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          沈陽氮氣

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          氮氣:純度分別為99.99%及高純99.999%,通常狀況下是一種無色無味的氣體,且通常無毒,而且一般氮氣比空氣密度小。

          氮氣,化學式為N?,為無色無味氣體。氮氣化學性質很不活潑,在高溫高壓壓及催化劑條件下才能和氫氣反應生成氨氣;在放電的情況下才能和氧氣化合生成一氧化氮;即使Ca、Mg、Sr和Ba等活潑金屬也只有在加熱的情形下才能與其反應。氮氣的這種高度化學穩定性與其分子結構有關。2個N原子以叁鍵結合成為氮氣分子,包含1個σ鍵和2個π鍵,因為在化學反應中首先受到攻擊的是π鍵,而在N?分子中π鍵的能級比σ鍵低,打開π鍵困難,因而使N?難以參與化學反應。

          氮氣制備方法如下:
          實驗室方法
          實驗室最常用的是亞硝酸銨的分解,實際上是將亞硝酸鈉飽和溶液慢慢加到熱的飽和氯化銨溶液中: 
          液態空氣分餾法
          氮氣主要是從大氣中分離或含氮化合物的分解制得的;每年通過液化空氣生產超過3,300萬噸的氮氣,然后使用分餾的方法在大氣中生產氮氣以及其他氣體。 
          深冷分離法
          深冷分離法又稱為低溫精餾法,利用空氣中氮氣與氧氣的沸點不一致來分離氧氣和氮氣。由于氮氣的沸點(-196℃) 低于氧氣(-183℃),在液態空氣的蒸發過程中,液氮比液氧更容易變成氣態,而在空氣液化過程中,氧氣比氮氣更容易變成液態。由于氮氣與氧氣的沸點相差不大,液態空氣與氣態空氣需經過反復多次的蒸發、冷凝、再蒸發過程(該過程稱為低溫精餾過程),最終在精留塔頂部氣相餾分中就可以過得較高高純度的氮氣,氮氣的純度取決于精餾塔的塔板級數和精餾效率。
          深冷分離法工藝已經歷了 100 多年的發展,先后經歷了高壓、高低壓、中壓和全低壓流程等多種不同的工藝流程。隨著現代空分工藝技術和設備的發展,高壓、高低壓、中壓空分流程已基本被淘汰,能耗更低、生產更安全的全低壓流程已成為大中型低溫空分裝置的首選。全低壓空分工藝根據氧氮產品壓縮環節不同,又分為外壓縮流程和內壓縮流程。全低壓外壓縮流程生產出低壓氧氣或氮氣,然后經外置的壓縮機將產品氣體壓縮至所需壓力供給用戶。全低壓內壓縮流程將精餾產生的液態氧或液態氮在冷箱內通過液體泵加壓至用戶所需壓力后汽化,并在主換熱器內復熱后供給用戶。主要工藝過程為原料空氣過濾、壓縮、冷卻、純化、增壓、膨脹、精餾、分離、復熱、外供。 
          膜分離法
          膜分離技術是基于薄膜對氣體組分具有選擇性滲透和擴散的特性,以達到氣體分離和純化的目的。氣體中各種組分透過膜的速度不同,每種組分透過膜的速度與該氣體的性質、膜的特性和膜兩面的分壓差有關。透過膜的氣體組分不可能達到 100%的純度。氣體分離膜通??煞譃槎嗫撞馁|和非多孔材質,它們無機物(多孔玻璃、陶瓷、金屬、電子導電性固體和鈀合金等)或有機高分子(微孔聚乙烯、多孔醋酸纖維、均質醋酸纖維、聚硅氧烷橡膠和聚碳酸脂)組成。
          凈化后的壓縮空氣經過緩沖罐,聯合過濾器后由膜組一端進入,氣體分子在壓力作用下首先在膜的高壓側接觸?;旌蠚怏w在膜的高壓側表面以不同的溶解度溶于膜內,然后在膜兩側壓力差的推動下,混合氣體的分子以不同的速度向膜的低壓側擴散。經過溶解和擴散兩個過程的選擇,最終混合氣體被分離成各個組分。例如:空氣、氧氣的透過速度大于氮氣,經過膜分離之后,高壓側留下的氣體富氮,而透過去的氣體富氧。
