Схема прибора для получения углекислого газа

Углекислый газ в промышленности, его получение и применение

Углекислый газ, имея универсальные свойства, используется в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Сегодня CO2 – это удобрение в сельском хозяйстве, медицинский инструмент, регулятор температуры и источник новой энергии.

Получение в промышленности

Получение диоксида углерода в промышленности методологически разнообразно. Он находится в дымовых отходах, выпускаемых в атмосферу ТЭЦ и электростанциями, получается при брожении спирта и выступает как продукт реакции с природными карбонатами.

Индустрия получения двуокиси углерода широка. Газ можно абсорбировать несколькими способами из одного источника. Во всех случаях это поэтапный процесс очистки от примесей (для достижения требований ГОСТа) и достижения нужной консистенции, агрегатного состояния.

Получение газообразной двуокиси углерода

Газообразный CO2 извлекают из промышленных (нефтяных) дымов путем адсорбции моноэтаноламина (коммерчески выгодно) и карбонатом калия (редко). Принцип сбора частиц углерода одинаков для обоих веществ. Они направляются по трубопроводу к отходам и собирают в себя углекислый газ. После сбора, насыщенные углекислотой газы направляются на очистку.

В специальных емкостях происходит реакция в при повышенной температуре или заниженном давлении. В процессе высвобождается чистая углекислота и продукты распада (аммиак и другие).

Схематически процесс выглядит так:

1. Отходящий дым смешивается с адсорбентами (газообразным карбонатом калия или моноэтаноламином);
2. Накопившие в себе двуокись углерода газы поступают в специальный газгольдер для очистки;
3. В реакции с высокой температурой или низким давлением происходит отделение углекислого газа от адсорбента.

В лаборатории извлечь много CO2 не получается. Но это возможно в реакции с гидрокарбонатами и кислотами. В отдельности CO2 можно выделить на промышленных станках для получения кислорода, аргона или азота. Углекислый газ здесь выступает как побочный продукт. Хранится он в специальных баллонах, поставляемых потребителю.

Получение жидкой углекислоты

Добыча жидкой углекислоты поэтапно связана с получением ее из газа. Из летучего газообразного состояния, при обработке водородом, раствором перманганата калия и углем, образуется жидкая двуокись.

Сжижение происходит из-за низкого давления, сопровождающего реакцию. После многоступенчатой очистки, жидкий диоксид углерода попадает в компрессор. Там он сжимается и подается для сушки в 2 адсорбера, поочередно перенимающие работу для восстановления. Параллельно сжатая жидкость очищается от запахов и переводится в конденсатор, а оттуда – на хранение.

Этот метод сжижения применяется для газов спиртового брожения. Он актуален для пропана, бутана и т.д. Его используют на крупных пивоварнях, а получаемая очищенная углекислота имеет высокие показатели качества.

Получение твердого диоксида углерода

Твердый диоксид образуют из жидкого путем обработки низкой температурой (-56°). В промышленных условиях только 20% переходят в твердое состояние, а остальные – испаряются.

Порядок извлечения углекислотных кристаллов (сухого льда):

1. Из емкости брожения газ переходит в емкость для промывки;
2. В газгольдере после мытья он сжимается и сжижается;
3. Многократно сжимаясь и нагреваясь, газообразный углерод охлаждается в специальных холодильниках;
4. Жидкость очищается активированным углем;
5. Поступает в холодильник, где охлаждается и дополнительно очищается от примесей;
6. Охлажденный CO2 направляется на испарение и пресс, где комплектуется сухой лед.

Применение в промышленности

Применение углекислого газа в различных областях промышленности связано с химическими и физическими свойствами вещества. Он не горит, не опасен в минимальных концентрациях для человека и животных и является основным компонентом для жизнедеятельности растений.

Химическая промышленность:

• Участвует в синтезе искусственных химикатов;
• Регулирует температуру в реакциях;
• Нейтрализует щелочи;
• Очищает ткани животных и растений;
• Может восстанавливаться до метана.

Металлургия:

• Осаждение отходящего дыма;
• Регулирует направления течения воды при отводе шахт;
• Некоторые лазеры используют CO2 в качестве источника энергии (неон).

Производство бумаги:

• Регулирует водородный показатель в древесной массе или целлюлозе;
• Усиливает в мощности производственные машины.

