Уравнения реакции очистки углекислого газа

Взаимодействие углекислого газа с веществами и его химические свойства

Общие химические свойства углекислого газа: CO₂ инертен, то есть химически не активен; при попадании в водный раствор легко вступает в реакции.
Большинство кислотных оксидов устойчивы к высоким температурам, но углекислота при их воздействии восстанавливается.

Взаимодействие с другими веществами:

1) Углекислота относится к кислотным оксидам, то есть в сочетании с водой образуется кислота. Однако угольная кислота неустойчива и распадается сразу. Эта реакция имеет обратимый характер:

Диоксид углерода + вода ↔ угольная кислота

Молекула угольной кислоты

2) При взаимодействии углекислого газа и соединений азота с водородом (аммиаком) в водном растворе происходит разложение до углеаммонийной соли.

Аммиак + углекислота = гидрокарбонат аммония

Углеаммонийная соль

Полученное вещество часто используется в приготовлении хлеба и различных кондитерских изделий.

3) Ход некоторых реакций должен поддерживаться высокими температурами. Примером является производство мочевины при 130 °C и давлении 200 атм., схематически изображаемое так:

Аммиак + диоксид углерода → карбамид + вода

Также под воздействием температуры около 800 градусов протекает реакция образования оксида цинка:

Цинк + двуокись углерода → оксид цинка + оксид углерода

4) Возможно уравнение с гидроксидом бария, при котором выделяется средняя соль.

Гидроксид бария + углекислота = карбонат бария + оксид водорода.

Применяется для регулировки калориметров по теплоемкости. Также вещество используют в промышленности для производства красных кирпичей, синтетических тканей, фейерверков, гончарных изделий, плитки для ванн и туалетов.

5) Углекислый газ выделяется при реакциях горения.

Метан + кислород = углекислота + вода (в газообразном состоянии) + энергия

Этилен + кислород = диоксид углерода + оксид водорода + энергия

Этан + кислород = двуокись углерода + вода + энергия

Этанол + кислород = вода + углекислота + энергия

6) Газ не поддерживает горения, этот процесс возможен только с некоторыми активными металлами, например, магнием.

Магний + углекислота = углерод + оксид магния.

MgO активно применяется при производстве косметических средств. Вещество используют в пищевой промышленности как пищевую добавку.

7) Двуокись углерода реагирует с гидроксидами с получением солей, которые существуют в двух формах, как карбонаты и бикарбонаты. Например, углекислый газ и гидроксид натрия, согласно формуле, образуют гидрокарбонат Na:

диоксид углерода + гидроксид натрия → гидрокарбонат натрия.

Или же при большем количестве NaOH образуется карбонат Na с образованием воды:

Диоксид углерода + гидроксид натрия → карбонат натрия + вода

Кислотно-щелочные реакции углекислоты используются на протяжении веков для затвердевания известкового раствора, что может быть выражено простым уравнением:

Гидроксид кальция + двуокись углерода → карбонат кальция + оксид водорода

В зелёных растениях играет важную роль в процессе фотосинтеза:

Диоксид углерода + вода → глюкоза + кислород.

9) Химические свойства углекислоты используются в промышленности при производстве соды, суть этого процесса можно выразить суммарным уравнением:

Хлорид натрия + Диоксид углерода + аммиак + вода → гидрокарбонат натрия + хлорид аммония

10) Фенолят Na разлагается при взаимодействии с углекислым газом, при этом малорастворимый фенол выпадает в осадок:

Фенолят натрия + двуокись углерода + оксид водорода = фенол + гидрокарбонат натрия

11) Пероксид натрия и углекислый газ, взаимодействуя, образуют среднюю соль карбоната Na с выделением кислорода.

Пероксид натрия + углекислота → карбонат натрия + кислород

Колба с пероксидом натрия

Образование углекислоты происходит при растворении в воде кальцинированной соды (стиральной соды).

Гидрокарбонат натрия + вода → углекислота + вода + гидроксид натрия
При этой реакции (гидролиз по катиону) образуется сильнощелочная среда.

12) CO2 вступает в реакцию с гидроксидом калия, последний образуется путем электролиза хлористого калия.

Гидроксид калия + углекислота → карбонат калия + вода

13) Газ в силу своего строения не реагирует с благородными газами, то есть гелием, неоном, аргоном, криптоном, ксеноном, радоном, оганесоном.

Заключение

Мы привели большую часть химических реакций, в которых участвует CO₂. Ученые всего мира пытаются решить проблему увеличения концентрации углекислоты в воздухе, не без помощи реакций с другими веществами, которые известны химикам. А какие химические формулы взаимодействия углекислого газа знаете вы?

Спасибо, что указали на ошибку. Исправили.

Скажите пожалуйста На производстве углекислоты мы заменили на комрессорном агрегате старый охладитель углекислого газа с трубками из нержавейки на новый, с латунными трубками. То есть в начале этих трубок охладителя Углекислый газ будет под давлением 16 бар и температурой 130 градусов, на выходе + 10 градусов, всё это с выделением конденсата. Не будет ли какой-то непредвиденной реакции в зоне взаимодействия уг. газа, латуни и воды? Охладитель работает хорошо, но не разрушаться ли трубки от коррозии?