          變壓吸附法(PSA法)
          該方法是以壓縮空氣為原料,一般以分子篩為吸附劑,在一定的壓力下,利用空氣中氧氣和氮氣分子在不同分子篩表面吸附量的差異,在一定時間內氧在吸附相富集, 氮在氣體相富集,實現氧、氮分離;而卸壓后分子篩吸附劑解析再生,循環使用。 吸附劑除了分子篩之外,還可應用活性氧化鋁、硅膠等。 
          目前, 常用變壓吸附制氮裝置是以壓縮空氣為原料,碳分子篩為吸附劑,利用氧和氮在碳分子篩上的吸附容量、吸附速率、吸附力等方面的差異及分子篩對氧和氮隨壓力不同具有不同的吸附容量的特性來實現氧、氮分離。首先,空氣中的氧被碳分子篩優先吸附,從而在氣相中富集氮氣。為連續獲得氮氣,需兩個吸附塔交替工作。 
          相關反應
          合成氨反應
          工業上的氨氣是由氫氣和氮氣直接合成的:N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)(反應條件為高溫高壓、催化劑)。氨氣的合成是一個體積縮小的放熱反應,增大體系壓強和降低體系溫度對合成反應有利。
          分解反應
          實驗室中常用來制取氮氣的方法是加熱亞硝酸鈉和氯化銨的飽和溶液,具體反應為:NH4Cl+NaNO2=NH4NO2+NaCl,NH4NO2=N2↑+2H2O。
          燃燒反應
          氨氣在空氣中很難燃燒,但在純氧中可以燃燒生成氮氣:4NH3+3O2=2N2↑+6H2O。
          常溫下氮氣難以與氧氣反應,但在放電或者高溫的條件下,可以與氧氣反應:N2+O2=2NO。閃電能夠使空氣里的氮氣轉化為一氧化氮,是一種自然固氮。
          與活潑金屬反應
          氮氣在加熱條件下可以與金屬發生反應,以鎂為例:N2+Mg→Mg3N2(反應條件為加熱)。
          氮氣通常被稱為惰性氣體,用于某些惰性氣氛中以進行金屬處理,并用于燈泡中以防止產生電弧,但它不是化學惰性的。它是動植物生命中必不可少的元素,并且是許多有用化合物的組成部分。氮與許多金屬結合形成硬氮化物,可用作耐磨金屬。鋼中的少量氮會抑制高溫下的晶粒生長,并且還會提高某些鋼的強度。它也可用于在鋼上產生堅硬的表面。氮氣可用于制造氨,硝酸,硝酸鹽,氰化物等;在制造炸藥中;填充高溫溫度計,白熾燈泡;形成惰性材料以保存材料,用于干燥箱或手套袋中。食品冷凍過程中的液氮;在實驗室中作為冷卻劑。
          主要用途: 
          1.由于氮氣的化學惰性,常用作保護氣體,如:瓜果,食品,燈泡填充氣。以防止某些物體暴露于空氣時被氧所氧化。
          2.液氮還可用作深度冷凍劑,用于海鮮酒店冷藏生鮮及冰點制作中。
          3.液氮作為冷凍劑在醫院激光手術時常常也使用。
          4.高純氮氣用作色譜儀等儀器的載氣。
          5.氮氣跟高純氦氣、高純二氧化碳一起用作激光切割機的激光氣體。
          6.在化工行業,氮氣主要用作保護氣體、置換氣體、洗滌氣體、安全保障氣體。常用作鋁制品、鋁型材加工,鋁薄軋制等保護氣體及回流焊和波峰焊配套的保護氣體,以達到提高焊接質量等作用。
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