kuidas valmistatakse tööstusgaase

1. Tööstusgaaside tootmise tooraine
- Tööstusgaaside tootmise tooraine pärineb väga erinevatest allikatest. Õhust on võimalik saada palju tööstuslikke gaase, näiteks hapnikku, lämmastikku ja argooni. Õhk on loodusliku tooraine reservuaar, millest lämmastik moodustab umbes 78%, hapnik umbes 21% ja argoon umbes 0,93%. Neid gaase saab saada õhu eraldamisel tehniliste toimingute abil.
- Lisaks tulevad mõned tööstuslikud gaasid ka keemiliste ainete reaktsioonist. Näiteks saab vesinikku toota vee elektrolüüsil, kus vesi (\(H_2O\)) lagundatakse vesinikuks (\(H_2\)) ja hapnikuks (\(O{{) 3}}\)) kui elektrit rakendatakse. Samuti on olemas süsinikdioksiid, mida saab koguda heitgaasidest keemilises tootmisprotsessis või saada lubjakivi kaltsineerimisel (\(CaCO_3\)), mille keemiline valem on \(CaCO_3 \stackrel{温度}{=\!=\!=} CaO+CO_2↑\).

2. Levinud meetodid tööstusgaaside valmistamiseks
1. Hapniku tootmine
- Levinuim meetod on õhu eraldamine. Esmalt suruge õhk kokku ja jahutage selle veeldamiseks. Seejärel kasutage fraktsioneerimiseks gaaside, näiteks hapniku ja lämmastiku, erinevaid keemistemperatuure. Hapniku keemistemperatuur on -183 kraadi ja lämmastiku keemistemperatuur on -196 kraadi. Temperatuuri järkjärgulise tõstmisega aurustub kõigepealt lämmastik ja ülejäänu on peamiselt vedel hapnik. See meetod võib toota hapnikku suures mahus, et rahuldada paljude aspektide, näiteks tööstuse ja meditsiini vajadusi.
- Hapnikku saab toota ka keemiliste meetoditega. Näiteks laguneb vesinikperoksiid (\(H_2O_2\)) mangaandioksiidi (\(MnO_2\)) katalüütilise toimel hapnikuks ja veeks. keemiline võrrand on \(2H_2O_2\stackrel{MnO_2}{=\!=\!=}2H{{12} }O + O_2↑\). See keemiline meetod on aga suhteliselt sobiv hapniku väikesemahuliseks tootmiseks ning seda kasutatakse laialdaselt laborites ja muudes stsenaariumides.
2. Lämmastiku tootmine
- Lämmastik eraldatakse ka õhueraldusmeetodil pärast õhu veeldamist destilleerimise teel, lähtudes sellest, et lämmastiku keemistemperatuur on madalam kui hapnikul. Selle meetodiga toodetud lämmastiku puhtus võib ulatuda väga kõrgele tasemele, mis vastab elektroonikatööstuses ülikõrgete lämmastiku puhtuse nõuetega rakendusstsenaariumidele.
- Mõnes keemilises tootmisprotsessis tekib lämmastikku ka kõrvalreaktsioonide käigus. Näiteks ammoniaak (\(NH_3\)) võib teatud tingimustel laguneda lämmastikuks ja vesinikuks ning reaktsioonivõrrand on \(2NH_3 \stackrel{teatud tingimused}{{{4 }}\!=\!=} N_2+3H_2\), kuid see meetod ei ole lämmastiku tootmise peamine meetod.
3. Vesiniku tootmine
- Ülalmainitud vee elektrolüüs on oluline meetod. Alalisvoolu toimel laguneb vesi vesinikuks ja hapnikuks. Selle meetodiga toodetud vesinik on kõrge puhtusastmega, kuid energiatarve on suhteliselt suur.
- Maagaasi reformimise meetodit (peamine komponent on metaan\(CH_4\)) kasutatakse laialdaselt ka tööstuses vesiniku tootmiseks. Metaan reageerib kõrgel temperatuuril ja katalüsaatoril veeauruga ning keemiline võrrand on \(CH_4 + H_2O\stackrel{kõrge temperatuur, katalüsaator}{=\!{{5 }}\!=}CO+3H_2\). Pärast mitmeid puhastamise ja eraldamise etappe saadakse puhas vesinik.

3. Tööstusliku gaasi tootmise kvaliteedikontroll
- Kvaliteedikontroll on tööstusliku gaasi tootmise protsessis ülioluline. Esiteks tuleb toorainet rangelt testida, et veenduda tooraine puhtuse ja kvaliteedi vastavuses nõuetele. Näiteks õhu eraldamisel hapniku ja lämmastiku tootmiseks, kui õhus on liiga palju lisandeid, mõjutab see lõpptoote puhtust.
- Tootmisprotsessis tuleb reaktsioonitingimusi täpselt kontrollida. Näiteks kui vesinikku toodetakse keemiliste meetoditega, tuleb reaktsiooni tõhususe ja toote puhtuse tagamiseks täpselt kontrollida selliseid tegureid nagu temperatuur, rõhk ja katalüsaatorite kasutamine. Samal ajal tuleb ka tootmisseadmeid regulaarselt hooldada ja kontrollida, et vältida seadmete vananemist, lekkeid ja muid probleeme, mis mõjutavad gaasi kvaliteeti. Pärast toote valmistamist on vaja ranget kvaliteedikontrolli. Katseobjektid hõlmavad gaasi puhtust, lisandite sisaldust jne. Müügiks ja kasutamiseks võivad turule tulla ainult kvaliteedistandarditele vastavad tööstusgaasid.