Кисень

кисень (При нормальних умовах) - безбарвний газ без смаку і запаху, активно підтримує процес горіння. Трохи важче повітря, його щільність при 0 ° С і тиску 760 мм рт. ст. становить 1,43 кг / м3. Мало розчинний у воді і спирті.

При охолодженні до -183 ° С і тиску 760 мм рт. ст. кисень перетворюється в блідо-блакитну рідину без запаху, а при -218,8 ° С - замерзає.

Кисень найбільш поширений на Землі. У земній корі (близько 47 по масі) існує у зв`язаному вигляді, в атмосфері (близько 23 по масі) - у вільному.

Основні способи отримання кисню:

• з повітря шляхом його очищення від механічних домішок, вологи і вуглекислоти, стиснення в компресорах, охолодження до скраплення і подальшого поділу на кисень і азот при повільному підвищенні температури: азот, який має меншу температуру кипіння, випаровується і відводиться в навколишнє середовище, а кисень накопичується в рідкому вигляді (кріогенна ректифікація);
• електролізом дистильованої води, що протікає через формальну реакції:
  2H2O → O2uarr- + 2H2uarr-;
  оскільки чиста вода практично не проводить струм, в неї додаються електроліти, наприклад, KOH або NaOH;
• в лабораторних умовах - каталітичне розкладання пероксиду водню H2O2, розкладання нагріванням оксидів важких металів (наприклад, оксиду ртуті HgO), перманганату калію KMnO4, хлората калію KClO3 і ін.

Кисень газоподібний технічний, згідно ГОСТ 5583-78, випускається двох сортів: першого і другого. Балон з киснем забарвлений в блакитний колір, з написом «Кисень» чорного кольору (ПБ 10-115-96, ГОСТ 949-73). Номінальний тиск газоподібного кисню в балоні і реципієнти при 20 ° С (ГОСТ 5583-78) становить 150 кгс / см2 (14,7 МПа) або 200 кгс / см2 (19,6 МПа).

Таблиця. Характеристики марок газоподібного технічного кисню (ГОСТ 5583-78)

Таблиця. Допустимий тиск кисню в балонах в залежності від температури (при номінальному тиску 150 кгс / см2 / 20 ° С)

Для розрахунку обсягу газоподібного кисню в балоні в м3 при нормальних умовах використовують формулу (ГОСТ 5583-78):

Таблиця. Деякі значення коефіцієнта K1 для розрахунку обсягу газоподібного кисню при нормальних умовах

Таким чином, в новому балоні (150 кгс / см2 при 20 ° С) об`ємом 40 л міститься 6,24 м3 кисню при нормальних умовах.

Кисень рідкий технічний, згідно ГОСТ 6331-78, також випускається першого і другого сортів. Він зберігається і перевозиться в судинах Дьюара, а також в інших кріогенних резервуарах (танках).

Таблиця. Характеристики марок рідкого технічного кисню (ГОСТ 6331-78)

Судини Дьюара бувають кульові або циліндричні. Внутрішній і зовнішній корпус виготовляють зі сплаву алюмінію, трубку (горловину), на якій підвішений внутрішній посудину, - зі сталі Х18Н10Т, що має низький коефіцієнт теплопровідності. У міжстінному просторі зазвичай створюється вакуумно-порошкове теплоізоляція з технічного вакууму і суміші порошкоподібного аерогеля з бронзовою пудрою. Адсорбент охолоджується рідким киснем і поглинає залишкові гази міжстінній порожнини, створюючи в ній вакуум до тиску порядку 10-4-10-3 мм рт. ст.

При випаровуванні 1 л рідкого кисню утворюється близько 860 л газоподібного (при нормальному атмосферному тиску і температурі 20 ° С). При транспортуванні рідкого кисню маса тари, яка припадає на 1 кг кисню, в 10 і більше разів менше, ніж при транспортуванні газоподібного. При зберіганні, перевезенні та газифікації зрідженого газу неминучі втрати на його випаровування.

