工業製取氧氣要考慮哪些實際情況

1. 氧氣的實驗室與工業製法

實驗室可以用什麼方法制備氧氣？
從制備氧氣的原理（一般就是指利用哪個化學反應得到所需的氣體）來說，我們的課本中學習了用氯酸鉀或高錳酸鉀的分解反應得到氧氣。這兩個化學反應分別產生氧氣的化學方程式是：
2KClO3MnO2=△K2MnO4+MnO2+O2 ↑
這兩個反應都是固體葯品（一種或加入催化劑）加熱就能得到氣體，所以反應都能在配有單孔橡皮塞的試管中進行，制備裝置均可採用（如果葯品是高錳酸鉀，為防止其粉末進入導氣管，在試管口內還要放一團棉花）：在其他的化學教材中還經常介紹另一種用於實驗室制氧氣的反應：所用葯品是一種叫「過氧化氫（H2O2）」物質的水溶液（俗稱「雙氧水」），因為過氧化氫在二氧化錳做催化劑時很容易分解出氧氣，這個反應的化學方程式是：
2H2O2MnO2=2H2O+O2↑
這個反應是液體（雙氧水）與固體二氧化錳接觸後迅速產生氧氣，不需加熱，所以制備裝置也要改變為（在錐形瓶中放二氧化錳固體，從長頸漏斗加入雙氧水）：
從以上不難總結出，實驗室是依據反應物的狀態、反應發生的條件來選擇制備氣體的裝置的。在初中階段，我們只學習這兩種制備氣體的裝置，這就是固體加熱制氣體，還有就是用固體與液體接觸制氣體。
氧氣的工業製法，它是利用氧氣和氮氣的（沸點）不同分離出氧氣。具體步驟是：首先將空氣（凈化）除去雜質等，然後在（高壓低溫）的條件下，使空氣（液化），控制溫度蒸發液態氮氣，沸點較低的（氮氣）先蒸發出來，餘下的是沸點較高的（淡藍）色液態氧氣，貯存使用。

2. 工業上如何製取氧氣

工業上要考慮成本,而空氣中21%都是氧氣,因此可以通過降溫或加壓使空氣中的氧氣液化,即分離液態空氣法：

因為任何液態物質都有一定的沸點，人們正是利用了物質的這一性質，在低溫條件下加壓，使空氣轉變為液態，然後蒸發。由於氮的沸點是-196℃，比液態氧（-183℃）低，因此氮氣首先從液態空氣中蒸發出來，剩下的主要就是液態氧了。
近年來，膜分離技術得到迅速發展。利用這種技術，在一定壓力下，讓空氣通過具有富集氧氣功能的薄膜，可得到含氧量較高的富氧空氣。利用這種膜進行多級分離，可以得到含90%以上氧氣的富氧空氣。

3. 工業制氧的原理及方法

氧氣的工業製法是利用液氮的沸點比液態氧氣的沸點低，從而製得工業氧氣。採用的方法為物理方法。

工業氧氣的製法

首先採用低溫加壓的方式，將空氣液化。然後調節溫度，利用液態氮的沸點低於液態氧，將液態氮蒸騰出去，剩下的即主要為液態氧。

液氧危害因素

火災危險性

液氧是不可燃的，但它能強烈地助燃，火災危險性為乙類。它和燃料接觸通常也不能自燃，如果兩種液體碰在一起，液氧將引起液體燃料的冷卻並凝固。凝固的燃料和液氧的混合物對撞擊是敏感的，在加壓情況下常常轉為爆炸。有兩種類型的燃燒反應，這取決於氧和燃料的混合比和點火情況：一種是燃料和液氧在混合時沒有發生著火，但是這種混合物當點火或受到機械撞擊時能發生爆轟；另一種液氧與燃料互相接觸之前或接觸時燃燒已經開始，著火或燃燒並伴隨有反復的爆炸。燃燒反應的強度取決於燃料的性能。