Необходимо определиться для начала, откуда поступает к вам углекислый газ, какие еще газы поступают вместе с углекислым газом в охладитель. У нас, в энергетическом производстве, на определенном участке пароводяного тракта установлены латунные трубки, в которых происходит нагрев теплоносителя. Мы производим замеры растворенного кислорода в конденсате перед подачей его на подогреватели с трубками из латуни. В нашем случае большая концентрация кислорода в воде, при нагревании последней, приводит к коррозии латунных трубок.

Здравствуйте Вячеслав. Углекислый газ поступает с брожения пивного сусла. Углекислый газ (у.г.) сжимается компрессором и при t 130* подаётся на теплообменник (т.о.). хладоносителем t -4*. На латунных стенках т.о. образуется конденсат который отделяется от у.г. в конденсатоотводчике. Содержание кислорода в конденсате не должно быть большим, если вообще не минимальное. После установки нового т.о. конденсатоотводчик стал забиваться непонятной серой массой похожей на мокрый графит. Компрессор разбирали — проблема не в нём (думали одно из графитовых колец размолотило). Разбирать и осматривать т.о. более трудоёмкий процесс.

Затрудняюсь вам ответить на этот вопрос, надо изучать состав газа на входе в теплообменник. Возможно образование угольной кислоты в теплообменнике. А при наличии кислорода кислота может вызывать коррозию, но это не точно.

Привет студент

Удаление углекислого газа

Удаление углекислого газа

Регенеративные удаления углекислого газа

В качестве регенеративных сорбентов в настоящее время используется несколько способов очистки атмосферы от СО₂, отличающихся друг от друга характером взаимодействующих фаз, температурой, необходимостью создания искусственного силового поля или градиента концентраций.

В системах газ — твердое тело в качестве адсорбента применяются молекулярные сита, синтетические цеолиты, обладающие избирательной поглощающей способностью по отношению к углекислому газу. Процесс адсорбции протекает независимо от действия силы земного притяжения и может быть осуществлен в условиях реального космического полета. Практическое применение могут найти следующие способы очистки атмосферы от углекислого газа: адсорбция с использованием синтетических цеолитов, физические, абсорбция при осуществлении электрохимических процессов.

При адсорбции СО₂ синтетическими цеолитами регенерацию можно осуществить путем использования различных методов и средств: космического вакуума, вакуума и повышенной температуры, уменьшением парциального давления СО₂ над слоем адсорбента в токе инертного газа, вакуума и повышенной температуры с последующим компремированием СО₂ до нормального давления.

В зависимости от способа регенерации кислорода, определяемого длительностью полета, выбирается тот или иной способ десорбции СО₂. При использовании запасов кислорода целесообразно применять вакуумную и термовакуумную десорбцию СО₂ в космическое пространство.

К физическим методам очистки атмосферы от СО₂ относятся вымораживание, центрифугирование, диффузия.

Разработка методов очистки, основанных на вымораживании и центрифугировании, находится в стадии расчетно-теоретических исследований. Диффузионный же способ очистки атмосферы от СО₂ является малоэнергоемким, простым и перспективным.

Абсорбция СО₂ при осуществлении электрохимических процессов отличается непрерывностью процесса и одновременным получением кислорода из воды и углекислого газа. Очистка атмосферы от СО₂ обеспечивается путем хемосорбции конечными продуктами электролиза, образующимися в катодном пространстве в электролизных установках при осуществлении электролиза водных растворов карбонатов, сульфатов и расплавов щелочных металлов.

Удаление и концентрирование СО₂ путем адсорбции с применением синтетических цеолитов

Наиболее распространенными регенерируемыми сорбентами углекислого газа в настоящее время считаются цеолиты (молекулярные сита), представляющие собой синтетический гидратированный алюмосиликат с различными присадками окислов щелочных металлов. Цеолиты — пористые гранулированные вещества с гранулами размером 3— 5 мм и порами в них в несколько ангстрем. При физической адсорбции адсорбируемость различных веществ существенно зависит от пористой структуры адсорбентов. В наиболее мелких порах адсорбентов, так называемых микропорах, размеры которых сравнимы с размерами адсорбируемых молекул, происходит перекрывание входа в пору полями адсорбционных сил, которые создаются противоположными стенками пор. В результате в порах происходит повышение адсорбционных потенциалов и возрастание дифференциальных теплот адсорбции, что приводит к значительному увеличению адсорбции. Этим же объясняется и исключительная селективность определенных форм цеолитов с определенными структурными характеристиками в поглощении ив газовой смеси только определенной ее составляющей, размеры молекулы которой близки к размерам микропор.

Например, цеолиты типа А и X имеют существенные, ярко выраженные особенности: строгое постоянство размеров пор для каждого типа; бидисперсный характер первичной пористой структуры кристаллов — две разновидности пор, соответствующие большим и малым полостям в структуре алюмосиликатных скелетов; взаимосвязь пор, осуществляемую через узкие окна, которыми определяется проникновение в поры адсорбируемых молекул; образованную ионами кислорода поверхность алюмосиликатного скелета (поверхности собственно пор). Положительно заряженные ионы алюминия и кремния расположены в глубине алюмосиликатного скелета.

Свободные полости между элементарными кристаллами и конгломератами кристаллов образуют вторичную пористость гранулированных цеолитов. Размеры этих полостей могут колебаться в широких пределах и зависят как от размеров самих кристаллов, так и от характера упаковки. По данным М. М. Дубинина, эквивалентные радиусы вторичных пор лежат в интервале от нескольких десятков до сотен тысяч ангстрем.

