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空気から酸素を分離する方法を教えてください。

A 回答 (3件)

タイトル通りの仕事をしています。


1.深冷分離法
2.膜分離法
3.吸着分離法
大きく分けて3つあります。2と3は空気から酸素以外の物質(窒素や二酸化炭素等)を吸着させる膜や吸着剤(ビーズ状のもの)を使用するものです。大容量や高純度の分離には不向きです。
一般的なのは1の深冷分離法です。
行程の流れを説明すると
(1)空気を濾過する(大気のチリを取り除く)
(2)空気をコンプレッサーで圧縮する
(3)炭酸ガス、水分を除去する(装置内で氷やドライアイスになってしまうため)
(4)熱交換機で液化点付近まで冷却する(-170℃くらい)
(5)分離装置内に導入、液化させる(液体空気になる)
 液化させるためには冷熱源が必要で膨張タービンを使用するのが一般 的。
(6)液体空気を分離装置内で分離(沸点の低い窒素はガスとなり沸点の高い酸素は液体酸素となって下の方に溜まる。イメージとしては原油を精製すると沸点の低いガソリンが蒸溜塔の上部から採取され段々に灯油、軽油、重油みたいな感じ)
(7)溜まった液体酸素をタンクに貯蔵
大ざっぱですがこんな感じです。実際の行程はもっと複雑です。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます!
すごく参考になって助かりました。

お礼日時:2007/04/23 13:48

工業的には深冷分離方法を使います。


空気中の酸素・窒素の沸点の違いを利用して分離する方法です。
http://www.jiga.gr.jp/gas/index02b.php
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この回答へのお礼

ありがとうございます!とても参考になりました。

お礼日時:2007/04/20 21:07

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%85%B8%E7%B4%A0% …

窒素吸着剤とか、酸素透過膜とかあるみたいですね。
人体は、選択的に酸素を取り込めるのに・・・・
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この回答へのお礼

回答ありがとうございました。参考になりました。

お礼日時:2007/04/20 21:09

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Q空気から酸素を分離する方法

空気から酸素を分離する方法を教えてください。
お願いします。

Aベストアンサー

深冷分離と活性炭を利用するのだと思います。

Q塩化ナトリウムとナフタレンの混合物の中からナフタレンを取り出す

はじめまして、お世話になります。

化学の問題集で
「塩化ナトリウムとナフタレンの混合物の中からナフタレンを取り出す」という問題で答えは「昇華」でした。

どういう化学物質の性質を考慮し「昇華」いう答えがでたのかがわかりません。

気化する温度の違いなら分留でも?と思ってしまったのですが…ナフタレンは有機化合物でしょうか?それなら塩化ナトリウムより沸点が低いので…ううう?

とにかく化学的知識の皆無な私でしてTT
よろしくお願い致します。

それとどういう性質の物質同士が混合している場合は分留で(ナフサの分留)昇華なのか教えて頂けると嬉しいです。

ナフサは有機同士…塩化とナフタレンは金属と有機だからかな?(違っ

Aベストアンサー

分留は「液体と液体の混合物を沸点の違いによって分ける」ときに使われる方法です。
例えば、メタノールの沸点は65℃、水の沸点は100℃ですから、この混合物を徐々に加熱して
いくと、65℃になったあたりでメタノールが留出してきます。
これを冷やして凝縮させると濃度の高いメタノールが得られます。
ナフサはガソリンの一種ですから、分留が適しています。

ご質問は両方とも固体ですから、分留は適用できません。
(ナフタレンの融点は81℃、沸点は217℃。塩化ナトリウムの融点は800℃、沸点は1440℃)

正解は「昇華」ということですか。
しかしこれもかなり根気の要ることですね。
ナフタレンは昇華するというのは常識ですが、その蒸気圧はかなり低いです。
http://www.uprise-system.co.jp/VaporPressureQ7.html#VQ75_C10H8

60℃になっても2.3mmHgの蒸気圧しかありません。
これは空気中に0.068%で平衡するということです。
かなり時間がかかるでしょう。
またロスを少なくするためには、冷却温度もかなり低くする必要があると思います。

参考URL:http://www.uprise-system.co.jp/VaporPressureQ7.html#VQ75_C10H8

分留は「液体と液体の混合物を沸点の違いによって分ける」ときに使われる方法です。
例えば、メタノールの沸点は65℃、水の沸点は100℃ですから、この混合物を徐々に加熱して
いくと、65℃になったあたりでメタノールが留出してきます。
これを冷やして凝縮させると濃度の高いメタノールが得られます。
ナフサはガソリンの一種ですから、分留が適しています。

ご質問は両方とも固体ですから、分留は適用できません。
(ナフタレンの融点は81℃、沸点は217℃。塩化ナトリウムの融点は800℃、沸点は1440℃)

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Q空気が成分で分離しないのはなぜ?

40代文系主婦です。中学生くらいからの疑問です。いつか誰かに聞こうと思って今日まで来ました。

空気はいろいろな成分(酸素や窒素など)でできていて、それぞれに重さがありますよね。

屋外では風などでかきまわされていますが、個室ではなぜ分離しないのでしょうか?

朝起きたら、部屋の酸素が下のほうにたまっていたなんてことはないですよね。それとも厳密には酸素濃度が濃い部分と薄い部分があるのでしょうか?