爆炸危險性

所有可燃物質（包括氣、液、固）和液氧混合時就呈現爆炸危險性，這種混合物常常由於靜電、機械撞擊、電火花和其它類似的作用，特別是當混合物被凝固時經常能發生爆炸。

當液氧積存在封閉系統中，而又不能保溫，則可能發生壓力破壞，當溫度升高到-118.4℃而又不增加壓力，則液氧不能維持液體狀態，若泄壓不及時，也會導致物理爆炸。液氧積存在兩個閥門之間，可導致管路的猛烈破壞。如果氧氣不泄出或壓力不適當排除，當冷凍失效時，將導致貯箱的破壞，真空夾套貯箱中的真空失效。如果系統不能受額外負載，則會引起蒸發加速和排空系統破壞。

人員凍傷

由於液氧的沸點極低，為-183℃，當液氧發生「跑、冒、滴、漏」事故時，一旦液氧噴濺到的人的皮膚上將引起嚴重的凍傷事故。

氧中毒

空氣中氧氣約佔21%。常壓下，當氧的濃度超過40%時，有可能引發氧中毒，吸入40%~60%的氧濃度的混合氣體時，會出現胸骨後不適感、輕咳，進而胸悶，胸骨後燒灼感和呼吸困難，咳嗽加劇；嚴重時發生水腫，甚至出現呼吸窘迫綜合症。吸入氧濃度80%以上時，出現面部肌肉抽搐、昏迷、呼吸衰竭而死亡。長期處於氧分壓60kpa~100kpa(相當於氧濃度40%）的環境下，可發生眼損害，嚴重者可失明。

4. 氧氣的工業製法

氧氣的工業製法，它是利用氧氣和氮氣的（沸點）不同分離出氧氣。

具體步驟是：首先將空氣（凈化）除去雜質等，然後在（高壓低溫）的條件下，使空氣（液化），控制溫度蒸發液態氮氣，沸點較低的（氮氣）先蒸發出來，餘下的是沸點較高的（淡藍）色液態氧氣，貯存使用。

工業上大規模生產氧氣廣泛採用液態空氣分餾法。首先使空氣通過過濾器除去塵埃等固體雜質，進入壓縮機壓縮，再經過分子篩凈化器除去水蒸氣和二氧化碳等雜質氣體。在這里分子篩可使氮氣、氧氣等較小分子通過，起到篩選分子的作用。

然後進行冷卻、降壓，當溫度降至—170℃左右時，空氣開始部分液化進入精餾塔，根據空氣中各氣體的不同沸點進行分餾。液態氧的沸點比液態氮的沸點高，兩者相比液氮更易氣化。

經多步分餾可以得到99％以上的純氧，同時得到氮氣和提取稀有氣體的原料。這種方法工藝復雜。如果需用純度不高的氧氣，可用分子篩吸附法分離空氣，製得氧氣。

特定的分子篩對氮的吸附能力比氧大，當空氣通過分子篩床後，流出的氣體含氧量較高，經多次吸附可得含氧70～80％的氣體。這種方法是常溫操作，循環周期短，易於實現自動化。

另外，如需高純度氧氣，可採用電解水法生產，此法成本高，只適於小型生產。從空氣中分離出的氧氣，一般是加壓貯存在天藍色的鋼瓶中，以供工業、醫療或其它方面使用。

5. 工業製取氧氣的方法

分離液態空氣法。

由於空氣中大約含有21%的氧氣，所以這是工業製取氧氣的既廉價又易得的最好原料。

工業上制氧氣採用的是分離液態空氣法：在低溫條件下加壓，使空氣轉變為液態空氣，然後蒸發。由於液態氮的沸點比液態氧的沸點低，因此氮氣首先從液態空氣中蒸發出來，剩下的主要是液態氧。
因為任何液態物質都有一定的沸點，人們正是利用了物質的這一性質，在低溫條件下加壓，使空氣轉變為液態，然後蒸發。由於氮的沸點是-196℃，比液態氧（-183℃）低，因此氮氣首先從液態空氣中蒸發出來，剩下的主要就是液態氧了。