В таких порах, значительно отличающихся по размерам, естественно, различны коэффициенты диффузии и массоперенос составляющих газовой смеси, находящихся под блокирующим воздействием адсорбционных полей.

Коэффициенты диффузии во вторичной пористости зависят от условий получения и гранулирования цеолитов, а также от условий адсорбции: в вакууме или из потока газа-носителя, находящегося при малом или высоком давлении.

Природа адсорбционных сил и кинетика адсорбции на цеолитах зависит от многих факторов и имеет весьма сложный характер.

Адсорбция углекислого газа на калиевом, натриевом и кальциевом цеолитах при 20° С представлена в табл. 2.

Из данных табл. 2 видна четкая зависимость адсорбции от размера окон элементарных полостей кристаллической структуры.

Размер окон элементарных полостей кристаллической структуры цеолитов доступен для молекул воды. Критический диаметр молекул воды соизмерим с размером окон адсорбционных полостей синтезированных кристаллических алюмосиликатов (табл. 3).

Таблица 2. Адсорбция углекислого газа (3,2 А) на калиевом, натриевом и.кальциевом цеолитах при температуре 20° С

Изотермы адсорбции на цеолитах уже при очень низких концентрациях водяных паров круто поднимаются. Синтетические цеолиты — это адсорбенты с весьма тонкими порами. За счет наложения полей противоположных стенок в тонких порах резко выражен эффект адсорбционного потенциала, что приводит к высокой адсорбционной емкости при низких концентрациях адсорбата. В силу этого синтетические цеолиты — хорошие осушители; по своим осушающим свойствам они значительно превосходят силикагели.

Регенерация цеолита осуществляется при его подогреве до определенной температуры и вакуумировании. При этом отдельные марки цеолитов могут выдержать значительное число циклов регенерации.

Применение цеолитов для поглощения и концентрирования углекислоты следует считать перспективным.

В настоящее время имеются лабораторные установки, в которых с успехом применяются цеолиты для поглощения углекислоты и вредных примесей.

Принципиальная схема системы очистки атмосферы от углекислого газа, основанная

Таблица 3. Адсорбция паров воды (2,6 А) накалиевом, натриевом и кальциевом цеолитах при температуре 20° С

Рис. 14. Принципиальная схема системы удаления углекислого газа на основе синтетических цеолитов

1 — воздух из кабины,

2 — воздух в кабину,

3,14 — адсорберы воды,

4,15 — нагреватели адсорберов воды,

5,7 — адсорберы СО2,

6, 8 — нагреватели адсорберов СО₂,

9 — вакуумный насос,

10 — воздух в кабину,

13 — выход концентрированного СО₂ в блок

утилизации на использовании синтетических цеолитов, представлена на рис. 14.

По данной схеме воздух из кабины проходит через адсорбер воды 5, освобождаясь от излишней влаги, далее в адсорбер СО₂ 5. Воздух, очищенный от углекислого газа, направляется на десорбцию в адсорбер воды, нагретый до определенной температуры, затем увлажненный воздух поступает в кабину (2).

В этот же период времени в адсорбере 7 осуществляются термовакуумная десорбция углекислого газа и сбор его в хранилище 11.

По данным ряда авторов, два патрона, наполненные цеолитом, весом 2,26 кг, работающие циклично в режиме сорбции и десорбции, обеспечивают удаление углекислого газа, выделяемого при дыхании человеком. Время сорбции одного патрона — примерно 100 мин. Вес всей системы удаления СО₂ составляет 14 кг. Потребляемая мощность на регенерацию (подогрев и вакуумирование) — примерно 700 вт, а на охлаждение — примерно 400 вт. Система очистки атмосферы от СО₂, основанная на применении синтетических цеолитов, с успехом использовалась на американской орбитальной станции «Скайлэб» и надежно функционировала в условиях реального космического полета.

Удаление и концентрирование СО₂ путем вымораживания.

При абсолютном давлении 760 мм рт. ст. двуокись углерода переходит в твердое состояние при температуре —78,9° С. Тройная точка двуокиси углерода соответствует температуре —56,6° С и абсолютному давлению 5,28 кг/см 2 .

Ниже этого давления и температуры двуокись углерода переходит в твердое состояние, минуя жидкую фазу. Парциальное абсолютное давление двуокиси углерода при наиболее высоких давлениях в воздухоразделительных аппаратах может достигать величины 0,06 кгс/см 2 . Поэтому выделение двуокиси углерода из воздуха в аппарате возможно только в твердом виде.

Вымораживание двуокиси углерода производится в регенераторах или в специальных теплообменниках-вымораживателях. Применяются различные конструкции выморажи-вателей: плоские (установки П. JI. Капицы), витые трубчатые высокого давления с прохождением очищаемого воздуха внутри трубок, низкого давления с прямыми трубками и прохождением очищаемого воздуха в меж-трубном пространстве.

Для достижения заданной степени очистки воздуха процесс вымораживания СО₂ должен осуществляться при тепловом режиме, обеспечивающем кристаллизацию СО₂ только на холодной стенке без выпадения снега в потоке воздуха. В этом случае количество СО₂ в очищенном воздухе будет равно или меньше содержания СО₂ в воздухе при насыщении для данной температуры и давления. Разность температур воздуха и холодной стенки не должна превышать 30° С, а скорость потока воздуха во избежание срыва инея со стенок и уноса кристаллов с СО₂ должна быть не выше 3 м/сек. Вымораживание двуокиси углерода начинается в том сечении теплообменного аппарата, где температура воздуха равна температуре точки росы СО₂ в воздушном потоке.

