空气中各成分的用途

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空气中各成分的用途

25级9班薛笑然

一.概念

空气是构成地球周围大气的气体。无色,无味,主要成分是氮气和氧气,还有极少量的氡、氦、氖、氩、氪、氙等稀有气体和水蒸气、二氧化碳和尘埃等。

二.成分

氮气:78% 氧气:21% 稀有气体:% 二氧化碳:% 其他物质:%。

空气是多种气体的混合物。它的恒定组成部分为氧气、氮气、氩和氖等稀有气体,可变组成部分为二氧化碳和水蒸气,它们在空气中的含量随地球上的位置和温度不同在很小限度的范围内会微有变动。至于空气中的不定组成部分,则随不同地区变化而有不同,例如,靠近冶金工厂的地方会含有二氧化硫,靠近氯碱工厂的地方会含有氯等等。此外空气中还有微量的氢、臭氧、氧化二氮、甲烷以及或多或少的尘埃。

三.各成分的用途

Ⅰ氮气

1.化工合成

氮主要用于合成氨,反应式为N2+3H2=2NH3(条件为高压,高温、和催化剂。反应为可逆反应)还是合成纤维(锦纶、腈纶)、合成树脂、合成橡胶等的重要原料。氮是一种营养元素,还可以用来制作化肥,例如:碳酸氢铵NH4HCO3,氯化铵NH4Cl,硝酸铵NH4NO3等等。

2.汽车轮胎

a.提高轮胎行驶的稳定性和舒适性

氮气几乎为惰性的双原子气体,化学性质极不活泼,气体分子比氧分子大,不易热胀冷缩,变形幅度小,其渗透轮胎胎壁的速度比空气慢约30~40%,能保持稳定胎压,提高轮胎行驶的稳定性,保证驾驶的舒适性;氮气的音频传导性低,仅为普通空气的1/5,使用氮气能有效减少轮胎的噪音,提高行驶的宁静度。

b.防止爆胎和缺气碾行

汽车行驶时,轮胎温度会因与地面磨擦而升高,尤其在高速行驶及紧急刹车时,胎内气温急速上升,胎压骤增。或高温导致轮胎橡胶老化,疲劳强度下降,胎面磨损剧烈,导致爆胎。而与一般高压空气相比,高纯度氮气因为无氧且几乎不含水份不含油,其热膨胀系数低,热传导性低,升温慢,降低了轮胎聚热的速度,不可燃也不助燃等特性,所以可大大地减少爆胎的几率。

c.延长轮胎使用寿命

使用氮气后,胎压稳定体积变化小,大大降低了轮胎不规则磨擦的可能性,如冠磨、胎肩磨、偏磨,提高了轮胎的使用寿命;橡胶的老化是受空气中的氧分子氧化所致,老化后其强度及弹性下降,且会有龟裂现象,这时造成轮胎使用寿命缩短的原因之一。氮气分离装置能极大限度地排除空气中的氧气、硫、油、水和其它杂质,有效降低了轮胎内衬层的氧化程度和橡胶被腐蚀的现象,不会腐蚀金属轮辋,延长了轮胎的使用寿命,也极大程度减少轮辋生锈的状况。

d.减少油耗,保护环境

轮胎胎压的不足与受热后滚动阻力的增加,会造成汽车行驶时的油耗增加;而氮气除了可以维持稳定的胎压,延缓胎压降低之外,其干燥且不含油不含水,热传导性低,升温慢的特性,减低了

轮胎行走时温度的升高,以及轮胎变形小抓地力提高等,降低了滚动阻力,从而达到减少油耗的目的。

3.其他用途

由于氮的化学惰性,常用作保护气体,如瓜果,食品,灯泡填充气。以防止某些物体暴露于空气时被氧所氧化,用氮气填充粮仓,可使粮食不霉烂、不发芽,长期保存。液氮还可用作深度冷冻剂。高纯氮气用作色谱仪等仪器的载气。用作铜管的光亮退火保护气体。跟高纯氦气、高纯二氧化碳一起用作激光切割机的激光气体。氮气也作为食品保鲜保护气体的用途。在化工行业,氮气主要用作保护气体、置换气体、洗涤气体、安全保障气体。用作铝制品、铝型材加工,铝薄轧制等保护气体。用作浮法玻璃生产过程中的保护气体,防锡槽氧化。

