксидом кальцію і знову отримати карбонат кальцію:

CaO + CO 2 CaCO 3
оксид кальцію вуглекислий газ карбонат кальцію

Цей газ був ідентичний відкритому Ван Гельмонтом "дикому газу", але Блек дав йому нову назву - "пов'язане повітря" - тому що цей газ можна було зв'язати і знову отримати тверду субстанцію, а також він мав здатність притягуватися вапняною водою (гідроксід кальцію) і викликати її помутніння:

вуглекислий газ гідроксид кальцію карбонат кальцію вода

Кілька років по тому Кавендіш виявив ще дві характерні фізичні властивості вуглекислого газу – його високу щільність і значну розчинність у воді.

2. Вуглекислий газ у природі

Вміст вуглекислого газу в атмосфері відносно невеликий, всього 0,04-0,03% (за обсягом). CO 2 , зосереджений у атмосфері, має масу 2200 мільярдів тонн.
У 60 разів більше вуглекислого газу міститься у розчиненому вигляді у морях та океанах.
Протягом кожного року з атмосфери витягується приблизно 1/50 частина всього CO 2, що міститься в ній, рослинним покривом земної кулі в процесі фотосинтезу, що перетворює мінеральні речовини в органічні.
Основна маса вуглекислого газу в природі утворюється внаслідок різних процесів розкладання органічних речовин. Вуглекислий газ виділяється при диханні рослин, тварин, мікроорганізмів. Безперервно збільшується кількість вуглекислого газу, що виділяється різними виробництвами. Вуглекислий газ міститься у складі вулканічних газів, виділяється і з землі у вулканічних місцевостях. Кілька століть функціонує як постійно діючий генератор CO 2 "Собача печера" поблизу міста Неаполь в Італії. Вона відома тим, що собаки в ній не можуть бути, а людина може там перебувати в нормальному стані. Справа в тому, що в цій печері вуглекислий газ виділяється із землі, а оскільки він у 1,5 рази важчий за повітря, то розташовується внизу, приблизно на висоті зростання собаки (0,5 м). У такому повітрі, де вуглекислого газу 14% собаки (і інші тварини, зрозуміло) дихати не можуть, але доросла людина, що стоїть на ногах, не відчуває надлишку вуглекислого газу в цій печері. Такі ж печери існують у Єллоустонському національному парку (США).
Природні джерела вуглекислого газу називають мофетами. Мофети характерні для останньої, пізньої стадії згасання вулканів, в якій знаходиться, зокрема, знаменитий вулкан Ельбрус. Тому там спостерігаються численні виходи, що пробиваються крізь сніги і льоди гарячих джерел, насичених вуглекислим газом.
Поза земною кулею оксид вуглецю (IV) виявлено атмосферах Марса і Венери – планетах “земного типу”.

3. Одержання вуглекислого газу

У промисловості вуглекислий газ виходить головним чином як побічний продукт випалу вапняку спиртового бродіння та ін.
У хімічних лабораторіях або користуються готовими балонами з рідким вуглекислим газом, або отримують CO 2 в апаратах Кіппа або прилад для отримання газів дією соляної кислоти на шматки мармуру:

CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
карбонат кальцію соляна кислота хлорид кальцію вуглекислий газ вода

Користуватися сірчаною кислотою замість соляної при цьому не можна, тому що тоді замість розчинного у воді кальцію хлориду виходив би гіпс - сульфат кальцію (CaSO 4) - сіль, малорозчинна у воді. Відкладаючись на шматках мармуру, гіпс дуже ускладнює доступ до них кислоти і тим самим дуже сповільнює перебіг реакції.
Для отримання вуглекислого газу:

1. Закріпіть у лапці лабораторного штатива прилад для отримання газів
2. Вийміть із пробірки з відростком пробку з лійкою
3. Помістіть у насадку 2–3 шматочки мармуру завбільшки? горошини
4. Вставте пробку з лійкою в пробірку знову. Відкрийте затискач
5. Прилийте у вирву (обережно!) соляну кислоту (1:2) так, щоб кислота злегка покривала мармур
6. Наповніть оксидом вуглецю (IV) хімічну склянку та закрийте затискач.