Продолжительность работы вымораживателя до его заполнения пропорциональна его максимальной удельной нагрузке, т. е. количеству СО₂ в кг/м*час, высаживающейся в наиболее напряженном сечении. Для приближения максимальной удельной нагрузки к средней нагрузке следует подбирать такое соотношение потоков, чтобы разность температур на теплом конце вымораживателя не превышала среднелогарифмической разности температур.

В системах обеспечения жизнедеятельности экипажей космических кораблей или планетных станций метод вымораживания углекислого газа может найти практическое применение благодаря простоте организации технологического процесса и аппаратурного оформления.

В реальных системах, естественно, вымораживатель будет состоять из двух контуров. В одном будет осуществляться удаление СО₂ из воздуха, а в другом — преобразование углекислоты в газообразное состояние.

Принципиальная схема системы очистки атмосферы от углекислого газа вымораживанием представлена на рис. 15.

Воздух из кабины поступает в холодильник-теплообменник 7, где он освобождается от паров влаги, далее в углекислотный холодильник-теплообменник 6, в котором осуществляется вымораживание углекислого газа.

Воздух, очищенный от углекислого газа и паров воды, поступает на десорбцию в водяной холодильник-теплообменник 2 и далее в кабину (10). Одновременно с этим осуществляются десорбция СО₂ в блоке 3 и его складирование в хранилище 8.

Удаление и концентрирование СО₂ путем диффузии через селективные мембраны

Осуществление процесса очистки атмосферы от СО₂ путем применения селективных мембран представляется в настоящее время разумным технологическим решением, отличающимся непрерывностью процесса и малым энергопотреблением. Определяющей движущей силой процесса в аппаратах с селективными мембранами является градиент концентраций по СО₂, т. е. разница концентраций СО₂ во входящем воздушном потоке и в потоке по другую сторону мембраны. Реализация эффективного удаления СО₂ из воздуха кабины обеспечивается за счет выбора высокоселективных мембран, являющихся ответственными за массоперенос СО₂, а также вариацией давления и инертными добавками (водород, парогазовая смесь) в концентрационной полости диффузионных аппаратов, обеспечивающих необходимую скорость переноса молекул СО₂.

Принципиальная схема очистки атмосферы от СО₂ с применением селективных мембран представлена на рис. 16.

Организация технологического процесса очистки атмосферы от СО₂ построена по принципу последовательного концентрирования

Рис. 15. Принципиальная схема удаления углекислого газа вымораживанием

1 — воздух из кабины,

2,7 — водяные холодильники-теплообменники,

3, в — углекислотные холодильники-теплообменники,

4 — циркуляция жидкостного хладоносителя,

5 — космический радиатор-теплообменник,

8— хранилище углекислого газа,

9 — выход углекислого газа в блок утилизации,

10 — воздух в кабину

Рис. 16. Принципиальная схема очистки атмосферы от СО₂, основанная на использовании диффузии СО₂ через селективные мембраны

1 — воздух из кабины,

3, 12 — диффузионные аппараты,

4, 10, 13 — обратные клапаны,

5, 7, 11 — компрессоры,

6, 9 — теплообменник-влагоотделитель,

путем применения двух диффузионных аппаратов 3, 12 и использования парогазовой смеси с последовательным удалением влаги в теплообменниках-влагоотделителях 6, 9.

В последних удаление влаги из парогазовой смеси целесообразно осуществлять в условиях динамической невесомости путем использования капиллярно-пористых элементов. Расположение обратных клапанов обеспечивает строго направленную циркуляцию парогазовой смеси и очищаемого от СО₂ воздушного потока.

Данный способ очистки атмосферы от СО₂ в настоящее время все в большей степени привлекает исследователей, поскольку обладает существенными преимуществами — простотой и малой энергоемкостью.

Удаление и концентрирование СО₂ путем абсорбции при электролизе растворов солей Хемосорбция углекислого газа гидроокисью проходит без затраты какой-либо дополнительной энергии. Взаимодействие гидроокисей с СО₂ с образованием карбоната можно представить уравнением мется скоростью диффузии углекислого газа, скоростью диффузии активной части католита из основной массы жидкости и скоростью химической реакции.

При очень большой скорости реакции можно считать, что она протекает в узкой реакционной зоне, расположенной в пределах диффузионной пленки, причем скорость процесса в этом случае определяется скоростью диффузии углекислого газа и активной части католита в данной зоне. При большой скорости необратимой реакции, когда ее можно считать мгновенной, газ, реагируя с жидкостью, образует в жидкостной пленке слой, состоящий из продуктов реакции. Этот слой изолирует газовую фазу от активной части католита, и дальнейший процесс абсорбции происходит, с одной стороны, по мере диффузии углекислого газа через этот изолирующий слой и, с другой стороны, по мере диффузии активной части католита из активной массы жидкости.

По мнению некоторых исследователей, реакция взаимодействия углекислого газа с гидроокисью (NaOH, КОН) протекает с большой скоростью.

Можно полагать, что зависимости, выведенные на основании исследований по скорости абсорбции углекислого газа в NaOH при барботаже, будут характеризовать абсорбцию в наших условиях. Граничные условия абсорбции при барботаже и общие закономерности будут проявляться и при абсорбции в отсутствие силы тяжести. На рис. 17 представлена зависимость абсорбционной емкости водных растворов NaOH от концентраций углекислого газа и NaOH.

