روش های تولید اکسیژن

روش های تولید اکسیژن | روش کرایوژنیک | روش تقطیر سرمایشی | روش غشایی | جذب سطحی

روش های تولید اکسیژن
روش های تولید اکسیژن

روش های تولید اکسیژن از جمله تقطیر و غشایی و... در این محتوا به صورت کامل توضیح داده می‌شود.

اکسیژن و روش‌های تولید آن

نماد شیمیایی این عنصر O است و در جدول تناوبی در گروه 16 و ردیف 2 جای دارد. عنصر بسیار فعالی است و به دلیل واکنش پذیری بالایی که دارد معمولا به صورت تک اتمی دیده نمیشود. دو اتم O با یکدیگر واکنش داده و ملکول O2  را تولید میکنند. هوایی که ما تنفس میکنیم حدود 21 درصد از این گاز است و حدود 78 درصد گاز نیتروژن است.

روش های تولید اکسیژن

این گاز را از روش های مختلفی تولید میکنند.

تقطیر یکی از روش های تولید گاز اکسیژن است که در ادامه به توضیح این روش میپردازیم:

روش کرایوژنیک

دمای هوا را پایین می آورند تا مایع شود، مایعی که حاصل میشود را وارد ستون تبخیر میکنند از آنجایی که دمای جوش آنها با یکدیگر متفاوت است و در دماهای مختلفی با خلوص بالا میتوانند جداسازی شوند. ولی این فرآیند به انرژی بسیار زیادی نیاز دارد. امروزه این روش ( تقطیر) بسیار مورد استفاده قرار میگیرد و کارآمد است. البته گفتنی است که بسیار هزینه بر است ولی در حال حاضر یکی از بهترین روشها برای جداسازی اکسیژن و نیتروژن و گازهای نجیبی مانند آرگون است. واحد های جداساز و ستون های تقطیر گازها، گازهای مایع خالص را از یکدیگر جدا میکنند. برای اینکه بتوانیم دمای  پایین را ایجاد کنیم نیاز به تجهیزات سرد کننده و محفظه ی عایق و یک چرخه تبرید است.

در کل، روش های جداسازی متفاوتی وجود دارد در اینجا سه نمونه را ذکر میکنیم:

البته این روشها بیشتر به صورت تجاری مورد استفاده قرار میگیرند.

روش تقطیر سرمایشی

هوا را تا دمای میعان سرد میکنند، در اینصورت گاز به مایع تبدیل میشود. با استفاده از ستون تقطیر، دما را به صورت تدریجی افزایش میدهند و اجزاء سازنده آن بر اساس نقطه جوش جدا میشوند

این شیوه برای تولید انبوه گازهای اکسیژن و نیتروژن مورد استفاده قرار میگیرد. صفحات موجود در ستون تقطیر باعث جداسازی اجزاء بر اساس نقطه جوش میشود.

روش غشایی

همانگونه که میدانید غشاها دارای محفظه های بسیار ریزی هستند که ذرات بر اساس سایز و اندازه میتوانند از غشاها عبور کنند. از این روش نیز میتوان دو گاز گفته شده را تا خلوص 40% بدست آورد. این شیوه بیشتر برای اهداف آزمایشگاهی و در تیراژ پایین استفاده میشود و برای مصارف صنعتی کاربرد ندارد.

جذب سطحی

در روش قبلی گاز با خلوص 40% حاصل میگردد ولی در این روش میتوان گاز با غنای 90 درصد نیر تولید نمود. ظرفیت روش جذب سطحی روزانه حدود 10 تن است.

مشخصات فنی

گازی بی رنگ و بی بو است و همانطور که در بالا اشاره شد از دو اتم مشابه تشکیل شده است. پیوند های موجود بین دو اتم را از روش های مختلفی میتوان تفسیر کرد ولی روش منطقی تر در نظر گرفتن این پیوندها بعنوان پیوند دوگانه کوالانسی است. در این نوع پیوند الکترونها بین دو اتم به اشتراک گذاشته میشوند و اوربیتال های ملکولی پر میشوند.

اگر بخواهیم پیوند ها را دقیق تر بررسی کنیم، اوربیتال های مولکولی از انرژی کم به زیاد بر اساس اصل آفبا پر میشوند. اکسیژن در حالت پایه خود دارای دو الکترون تک و غیر پیوندی است و به همین دلیل به آن در اصطلاح سه تایی میگویند. در این حالت خاصیت پارامغناطیسی دارد ( به دلیل دو الکترون منفرد) . اگراین ملکول سه تایی در یک میدان مغناطیسی قرار بگیرد، گشتاور اسپینی الکترونها و تبادل انرژی ملکولهای نزدیک به هم (O2) حالت مغناطیسی می یابد. حالت مایع این ملکول بسیار مغناطیسی است به قدری که اگر در یک میدان مغناطیسی قرار بگیرد میتواند وزن خود را بین قطب ها تحمل کند( بصورت یک پل)

قبلا گفتیم که دارای دو الکترون منفرد است به همین دلیل با ترکیبات آلی وارد واکنش میشود ولی این واکنش به آرامی صورت میگیرد چون ترکیبات دیگر الکترون های جفت شده دارند و میل واکنشی کمتری نسبت به سایر ترکیبات دارند به همین دلیل از سوختن ( احتراق) خودبخودی جلوگیری میشود. علاوه بر حالت سه تایی میتواند حالت یکتایی نیز داشته باشد. مانند حالت قبلی دارای فرمول O2 است.

تنها تفاوت آن در تعداد الکترونهای جفت شده است.( فاقد الکترون منفرد و جفت نشده است). میل واکنش پذیری بالایی در واکنش با ترکیبات آلی دارد. این ملکول از فرآیند فوتوسنتز توسط گیاهان با کمک نور خورشید تولید میشود. در تروپوسفر این ملکول به وسیله نورکافت ملکول های ازون و پرتوهای فرابنفش نیز تولید میگردد.

در بدن به وسیله سیستم ایمنی بدن میتواند تولید گردد و همچنین در گیاهانی که فوتوسنتز میکنند، کاروتنوئید ها وظیفه جذب انرژی از این ملکول و تبدیل آن به یک ملکول پایدار را دارند.

 رایجترین دگرشکل این گازO2 است، همان ملکولی که ما تنفس میکنیم و در اتمسفرکره زمین وجود دارد. طول پیوند این ملکول 121 پیکومتر است و دارای انرژی پیوندی 498 کیلو ژول بر مول است.

از فعالترین دگرشکل های این اکسیژن میتوان به O3 ( ازون) اشاره کرد و به دلیل واکنش پذیری بالایی که دارد ممکن است برای انسان خطر آفرین باشد.

جمع بندی

برای اطلاعات بیشتر با شرکت سپهر گاز کاویان تماس بگیرید.