4. Властивості вуглекислого газу

CO 2 - це безбарвний газ, не має запаху, важче повітря в 1,5 рази, важко змішується з ним (за висловом Д.І. Менделєєва, "тоне" в повітрі), що можна довести наступним досвідом: над склянкою, в якому закріплена свічка, що горить, перекидають склянку, наповнену вуглекислим газом. Свічка миттєво гасне.
Оксид вуглецю (IV) має кислотні властивості і при розчиненні цього газу у воді утворюється вугільна кислота. При пропущенні CO 2 через підфарбовану лакмусом воду можна спостерігати за зміною кольору індикатора з фіолетового на червоний.
Хороша розчинність вуглекислого газу у воді унеможливлює збирання його методом “витіснення води”.
Якісною реакцією на вміст вуглекислого газу у повітрі є пропускання газу через розведений розчин гідроксиду кальцію (вапняну воду). Вуглекислий газ викликає утворення у цьому розчині нерозчинного карбонату кальцію, внаслідок чого розчин стає каламутним:

CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O
вуглекислий газ гідроксид кальцію карбонат кальцію вода

При додаванні надлишкової кількості CO2 каламутний розчин знову стає прозорим через перетворення нерозчинного карбонату на розчинний гідрокарбонат кальцію:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3) 2
карбонат кальцію вода вуглекислий газ гідрокарбонат кальцію

5. Практичне застосування вуглекислого газу

Пресований твердий вуглекислий газ отримав назву "сухого льоду".
Твердий CO 2 швидше схожий на спресований щільний сніг, що по твердості нагадує крейду. Температура “сухого льоду” –78 про З. Сухий лід, на відміну водяного льоду, щільний. Він тоне у воді, різко охолоджуючи її. Гарячий бензин можна швидко згасити, кинувши у полум'я кілька шматочків сухого льоду.
Головне застосування сухого льоду – зберігання та перевезення продуктів харчування: риби, м'яса, морозива та ін.
Сухим льодом випробовують у лабораторіях деталі, прилади, механізми, які служитимуть за умов знижених температур. За допомогою сухого льоду відчувають морозостійкість гумових покришок автомобілів.
Вуглекислий газ застосовують для газування фруктових та мінеральних вод, а в медицині – для вуглекислотних ванн.
Рідкий вуглекислий газ використовують у вуглекислотних вогнегасниках, вогнегасних системах літаків і кораблів та в пожежних вуглекислотних машинах. Він особливо ефективний у тих випадках, коли вода непридатна, наприклад, при гасінні вогненебезпечних рідин, що загорілися, або за наявності в приміщенні невимкненої електропроводки або унікального обладнання, яке від води може постраждати.
У багатьох випадках CO 2 використовують не готовому вигляді, а отримують в процесі використання, наприклад, хлібопекарських порошків, що містять суміш бікарбонату натрію з кислим виннокислим калієм. При змішуванні таких порошків із тестом солі розчиняються і виникає реакція із виділенням CO 2 . В результаті тісто сходить, наповнюючись бульбашками вуглекислого газу, і випечений продукт виходить м'яким і смачним.

Література

1. Зміна// Міжнародний журнал про розвиток мислення через читання та лист. - 2000. - № № 1, 2.
2. Сучасний студент у полі інформації та комунікації: Навчально-методичний посібник. - СПб.: PETROC, 2000.
3. Загашев І.О., Заїр-Бек С.І.Критичне мислення: розробка. - СПб.: Видавництво "Альянс "Дельта", 2003.

Опис способів одержання та виробництва промислових газів (азот, аргон, водень, гелій, кисень, пропан, вуглекислота).

Одержання та виробництво промислових газів.

Нині основним способом отримання атмосферних промислових газів – кисню, азоту, аргону є розподіл повітря. Розрізняють три способи поділу повітря – кріогенний, адсорбційний та мембранний.

Кріогенний поділ повітря

Атмосферне осушене повітря являє собою суміш, що містить за обсягом кисень 21% і азот 78%, аргон 0,9% та інші інертні гази, вуглекислий газ, водяну пару та ін. кипіння рідкого повітря при атмосферному тиску -194,5 ° С.)