Из рис. 17 видно, что с увеличением концентрации СО₂ скорость абсорбции увеличивается, а с увеличением концентрации NaOH возрастает количество поглощенной СО₂.

В ряде исследований показано, что абсорбция углекислого газа растворами NaOH и КОН протекает совершенно идентично и приведенный коэффициент скорости процесса, учитывающий физические свойства абсорбента, оказывается равным в обоих случаях. Движущей силой процесса является концентрация активного абсорбента в жидкости.

Для осуществления процесса десорбции необходимо учитывать, что устойчивое состояние бикарбоната в растворе характеризуется граничными условиями: бикарбонат выпадает в осадок при температуре 60—70° С и концентрации, превышающей 30—33%.

Известно также, что десорбция более интенсивно протекает при температуре 110° С.

По мнению некоторых авторов, данная реакция протекает не мгновенно, а с определенной скоростью, и поэтому поглощение СО₂ следует рассматривать как процесс, идущий в две стадии:

в котором вторая реакция протекает мгновенно, а первая идет с конечной скоростью.

При электролизе раствора карбоната калия в прианодном пространстве образуется бикарбонат калия, который при нагревании распадается:

При электролизе раствора сульфата натрия в прианодном пространстве образуется серная кислота, которая при контакте с продуктом реакции абсорбции — карбонатом натрия — химически взаимодействует с ним:

Углекислый газ выделяется в концентрированном виде, а остальные продукты реакции направляются обратно в электролизер. Следует отметить, что данная реакция протекает без подогрева, поэтому при проведении электролиза сульфата натрия энергия затрачивается только на сам процесс электролиза.

При абсорбции католитом углекислого газа последний вступает в химическую реакцию с активной частью католита.

При электролизе сульфатов каких-либо граничных условий для католита и анолита не существует, т. е. их концентрация может быть любой, а температура будет определяться соответствующими условиями проведения электролиза.

В абсорбционных процессах участвуют две фазы — жидкая и газовая и происходит переход веществ от газовой фазы в жидкую.

В процессе, обратном абсорбции, при выделении растворенного газа из раствора происходит переход вещества из жидкой фазы в газовую.

Для устойчивой работы абсорбционно-десорбционных аппаратов необходимо соблюдать следующие основные условия: обеспечивать контакт жидкой и газообразной фаз; подводить католит и анолит к реакционным аппаратам; удалять продукты реакции из реакционных аппаратов; отделять газовую и парогазовую фазы от жидкой; подводить тепло к реагенту; отводить тепло от аппаратов.

В наземных условиях абсорбционные процессы осуществляются в специальных аппаратах, отличающихся друг от друга методом контактирования фаз. В пленочных аппаратах жидкость стекает в виде тонкой пленки, на поверхности которой и происходит соприкосновение фаз. Отекание жидкости обеспечивается за счет действия силы земного притяжения и, следовательно, в условиях невесомости будет нарушено. В аппаратах, работающих по принципу распыления жидкости в массе газа, соприкосновение фаз происходит на поверхности капель. В условиях невесомости соприкосновение фаз будет осуществляться, но отделение жидкой фазы от газообразной нарушится из-за отсутствия разности в удельном весе.

В барботажных аппаратах, работающих по принципу распыления газа в массе жидкости, соприкосновение газа с жидкостью происходит на поверхности пузырьков газа, проходящих через слой жидкости. В этом случае также будет затруднен процесс отделения газа от жидкости из-за отсутствия разности в удельном весе между контактирующими фазами.

Абсорберы поверхностного типа обеспечивают соприкосновение двух фаз за счет пропускания газа над свободной поверхностью неподвижной или медленно текущей жидкости. В условиях невесомости жидкость будет растекаться по стенкам аппарата, в результате чего по газоотводящим каналам пойдет газожидкостная смесь.

Рис. 17. Зависимость абсорбционной емкости (q) водных растворов едкого натрия от его концентрации и содержания углекислого газа в воздухе NaOH (в г*экв/л):

Следует отметить, что при использовании таких аппаратов в условиях невесомости, очевидно, будет затруднено подведение и отведение жидкой фазы, что также приведет к нарушению статики и кинетики абсорбции, т. е. равновесия между жидкой и газовой фазами и скорости процесса массообмена. Следовательно, наземные абсорбционные аппараты использовать в условиях невесомости нельзя.

При использовании десорбционных аппаратов (десорберов) в условиях невесомости для осуществления процесса перехода вещества из жидкой фазы в газовую, как и абсорбционных аппаратов, возникают проблемы, связанные с удержанием электролита в реакционном аппарате, с подведением и отведением жидкости, с разделением жидкой и газовой фаз. По этим причинам использовать наземные десорбционные аппараты в условиях невесомости также невозможно.

Рис. 18. Принципиальная схема абсорбции СО2 като-литом (КОН) и десорбции СО2 из анолита (КНСОз)

3 — нагревательный элемент,

5, 9, 11 — контуры хладоносителей,

6, 8 — щелочные насосы,

На основании исследований, проведенных С. Усыскиным и Р. Зигелем, установлено, что подведение тепла к десорберу и сам процесс выделения газа из жидкости при кипении в условиях ослабленного гравитационного поля или невесомости будут отличаться от аналогичных процессов в условиях Земли. При уменьшении интенсивности гравитационного поля, согласно теоретическим исследованиям, критический тепловой поток уменьшается. При пузырьковом кипении с ослаблением гравитационного поля уменьшается скорость свободно поднимающихся пузырьков и увеличивается их диаметр примерно пропорционально интенсивности поля в степени 1/3,5, т. е. при невесомости пленочное и пузырьковое кипение выглядят одинаково.