為了便於貯存、運輸和使用，通常把氧氣加壓到15000kPa，並貯存在漆成藍色的鋼瓶中。

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工業制氧機

RDO制氧機分離空氣主要由兩個填滿分子篩的吸附塔組成，在常溫條件下，將壓縮空氣經過過濾，除水乾燥等凈化處理後進入吸附塔，在吸附塔中空氣中的氮氣等被分子篩所吸附。

而使氧氣在氣相中得到富集，從出口流出貯存在氧氣緩沖罐中，而在另一塔已完成吸附的分子篩被迅速降壓，解析出已吸附的成分，兩塔交替循環，即可得到純度為≥90%的廉價的氧氣。整個系統的閥門自動切換均由一台電腦自動控制。

6. 工業製取氧氣的方法

工業制氧氣一般用分離液態空氣。膜分離技術。分子篩制氧法（吸附法）。電解制氧法

一:分離液態空氣法,在低溫條件下加壓，使空氣轉變為液態，然後蒸發，由於液態氮的沸點是‐
96℃，比液態氧的沸點（‐
83℃）低.

拓展知識：工業制氧機，RDO制氧機分離空氣主要由兩個填滿分子篩的吸附塔組成，在常溫條件下，將壓縮空氣經過過濾，除水乾燥等凈化處理後進入吸附塔，在吸附塔中空氣中的氮氣等被分子篩所吸附。

而使氧氣在氣相中得到富集，從出口流出貯存在氧氣緩沖罐中，而在另一塔已完成吸附的分子篩被迅速降壓，解析出已吸附的成分，兩塔交替循環，即可得到純度為≥90%的廉價的氧氣。整個系統的閥門自動切換均由一台電腦自動控制。