Особую роль в промышленной и смежных индустриях играет сухой лед. Он применяется как:

• Источник охлаждения в морозильных камерах при перевозках;
• Охлаждение при затвердевании сплавов;
• Очистка сухим льдом оборудования (криобластинг).

Применение в других сферах деятельности

Человек также использует углекислоту в других областях деятельности и в быту. Доступность диоксида обуславливает его широкую распространенность, а свойства – востребованность даже среди обывателей.

Где еще применяется углекислота:

• При сварке. Защищает металл от нагрева и окисления, обтекая электрическую дугу.
• В сельском хозяйстве. Углекислый газ в купе с солнечным светом – идеальный способ удобрить любые культуры. Распыление газа в парнике или теплице увеличивает урожайность в 2-3 раза;
• В медицине служит для создания атмосферы, близкой к реальной, при проведении искусственных операций на органах. Он применяется как стимулятор для восстановления дыхания пациента и при введении его в наркоз;
• Фармацевтика. Создает идеальную среду для синтеза химии и низкотемпературной транспортировки вод;
• Приборы и оборудование. Охлаждает оборудование и агрегаты без разбора на модули, выступает как абразивный элемент прочистки;
• Защита окружающей среды. Регулирует показатель водорода в стоках;
• Пищевая промышленность. Используется как консервант и разрыхлитель теста. Добавляется в напитки, делая их газированными;
• Для создания давления в пневматическом оружии.

Применение углекислого газа особенно востребовано в системах пожаротушения. Он заполняется в углекислотные газовые огнетушители и при возгорании позволяет изолировать очаг пожара от источника кислорода. Горение не может долго продолжаться без подпитки воздухом, а газификация углекислотой не даст ему проникнуть к огню.

Получаемый в малом количестве от спиртового брожения используется как способ газировки напитков. Он также уберегает муку, сухофрукты, арахис от насекомых, не влияя на качество и скорость их порчи.

Углекислый газ – первоклассная среда для разведения цветов, подкормки овощей и подводных растений. Он ускоряет фотосинтез и улучшает обменные процессы в растительных клетках. Главное – имеет доступную цену даже для обывателей.

Диоксид углерода может применяться и в криодеструкции, в качестве заморозки. Он сжигает холодом поверхность бородавок и родинок, заставляя их отваливаться, но не оставлять шрамов от скальпеля и швов.

Заключение

Углекислый газ – простое и распространенное по всей планете вещество, играющее практическую функцию в ключевых отраслях деятельности. Без него не обходится промышленность, медицина, пищевая отрасль и даже простой человеческий быт.

С недавних пор CO2 применяется как основа для производства источника топлива (метанола). Популярность набирает способ использования в качестве возобновляемого геотермального источника энергии, способного увеличить производство электроэнергии и сократить выбросы газа в атмосферу.

Источник статьи: http://uglekislygaz.ru/dioksid-ugleroda/co2-v-promyshlennosti/

Способы получения углекислого газа

Углекислый газ не является редким и получают его как побочный продукт, что положительно сказывается на его стоимости. Поэтому он является самым дешевым газом, применяемым для защиты, метала сварного шва в процессе сварки. Кратко о способах производства углекислоты говорилось в статье о свойствах углекислого газа и теперь настало время рассмотреть их более подробно.

Содержание

В промышленном масштабе углекислый газ получают следующими способами:

1. из известняка, в котором содержится до 40% СО₂, кокса или антрацита до 18% CO₂ путем их обжига в специальных печах;
2. на установках, работающих по сернокислому методу за счет реакций взаимодействия серной кислоты с эмульсией мела;
3. из газов, образующихся при брожении спирта, пива, расщепления жиров;
4. из дымовых газов промышленных котельных, сжигающих уголь, природный газ и другое топливо. Дымовой газ содержит 12-20% СО₂;
5. из отходящих газов химических производств, в первую очередь синтетического аммиака и метанола. Отходящие газы содержат примерно 90% СО₂.

На данный момент наиболее распространенным способом производства углекислоты является – получение из газов при брожении.

Получение углекислого газа из газов при брожении

Отходящий газ при брожении представляет собой почти чистый углекислый газ и является дешевым побочным продуктом производства.

На гидролизных заводах при брожении дрожжей с опилками выделяются газы, содержащие 99% CO₂.