При рассмотрении данных процессов следует иметь в виду два критерия, касающихся процессов кипения: уровень нагрева, при котором динамические силы пузырьков преобладают и их величина оказывается достаточной для обеспечения удаления пузырьков с поверхности нагрева; скорость вынужденной конвекции, при которой силы сдвига вблизи поверхности нагрева преобладают и их величина является достаточной для удаления пара с поверхности нагрева.

Исследованиями С. Усыскина и Р. Зигеля существенного влияния гравитации на эти критерии процессов кипения не было установлено, т. е. можно полагать, что подвод тепла и кипение в условиях невесомости будут такими же, как и в земных условиях.

При электролизе растворов солей в настоящее время абсорбционно-десорбционные процессы осуществляются за счет искусственной циркуляции электролита с последующим разделением газожидкостной смеси в специальных аппаратах с капиллярно-пористыми элементами.

Принципиальная схема абсорбции и десорбции СО₂ с использованием вторичных продуктов электролиза солей представлена на рис. 18.

Как уже отмечалось, по данной схеме абсорбция и десорбция СО₂ осуществляются непрерывно и аппараты связаны в единой системе, замкнутой по газовым и жидкостным коммуникациям.

Удаление и концентрирование СО₂ путем абсорбции при электролизе растворов солей с ионообменными мембранами

В электрохимических процессах при электролизе водных растворов щелочей и солей существенное влияние на внешнюю диффузионную кинетику оказывает явление, связанное с перераспределением под действием электрического поля в межэлектродном пространстве части ионов, не принимающих непосредственного участия в электродных процессах. Это приводит к возникновению градиентов концентраций и диффузионных потоков, создающих миграцию ионов в направлении, противоположном действию внешнего электрического поля. Такое явление вызывает увеличение общих энергозатрат и снижение возможностей системы в целом.

Как уже отмечалось, при электролизе водных растворов солей необходимо одновременно с получением водорода и кислорода получать в необходимом количестве и определенной концентрации анолит и католит. При электролизе водных растворов солей это достигается подбором удельной скорости электрохимического процесса (плотности тока) и скорости подвода электролита в электролизер с учетом возникающих при этом диффузионных потоков, зависящих прежде всего от разности потенциалов между электродами и температуры, ускоряющей или замедляющей этот процесс. Тесная взаимосвязь основных электрохимических и массообменных процессов в значительной степени усложняет получение анолита и католита в определенных количествах и необходимой концентрации. Локализация этих явлений может быть достигнута интенсификацией внешних массообменных потоков. Применение селективных мембран обеспечивает упорядоченное перемещение ионов различного заряда в межэлектрод-ном пространстве, что упрощает процесс получения необходимой концентрации анолита и католита.

Ионит является гетерогенной системой, состоящей из матрицы и жидкости в порах. В связи с этим скорости диффузионных потоков зависят от пространственного заполнения ионами матрицы и пористой структуры самой мембраны (пористость, тип пор, величина и распределение пор по объему).

Ионные мембраны, предназначенные для использования в электрохимических устройствах, должны обладать определенной селективностью, высокой электропроводностью, допустимым набуханием, прочностью и стойкостью в течение длительного времени.

Применение ионообменных мембран в электрохимических устройствах для регенерации газовой среды в отличие от электролиза растворов солей позволяет создать аппарат, выполняющий одновременно несколько функций: получение кислорода и водорода, очистку атмосферы от СО₂ и одновременное получение СО₂ 100%-ной концентрации.

В аппарате с ионообменными мембранами под действием электрического поля обеспечивается направленный массоперенос ионов определенного заряда с достижением необходимой концентрации в соответствующих полостях, а также одновременное осуществление физико-химических реакций, приводящих к интенсивной хемосорбции СО₂ из проходящего воздушного потока и образованию химически нестойких веществ, распадающихся с выделением углекислого газа.

В условиях реального космического полета, как и при электролизе растворов солей, организацию электрохимических и физико-химических процессов в электродиализаторе предполагается осуществлять созданием искусственной циркуляции электролита с последующим разделением газоэлектролитных продуктов в специальных аппаратах и применением капиллярно-пористых элементов.

Принципиальная схема регенерации газовой среды гермокабин, основанная на применении электрохимического устройства с ионообменными мембранами, представлена на рис. 19.

Электродиализатор 6 состоит из трех ионообменных мембран. Воздушный поток из гермообъекта проходит между ионообменными мембранами 8, 9, где осуществляется удаление СО₂ посредством его хемосорбции

Рис. 19. Принципиальная схема электрохимического устройства (электродиализатора) с ионообменными мембранами

2 — буферная емкость с углекислым газом,

4, 10, 12, 17 — теплообменники-разделители,

5, 11, 13, 16 — контуры хладоносителей,

7, 8, 9 — катионные и анионные мембраны,

14 — промежуточная емкость по воде,

15 — щелочной насос

Отрицательно заряженные ионы НСОз СОз — под действием электрического поля переходят в полость, расположенную слева между катионообменной и анионообменной мембранами, в которой осуществляется десорбция СО₂ по реакциям

Из электродиализатора воздушный поток и образующиеся газы (СО₂, Н₂, О₂) поступают на соответствующие теплообменники-разделители 4, 10, 12, 27, в которых происходит конденсация паров влаги и отделение жидкой фазы от газообразной. Жидкая фаза (водный раствор электролита и воды) нагнетается насосом 15 в соответствующие полости электродиализатора. Очищенный углекислый газ поступает в буферную емкость 2.

