Номер 11, страница 307 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 43. Азот - номер 11, страница 307.

Условие.

11. В промышленности азот получают из атмосферного воздуха мембранным, адсорбционным и криогенным способами. Первыми двумя способами получают газообразный азот, а криогенным способом — жидкий азот. Какой из способов, по вашему мнению, наиболее экономически выгоден?

Решение.

Решение 2.

Выбор наиболее экономически выгодного способа получения азота зависит от конкретных потребностей производства: требуемого объема, чистоты продукта и его агрегатного состояния (газ или жидкость). Не существует одного универсально самого выгодного способа, так как каждый из них имеет свою область оптимального применения.

Криогенный способ
Этот метод основан на сжижении воздуха и его последующем разделении на компоненты путем ректификации, используя разницу в температурах кипения азота ($-195.8$ °C) и кислорода ($-183$ °C).
Экономическая целесообразность: Данный способ является наиболее выгодным для крупномасштабных производств, где требуются очень большие объемы азота (тысячи кубометров в час) и/или продукт очень высокой чистоты (до 99,9999%). Также это единственный из трех способов, который напрямую производит жидкий азот, удобный для хранения и транспортировки на большие расстояния. Несмотря на очень высокие капитальные затраты на строительство установки и ее энергоемкость, себестоимость единицы продукции при больших объемах оказывается самой низкой.

Адсорбционный способ
В основе этого метода (чаще всего используется технология короткоцикловой безнагревной адсорбции, КЦА) лежит свойство некоторых материалов (адсорбентов, например, углеродных молекулярных сит) под давлением избирательно поглощать молекулы кислорода, в то время как молекулы азота проходят через слой адсорбента.
Экономическая целесообразность: Этот способ оптимален для предприятий со средним уровнем потребления газообразного азота чистотой до 99,999%. Капитальные и эксплуатационные затраты значительно ниже, чем у криогенных установок. Адсорбционные генераторы азота позволяют производить газ непосредственно на месте потребления, что исключает логистические расходы и зависимость от поставщиков жидкого азота.

Мембранный способ
Здесь разделение воздуха происходит в мембранном модуле, состоящем из полых волокон. Стенки волокон проницаемы для газов, но с разной скоростью: кислород, углекислый газ и водяные пары проникают через мембрану быстро, а азот — медленно, что позволяет отделить его от остальных компонентов.
Экономическая целесообразность: Это, как правило, наиболее дешевый способ получения газообразного азота для небольших и средних объемов потребления, когда не требуется высокая чистота продукта (обычно от 95% до 99,5%). Мембранные установки очень компактны, надежны, просты в эксплуатации, требуют минимального технического обслуживания и имеют самые низкие капитальные затраты.

Ответ: Наиболее экономически выгодный способ зависит от конкретных задач: для получения больших объемов жидкого или высокочистого азота — криогенный; для получения газообразного азота высокой чистоты при среднем потреблении — адсорбционный; для получения газообразного азота невысокой чистоты при небольшом потреблении — мембранный.