1 — бродильный чан; 2 — газгольдер; 3 — промывочная башня; 4 — предварительный компрессор; 5 — трубчатый холодильник; 6 — маслоотделитель; 7 — башня; 8 — башня; 9 — двухступенчатый компрессор; 10 — холодильник; 11 — маслоотделитель; 12 — цистерна.

Схема получения углекислого газа на гидролизных заводах

Газ из бродильного чана 1 подается насосами, а при наличии достаточного давления поступает самостоятельно в газгольдер 2, где происходит отделение от него твердых частиц. Затем газ поступает в промывочную башню 3, заполненную коксом или керамическими кольцами, где он омывается встречным потоком воды и окончательно освобождается от твердых частиц и растворимых в воде примесей. После промывки газ поступает в предварительный компрессор 4, где он сжимается до давления 400-550 кПа.

Так как при сжатии температура углекислого газа повышается до 90-100°С, то после компрессора газ поступает в трубчатый холодильник 5, где охлаждается до 15°С. Затем углекислота направляется в маслоотделитель 6, где отделяется масло, попавшее в газ при сжатии. После этого углекислый газ подвергается очистке водными растворами окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂P₇, гипохромитом) в башне 7, а затем осушке активированным углем или силикагелем в башне 8.

После очистки и осушки углекислота поступает в двухступенчатый компрессор 9. На ступени I происходит сжатие его до 1-1,2 МПа. Затем углекислый газ поступает в холодильник 10, где охлаждается со 100 до 15°C, проходит маслоотделитель 11 и поступает на II ступень компрессора, где сжимается до 6-7 МПа, превращается в жидкую двуокись углерода и собирается в цистерну 12, из которой производится заправка стандартных баллонов или других емкостей (танков).

Принципиально процесс производства углекислого газа другими методами ничем не отличается от вышеуказанного: сначала газ очищается, потом производят осушку, а на последнем этапе охлаждение и сжатие для превращения в жидкость, поскольку в данном виде его удобно хранить и транспортировать.

Источник статьи: http://weldering.com/sposoby-polucheniya-uglekislogo-gaza

Урок- практическая работа «Получение углекислого газа и изучение его свойств»

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

Закрепить теоретические знания о свойствах оксида углерода ( IV ) и карбонатов.

Отработать экспериментальные умения в процессе проведения эксперимента.

1.Развивать практические навыки проведения химических опытов;

1. Воспитывать культуру проведения эксперимента.

Закрепить навыки безопасного обращения с реактивами. (слайд 2).

Лабораторное оборудование: лабораторный штатив, прибор для получения газов, химические стаканы на 50 мл, кусочки мрамора, соляная кислота (1:2), известковая вода, зажим Мора, пробирки,

Тип урока: урок- исследование.

Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением. М.В.Ломоносов. (слайд 3).

Вступительное слово учителя.

В XVI веке в Голландии жил известный естественноиспытатель врач и алхимик Иоганн Баптист Ван Гельмонт. Его любимым занятием было измерение массы и объема продуктов химических реакций. Однажды ученый сжег 62 фунта (20 кг) древесного угля и получил примерно один фунт золы. Вант Гельмонт сделал вывод, что остальная масса угля (61 фунт) превратился в «лесной дух». Как вы уже догадались «лесным духом» был образующийся в результате горения углекислый газ. Вант Гельмонт настойчиво пытался получить «лесной дух» при протекании других реакций, но сделать так этого и не смог. (слайд 4).

Сегодня вам предстоит разгадать загадку Вант Гельмонта. Вы сможете, не сжигая угля, получить углекислый газ и даже исследовать его свойства. Наверняка у вас возник вопрос: не является ли работа получения углекислого газа опасной для вашего здоровья? Действительно, большое содержание углекислого газа угнетающе действует на человеческий организм, вызывая головную боль, повышая кровяное давление, учащение сердцебиение. Однако, небольшая концентрация углекислого газа во вдыхаемом воздухе, наоборот, стимулирует сердечную деятельность, а также возбуждает дыхательные центры мозга. Поэтому, вы можете не опасаться и приступать к работе, для успешного выполнения которой следует строго выполнять инструкции.

Экспериментальная задача I .

Соберите и зарядите прибор для получения углекислого газа по плану. (слайд 5).

Получение углекислого газа.