Процес виглядає так: повітря, що засмоктується багатоступінчастим компресором, проходить спочатку через повітряний фільтр, де очищається від пилу, проходить вологовідділювач, де відокремлюється вода, що конденсується при стисканні повітря, і водяний холодильник, що охолоджує повітря і відбирає тепло, що утворюється при стиску. Для поглинання вуглекислоти з повітря включається апарат - декарбонізатор, що заповнюється водяним розчином їдкого натру. Повне видалення вологи та вуглекислоти з повітря має істотне значення, так як вода і вуглекислота, що замерзають при низьких температурах, забивають трубопроводи і доводиться зупиняти установку для відтавання і продування.

Пройшовши осушувальну батарею, стиснене повітря надходить у так званий детандер, де відбувається різке розширення та відповідно його охолодження та зрідження. Отримане рідке повітря піддають дробовій перегонці або ректифікації в колонах ректифікаційних. При поступовому випаровуванні рідкого повітря спочатку випаровується переважно азот, а рідина, що залишається, все більше збагачується киснем. Повторюючи подібний процес багаторазово на ректифікаційних тарілках повітророзподільних колон, отримують рідкий кисень, азот та аргон потрібної чистоти. Можливість успішної ректифікації полягає в досить значної різниці (близько 13°) температур кипіння рідких азоту (-196° З) і кисню (-183° З). Дещо складніше відокремити аргон від кисню (-185 ° С). Далі розділені гази відводяться для накопичення у спеціальні кріогенні ємності, у тому числі надходять для використання чи продажу.

Кріогенний спосіб поділу повітря дозволяє отримати гази найвищої якості – кисень до 99.9%, аргон та азот до 99, 9995%. Продуктивність може становити до 70000 м/куб./год.

Метод короткоциклової адсорбції (КЦА).

Кріогенний поділ повітря при всіх його якісних параметрах є дорогим способом отримання промислових газів. Адсорбційний метод поділу повітря, заснований на вибірковому поглинанні того чи іншого газу адсорбентами, є некріогенним способом, і широке застосування отримав через наступні переваги:

• висока роздільна здатність по адсорбованих компонентів залежно від вибору адсорбенту;
• швидкий пуск та зупинка порівняно з кріогенними установками;
• велика гнучкість установок, тобто. можливість швидкої зміни режиму роботи, продуктивності та чистоти залежно від потреби;
• автоматичне регулювання режиму;
• можливість дистанційного керування;
• низькі енергетичні витрати порівняно з кріогенними блоками;
• просте апаратурне оформлення;
• низькі витрати на обслуговування;
• низька вартість установок порівняно з кріогенними технологіями;

Адсорбційний спосіб використовується для отримання азоту та кисню, так як він забезпечує при низькій собівартості відмінні параметри якості.

Принцип отримання азотуза допомогою КЦА простий, але ефективний. Повітря подається в адсорбер. вуглецевімолекулярні сита при підвищеному тиску та температурі зовнішнього середовища. У процесі кисень (Про 2) поглинається адсорбентом, тоді як азот (N 2) проходить через апарат. Адсорбент поглинає газ до рівноваги між адсорбцією і десорбцією, після чого адсорбент необхідно регенерувати, тобто. видалити з поверхні адсорбенту поглинені компоненти. Це можна зробити шляхом підвищення температури, або шляхом скидання тиску. Зазвичай у короткоцикловій адсорбції використовують регенерацію за допомогою скидання тиску. Невелика тривалість циклів адсорбції та регенерації, зазвичай, у межах декількох хвилин, і дала власне назву процесу — «короткоциклова адсорбція». Чистота азоту за цією технологією 99,999%.

В установках для виробництва киснювикористовується відомий факт, що азот адсорбується алюмосилікатнимимолекулярними ситами значно швидше, ніж кисень. Для відокремлення азоту від кисню повітря спочатку стискають, а потім пропускають через адсорбер, отримуючи на виході відносно чистий кисень. Чистота кисню як продукту, одержуваного за цією технологією, становить до 95%. Основний забруднюючої його домішкою є головним чином аргон. Регенерацію адсорбенту проводять при атмосферному тиску або вакуумі.