Применение ионообменных мембран в электрохимических аппаратах позволяет значительно интенсифицировать физико-химические процессы абсорбции и десорбции СО₂ за счет создания оптимальных условий по концентрациям взаимодействующих реагентов и снижения диффузионных ограничений.

Однако в аппаратах с ионообменными мембранами в межэлектродном пространстве удельные характеристики мощности выше, чем в электрохимических аппаратах с проте-каемыми мембранами: на выделение 1 л О₂ в час требуется 16—18 вт.

Удаление и концентрирование СО₂ путем абсорбции в кислородо-водородном топливном элементе

Организация технологического процесса очистки атмосферы от СО₂ и последующего его концентрирования в электрохимических устройствах типа кислородо-водородного топливного элемента представляет значительный интерес для интенсификации хемосорбцион-ных процессов за счет значительного снижения ограничений диффузионного характера, поскольку массообменные процессы зависят в основном только от скорости электрохимического процесса. Принципиальная схема ячейки топливного элемента представлена на рис. 20.

Ячейка состоит из двух пористых электродов 2, 5, вплотную примыкающих к пористой межэлектродной диафрагме 4. Активной частью пористого диффузионного электрода, находящегося в контакте с жидким электролитом, является область взаимодействия трех фаз — жидкости, газа и твердой фазы самого электрода. Поток воздуха (О₂, СО₂) из гермо-

Рис. 20. Принципиальная схема концентратора СО2, основанная на использовании топливного элемента

1 — катодная камера,

3 — потребитель электрической энергии,

4 — пористый межэлектродный элемент,

в — анодная камера

Рис. 21. Принципиальная схема очистки атмосферы от СО₂, основанная на использовании топливного элемента

3 — топливный элемент,

5 — регулятор расхода,

7 — обратный клапан,

8 — буферная емкость

объекта пропускается через катодную камеру. На катоде осуществляется электрохимическая реакция, приводящая к ионизации кислорода и образованию гидроксила, от количества которого зависит процесс хемосорбции СО₂. В общем виде катодные и анодные процессы можно представить следующим образом:

В данном электрохимическом аппарате в основном предполагается получать СО₂ не в чистом виде, а в определенном соотношении с водородом. Как будет показано далее, такая газовая система (СО₂—-Н₂) с успехом может быть утилизирована для получения конечных веществ (С, СН₄, Н₂О). Одной из проблем организации такого технологического процесса следует считать разработку способа удаления воды, образующейся в результате химической реакции. В принципе удаление Н₂О может осуществляться при температуре, близкой к 100°, или при более высокой температуре и повышенном давлении; при низких температурах и пониженном давлении; при циркуляции газа с обеспечением определенной разности температур газа и электролита.

Принципиальная схема очистки атмосферы от СО₂, основанная на использовании топливного элемента, представлена на рис. 21.

Электрохимическая система очистки от СО₂ состоит из побудителей газовоздушных потоков 1, 4, топливного элемента 3 и двух отдельных аппаратов 2, 6, помещенных на входе и выходе газовоздушных потоков топливного элемента, выполняющих роль основных согласующих и стабилизирующих звеньев в системе. Влаготеплообменник 2 выполняет роль стабилизатора топливного элемента по температуре и по концентрации электролита. Проходящий через катодную камеру воздушный поток за счет диффузионных процессов и чисто механического взаимодействия с электролитом насыщается влагой, изменяя в какой-то степени концентрацию электролита, что, естественно, влияет на качество организации электрохимического процесса. С целью стабилизации процесса в системе используется звено 2, передающее входному потоку влагу, которая была унесена выходящим потоком. Теплообменник-влагоотделитель 6 конденсирует Н₂О _{из газовой смеси СО2 + Н2 и одновременно отделяет образовавшуюся жидкую фазу от газообразной.}

Данная система представляет значительный интерес вследствие простоты организации технологического процесса и малой его энергоемкости.

Рис. 22. Способы очистки воздуха гермообъектов от углекислого газа

Рис. 23. Способы концентрирования углекислого газа

Систематизация основных способов удаления и концентрирования углекислого газа

Системы очистки атмосферы гермообъектов от углекислого газа и концентрирования его являются первым звеном, ответственным за последующую организацию процесса регенерации кислорода (в системах с кругооборотом по кислороду) и предопределяющим выбор технологических звеньев получения кислорода из СО₂, Н₂О или из их смеси.

Методы очистки воздуха от углекислого газа можно подразделить по фазовому принципу на «газ — твердое тело» и «газ — жидкость — твердое тело». Технологическая организация адсорбционных процессов в условиях динамической невесомости проста и не требует принципиально новых решений в отличие от абсорбционных процессов. Однако, несмотря на некоторую сложность осуществления абсорбции, она выгодно отличается компактностью и непрерывностью абсорбционно-десорбционных процессов.

Рассмотренные выше методы очистки и концентрирования углекислого газа можно представить в общем виде двумя схемами.

