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工業(yè)氣體的基本知識(shí)一、 工業(yè)氣體的化學(xué)性質(zhì) 1、氧氣 物理性質(zhì) 氧氣是空氣的組分之一，無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味。氧氣比空 氣重， 在標(biāo)準(zhǔn)狀況 （0℃和大氣壓強(qiáng) 101325 帕） 下密度為 1.429 克/升，能溶于水，但溶解度很小。在壓強(qiáng)為 101kPa 時(shí)，氧 氣在約-180 攝氏度時(shí)變?yōu)榈{(lán)色液體，在約-218 攝氏度時(shí) 變成雪花狀的淡藍(lán)色固體。 化學(xué)性質(zhì) 氧氣的化學(xué)性質(zhì)比較活潑。除了稀有氣體、活性小的金 屬元素如金、鉑、銀之外二氧化硫報(bào)警器，大部分的元素都能與氧起反應(yīng)， 這些反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)，而經(jīng)過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生的化合物（有兩種 元素構(gòu)成，且一種元素為氧元素）稱為氧化物。一般而言， 非金屬氧化物的水溶液呈酸性，而堿金屬或堿土金屬氧化物 則為堿性。此外，幾乎所有的有機(jī)化合物，可在氧中劇烈燃 生成二氧化碳與水?；瘜W(xué)上曾將物質(zhì)與氧氣發(fā)生的化學(xué)反應(yīng) 定義為氧化反應(yīng)（combination reaction)。2、乙炔 物理性質(zhì)純乙炔為無(wú)色無(wú)味的易燃、有毒氣體。而電石制的乙 炔因混有硫化氫 H2S、磷化氫 PH3、砷化氫，而帶有特殊 的臭味。熔點(diǎn)（118.656kPa）-84℃，沸點(diǎn)-80.8℃，相對(duì) 密度 0.6208(-82/4℃)，折射率 1.00051，折光率 1.0005 （0℃） ，閃點(diǎn)（開杯）-17.78℃，自燃點(diǎn) 305℃。

在空氣 中爆炸極限 2.3%-72.3%（vol） 。在液態(tài)和固態(tài)下或在氣 態(tài)和一定壓力下有猛烈爆炸的危險(xiǎn)，受熱、震動(dòng)、電火花 等因素都可以引發(fā)爆炸， 因此不能在加壓液化后貯存或運(yùn) 輸。微溶于水，易溶于乙醇、苯、丙酮等有機(jī)溶劑。在 15℃和 1.5MPa 時(shí)，乙炔在丙酮中的溶解度為 237g/L，溶 液是穩(wěn)定的。因此，工業(yè)上是在裝滿石棉等多孔物質(zhì)的鋼 瓶中，使多孔物質(zhì)吸收丙酮后將乙炔壓入，以便貯存和運(yùn) 輸。為了與其它氣體區(qū)別，乙炔鋼瓶的顏色一般為白色柴油檢測(cè)儀， 橡膠氣管一般為黑色，乙炔管道的螺紋一般為左旋螺紋 （螺母上有徑向的間斷溝） 。 化學(xué)性質(zhì) 乙炔（acetylene）最簡(jiǎn)單的炔烴，又稱電石氣。分 子式 CH≡CH，化學(xué)式 C2H2。乙炔分子量 26．4 ，氣體比 重 0． （ Kg/m3） 火焰溫度 3150 ℃，熱值 12800 （千 91工業(yè)氣體， 卡/m3） 在氧氣中燃燒速度 7．5 ，純乙炔在空氣中燃燒 2100 度左右，在氧氣中燃燒可達(dá) 3600 度。化學(xué)性質(zhì)很活 潑，能起加成、氧化、聚合及金屬取代等反應(yīng) 。3、氮?dú)?物理性質(zhì) 氮在常況下是一種無(wú)色無(wú)味無(wú)臭的氣體，且通常無(wú) 毒。