Ⅱ氧气

1.冶炼工艺

在炼钢过程中吹以高纯度氧气,氧便和碳及磷、硫、硅等起氧化反应,这不但降低了钢的含碳量,还有利于清除磷、硫、硅等杂质。而且氧化过程中产生的热量足以维持炼钢过程所需的温度,因此,吹氧不但缩短了冶炼时间,同时提高了钢的质量。高炉炼铁时,提高鼓风中的氧浓度可以降焦比,提高产量。在有色金属冶炼中,采用富氧也可以缩短冶炼时间提高产量。

2.化学工业

在生产合成氨时,氧气主要用于原料气的氧化,以强化工艺过程,提高化肥产量。再例如,重油的高温裂化,以及煤粉的气化等。

3.国防工业

液氧是现代火箭最好的助燃剂,在超音速飞机中也需要液氧作氧化剂,可燃物质浸渍液氧后具有强烈的爆炸性,可制作液氧炸药。

4.医疗保健

供给呼吸:用于缺氧、低氧或无氧环境,例如:潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行、医疗抢救等时。

Ⅲ二氧化碳

1.气体肥料

一定范围内,二氧化碳的浓度越高,植物的光合作用也越强,因此二氧化碳是最好的气肥。美国科学家在新泽西州的一家农场里,利用二氧化碳对不同作物的不同生长期进行了大量的试验研究,他们发现二氧化碳在农作物的生长旺盛期和成熟期使用,效果最显着。在这两个时期中,如果每周喷射两次二氧化碳气体,喷上4~5次后,蔬菜可增产90%,水稻增产70%,大豆增产60%,高粱甚至可以增产200%。气肥发展前途很大,但目前科学家还难以确定每种作物究竟吸收多少二氧化碳后效果最好。

2.干冰(固态二氧化碳压缩)

a.清洁

干冰可清除余树脂、失效脱膜层、炭化膜剂、油污、打通排气孔,清洗后模具光亮如新。清洗主风机、气压机、烟机、汽轮机、鼓风机等设备及各式加热炉、反应器等结焦结炭的清除。清洗换热器上的聚氯乙烯树脂;清除压缩机、储罐、锅炉等各类压力容器上的油污、锈污、烃类及其表面污垢;清理反应釜、冷凝器;复杂机体除污等。可以成功去除烤箱中烘烤的残渣、胶状物质和油污

以及未烘烤前的生鲜制品混合物。有效清洁烤箱、混合搅拌设备、输送带、模制品、包装设备、炉架、炉盘、容器、辊轴、冷冻机内壁、饼干炉条等。清洗门皮、蓬顶、车厢、车底油污等无水渍,不会引致水污染核工业设备的清洗若采用水、喷砂或化学净化剂等传统清洗方法,水、喷砂或化学净化剂等介质同时也被放射性元素污染,处理被二次污染的这些介质需要时间和资金。而使用干冰清洗工艺,干冰颗粒直接喷射到被清洗物体,瞬间升华,不存在二次污染的问题,需要处理的仅仅是被清洗掉的有核污染的积垢等废料。

b.视觉效果

在葡萄酒、鸡尾酒或饮料中加入干冰,杯中烟雾缭绕,十分怡人。制作冰淇淋时加入干冰,冰淇淋不易融化。干冰特别适合外卖冰淇淋的冷藏。星级宾馆、酒楼制作的海鲜特色菜肴,在上桌时加入干冰,可以产生白色烟雾景观,提高宴会档次如制作龙虾刺身。广泛用于舞台、剧场、影视、婚庆、庆典、晚会效果等制作放烟,如国家剧院的部分节目就是用干冰来制作效果的。

c.冷藏

广泛用于龙虾、蟹、鱼翅等海产品冷冻冷藏。干冰不会化水,较水、冰冷藏更清洁、干净;低温冷冻医疗用途以及血浆、疫苗等特殊药品的低温运输;常用于电子低温材料,精密元器件的长短途运输。干冰用来作消防灭火,如部分低温灭火器。

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