Установки короткоциклової адсорбції зазвичай повністю збираються і випробовуються заводі-виготовлювачі, тобто. надходять до споживача в стані повної заводської готовності, що забезпечує швидкий монтаж і мають діапазон продуктивності від 10 до 6000 нм 3/год.

Мембранна технологія

Промислове використання технології мембранного розподілу газів почалося в 70-х роках і справило справжню революцію в промисловості розподілу газів. Аж до сьогодні ця технологія активно розвивається і набуває все більшого поширення завдяки своїй високій економічній ефективності. У випадках, коли не потрібний дуже чистий газ, переважно азот, при порівняно великих обсягах споживання, ця технологія практично повністю витіснила альтернативні способи одержання газів — кріогенний та адсорбційний. При виробництві азоту чистоті до 99.9% і продуктивністю до 5000 нм³/ч мембранні установки виявляються значно вигіднішими від інших. Влаштування сучасних мембранних газорозділювальних та повітророзподільних установок виключно надійне. Насамперед це забезпечується тим, що в них немає жодних рухомих елементів, тому механічні поломки майже виключені. Сучасна газоподільна мембрана, основний елемент установки, є вже не плоскою мембраною або плівкою, а порожнистим волокном. Половолоконна мембрана складається з пористого полімерного волокна з нанесеним на його зовнішню поверхню газорозділювальним шаром. Суть роботи мембранної установки полягає у селективній проникності матеріалу мембрани різними компонентами газу. Поділ повітря з використанням селективних мембран полягає в тому, що молекули компонентів повітря мають різну проникність через полімерні мембрани. Повітря фільтрується, стискається до бажаного тиску, осушується і потім подається через мембранний модуль. Більш «швидкі» молекули кисню та аргону проходять через мембрану та видаляються назовні. Чим більше модулів проходить повітря, тим більше стає концентрація азоту N 2 . Найбільш ефективно за витратами отримувати азот із вмістом основної речовини 93-99,5%.

Нижче наведено графіки щодо вибору застосування тих чи інших видів одержання промислових газів залежно від обсягів споживання та необхідної чистоти.

Отримання гелію

Гелій - прозорий газ, без смаку та запаху, що прямує за величиною атомної ваги після водню елемент. Він абсолютно інертний, тобто не вступає в жодні реакції. Зі всіх речовин гелій має найнижчу температуру кипіння -269°С. Рідкий гелій – найхолодніша рідина. "Замерзає" гелій при - 272 ° С. Ця температура всього на один градус вище температури абсолютного нуля. У промислових масштабах гелій можна одержувати двома способами - або надр землі, або поділом повітря. Це газ Землі зустрічається мало: 1 м 3 повітря містить лише 5,2 див 3 гелію, тобто. всього 0,00052%, а кожен кілограм земного матеріалу - 0,003 мг гелію. За поширеністю ж у Всесвіті гелій посідає друге місце після водню: частку гелію припадає близько 23% космічної маси.

На Землі гелій постійно утворюється при розпаді урану, торію та інших радіоактивних елементів. Гелій накопичується у вільних газових скупчення надр і в нафті; такі родовища досягають промислового масштабу. Максимальні концентрації гелію (10-13%) виявлені у вільних газових скупченнях і газах уранових копалень і (20-25%) у газах, що спонтанно виділяються з підземних вод. Чим давніший вік газоносних осадових порід і що вище їх вміст радіоактивних елементів, то більше вписувалося гелію у складі природних газів.

Видобуток гелію у промислових масштабах виробляється з природних та нафтових газів як вуглеводневого, так і азотного складу. За якістю сировини гелієві родовища поділяються: на багаті (зміст Не > 0,5% за обсягом); рядові (0,10-0,50) та бідні (<0,10). Месторождения таких газов имеются в России, США, Канаде, Китае, Алжире, Польше и Катаре.

Для відокремлення від інших газів використовують виняткову леткість гелію, пов'язану з його низькою температурою зрідження. Після того, як всі інші компоненти природного газу сконденсуються при глибокому охолодженні, газоподібний гелій відкачують. Потім його очищають від домішок. Чистота заводського гелію сягає 99,995%. Найбільший виробник гелію в Європі – Оренбурзький гелієвий завод (10 млн. літрів рідкого гелію на рік).

