Elementar azot ishlab chiqarish texnologiyasi

ELEMENTAR AZOT ISHLAB CHIQARISH TEXNOLOGIYASI

Azot va kislorodni hozirgi davrda atmosfera havosini siqib va sovitib, suyuqlikka aylantirib, so'ngra har xil usullardan birini qo'llab, ajratib ishlab chiqariladi.

Atmosfera havosi ko‘p komponentli gazlar aralashmasidan iborat bo'lib, suv bug'idan quritilgan havoning to‘liq tarkibi 3.1-jadvalda keltirilgan.

3.1-jadval

QURITILGAN HAVO TARKIBI

T/r	Gazlar	Kimyoviy formulasi	Hajmiy, %	Og'irlik, %
1.	Azot	N2	78,09	75,52
2.	Kislorod	O2	20,95	23,15
3.	Argon	Ar	0,932	1,2862
4.	Uglerod dioksidi	CO2	0,03	0,046
5.	Geliy	He	0,00051	0,00007
6.	Neon	Ne	0,000161	0,0012
7.	Kripton	Kr	0,000108	0,0003
8.	Vodorod	H2	0,00005	0,0000036
9.	Ksenon	Xe	0,000009	0,00004
10.	Ozon	O3	0,000001	0,000001

Atmosfera havosi tarkibida juda oz miqdorda bu gazlardan tashqari metan, azot mono oksidi va boshqa gazlar ham bo'lishi mumkin. Ammo, texnik hisoblarda quritilgan havoning o‘rtacha tarkibini (N₂) 79% azot va (O₂) 21% kisloroddan iborat deb qabul qilingan.

Demak, amaliyotda quruq havoni azot va kisloroddan tashkil topgan binary gaz aralashmasi deb hisoblash mumkin. Bunday shartli holat havoni uni tashkil etuvchi komponentlarga ajratishdek murakkab jarayonni anchagina soddalashtirishga olib keladi.

Havoni ajratishni asosiy murakkabligi shundan iboratki, suyuq azot va kislorodlarni atmosfera bosimida qaynash temperaturalari mos ravishda 77,39 К va 90,19 К ga teng bo‘lib, ular orasidagi farq juda kichik ya’ni 12,8 К gagina tengdir, xolos.

Yuqoridagilarni e’tiborga olib, havoni ajratishning quyidagi tur va usullarini taklif etish mumkin. Bu turlar ikki xilga bo‘linadi: a) kimyoviy tur; b) fizik tur. Kimyoviy tur bo‘yicha havoni ajratishda uning komponentlaridan birini bironta (absorbent yoki adsorbent) modda bilan kimyoviy reaksiyaga kiritish orqali o'ziga biriktirib olib, gaz fazasida esa havoning ikkinchi komponenti qoladi. Bu turga misol tariqasida havodagi kislorodni qizdirilgan mis bilan yuqorida bayon qilingan kimyoviy reaksiyasini ko'rsatish mumkin
4Cu + O₂ = 2 Cu₂O + Q (3.1)
Bu reaksiya bo‘yicha gaz fazasida deyarli toza azot qoladi. Yoki havodagi kislorodni organik birikma - piragallolni ishqordagi eritmasi orqali yuttirib, gaz fazasida ozod elementar azotni qoldirish va hokazolar. Bu tur texnologik jihatdan nisbatan sodda bo‘lsa ham, ammo iqtisodiy samaradorligi jihatdan anchagina pastdir. Shuning uchun ham, bu tur amaliyotda ishlatilmaydi.

Havoni ajratishning fizik turiga quyidagi usullarni kiritish mumkin:

1. 
   paramagnitli usul;
   
2. 
   markazdan qochma kuch usuli.
   
3. 
   adsorbsiya usuli;
   
4. 
   diffuziya usuli;
   
5. 
   havoni fraksiyaviy kondensatsiyalash usuli;
   
6. 
   suyuq havoni bug’latish usuli;
   
7. 
   suyuq havoni rektifikatsiyalash usuli.
   

