Công nghệ sản xuất khí oxi và nitơ I Tính chất vật lý II Tính chất hóa học III Công nghệ sản xuất IV Ứng dụng Công nghệ sản xuất khí oxi và nitơ trong công nghiệp và ứng dụng quan trọng của nó. Oxi và nitơ là 2 khí có tầm quan trọng trên trái đất.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA HÓA HỌC BÀI TIỂU LUẬN HĨA HỌC VƠ CƠ Đề tài: SẢN XUẤT OXI, NITO SẢN XUẤT O2, N2 A OXI Oxi có từ nào? Hầu hết nhà khoa học tin lượng oxy tồn khí khơng đáng kể 2,4 tỷ năm trước Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) xem loài sinh vật tạo oxy Trái Đất Điều xem Sự kiện Oxy hóa vĩ đại lịch sử SẢN XUẤT O2, N2 Ai người tìm oxi? Lịch sử ghi nhận năm tìm oxi năm 1774 tác giả gồm có hai người hai nước khác nhau: Priestley người Anh Sile, người Thuỵ Điển – tên La Tinh thức nguyên tố “oxygenium”, nhà hoá học Pháp Lavoadiê đặt năm 1779 SẢN XUẤT O2, N2 I TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Oxi chất khí khơng màu, khơng mùi, nặng khơng khí - Cả hai dạng lỏng và rắn O2 là chất suốt với màu xanh da trời nhạt - Khí oxi tan nước Độ hòa tan oxi nước phụ thuộc vào nhiệt độ, 0°C lượng hòa tan tăng gấp đơi (14,6 mg/l) so với 20°C (7,6 mg/l).Ở nhiệt độ khơng khí 25°C atm, lít nước chứa khoảng 6,04 (ml) oxi, đó, nước biển chứa khoảng 4,95 ml/l Ở 5°C, độ hòa tan tăng đến 9,0 ml/l (tăng 50% so với 25°C) nước 7,2 ml/l(tăng 45%) nước biển - Oxi ngưng tụ 90,20 K (−182.95°C, −297.31°F), đóng băng 54,36 K (−218.79°C, −361.82°F) SẢN XUẤT O2, N2 II TÍNH CHẤT HĨA HỌC - Ngun tố oxi có độ âm điện lớn (3,44), đứng sau flo (3,98) Khi tham gia phản ứng, nguyên tử O dễ dàng nhận thêm 2e Do vậy, oxi nguyên tố phi kim hoạt động, có tính oxi hóa mạnh Trong hợp chất (trừ hợp chất với flo hợp chất peoxit), nguyên tố oxi có số oxi hóa -2 - Oxi tác dụng với hầu hết kim loại (trừ Au, Pt…) phi kim (trừ halogen) Oxi tác dụng với nhiều hợp chất vô hữu - Qúa trình oxi hóa chất tỏa nhiệt, phản ứng xảy nhanh hay chậm khác phụ thuộc vào điều kiện: nhiệt độ, chất trạng thái chất SẢN XUẤT O2, N2 II TÍNH CHẤT HĨA HỌC Tác dụng với kim loại Oxi tác dụng với hầu hết kim loại (trừ Pt, Au) tạo oxit VD: 4Al + 3O2 2Al2O3 SẢN XUẤT O2, N2 II TÍNH CHẤT HĨA HỌC Tác dụng với phi kim Nhiều phi kim cháy khí oxi tạo oxit, hợp chất liên kết cộng hóa trị có cực VD: S + O2 SO2 SẢN XUẤT O2, N2 II TÍNH CHẤT HĨA HỌC Tác dụng với hợp chất Ở nhiệt độ cao, nhiều hợp chất cháy khơng khí oxi tạo oxit, hợp chất liên kết cộng hóa trị có cực VD: C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O 2H2S + O2 2SO2 + 2H2O SẢN XUẤT O2, N2 III TẦM QUAN TRỌNG - Oxi nguyên tố phổ biến vỏ Trái Đất Oxi nguyên tố phổ biến thứ vũ trụ sau hydro heli Khoảng 0,9% khối lượng Mặt Trời oxi. Người ta ước tính chiếm khoảng 49,2% khối lượng vỏ Trái Đất chiếm khoảng 88,8% khối lượng các đại dương khoảng 20% theo thể tích bầu khí Trái Đất (là O2, oxi phân tử, hay O3, ozon - Oxi thường gọi dưỡng khí, chất tạo trì sống SẢN XUẤT O2, N2 TRÁI ĐẤT SẼ RA SAO NẾU OXI BIẾN MẤT TRONG GIÂY? SẢN XUẤT O2, N2 II TÍNH CHẤT HĨA HỌC Tính oxi hóa a) Tác dụng với hiđro Ở nhiệt độ cao (trên 400oC), áp suất cao có chất xúc tác, nitơ tác dụng trực tiếp với hiđro tạo khí amoniac Đây phản ứng thuận nghịch tỏa nhiệt t , p, xt N2 + 3H2 2NH3 b) Tác dụng với kim loại - Ở nhiệt độ thường, nitơ tác dụng với kim loại liti 6Li + N2 2Li3N - Ở nhiệt độ cao, nitơ tác dụng với số kim loại như Ca, Mg, Al, 3Mg + N2 Mg3N2 SẢN XUẤT O2, N2 II TÍNH CHẤT HĨA HỌC