При отриманні гелію шляхом поділу повітрявеликі повітророзподільні установки (1000 – 3000 т кисню на день) обладнують спеціальними концентраторами та апаратами колонного типу, які виділяють та накопичують суміші криптону та ксенону в кисні, неону та гелію в азоті. Неочищені суміші потім переробляють для отримання чистого продукту. Чистота гелію може сягати 99,9999%. Одним із найбільших виробників гелію з повітря є компанія «Айсблік».

Одержання вуглекислого газу

Розрізняють такі промислові способи одержання вуглекислого газу:

- шляхом рекуперації двоокису вуглецю з газів бродінняна спиртових та пивоварних заводах;
- шляхом рекуперації двоокису вуглецю з відкидних газіврізних виробничих процесів;

- шляхом видобування з підземних природних джерел;
з димових газівта продуктів згоряння;
- шляхом виробництва двоокису вуглецю методом прямого спалюваннягазоподібного чи рідкого палива.

Відповідно, залежно від концентрації вуглекислого газу, джерела його умовно можна розділити на три групи.

Першу групу становлять джерела сировини, у тому числі можна виробляти чистий діоксид вуглецю без спеціального устаткування підвищення його концентрації. До цієї групи входять:

а) гази хімічних та нафтохімічних виробництв (виробництва аміаку, водню та ін. продуктів) з вмістом 98-99% СО 2; б) гази спиртового бродіння на пивоварних, спиртових та гідролізних заводах з 98-99% СО2; в) гази з природних джерел з 92-99% СО2.

Другу групу формують джерела сировини, використання яких забезпечує одержання чистого діоксиду вуглецю методом фракційної конденсації.

До цієї групи відносять гази деяких хімічних виробництв із вмістом 80-95% СО2.

Установки рекуперації CO 2 призначені для вилучення вуглекислоти з газів першої та другої групи. Гази, одержувані в процесах бродіння при виробництві спирту або пива, є практично чистим вуглекислим газом, що містить водяні пари і сліди органічних сполук (сірчистий ангідрид, сірководень, сивушні олії та альдегіди), що легко відмиваються водою. Зміст двоокису вуглецю в т.зв. експанзерних газах залежить від типу технологічних процесів хімічних виробництв та може становити до 99,9 %. Решту об'єму займають пари води та низькокиплячі домішки, переважно водень. Для доведення двоокису вуглецю до харчової якості (99,995% СО 2 та 0,0005% Про 2) ці установки оснащуються системою ректифікаційного (дистиляційного) очищення.

В третю групу включені джерела сировини, використання яких дозволяє виробляти чистий діоксид вуглецю тільки за допомогою спеціального обладнання. До цієї групи входять джерела:

а) що складаються в основному з азоту та діоксиду вуглецю (продукти згоряння вуглецевмісних речовин, наприклад, природного газу, рідкого палива, коксу в котельних, газо-поршневих та газотурбінних установках з вмістом 8-20 % СО 2 ;

ходять гази вапняних і цементних заводів з 30-40% СО 2; колошникові гази доменних печей з 21-23% 2);

б) що складаються в основному з метану і діоксиду вуглецю і містять значні домішки інших газів (біогаз і звалищний газ з біореакторів з 30-45% СО2; супутні гази при видобуванні природного газу та нафти з вмістом 20-40% СО2).

При використанні джерел сировини третьої групи найчастіше застосовують вуглекислотні станції абсорбційно-десорбційного типу з рідкими хімічними абсорбентами. Це один з основних промислових способів отримання чистого СО 2 . Найбільш поширеною сировиною для виробництва двоокису вуглецю є димові гази, а природний газ вважається оптимальним джерелом сировини. При спалюванні природного газу в димі відсутні сполуки сірки та механічні домішки.

Типова схема отримання СО 2 виглядає так: збагачений СО 2 пара надходить у скрубери, де одягаються механічні домішки та важкі вуглеводні. Газ стискається і проганяється через очисник, у якому видаляються волога та небажані гази.

