Fracționarea aerului

Coloana de distilare utilizată pentru separarea aerului.

Fracționarea aerului este procesul prin care aerul este împărțit în componentele sale. De obicei se realizează în coloane de distilare ( rectificare a aerului ) plasate în aval de instalațiile de lichefiere a aerului, cum ar fi „ ciclul Linde ”, pe baza efectului Joule-Thomson ^[1] și ciclul Claude .

Cu toate acestea, există și metode necriogene, bazate pe utilizarea membranelor sau a materialelor pentru absorbția unuia sau mai multor componente. Aceste metode, care sunt disponibile pe piață de la începutul anilor 1980 , sunt încă relativ rare.

Fracționarea aerului este utilizată pentru a obține azot pur ^[2] și oxigen în scopuri industriale de obicei.

Plantă de fracționare

Instalația utilizată în prezent constă din două coloane de distilare cu presiune internă diferită; una dintre cele două este la presiune atmosferică , cealaltă de obicei în jur de 4-5 atmosfere . Din punct de vedere istoric, au fost utilizate și coloane simple și diferite coloane duble. O altă coloană a fost utilizată pentru procesul Claude : coloana Claude .

Coloana de înaltă presiune

Aerul gazos comprimat (la aproximativ 200 atm) trece în boiler și este extins și trimis în prima coloană (la o presiune mai mare, aproximativ 5 atm). Aerul constituie fluidul de încălzire al cazanului. În timpul expansiunii există răcire și lichefiere parțială.

Coloana efectuează o primă distilare a aerului în cei doi constituenți principali ai săi; partea inferioară colectează 40% oxigen și 60% azot, 98% azot colectează în partea de sus.

Condensarea azotului din cap se realizează prin amestecul de oxigen și azot produs la baza coloanei și extins la presiunea atmosferică. Amestecul este la o temperatură mai scăzută decât azotul. 40% oxigen lichid este, de asemenea, trimis în a doua coloană, dar pe o placă intermediară. O parte din azotul lichid pur produs este utilizat ca fluid frigorific în a doua coloană.

Coloana la presiune atmosferică

A doua coloană operează o distilare mai aprofundată, obținând azot foarte pur în partea de sus și 95% oxigen lichid în partea de jos.

Cele două coloane sunt plasate în mod tradițional unul peste celălalt, cu toate acestea, în sistemele moderne, este, de asemenea, posibil să le separați și să folosiți pompe pentru a trimite oxigen lichid în capul coloanei la presiune ridicată.

Instalații istorice

Coloana Claude

Coloana Claude a fost utilizată în procesul Claude înainte de introducerea coloanei duble și s-a bazat pe principiul revenirii înapoi (în franceză retour en arrière ), a dat o separare mai rea și procesul a fost mai puțin controlabil. Aerul a fost extins și parțial lichefiat într-un recipient, fracțiunea gazoasă a trecut în tuburi scufundate în oxigen lichid. Oxigenul s-a condensat mai întâi și a căzut din nou în recipient, azotul condensat ajungând ulterior în alți colectoare. Fracția inițial lichefiată de aer a fost trimisă către o coloană de rectificare plasată deasupra sistemului. În coadă a ieșit oxigen care alimenta sistemul de răcire și în azot în cap.

Notă

Bibliografie

( RO ) JG Aston, WE Lobo, Brymer Williams, Fracționarea aerului lichid , în Ind. Ing. Chem. , vol. 39, nr. 6, iunie 1947, pp. 718–731, DOI : 10.1021 / ie50450a007 .
Italo Pasquon, Lecții de chimie industrială Cartea I Aer lichid, azot, oxigen (argon) , Milano, Tamburini Editore, 1965.
Paolo Silvestroni, Fundamentele chimiei , Roma, Veschi Editore.