Небезпечні фактори і заходи безпеки

• кисень не токсичний, сам по собі не вибухонебезпечний і не горючий, однак є сильним окислювачем і активно підтримує горіння різних матеріалів, особливо органічних і інших горючих речовин-тому для роботи в зіткненні з киснем повинні застосовуватися тільки дозволені для цього матеріали;
• при контакті стисненого кисню під тиском понад 30 кгс / см2 з жирами і маслами відбувається їх миттєве окислення, що супроводжується виділенням теплоти, що може привести до їх займання, а при певних умовах - до взриву- в зв`язку з цим при роботі з киснем необхідно стежити, щоб балони, обладнання та одяг персоналу не мали слідів жирів і масел;
• такі речовини як дерево, вугілля, папір, асфальт та ін., просочені рідким киснем, здатні детонувати;
• щоб уникнути пожеж вміст кисню в повітрі робочих приміщень не повинно бути більше 23 по об`ему- приміщення, в яких можливе перевищення об`ємної частки кисню, повинні оснащуватися витяжною вентиляцією і засобами контролю повітря-в таких приміщеннях необхідно обмежувати перебування людей і виключати присутність легкозаймистих речовин;
• після знаходження в середовищі з підвищеним вмістом кисню забороняється наближатися до вогню, курити, необхідно провітрити одяг протягом 30 хвилин;
• рідкий кисень вражає слизову оболонку очей, а при попаданні на шкіру викликає обмороження тканини-відбір проб скрапленого газу повинен проводитися в захисних окулярах і рукавицях;
• балони і трубопроводи, призначені для транспортування кисню, не можна використовувати для зберігання і транспортування інших газів-необхідно застосовувати заходи для запобігання забруднення балонів маслом, їх зіткнень, падінь, а також необхідний захист їх від нагрівання джерелами тепла і атмосферних опадів.

Застосування при зварюванні і різанні

Кисень - найважливіший газ для зварювання та різання. При спалюванні горючого газу в повітрі утворюється полум`я з температурою не більше 2000 ° C, а в технічно чистому кисні вона може перевищувати 2500-3000 ° C. Саме така температура полум`я практично придатна для зварювання багатьох металів.

При газополум`яної обробки зазвичай використовується кисень з об`ємним вмістом 99,2-99,5 і вище. Для невідповідальних видів газового зварювання, пайки, поверхневого гарту і інших способів нагріву газовим полум`ям може застосовуватися кисень чистотою 92-98.

Для зварювання і різання використовують кисень в газоподібному вигляді, що надходить від балона, газифікаційною установки (СГУ-1, СГУ-4, СГУ-7К, СГУ-8К, ГХ-0,75, ДХК-3 і ін.) Або автономної станції ( КГСН-150, К-0,15, К-0,4, К-0,5 і ін.). При значних обсягах споживання кисень безпечніше і економічно доцільніше зберігати і транспортувати в рідкому, а не газоподібному вигляді, незважаючи на неминучі втрати при випаровуванні скрапленого газу.

Перетворення рідкого кисню в газоподібний здійснюється в газифікаційних установках - насосних або безнасосной. Прикладом насосної установки може служити стаціонарна установка СГУ-1, призначена для газифікації непереохлажденного кисню і наповнення реципієнтів і балонів під тиском до 240 кгс / см2 (24 МПа).

Малюнок. Схема стаціонарної насосної газифікаційною установки СГУ-1

Поряд з процесами газополум`яноїобробки кисень також застосовується:

• в якості допоміжного газу при лазерного різання ряду матеріалів;
• при кисневого різання з підтримкою лазерним променем;
• в якості плазмообразующего газу при плазмовому різанні;
• при різанні списом;
• для добавки в невеликих кількостях до захисного газу (аргону, вуглекислого газу) при дугового зварювання деяких сталей, металів (в цілях підвищення продуктивності, запобігання пористості і т. п.).