как кислород получают в промышленности

Конечно! Давайте разберем этот вопрос максимально подробно и развернуто. Вот всё, что нужно знать о промышленном получении кислорода:

Способы получения кислорода в промышленности

В промышленности кислород получают тремя основными способами:

1️⃣ Фракционная перегонка жидкого воздуха
2️⃣ Адсорбционные методы (ПСА – Pressure Swing Adsorption)
3️⃣ Электролиз воды

Каждый из этих методов имеет свои особенности, достоинства и недостатки.

1️⃣ Фракционная перегонка жидкого воздуха

Этот способ – основной и наиболее распространенный. Он используется для производства больших объемов кислорода (например, в металлургии, химической промышленности, медицине). Процесс состоит из нескольких этапов:

🔹 Подготовка воздуха

Воздух (состоящий примерно из 78% азота, 21% кислорода и 1% других газов) очищают от пыли, воды и углекислого газа. Это делают с помощью фильтров и осушителей.

🔹 Сжатие

Очищенный воздух сжимают компрессором до давления порядка 5–6 атмосфер.

🔹 Охлаждение и сжижение воздуха

Сжатый воздух охлаждают в теплообменниках. Для достижения температуры сжижения (~–196 °C) используют эффект Джоуля–Томсона: при дросселировании (резком снижении давления) воздух охлаждается, и часть его сжижается.

🔹 Разделение жидкого воздуха

Сжиженный воздух поступает в ректификационную колонну (двойную: низко- и высококипящую колонну).
– В колонне происходит фракционная перегонка: кислород (кипит при –183 °C) и азот (кипит при –196 °C) отделяются друг от друга.
– Более легкий азот поднимается вверх, а более тяжелый кислород скапливается внизу.

🔹 Получение чистого кислорода

После ректификации получают кислород с чистотой до 99,5%. Для медицинских целей чистоту повышают до 99,95%.

📌 Преимущества:

• Большие объемы производства

• Высокая чистота кислорода

📌 Недостатки:

• Требует больших энергозатрат (охлаждение до криогенных температур)

• Сложность оборудования

2️⃣ Адсорбционные методы (ПСА – Pressure Swing Adsorption)

Это современный и более гибкий способ, особенно для средних объемов производства (например, в больницах, металлургии).

🔹 Принцип работы

• Используется адсорбент (чаще всего цеолит), который при высоком давлении избирательно поглощает азот, а кислород пропускает.

• В адсорбционной колонне при высоком давлении азот «прилипает» к цеолиту, а кислород выходит наружу.

• Когда адсорбент насыщается, давление снижают («свинг» – раскачка давления), и азот выбрасывается.

• Колонны работают попеременно, обеспечивая непрерывный поток кислорода.

📌 Преимущества:

• Относительно низкие энергозатраты (не требуется криогенное охлаждение)

• Простота оборудования и мобильность

• Можно производить кислород прямо на месте потребления (например, в больницах)

📌 Недостатки:

• Чистота кислорода ниже (93–95%)

• Не подходит для крупных производств

3️⃣ Электролиз воды

Этот метод применяют, когда важна локальная выработка кислорода, например, в подводных лодках, космических аппаратах и небольших лабораториях.

🔹 Принцип работы

• Вода (H₂O) разлагается на кислород (O₂) и водород (H₂) при пропускании электрического тока.

• Реакция:

  $$2H_{2}O\to 2H_2+O_2$$

• Используются электролизеры с катодом и анодом.

📌 Преимущества:

• Нет зависимости от воздуха (важно в замкнутых пространствах)

• Простое оборудование для небольших объемов

📌 Недостатки:

• Высокая энергоемкость

• Производительность ниже, чем у криогенных и ПСА установок

Сравнительная таблица

Где используют промышленный кислород?

Кислород, получаемый в промышленности, используется в:
✅ Металлургии (для горения топлива и производства стали)
✅ Химической промышленности (окислительные процессы)
✅ Медицине (дыхательные смеси, кислородные концентраторы)
✅ Ракетной технике (окислитель в ракетных двигателях)
✅ Водоподготовке и озонировании

💡 Если нужно, могу нарисовать схему или блок-схему установки для каждого метода – чтобы стало ещё нагляднее!
Пиши, если нужно углубиться в какую-то часть – например, подробно разобрать процесс ректификации или схему ПСА. 🚀