Вироблений двоокис вуглецю може накопичуватися в резервуарах тривалого зберігання, подаватися на станцію зарядки балонів та вогнегасників, транспортні цистерни, установки для виробництва «сухого» льоду, безпосередньо на виробничі лінії газування.

Одержання водню

Існує дві основні схеми одержання водню.

Електролізні заводи. Для невеликих споживачів водню пропонують електролізери продуктивністю від 0,5 до 1000 м.куб./год. Чистота 99,9% та вище може задовольнити вимоги підприємств харчової, хімічної галузей, електроніки. Виробництво технічного водню шляхом електролізувключає наступні основні послідовно реалізовані стадії: електролітичне розкладання води на водень і кисень 2Н2О→2Н2+О2; каталітичне очищення отриманого водню від кисню; його стиск у поршневих компресорах; адсорбційна осушка; заповнення в балони чи контейнери.

Паровий реформінг. Використовуючи джерело вуглеводнів та процес реформінгу, можна виробити водень у малих, середніх, великих обсягах і тієї якості, яка потрібна споживачеві. Зазвичай пропонують установки від 100 до 5000 м.куб./год, нафтопереробні заводи використовують установки продуктивність більше 20000 м.куб./год. Процес виглядає так:углеводороди (метанол, пропан, природний газ, нафта), що використовуються як паливо, змішуються в процесною парою, нагріваються до 480 град.С і поділяються в реакторі, використовуючи заснований на нікелі каталізатор, за простою формулою СН 4 +Н 2 О+230 кДж=ЗІ+3Н 2

Воднева адсорбційна установка інтегрується в систему контролю і повністю автоматизується.

Одержання ацетилену

Ацетилен вперше був отриманий в 1836 Едмондом Деві шляхом обробки водою карбіду калію К 2 С 2 і був названий так хіміком Бертло в 1860 р.

Промислове отримання ацетилену почалося з масового виробництва карбіду кальцію. У свою чергу карбід кальцію отримують шляхом спікання вапняку та коксу (вугілля) СаО+3С=СаС 2 +СО. В Україні скільки-небудь значного виробництва карбіду кальцію немає.

При обробці карбіду кальцію водою і утворюється ацетилен:

СаС 2 +2Н 2 О=С 2 Н 2 +Са(ОН) 2

Більшість ацетилену, виробленого в Україні, виходить з карбіду кальцію. Для цього використовуються спеціальні промислові генератори, в яких ацетилен проходить очищення від домішок сірки, аміаку та фосфору, від вологи і далі компресорами закачується в балони.

Для побутового використання застосовуються невеликі переносні генератори, але ацетилен, який у них, зазвичай вологий і з домішками. Крім того, неможливо зупинити процес утворення ацетилену, що може бути незручним для невеликих робіт. У морози також проблематично використання малих генераторів через небезпеку замерзання води.

Другий спосіб отримання ацетилену окисний піроліз метанута інших вуглеводнів за формулою 2СН 4 →С 2 Н 2 +3Н 2 , що здійснюється при підвищеній температурі 1200-1500 град. з наступним швидким охолодженням. Ацетилен є проміжним продуктом при подальшому виробництві продуктів органічного синтезу. Спосіб піролізу економічно невигідний тільки для отримання ацетилену, тому застосовується на заводах, що виробляють його подальшу переробку в синтетичний каучук, вінілацетат, вінілхлорид, етилен, бутадієн, стирол та інші продукти. В Україні це «Сєвєродонецький Азот».

Одержання пропану.

Під пропаном зазвичай розуміють зріджену суміш вуглеводнів, куди входять такі гази:

Етан – З 2 Н 6- газ, за ​​щільністю близький до повітря. Входить до складу зріджених газів у незначній кількості. Найголовніша причина обмеження його вмісту в тому, що при температурі 45°С етан не може перебувати у зрідженому стані. При 30 ° С пружність його пар досягає 4,8 МПа, тоді як робочий тиск надземних систем газопостачання зрідженим газом становить 1,6 МПа, а підземних - 1,0 МПа. У той же час незначна кількість етану в пропан-бутановій суміші підвищує загальний тиск насиченої пари газової суміші, що забезпечує в зимовий час надлишковий тиск, необхідний для нормального газопостачання.
Пропан - З 3 Н 8- важкий газ (щільність повітря 1,52). Технічний пропан є основною складовою зріджених газів, його відсоткове співвідношення у зимовій суміші має бути не менше 75%. Температура кипіння – 42,1°С.