Соберите прибор для получения углекислого газа.

В пробирку, закрепленную в штативе, поместите 1-2 кусочка мела или мрамора,

прилейте 2 мл соляной кислоты и быстро закройте пробкой с

газоотводной трубкой. Соберите углекислый газ методом

вытеснения воздуха. Докажите его наличие в пробирке.

Перенесите конец газоотводной трубки в пробирку

с 1 мл известковой воды и пропускайте через нее углекислый газ. Что вы наблюдаете?

Запишите уравнения соответствующих реакций.

Экспериментальная задача II .

Содержание углекислого газа в атмосфере относительно небольшое, всего 0,04–0,03% (по объему). CO₂, сосредоточенный в атмосфере, имеет массу 2200 биллионов тонн.
В 60 раз больше углекислого газа содержится в растворенном виде в морях и океанах.
В течение каждого года из атмосферы извлекается примерно 1/50 часть всего содержащегося в ней CO₂ растительным покровом земного шара в процессе фотосинтеза, превращающего минеральные вещества в органические. (слайд 6).
Основная масса углекислого газа в природе образуется в результате различных процессов разложения органических веществ. Углекислый газ выделяется при дыхании растений, животных, микроорганизмов. Непрерывно увеличивается количество углекислого газа, выделяемого различными производствами. Углекислый газ содержится в составе вулканических газов, выделяется он и из земли в вулканических местностях. Несколько столетий функционирует в качестве постоянно действующего генератора CO₂ “Собачья пещера” вблизи города Неаполя в Италии. Она знаменита тем, что собаки в ней не могут находиться, а человек может там пребывать в нормальном состоянии.

Основываясь на результатах следующего опыта, вы сможете объяснить загадку «Собачей пещеры». (слайд 7).

Возьмите второй стакан и поместите на его дно свечу. Зажгите свечу горящей лучинкой.

Переместите газ из первого стакана во второй. Объясните наблюдение .

Выслушиваются объяснения учащихся.

Дело в том, что в этой пещере углекислый газ выделяется из земли, а так как он в 1,5 раза тяжелее воздуха, то располагается внизу, примерно на высоте роста собаки (0,5 м). В таком воздухе, где углекислого газа 14% , собаки (и другие животные, разумеется) дышать не могут, но стоящий на ногах взрослый человек не ощущает избытка углекислого газа в этой пещере. Такие же пещеры существуют в Йеллоустонском национальном парке (США).

Экспериментальная задача III .

В начале XIX века в Англии знаменитому химику и философу Джозефу Пристли был выдан патент на изучение содовой воды. Содовая вода- это насыщенные растворы углекислого газа. (слайд 8).

Сейчас вы сами сможете получить содовую воду, и не пробуя, определить ее вкус. Вам необходимо также объяснить причину появления такого вкуса.

1.Налейте в пробирку воду на 1\5 часть.

2. Добавьте несколько капелек метилоранжа.

3. Пропустите через раствор углекислый газ. Что наблюдаете?

В земной коре в разных частях света, есть бездонные пещеры- своеобразные черные дыры, происхождение которых овеяно легендами и преданиями. Решающую роль в появлении этих пещер играет углекислый газ, который извлекается из воздуха дождевой водой. Потоки дождевой воды попадают на пласты известняка и превращают его в растворимый гидрокарбонат кальция, который уносится подземными водами. Внутри подземных известковых пластов образуются огромные полости – карстовые пещеры. В недрах Земли грунтовые воды (раствор NaHCO ₃) могут подвергаться нагреванию. Стекая со стен пещеры, раствор Ca ( HCO ₃ )₂ начинает испаряться, а сама соль разлагается с образованием кристаллов нерастворимого карбоната кальция CaCO ₃ . Так природа создает сталактиты и сталагмиты, похожие на колонны сказочных дворцов. (слайд 9).

Напишите уравнения следующих реакций:

Экспериментальная задача IV . уровень I

В трех пронумерованных пробирках находятся растворы карбоната натрия, хлорида натрия, сульфата натрия. С помощью качественных реакций определите, где какой раствор.

Проверим все три раствора универсальной индикаторной бумажкой.

Раствор карбоната натрия Na ₂ CO ₃ имеет слабощелочную среду вследствие реакции гидролиза по аниону – индикатор сине-зеленый.

