空气怎样分离成氧气和氮气_生活广记

空气的主要成分是氮气（占78%）和氧气（占21%），因此，可以说空气是制备氮气和氧气取之不尽的源泉。氮气主要用于合成氨、金属热处理的保护气氛、化工生产中的惰性保护气（开停车时吹扫管线、易氧化物质的氮封、压料）、粮食贮存、水果保鲜和电子工业等。氧气主要用于冶金、助燃气、医疗、废水处理和化学工业中的氧化剂等。如何廉价地分离空气制取氧气和氮气，这是化工工作者长期潜心研究解决的问题。
工业上分离空气的传统方法是采用深冷分离法，即将空气冷却到-150℃以下，再用低温精馏的方法实现分离。该法可以同进得到氮气和氧气，还可以得到液氮和液氧。但是，低温精馏法存在能耗高、流程长、启动过程长、设备维护要求高等缺点，因此近十几年来受到了变压吸附法和膜分离法等新兴分离方法的严峻挑战。
变压吸附法
变压吸附法分离空气的机理有两种。一种是利用5A沸石分子筛的选择吸附特性，即5A沸石分子筛对氮气的平衡吸附量大于对氧气的平衡吸附量，这样当空气通过沸石床层时氮气就被吸附，流出氧气作为产品。当沸石吸附氮气饱和后，停止通入空气，并把床层抽成真空，抽出的氮气作为产品。另一种是利用碳分子筛的运态吸附特性，即碳分子筛对氧气和氮气的平衡吸附量相差不大，但由于氧气的分子尺寸(2.8×3.9)比氮气的分子尺寸(3.0×4.1)?。?因而氧气在碳分子筛中的扩散速度快，吸附量也大，于是氧气在碳分子筛中的扩散速度快，吸附量也大，于是氧气被吸附，流出氮气作为产品。隔一段时间后，停止通入空气，把床层抽真空使碳分子筛再生。该法通常是在吸附阶段为0.1～0.5×106Pa、解吸阶段为常压或真空及常温的条件下进行的，在工业上很容易实现。
用变压吸附法分离空气可以得到富氧空气和99.9%的纯氮气，耗电量均小于1.0kwh/m3 。目前，世界上用5A沸石分了筛制氧以日本最为成熟，氧浓度可达96%，耗电量仅为0.4kwh/m3 。
总之，用变压吸附法分离空气具有能耗低、流程短、开停车时间短、自动控制、产品浓度可调等等优点，可望有较大的发展。
膜分离法
膜法分离空气利用的是渗透原理，即氧气和氮气在非多孔高分子膜内的扩散速率不同。当氧气和氮气吸附在高分子膜表面时，由于膜两侧存在着浓度梯度，使气体扩散并通过高分子膜，接着在膜的另一侧解吸。因为氧气分子的体积小于氮气分子，因而氧气在高分子膜内的扩散速率大于氮气，这样，当空气通入膜的一侧时，在另一侧就可以得到富氧空气，同一侧得到氮气。
用膜法分离空气可以连续得到氮气和富氧空气。目前的高分子膜对氧、氮分离的选择性系数只有3.5左右，渗透系数也较小。分离得到的产品氮气浓度为95～99%，氧气浓度仅为30～40% 。膜法分离空气一般是在常温和压力为0.1～0.5×106Pa的条件下操作的。
由于变压吸附法和膜法的崛起，中小规模的深冷空分装置已开始让出一部分市场。目前，变压吸附法和膜法的主要缺点是产品浓度不够高、回收率较低，这要通过改进吸附剂和高分子膜来克服。
1、加热高锰酸钾
高锰酸钾热分解的方程式存在争议，因为其在不同温度条件下的分解产物会有差异
中学阶段反应方程式
2KMnO? == K?MnO? + MnO? + O?↑? （加热）
2、氯酸钾分解
制得的氧气中含有少量Cl?、O?和微量ClO?；该反应实际上是放热反应，而不是吸热反应，发生上述1mol反应，放热108kJ
2KClO? == 2KCl + 3O?↑ ? （MnO?催化加热）
3、双氧水分解
过氧化氢溶液催化分解（催化剂主要为二氧化锰，三氧化二铁、氧化铜也可）。
2H?O?== 2H?O + O?↑? （MnO?催化）
扩展资料：
工业制法
1、分离液态空气法
在低温条件下加压，使空气转变为液态，然后蒸发，由于液态氮的沸点是‐196℃ ，比液态氧的沸点（‐183℃）低，因此氮气首先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要是液态氧。空气中的主要成分是氧气和氮气。
利用氧气和氮气的沸点不同，从空气中制备氧气称空气分离法。首先把空气预冷、净化（去除空气中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氢化合物等气体和灰尘等杂质）、然后进行压缩、冷却，使之成为液态空气。
然后，利用氧和氮的沸点的不同，在精馏塔中把液态空气多次蒸发和冷凝，将氧气和氮气分离开来，得到纯氧（可以达到99.6%的纯度）和纯氮（可以达到99.9%的纯度）。如果增加一些附加装置，还可以提取出氩、氖、氦、氪、氙等在空气中含量极少的稀有惰性气体。
由空气分离装置产出的氧气，经过压缩机的压缩，最后将压缩氧气装入高压钢瓶贮存，或通过管道直接输送到工厂、车间使用。
使用这种方法生产氧气，虽然需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，但是产量高，每小时可以产出数千、万立方米的氧气，而且所耗用的原料仅仅是不用买、不用运、不用仓库储存的空气，所以从1903年研制出第一台深冷空分制氧机以来，这种制氧方法一直得到最广泛的应用。
2、膜分离技术
膜分离技术得到迅速发展。利用这种技术，在一定压力下，让空气通过具有富集氧气功能的薄膜，可得到含氧量较高的富氧空气。利用这种膜进行多级分离，可以得到百分之九十以上氧气的富氧空气。
3、分子筛制氧法（吸附法）
利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子筛把空气中的氧离分出来。
首先，用压缩机迫使干燥的空气通过分子筛进入抽成真空的吸附器中，空气中的氮分子即被分子筛所吸附，氧气进入吸附器内，当吸附器内氧气达到一定量（压力达到一定程度）时，即可打开出氧阀门放出氧气。
经过一段时间，分子筛吸附的氮逐渐增多，吸附能力减弱，产出的氧气纯度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮，然后重复上述过程。这种制取氧的方法亦称吸附法.利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来，便于家庭使用。
4、电解制氧法
把水放入电解槽中，加入氢氧化钠或氢氧化钾以提高水的电解度，然后通入直流电，水就分解为氧气和氢气。每制取一立方米氧，同时获得两立方米氢。
用电解法制取一立方米氧要耗电12～15千瓦小时，与上述两种方法的耗电量（0.55～0.60千瓦小时）相比，是很不经济的。所以，电解法不适用于大量制氧。
另外同时产生的氢气如果没有妥善的方法收集，在空气中聚集起来，如与氧气混合，容易发生极其剧烈的爆炸。所以，电解法也不适用家庭制氧的方法。
【空气怎样分离成氧气和氮气】
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