Tính khử Ở nhiệt độ khoảng 3000oC (hoặc nhiệt độ lò hồ quang điện), nitơ kết hợp trực tiếp với oxi tạo khí nitơ monooxit (NO) N2 + O2 3000 C 2NO Trong tự thiên nhiên, khí NO tạo thành có giơng SẢN XUẤT O2, N2 III ỨNG DỤNG • KHÍ NITO NITO • NITO LỎNG SẢN XUẤT O2, N2 III ỨNG DỤNG * Khí nito Bơm lốp máy bay N2 khí khơ khơng trì cháy, N2 sử dụng tất lốp máy bay Lốp máy bay điền khí N2 đẩy nước ngưng lốp cao SẢN XUẤT O2, N2 III ỨNG DỤNG Diệt vi khuẩn Việc sử dụng N2 thay cho khơng khí có chứa O2 có tác dụng diệt vi khuẩn, giúp chất hữu không bị xâm nhập vi khuẩn nấm mốc SẢN XUẤT O2, N2 III ỨNG DỤNG Bảo quản đồ uống N2 sử dụng rộng rãi việc bảo quản sản phẩm khỏi trình oxy hóa, enzim hóa phản ứng vi sinh vật N2 chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng hòa tan khơng độc hại SẢN XUẤT O2, N2 III ỨNG DỤNG Cắt laze Cắt N2 phổ biến việc cắt Inox nhôm Với hệ thống máy móc đại, độ xác cao, N2 sử dụng nhiều để cắt laze SẢN XUẤT O2, N2 III ỨNG DỤNG Khí Nito cơng nghiệp được dùng chất làm trơ bình chứa xử lí bình chứa Khí Nito bơm vào nhằm loại bỏ môi trường độc hại, ngăn chặn cháy nổ mơi trường khí. Để triệt tiêu khả gây nổ thùng nhiên liệu, N sử dụng để phủ khoảng trống bồn SẢN XUẤT O2, N2 III ỨNG DỤNG Khí nito cơng nghiệp là loại khí thay khơng khí thiết bị chạy khí nén, thời gian sử dụng thiết bị phụ thuộc nhiều vào độ khô khí nén Do N2 có độ khơ lớn (>60oC) so với khí nén Vì thiết bị sử dụng khí N2 có tuổi thọ cao SẢN XUẤT O2, N2 III ỨNG DỤNG Ứng dụng khác - Sản xuất ammoniac - Sản xuất phân bón tổng hợp, hợp chất oxy hóa, nhiên liệu lỏng cho tên lửa - Khí N2 giải pháp phòng cháy tuyệt vời công cụ chữa cháy, làm giảm nồng độ oxy cách hiệu - N2 phân tử sử dụng nhiều công nghệ bảo quản chống lại oxi hóa SẢN XUẤT O2, N2 III ỨNG DỤNG * Nito lỏng - Làm lạnh để vận chuyển thực phẩm - Sử dụng phân tích sắc ký, làm môi trường trơ Và số phản ứng hóa học cần Nitơ làm mơi trường phản ứng - Bảo quản phận thể tế bào trứng tinh trùng, mẫu chế phẩm sinh học - Dùng tác nhân làm lạnh - Dùng da liễu học để loại bỏ tổn thương da ác tính hay xấu xí, tiềm gây ung thư, ví dụ mụn cóc, vết chai sần da… - Có thể sử dụng với mục đích làm tản nhiệt để tăng tốc độ CPU, GPU, hay dạng phần cứng khác Loại bỏ vết chai sần da Làm mát linh kiện điện tử Làm lạnh kem SẢN XUẤT O2, N2 IV SẢN XUẤT NITO Sản xuất oxi nito phương pháp chưng cất phân đoạn khơng khí lỏng Đây phương pháp phổ biến nhất, dùng để sản xuất nito, oxi lượng lớn phục vụ công nghiệp SẢN XUẤT O2, N2 IV SẢN XUẤT NITO Hệ thống sản xuất Nito phương pháp hấp phụ (PSA) Ưu điểm - Gọn nhẹ, động, dễ lắp đặt, di chuyển - Thời gian khởi động phút - Giá thành Nito thấp thời gian hoàn vốn đầu tư nhanh - Rất tin cậy vận hành - Thời gian thay chất hấp phụ (Zeolit) 15 năm ... SẢN XUẤT O2, N2 III ỨNG DỤNG • KHÍ NITO NITO • NITO LỎNG SẢN XUẤT O2, N2 III ỨNG DỤNG * Khí nito Bơm lốp máy bay N2 khí khơ khơng trì cháy, N2 sử dụng tất lốp máy bay Lốp máy bay điền khí N2 đẩy... SẢN XUẤT O2, N2 IV ỨNG DỤNG DUY TRÌ SỰ SỐNG OXI DUY TRÌ SỰ CHÁY SẢN XUẤT O2, N2 V SẢN XUẤT CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN KHƠNG KHÍ SẢN XUẤT OXI PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ PSA ĐIỆN PHÂN NƯỚC SẢN XUẤT O2, N2 V SẢN... S + O2 SO2 SẢN XUẤT O2, N2 II TÍNH CHẤT HĨA HỌC Tác dụng với hợp chất Ở nhiệt độ cao, nhiều hợp chất cháy khơng khí oxi tạo oxit, hợp chất liên kết cộng hóa trị có cực VD: C2H5OH + 3O2 2CO2 +