Aベストアンサー

■理系向けの回答

仮定1:空気は理想気体の状態方程式 PV=nRT に従う。
仮定2:高さ h における成分 i の単位物質量あたりの位置エネルギーは m[i]gh で与えられる。ただし、g は重力加速度、m[i]は成分 i のモル質量である。
仮定3:部屋は完全に密閉されていて、平衡状態にある。
仮定4:h ≪ RT/m[i]g

上の四つの仮定のもとで、高さ h における成分 i の分圧 P[i,h] は

 P[i,h] = P[i,0] exp(-m[i]gh/RT) ≒ P[i,0] (1 - m[i]gh/RT)

で与えられる。

高さ h における成分 i のモル分率は、分圧 P[i,h] と分圧の和 ΣP[j,h] から

 x[i,h] = P[i,h]/ΣP[j,h]

と求めることができるから、与式より

 x[i,h] = (P[i,0]/ΣP[j,0]) (1 - m[i]gh/RT)/(1-Σx[j,0]m[j]gh/RT)
     ≒ x[i,0] (1 + (Σx[j,0]m[j]-m[i])gh/RT)
     = x[i,0] (1 + (m[air,0]-m[i])gh/RT)

と計算できる。ただし、m[air,0] は高さ h=0 における空気のモル質量である。

上の式に

 m[air,0]=0.029kg/mol
 m[i]=m[O2]=0.032kg/mol
 g=9.8m/s2
 RT=2500J/mol

を代入すると、h ≪ RT/m[i]g ~ RT/m[air,0]g を満たす任意の h における酸素の平衡濃度が、基準点 h=0 における酸素の平衡濃度とどれくらい違うのかを計算する式が得られる。


■40代文系女子向けの回答

> 厳密には酸素濃度が濃い部分と薄い部分があるのでしょうか?

部屋を密閉して、壁の温度を一定に保って、それから気の遠くなるほど時間が経つと、理論上は、天井よりも床の方が酸素濃度が濃くなります。私の計算が間違っていなかったら、酸素濃度の違いは次の式で求められます。

 天井の酸素濃度=床の酸素濃度×(1-0.000012×床から天井までのメートル数)

例えば部屋の高さが3メートルだったなら床の酸素濃度は天井の酸素濃度よりも1.000036倍だけ大きくなることが、理論的には予想されます。

> 屋外では風などでかきまわされていますが、個室ではなぜ分離しないのでしょうか?

部屋の空気を一度かきまわして室内の酸素濃度を均一にしたとしましょう。いったん均一になったあとでは、どれだけ静かにして待ってもほとんど分離しません。最大でも1.000036倍です。

> 朝起きたら、部屋の酸素が下のほうにたまっていたなんてことはないですよね。

はい。ないです。最大でも1.000036倍しか大きくならない、ということは、昼間に部屋の酸素濃度が均一だったなら一晩で酸素が部屋の下のほうにたまることって事実上ありえない、ということです。かき混ぜたってかき混ぜなくたって下にはたまらないのですから、かき混ぜの有無は関係ない、と結論できます。

> 空気はいろいろな成分(酸素や窒素など)でできていて、それぞれに重さがありますよね。

はい。重い成分が下にたまる、という考えは間違いではないのですが、
 (1) 酸素や窒素の分子のひとつひとつはとても小さくて軽い
 (2) 空気中の分子が熱運動している
ために、濃度の差は測れないほど小さくなります。測れないほど小さい、ということは、重い成分でも下にはたまらない、ということです。


■もう少し詳しい回答

(1) 酸素や窒素の分子のひとつひとつはとても小さくて軽い、それならもっと重い二酸化炭素CO2ではどうなるか?

さほど変わりません。1.000036倍が1.0002倍くらいには変わりますけど。

(2) 空気中の分子が熱運動している、それなら空気が液化しそうなほど部屋の温度を下げたらどうなるか?

さほど変わりません。1.000036倍が1.0002倍くらいには変わりますけど。

(3) じゃあ、理科の時間に上方置換とか下方置換とか習ったけど、あれはなんだったの?

あれは、アンモニアとか塩化水素とかの発生させた気体が空気中に拡散していく速さ(気体が空気と混ざり合う速さ)よりも、もっと速い速度で発生した気体を捕集瓶に送り込んでいるので、瓶に気体を溜めることができます。空気中の酸素の場合とは違って、アンモニアとか塩化水素とかの気体がはじめはひとまとまりになっている、という点がポイントです。

(4) 洞窟や窪みなどに二酸化炭素が溜まるのはなぜ?

いったん空気と混じったあとの二酸化炭素は、(私の計算に間違いがなければ)下には溜まりません。二酸化炭素が低地に溜まるのは、先の下方置換の原理と同じで、どこかで発生した二酸化炭素が空気と混ざり合わずに低いところに流れ込んだためでしょう。

ちなみに#6さんの回答にある、HClとNH3の実験は良く知られた実験ですけども、この実験の結果を「分子の拡散」で説明してはいけない、ということも良く知られています。この実験もまた、気体がひとかたまりで動く例の一つです。
http://ci.nii.ac.jp/naid/110001824837

■理系向けの回答

仮定1:空気は理想気体の状態方程式 PV=nRT に従う。
仮定2:高さ h における成分 i の単位物質量あたりの位置エネルギーは m[i]gh で与えられる。ただし、g は重力加速度、m[i]は成分 i のモル質量である。
仮定3:部屋は完全に密閉されていて、平衡状態にある。
仮定4:h ≪ RT/m[i]g

上の四つの仮定のもとで、高さ h における成分 i の分圧 P[i,h] は

 P[i,h] = P[i,0] exp(-m[i]gh/RT) ≒ P[i,0] (1 - m[i]gh/RT)

で与えられる。

高さ h における成分 i のモル分率は、分圧 P[i,h] ...続きを読む


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