Проверяем данное утверждение добавлением в пробирку раствора соляной кислоты HCl .

ТБ: с кислотой обращаемся аккуратно!

Наблюдаем выделение пузырьков углекислого газа.

Делаем вывод: в данной пробирке карбонат натрия Na ₂ CO ₃.

Растворы хлорида натрия NaCl и сульфата натрия Na ₂ SO ₄ имеют нейтральную среду, так как реакции гидролиза у них отсутствуют – индикатор желтый.

В последние две пробирки добавляем 2-3 мл раствора нитрата серебра AgNO ₃.

В пробирке с раствором хлорида натрия выпадает осадок нерастворимой соли хлорида серебра AgCl белого цвета.

Делаем вывод: в третьей пробирке раствор сульфата натрия Na ₂ SO ₄.

Приводим рабочее место в порядок.

Тема: Получение углекислого газа и изучение его свойств. Распознавание карбонатов

Экспериментальная задача III

Проверим все три раствора универсальной индикаторной бумажкой.

Раствор карбоната натрия Na ₂ CO ₃ имеет слабощелочную среду вследствие реакции гидролиза по аниону – индикатор сине-зеленый.

Проверяем данное утверждение добавлением в пробирку раствора соляной кислоты HCl .

ТБ: с кислотой обращаемся аккуратно!

Наблюдаем выделение пузырьков углекислого газа.

Делаем вывод: в данной пробирке карбонат натрия Na ₂ CO ₃.

Растворы хлорида натрия NaCl и сульфата натрия Na ₂ SO ₄ имеют нейтральную среду, так как реакции гидролиза у них отсутствуют – индикатор желтый.

В последние две пробирки добавляем 2-3 мл раствора нитрата серебра AgNO ₃.

В пробирке с раствором хлорида натрия выпадает осадок нерастворимой соли хлорида серебра AgCl белого цвета.

Делаем вывод: в третьей пробирке раствор сульфата натрия Na ₂ SO ₄.

Приводим рабочее место в порядок.

Экспериментальная задача IV . уровень II

В трех пронумерованных пробирках находятся растворы карбоната натрия, хлорида натрия, сульфата натрия. С помощью качественных реакций определите, где какой раствор.

Проверим все три раствора универсальной индикаторной бумажкой.

Раствор карбоната натрия имеет слабощелочную среду – индикатор сине-зеленый.

Проверяем данное утверждение добавлением в пробирку раствора соляной кислоты.

Наблюдаем выделение пузырьков углекислого газа.

Делаем вывод: в данной пробирке карбонат натрия.

Растворы хлорида натрия и сульфата натрия имеют нейтральную среду – индикатор желтый.

В последние две пробирки добавляем 2-3 мл раствора нитрата серебра.

В пробирке с раствором хлорида натрия выпадает осадок нерастворимой соли хлорида серебра белого цвета.

Делаем вывод: в третьей пробирке раствор сульфата натрия.

Приводим рабочее место в порядок.

Экспериментальная задача IV . уровень III

В трех пронумерованных пробирках находятся растворы карбоната натрия, хлорида натрия, сульфата натрия. С помощью качественных реакций определите, где какой раствор.

Проверим все три раствора универсальной индикаторной бумажкой.

Раствор карбоната натрия имеет слабощелочную среду – индикатор сине-зеленый.

Проверяем наличие карбоната натрия в пробирке добавлением раствора соляной кислоты.

Следим за изменениями.

В две другие пробирки добавляем по 2-3 мл раствора нитрата серебра.

Следим за изменениями.

Делаем вывод. (слайд 10).

По результатам практической работы заполните таблицу:

Уравнения химических реакций в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде

Уравнения химических реакций в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде

Уравнения химических реакций в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде

Рефлексия: (слайд 11).

Оцените свою деятельность в роли исследователя (насколько успешно вы с ней справились, положительные моменты, недочеты).

Какая роль (исследователь, комментатор, контролер), по вашему мнению, является наиболее значимой при выполнении лабораторного опыта? Почему?

Какие умения вы формировали, находясь в роли исследователя?

Перечислите положения правил техники безопасности при выполнении опыта №1.

Источник статьи: http://infourok.ru/urok-_prakticheskaya_rabota_poluchenie_uglekislogo_gaza_i_izuchenie_ego_svoystv-312709.htm