산소는 어떻게 생산되나요?

(1) 산업 생산 방법:

1. 공기 동결 분리 방법

공기 중 주요 구성 요소는 산소와 질소입니다. 공기에서 산소를 생성하기 위해 산소와 질소의 서로 다른 끓는점을 이용하는 것을 공기 분리라고 합니다. 먼저, 공기를 사전 냉각 및 정화(소량의 수분, 이산화탄소, 아세틸렌, 탄화수소 및 기타 가스와 공기 중의 먼지 및 기타 불순물을 제거하기 위해)한 다음 압축 및 냉각하여 액체 공기로 만듭니다. 그런 다음 산소와 질소의 끓는점 차이를 이용하여 증류탑에서 액체 공기를 여러 번 증발 및 응축하여 산소와 질소를 분리하여 순수한 산소(순도 99.6%에 도달할 수 있음)와 순수한 질소(순도 99.6%에 도달할 수 있음)를 얻습니다. 순도 99.9%). 추가 장치를 추가하면 아르곤, 네온, 헬륨, 크립톤, 크세논 및 기타 공기 중에 함유량이 거의 없는 희귀한 불활성 가스도 추출할 수 있습니다. 공기 분리 장치에서 생산된 산소는 압축기에 의해 압축되고, 최종적으로 압축된 산소는 고압 실린더에 넣어 저장되거나 파이프라인을 통해 공장 및 작업장으로 직접 이송되어 사용됩니다. 이 방법을 사용하여 산소를 생산하려면 대규모의 완전한 장비 세트와 엄격한 안전 운영 기술이 필요하지만 출력이 높고 시간당 건조 또는 수만 입방 미터의 산소를 생산할 수 있으며 소비되는 원료는 불필요합니다. 창고에 저장된 공기를 운반하지 않으므로 1903년 최초의 극저온 공기분리 산소발생기가 개발된 이후 가장 널리 사용되는 산소발생방식입니다.

2. 분자체 산소 제조법(흡착법)

질소 분자가 산소 분자보다 크다는 특성을 이용하여 특수한 분자체를 사용하여 공기 중의 산소를 분리합니다. 먼저, 압축기를 사용하여 분자체를 통해 건조한 공기를 진공 흡착기로 밀어 넣습니다. 공기 중의 질소 분자는 분자체에 흡착되고, 흡착기의 산소가 일정량에 도달하면 산소가 흡착기로 들어갑니다. 압력이 특정 수준에 도달하면) 산소 배출 밸브를 열어 산소를 방출할 수 있습니다. 일정 시간이 지나면 분자체에 흡착된 질소가 점차 증가하고 흡착 능력이 약해지며 생성된 산소의 순도가 감소합니다. 진공 펌프를 사용하여 분자체에 흡착된 질소를 추출해야 합니다. 위의 과정을 반복하세요. 이 산소를 생성하는 방법을 흡착법이라고도 합니다. 최근에는 흡착방식을 이용해 산소를 생산하는 소형 산소농축기가 가정용으로 개발됐다.

3. 전해산소 제조방법

전해조에 물을 넣고 수산화나트륨이나 수산화칼륨을 첨가하여 물의 전기분해도를 높인 후 직류를 통전시키고, 물은 산소와 수소로 분해됩니다. 생산된 산소 1입방미터당 2입방미터의 수소가 얻어집니다. 전기분해로 1입방미터의 산소를 생산하는 데에는 12~15kWh의 전력이 소모되는데, 이는 위의 두 가지 방법의 전력소모에 비하면 매우 비경제적이다. 따라서 전기분해 방식은 대규모 산소 생산에는 적합하지 않다. 또한, 동시에 생성된 수소가스는 제대로 포집되지 않으면 공기 중에 쌓이게 되고, 산소와 혼합되면 극도로 격렬한 폭발을 일으키기 쉽습니다. 따라서 전기분해방식은 가정용 산소생산 방식에는 적합하지 않다.

(2) 화학적 산소 생산

산업용 및 의료용 산소는 산소 공장에서 구입합니다. 공장에서 산소를 생산하는 원료는 공기이므로 가격이 매우 저렴합니다. 그러나 산소의 보관, 운송 및 사용이 편리하지 않습니다. 따라서 산소공장에서 멀리 떨어진 산간지역으로의 운반이 어렵고, 또한 환자의 집, 고공비행, 수중잠수함, 잠수작업 등 특수한 환경에서는 거대하고 무거운 실린더를 운반하는 것이 극히 불편하다. 작은 실린더는 산소 저장 용량이 작고 사용 시간이 길기 때문에 화학적 산소 생성 방법이 등장했습니다. 주로 과산화물을 사용하여 산소를 생성합니다.

무기과산화물 화합물에 대한 과학적 연구는 18세기부터 시작됐다. 1798년 독일의 자연과학자인 훔볼트(Humboldt)는 산화바륨을 고온에서 산화시켜 과산화바륨을 제조했습니다. 1810년에 프랑스의 화학자 Guy-Lussac과 Tanner는 협력하여 과산화나트륨과 과산화칼륨을 제조했습니다. 1818년 태너는 과산화바륨을 산으로 처리한 뒤 증류를 통해 과산화수소를 발견했습니다. 지난 200년 동안 화학자들은 수많은 무기 과산화물 화합물을 계속해서 연구하고 발견해 왔습니다. 이러한 과산화물은 열, 물 또는 기타 화학 시약에 노출되면 쉽게 산소를 방출할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 과산화물은 다음과 같습니다.

1. 액체 과산화물 - 과산화수소

과산화수소의 화학명은 과산화수소로, 냄새가 약한 무색 투명한 액체입니다. 특수 오존 냄새는 열, 알칼리, 불순물과 혼합 등에 노출되면 분해를 가속화하는 매우 불안정한 물질입니다. 온도가 5°C 상승할 때마다 분해 속도는 1.5배 증가합니다. 35% 농도로 희석된 과산화수소라도 6시간 이상 pH 값이 높아지면(예: 알칼리 함유 유리병에 보관하는 경우) 급속히 분해됩니다. 과산화수소에 불순물이 소량 섞여 있으면 상온에서도 급속히 분해되어 산소가 발생합니다.

과산화수소는 과산화물 중 가장 기본적인 물질이며, 세계 각국의 과학자들이 인정한 최초의 화학적 산소발생기이기도 합니다. 과산화수소는 산소 생산량이 많고(30% 희석 시 유효 산소 함량은 14.1%) 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다. 그러나 과산화수소는 부식성이 강하여 주의하지 않으면 부상을 입을 수 있는 경우가 많으며, 사용, 보관, 운송 시 폭발이나 연소가 발생할 수도 있습니다. 예를 들어, 정상 압력에서 과산화수소 증기 농도가 40% 이상에 도달하면 온도가 너무 높으면 폭발 위험이 있습니다. 과산화수소를 유기물과 혼합하면 민감하고 강력한 폭발물이 생성될 수 있습니다. 과산화수소가 알코올, 글리세린과 같은 유기물과 혼합되면 매우 위험하고 폭발적인 혼합물이 형성됩니다.

과산화수소는 강력한 산화제로서 유기물, 특히 직물과 종이를 부식시키고 대부분의 가연성 물질과 접촉하면 자연적으로 탈 수 있습니다.