7. 氬氣,氧氣,二氧化碳,乙炔,氮氣在工業的制備方法

一、氧氣
工業氧氣的生產方法主要有空氣液化分離精餾法( 簡稱空分法)、水電解法和變壓吸附法等. 空分法生產氧氣的工藝流程大體是：吸收空氣→二氧化碳吸收塔→壓縮機→冷卻器→乾燥器→冷凍機→液化分離器→油分離器→氣體儲槽→氧氣壓縮機→氣體充裝.其基本原理是將空氣液化後,利用空氣中各組份沸點的不同在液化分離器進行分離精餾,製取氧氣.大型制氧機組的研究開發投用,使得制氧能耗不斷降低,並易於同時生產多種空分產品(如氮氣、 氬氣及其它惰性氣體等).為了便於儲存和運輸, 經液化分離器分離後的液氧,用泵輸入低溫液體儲槽,再經槽車運至各深冷液化永久氣體充裝站.液氮、液氬也採用此法儲存、運輸.
二、氮氣
工業氮氣的主要生產方法有空分法、變壓吸附法、膜分離法和燃燒法等.
空分法製取的氮氣純度高,能耗低.變壓吸附法制氮技術是採用5A碳分子篩對空氣中的組份進行選擇性吸附,將氧、氮分離製取氮氣,氮氣產品壓力高、能耗低,產品純度能達到國家標准要求：工業氮≥98.5%,純氮≥99.95%.
三、氬氣
氬氣是大氣中含量最多的惰性氣體,其製取方法主要有空分法.在制氧工藝中,將沸點為-185.9℃左右的餾分從液化分離器中分出即得液氬.
四、二氧化碳
二氧化碳的製取方法主要有：生產石灰副產二氧化碳,釀酒發酵過程副產二氧化碳,重油、焦炭等燃燒產生二氧化碳,合成氨工業副產品二氧化碳等.目前,合成氨工業的原料大都為燃氣、煉廠氣、焦爐氣和煤,其主要成份都是由不同氫碳比的烴類和元素碳構成,在高溫下與水蒸汽作用生成以氫氣和一氧化碳為主體的合成氣,一氧化碳經變換成為二氧化碳.二氧化碳的提純方法有：吸收法、變壓吸附法、吸附精餾法和膜分離法.
五、氨氣
氨的製取方法主要採用直接合成法.合成氨工藝流程是：在水煤氣發生爐中往紅熱的焦炭上吹入空氣和水蒸氣,先得到氮氣、氫氣混合氣體,然後用洗滌熱交換、凝縮二氧化碳和吸收二氧化碳等生產工序制備原料氣體.精製的混合氣體經過過濾器、冷卻器、氨分離器以及加熱器送至合成反應器經分離器分離出液氨.
六、氯氣
工業上用的氯氣主要製取方法是電解飽和食鹽水.純度較高的氯氣由電解熔融氯化物制備活潑金屬時取得.利用空氣或氧氣可催化有機合成工業的副產品氯化氫,使之氧化而轉化為氯氣.
七、乙炔氣
乙炔的製取方法主要有電石水解法、甲烷或烴類的高溫燃燒裂解法和等離子體裂解法.電石水解法工藝流程短,產品純度高,但能耗較大.大多數溶解乙炔生產採用此法.根據乙炔的溶解特性,將乙炔氣壓縮充入溶劑中,並被儲存在充滿多孔填料的鋼瓶內.丙酮作為一種極好的溶劑,在鋼瓶內被填料吸附用於溶解和釋放乙炔,它的作用是增大鋼瓶的有效容積和降低乙炔氣的爆炸性能.整體硅酸鈣多孔填料的作用是均勻地吸附丙酮和阻止乙炔分解爆炸的傳播.推廣使用溶解乙炔氣瓶,既方便使用和提高工效,又改善環境,節約電石消耗,但應保證鋼瓶內多孔填料不受損傷或污染,丙酮溶劑的充裝量應滿足乙炔氣充裝所需要,這樣才能保證安全可靠.溶解乙炔生產充裝工藝流程是：粗乙炔氣發生後經過化學凈化,去除硫、磷等雜質,再經壓縮和乾燥,充裝進入溶解乙炔氣瓶內.
八、氫氣
工業氫氣的生產方法主要有：礦物燃燒轉化制氫、水電解制氫、通過半水煤氣法製得氫.水電解制氫方法技術可靠、操作簡單、維護方便、不產生污染、制氫純度高,唯其電能消耗大,成本較高,生產發展受一定製約,主要供應氫氣純度要求高且用量不太大的用戶使用.但隨著新技術的應用,促進了水電解技術的改進,使水電解制氫技術的成本不斷降低,電耗不斷下降,有望成為「清潔能源」的最主要生產方法.目前,正在研究開發的制氫方法有：電化學分解水製取氫氣,光催化作用製取氫氣等

8. 工業上製取大量氧氣的方法

工業上製取大量氧氣的方法包括物理分離液態空氣的方法、分子篩製取氧氣的方法（又稱為吸附法）、膜脫離法和電解制氧法。

分離液態空氣法：

1、利用熱脹冷縮和分子間的間隙，在低溫的條件下加壓，使空氣液化。

2、然後控制溫度使氮氣從空氣中分離出來。因為液態氮的沸點是零下196度，而液態氧的沸點是零下183度。不過由於加壓使分子間的間隙變小的原因，它們的沸點都會有相應的升高。

但是液態氮的沸點始終要比液態氧低，因此只要控制溫度，使溫度在它們的沸點之間，就可以使氮氣蒸發，剩下的就是液態氧了。

3、當然分離液態空氣法還有一些其它具體的步驟，比如需要把空氣預冷，還要凈化掉其中的某些雜質等。得到的氧氣純度可以達到99.6%，氮氣純度更是高達99.9%。如果增加附加裝雷，還能提取出稀有的惰性氣體。

而且這種方法的成本低，產量大，技術要求也不高，所以是工業制氧氣的第一選擇。1903年，德國林德公司就製造了世界上第一台深冷空氣制氧機，至今已有100多年的歷史。