Выбор того или иного метода будет определяться прежде всего надежностью и стабильностью технологических процессов, сохраняющих неизменными свои рабочие характеристики в течение длительного периода эксплуатации.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Практическая работа № 6 Получение оксида углерода (IV) и получение его свойств. Распознавание карбонатов. химия 9 класс

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Химия 9 класс Практическая работа № 6

«Получение оксида углерода ( IV ) и изучение его свойств. Распознавание карбонатов»

Цель: научить получать углекислый газ реакцией обмена; продолжить ознакомление с химическими свойствами углекислого газа; познакомить с методами распознавания карбонатов.

Планируемые результаты: уметь получать и собирать углекислый газ в лаборатории, описывать наблюдаемые явления, доказывать наличие оксида углерода ( IV ), распознавать соли угольной кислоты в растворе.

Техника безопасности: осторожное обращение с химреактивами и стеклянной посудой.

Оборудование и реактивы: кусочки мрамора или мела, фенолфталеин, лакмус,

растворы: соляной кислоты , гидроксида натрия, нитрата серебра( I ), хлорида бария; вода, известковая вода, в пронумерованных пробирках кристаллические вещества( сульфат натрия, хлорид цинка, карбонат калия, силикат натрия), пробирки, газоотводная трубка с пробкой, стакан.

1.Получение оксида углерода ( IV ) и определение его свойств

1.Поместите в пробирку несколько кусочков мела или мрамора и прилейте немного разбавленной соляной кислоты

При воздействии соляной кислоты на мрамор выделяется углекислый газ

2. Пробирку быстро закройте пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки поместите в другую пробирку, в которой находится 2-3 мл известковой воды

Образуется нерастворимое вещество карбонат кальция

3. Пропускаем углекислый газ еще некоторое время

Раствор становится прозрачным

При пропускании углекислого газа через известковую воду образуется карбонат кальция, который затем растворяется, превращаясь в гидрокарбонат

4. Конец газоотводной трубки выньте из раствора и сполосните в дистиллированной воде. Затем поместите трубку в пробирку с 2-3 мл дистиллированной воды и пропустите через неё газ. Через несколько минут выньте трубку из раствора, внесите в полученный раствор универсальную индикаторную бумагу (синий лакмус)

В воде образуется слабая угольная кислота

5.В пробирку налейте 2-3 мл разбавленного раствора гидроксида натрия и добавьте к нему несколько капель фенолфталеина. Затем через раствор пропустите газ

Малиновая окраска исчезает, раствор становится прозрачным

Идет реакция между CO ₂ и NaOH
Это еще раз подтверждает кислотные свойства
CO ₂

В четырёх пронумерованных пробирках даны кристаллические вещества: сульфат натрия, хлорид цинка, карбонат калия, силикат натрия. Определите, какое вещество находится в каждой пробирке. Na ₂ SO ₄ , ZnCl ₂ , K ₂ CO _3, Na ₂ SiO ₃

В каждую из пробирок добавляем раствор соляной кислоты

В двух пробирках ничего не изменилось, в одной из пробирок выделился газ, в другой студенистый осадок

Выделение газа при действии кислоты — признак карбонатов

Студенистый осадок – образовалась нерастворимая кремниевая кислота

Два оставшихся вещества растворяем водой и добавляем раствор хлорида бария

1) Выпал белый осадок

Это качественная реакция на сульфат-ион, значит, в данной пробирке находится сульфат натрия

В оставшийся раствор добавляем раствор нитрата серебра (I)

2) Выпал белый осадок

Реакция является качественной на хлорид-ион, в данной пробирке — хлорид цинка

Вывод: качественной реакцией на карбонат-ион является действие сильной кислоты, которая вытесняет слабую кислоту из раствора ее соли, происходит выделение углекислого газа.

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

• Сейчас обучается 925 человек из 80 регионов

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

• Курс добавлен 23.11.2021
• Сейчас обучается 35 человек из 23 регионов

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam

• Курс добавлен 31.01.2022
• Сейчас обучается 24 человека из 14 регионов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Дистанционные курсы для педагогов

«Взбодрись! Нейрогимнастика для успешной учёбы и комфортной жизни»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 576 919 материалов в базе

Материал подходит для УМК

«Химия», Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.

§ 36. Практическая работа 6. Получение оксида углерода(IV) и изучение его свойств. Распознавание карбонатов

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

33 конкурса для учеников 1–11 классов и дошкольников от проекта «Инфоурок»

Другие материалы

• 14.02.2022
• 26
• 0

• 14.02.2022
• 32
• 0

• 14.02.2022
• 26
• 0

• 14.02.2022
• 35
• 0

• 14.02.2022
• 21
• 0

• 14.02.2022
• 61
• 0

• 14.02.2022
• 33
• 0

• 14.02.2022
• 30
• 0

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Добавить в избранное

• 14.02.2022 2605
• DOCX 209.5 кбайт
• 31 скачивание
• Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Хубазова Анжелла Мовлдиевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

• На сайте: 1 год и 10 месяцев
• Подписчики: 3
• Всего просмотров: 21002
• Всего материалов: 47

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Полный перевод школ на дистанционное обучение не планируется

Время чтения: 1 минута

Приемная кампания в вузах начнется 20 июня

Время чтения: 1 минута

Рособрнадзор не планирует переносить досрочный период ЕГЭ

Время чтения: 0 минут

Инфоурок стал резидентом Сколково

Время чтения: 2 минуты

Тринадцатилетняя школьница из Индии разработала приложение против буллинга

Время чтения: 1 минута

Минпросвещения подключит студотряды к обновлению школьной инфраструктуры

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.