氮?dú)庹即髿饪偭康?78.12%（體積分?jǐn)?shù)） ，在標(biāo)準(zhǔn)情況 下的氣體密度是 1.25g/L，氮?dú)庠谒腥芙舛群苄?，在?溫常壓下，1 體積水中大約只溶解 0.02 體積的氮?dú)?。?氣是難液化的氣體。氮?dú)庠跇O低溫下會(huì)液化成無(wú)色液體， 進(jìn)一步降低溫度時(shí)，更會(huì)形成白色晶狀固體。在生產(chǎn)中， 通常采用黑色鋼瓶盛放氮?dú)狻?化學(xué)性質(zhì) 對(duì)成鍵有貢獻(xiàn)的是三對(duì)電子， 即形成兩個(gè)π鍵和一個(gè) σ鍵。 對(duì)成鍵沒(méi)有貢獻(xiàn)，成鍵與反鍵能量近似抵消，它 們相當(dāng)于孤電子對(duì)。由于 N2 分子中存在叁鍵 N≡N，所以 N2 分子具有很大的穩(wěn)定性，將它分解為原子需要吸收 941.69kJ/mol 的能量。N2 分子是已知的雙原子分子中最 穩(wěn)定的，氮?dú)獾南鄬?duì)分子質(zhì)量是 28。而且氮?dú)馔ǔ２灰?燃燒且不支持燃燒?；瘜W(xué)式為 N2。 二、 工業(yè)氣體的制備方法 1、氧氣 （1）、空氣冷凍分離法 空氣中的主要成分是氧氣和氮?dú)?。利用氧氣和氮?dú)獾姆?點(diǎn)不同， 從空氣中制備氧氣稱空氣分離法。 首先把空氣預(yù)冷、凈化(去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳?xì)浠?物等氣體和灰塵等雜質(zhì))、然后進(jìn)行壓縮、冷卻，使之成為 液態(tài)空氣。然后，利用氧和氮的沸點(diǎn)的不同，在精餾塔中把 液態(tài)空氣多次蒸發(fā)和冷凝，將氧氣和氮?dú)夥蛛x開來(lái)，得到純 氧(可以達(dá)到 99．6％的純度)和純氮(可以達(dá)到 99．9％的純 度)。

如果增加一些附加裝置，還可以提取出氬、氖、氦、 氪、氙等在空氣中含量極少的稀有惰性氣體。由空氣分離裝 置產(chǎn)出的氧氣，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)的壓縮，最后將壓縮氧氣裝入高 壓鋼瓶貯存，或通過(guò)管道直接輸送到工廠、車間使用。使用 這種方法生產(chǎn)氧氣，雖然需要大型的成套設(shè)備和嚴(yán)格的安全 操作技術(shù)，但是產(chǎn)量高，每小時(shí)可以產(chǎn)出數(shù)干、萬(wàn)立方米的 氧氣，而且所耗用的原料僅僅是不用買、不用運(yùn)、不用倉(cāng)庫(kù) 儲(chǔ)存的空氣，所以從 1903 年研制出第一臺(tái)深冷空分制氧機(jī) 以來(lái)工業(yè)氣體，這種制氧方法一直得到最廣泛的應(yīng)用。 （2）、分子篩制氧法（吸附法） 利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子篩把空 氣中的氧離分出來(lái)。首先，用壓縮機(jī)迫使干燥的空氣通過(guò)分 子篩進(jìn)入抽成真空的吸附器中，空氣中的氮分子即被分子篩 所吸附， 氧氣進(jìn)入吸附器內(nèi)， 當(dāng)吸附器內(nèi)氧氣達(dá)到一定量 （壓 力達(dá)到一定程度）時(shí)，即可打開出氧閥門放出氧氣。經(jīng)過(guò)一 段時(shí)間，分子篩吸附的氮逐漸增多，吸附能力減弱，產(chǎn)出的 氧氣純度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子篩上面的氮，然后重復(fù)上述過(guò)程。這種制取氧的方法亦稱吸附法。最近， 利用吸附法制氧的小型制氧機(jī)已經(jīng)開發(fā)出來(lái)，便于家庭使 用。 （3）、電解制氧法 把水放入電解槽中，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀以提高水 的電解度，然后通入直流電，水就分解為氧氣和氫氣。

每制 取一立方米氧，同時(shí)獲得兩立方米氫。用電解法制取一立方 米氧要耗電 12—15 千瓦小時(shí)，與上述兩種方法的耗電量 （0．55—0．60 千瓦小時(shí)）相比，是很不經(jīng)濟(jì)的。所以，電 解法不適用于大量制氧。另外同時(shí)產(chǎn)生的氫氣如果沒(méi)有妥善 的方法收集，在空氣中聚集起來(lái)，如與氧氣混合，容易發(fā)生 極其劇烈的爆炸。所以，電解法也不適用家庭制氧的方法。 2、乙炔 乙炔的制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(chǎn) 品純度高，但能耗較大。大多數(shù)溶解乙炔生產(chǎn)采用此法。根 據(jù)乙炔的溶解特性，將乙炔氣壓縮充入溶劑中，并被儲(chǔ)存在 充滿多孔填料的鋼瓶?jī)?nèi)。丙酮作為一種極好的溶劑工業(yè)氣體，在鋼瓶 內(nèi)被填料吸附用于溶解和釋放乙炔，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(huán)境，節(jié)約電石消耗，但應(yīng)保證鋼瓶?jī)?nèi)多孔填料不受損傷或污染，丙 酮溶劑的充裝量應(yīng)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(chǎn)充裝工藝流程是：粗乙炔氣發(fā)生后經(jīng) 過(guò)化學(xué)凈化，去除硫、磷等雜質(zhì)，再經(jīng)壓縮和干燥，充裝進(jìn) 入溶解乙炔氣瓶?jī)?nèi)。

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