Бутан - З 4 Н 10- важкий газ (щільність повітря 2,06). Температура кипіння –0,5 °С.
Пентан - С 5 Н 12- важкий газ (щільність повітря 2,49). Температура кипіння +36 °С. Вміст у суміші 1-2% від об'єму.

Зріджений газ отримують зазвичай двома способами – при переробці природного газу на газопереробних заводах ГПЗ та на нафтопереробних заводах НПЗ, що визначає доступну ціну для споживача.
Технологічний ланцюжок виробництва зріджених газів починається зі видобутку «сирої» нафти або «вологого» природного газу та закінчується зберіганням рідких пропану та бутану, повністю вільних від легких газів, важкої нафти та очищених від слідів сірчистих сполук та води.
На газових родовищахвидобуток багатого метаном природного газу нерідко супроводжується виходом невеликих кількостей суміші важких вуглеводнів: від етану та основних компонентів зрідженого газу до сполук компонентів дистиляту («природного бензину»). Якщо вони присутні у значних кількостях, то зріджені гази і дистилят видаляють з природного газу, щоб уникнути технологічних ускладнень від конденсату при компріміруванні газу перед подачею його в трубопровід, а також для отримання необхідних хімічних речовин або додаткового палива. Отримана суміш зріджених газів і дистиляту має невисоку якість, проте має попит через невисоку ціну.

При видобутку нафтибезпосередньо на місці видобутку «сира» нафта стабілізується для підготовки її до подальшого транспортування трубопроводами або в танкерах до місця споживання. Ступінь стабілізації, ефективність якої залежить від умов на головці свердловини (температура і тиск), у свою чергу, визначає кількість легких газів, що видаляються. Ці гази іноді спалюються, але в даний час все частіше використовуються як додаткова продукція, і називається попутним природним газом. Кількість зріджених газів, що залишаються в «сирій» нафті, залежить від ступеня стабілізації дома її видобутку. Деякі сорти нафти перед транспортуванням можуть бути спеціально доповнені зрідженим газом. Ті, що містяться в нафті, що надійшла на нафтоочисне підприємство, зріджені гази вловлюють у процесі дистиляції. Їх вихід коливається від 2 до 3% від обсягу нафти, що переробляється. Отримані при фракційній розгонці зріджені гази піддаються наступної конверсії, що здійснюється, перш за все, для збільшення виходу та підвищення якості бензину, але також відокремлює домішки з самого зрідженого газу.

Таким чином, краще використовувати зріджений газ, отриманий у процесі переробки нафти, так як він має більш стабільний склад, в ньому відсутні волога, домішки азоту, вуглекислого газу, які є в зрідженому газі, що отримується на газових родовищах.

Як отримати та зібрати вуглекислий газ? Довести досвідченим шляхом наявність цього газу та отримав найкращу відповідь

Відповідь від Марія І[активна]
шматочок мармуру + соляна кислота – у пробірці. CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O




А взагалі в лабораторіях одержують CO2 в апаратах Кіппа чи приладі для одержання газів

Відповідь від Галина Галина[гуру]
У промисловості одержують із пічних газів, із продуктів розкладання природних карбонатів (вапняк, доломіт). Суміш газів промивають розчином карбонату калію, який поглинає вуглекислий газ, переходячи до гідрокарбонату. Розчин гідрокарбонату при нагріванні розкладається, вивільняючи вуглекислоту. За промислового виробництва закачується в балони. У лабораторних умовах невеликі кількості отримують взаємодією карбонатів та гідрокарбонатів з кислотами, наприклад, мармуру з соляною кислотою.