Paramagnitli usulda azot va kislorodni magnitlanish xususiyatlari har xilligidan foydalanish ko‘zda tutilgan. Markazdan qochma kuch usulida azot va kislorodni zichliklari har xil, ya’ni temperatura 273 К va bosim 0,1 MPa ga teng bo’lgan sharoitda mos ravishda 1,25 g/l va 1,44 g/l bo'lganligidan foydalaniladi. Bu usulga ko'ra gaz holidagi havo silindrik idishga katta tezlikda urinma holida berilganda kislorod idishning tashqi devori orqali, nisbatan yengilroq komponent azot esa idishning o'rtasidan olinishi mo‘jallangan edi.

Adsorbsiya usulida seolitlar, ya’ni molekular elaklarda havoni ajratish rejalashtirilgan. Diffuziya usuli esa yarim o’tkazgichli to'siqlar - membranalar orqali havo komponentlarini har xil tezlikdagi diffuziyasiga asoslangan.

Havoni fraksiyaviy kondensatsiyalash usulida havoni asta-sekin sovitilishi natijasida birinchi bo'lib uning yuqori temperaturada qaynovchi komponenti, ya’ni kislorod kondensatlanib, so’ng esa nisbatan pastroq temperaturada qaynovchi komponenti, ya’ni azot kondensatlanib, alohida-alohida suyuqlikka o’tishlari va bu hosil bo’lgan suyuqliklarni alohida-alohida bug'latib, toza kislorod va azot olish maqsadi qo'yilgan edi. Suyuq havoni fraksiyaviy bug'latish usulida suyuq havoni sekin-asta isitilsa, past temperaturada qaynovchi komponenti, ya’ni azot birinchi bo‘lib, keyin esa yuqori temperaturada qaynovchi komponent, ya’ni kislorodni bug’ fazasiga o'tkazilishi ko'zda tutilgan edi.

Suyuq havoni rektifikatsiyalash usuli tarelkali vertikal minoralarda amalga oshirilib, suyuq havo asta-sekin isitilganda u bug’lanadi. Bu jarayonda birinchi bo‘lib, past temperaturada qaynovchi kompo­nent, ya’ni azot asosan, bug‘lanadi. Lekin, bu vaqtda nisbatan yuqori temperaturada qaynovchi kislorod ham qisman bug’lanadi, chunki ularning qaynash temperaturalari bir-biriga juda yaqin. Bu bug‘ aralashmasi minoraning pastki qismidan hisoblanganda birinchi tarelkadagi suyuq azot va suyuq kisloroddan iborat suyuq havo bilan uchrashadi. Bu vaqtda nisbatan yuqori temperaturada bo’lgan azot va kis­lorod bug’lari bilan uchrashadi. Buning natijasida kislorod bug’lari kondensatlanib, minoraning pastiga oqib tushadi. Bu kondensatlanish issiqligi hisobiga tarelkadagi suyuq azot esa bug‘lanib, minorani pastidan kelayotgan azot bug'lari bilan qo'shilib, yuqori tarelka, ya’ni pastdan ikkinchi tarelkaga o‘tadi. U yerda ham va boshqa tarelkalarda ham birinchi tarelkadagidek jarayon qaytarilaveradi.

Bu usullarning mazmuniga ko'ra tahlili shuni ko‘rsatadiki, paramagnitli va markazdan qochma kuch usullarini hozirgi vaqtda qo'llab bo'lmaydi, chunki bu usullarda nisbatan katta elektr energiyasi sarflanadi, adsorbsiya va diffuziya usullari bo‘yicha ilmiy va amaliy ishlar uzil-kesil tugallangan emas va ularda iqtisodiy va texnologik qulay sharoitlarni topish bo‘yicha ishlar davom ettirilmoqda. Havoni frak­siyaviy kondensatsiyalash va suyuq havoni fraksiyaviy bug'latish usul­larini ham havoni ajratish uchun qo'llab bo'lmaydi, sababi - azot va kislorodlarni qaynash temperaturalari bir-biriga juda yaqin bo'lganligi uchun ikkala usulda ham toza azot yoki kislorod o'rniga qisman kislorod bilan aralashgan azot va qisman azot bilan aralashgan kislorod olinadi. Shunday qilib, Respublikamizdagi kimyo korxonalarida havoni ajratish uchun hozirgi vaqtda yagona usul - ya’ni suyuq havoni rektifikatsiyalash usuli qo'llanadi. Ammo bu usulni amalga oshirish uchun havoni avvalambor suyuqlikka o‘tkazish lozim, buning uchun esa chuqur sovuqlik ishlatish talab etiladi.