Відповідь від Арсен Ясупієв[активний]
Шматок мармуру + соляна кислота – у пробірці. CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O
У цю пробірку газовідвідну трубку, інший кінець трубки в іншу пробірку, в якій збиратимеш вуглекислий газ.
Доказ: 1) вапняна вода Са (ОН) 2 тоді йде реакція:
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O. Карбонат кальцію випадає в осад (білий), тому якісна реакція: помутніння вапняної води.
2)Вуглекислий газ добре розчиняється у воді, при розчиненні утворюється вугільна кислота, тому, якщо його пропустити через воду, а потім у воду додати лакмус, то лакмус із фіолетового стане червоним (т.к. кисле середовище)
А взагалі в лабораторіях одержують CO2 в апаратах Кіппа чи приладі для одержання газів

Відповідь від 3 відповіді[гуру]

Вітання! Ось добірка тем із відповідями на Ваше запитання: Як отримати та зібрати вуглекислий газ? Довести досвідченим шляхом наявність цього газу

Завдання. 1. Отримайте вуглекислий газ взаємодією мармуру із соляною кислотою.

2. Вивчіть деякі фізичні властивості діоксиду вуглецю (IV) (колір, запах, розчинність у воді, відносну щільність).

3. а) Вивчіть взаємодію вуглекислого газу з водою; б) здійсніть наступні перетворення;

4. Визначте вапняк серед виданих зразків мінералів.

5. Отримайте карбонат барію за допомогою реакції обміну.

Устаткування. Прилад для одержання газів, заправлений шматочками мармуру та соляною кислотою, лабораторний штатив, штатив з пробірками, піпетки, склянки на 150 мл (2 шт.), картонний кружок для склянки, пробіркоутримувачі (2 шт.), нагрівальний прилад.

Речовини. 10% розчини карбонату натрію і хлориду барію, 10% соляна кислота, вапняна вода, розчин лакмусу, дистильована вода, мінерали гіпс, каолін, вапняк, кварц.

Виконання роботи

1. Одержання оксиду вуглецю (ІV). Зарядіть прилад для отримання вуглекислого газу (мал. 22.4). Отримайте вуглекислий газ, зберіть його у хімічну склянку та прикрийте картонним кружком. (Для чого?)

2. Вивчення властивостей оксиду вуглецю (ІV). Внесіть у склянку запалений сірник. Що спостерігаєте? Перелийте вміст в іншу склянку. Переконайтеся за допомогою сірника, що горить, що вуглекислий газ дійсно «перелився» з однієї склянки в іншу.

Яка властивість вуглекислого газу є основою цього досвіду? Опишіть фізичні властивості досліджуваного газу.

Налийте в пробірку (на 1/4 її об'єму) дистильовану воду, підфарбуйте її фіолетовим ростом.

злодієм лакмусу та пропускайте через цю воду вуглекислий газ до зміни фарбування індикатора. Чому змінилося забарвлення лакмусу? Складіть рівняння відповідної реакції. Нагрійте вміст пробірки до початку кипіння. Чому знову змінився колір лакмусу? Поясніть це за допомогою рівняння реакції.

3. Прилийте у пробірку (на 1/4 її об'єму) вапняну воду та пропускайте через неї вуглекислий газ. Що ви бачите? Де використовується у практиці ця реакція? Продовжуйте пропускати вуглекислий газ через каламутну суміш до повного освітлення розчину. Що сталося? Складіть рівняння реакцій, що спостерігаються.

Вміст пробірки з отриманим гідрокарбонатом кальцію розділіть на рівні частини. В одну пробірку додайте вапняну воду, іншу нагрійте до початку кипіння розчину. Що ви бачите? Поясніть те, що відбувається, за допомогою рівнянь реакцій. Зробіть висновки: а) яким чином карбонати можна перетворити на гідрокарбонати; б) як можна гідрокарбонати перетворити на карбонати.

4. Із виданих вам мінералів за допомогою хімічних реакцій визначте вапняк. Складіть іонні рівняння виконаної реакції.

5. Отримайте реакцію обміну карбонат барію. Досвідченим шляхом доведіть, що осад, що випав, дійсно є карбонатом. Складіть повні та скорочені іонні рівняння виконаних реакцій.

1.

Картонним кружком склянку прикривають для того, щоб не випаровувався вуглекислий газ.