el aire en la atmósfera terrestre está compuesto por nitrógeno (78 por ciento), oxígeno (21 por ciento), argón (0,93 por ciento), dióxido de carbono (0,038 por ciento) y otros gases traza, incluido el vapor de agua y otros gases nobles. Los científicos pueden extraer gases traza del aire utilizando filtros o enfriando el aire. por ejemplo, el dióxido de carbono se convierte en un sólido a −79 ° c (−110 ° f). para separar una muestra de aire en sus componentes principales, nitrógeno y oxígeno, tienen que enfriar el aire significativamente más, hasta −200 ° C (−328 ° F), que es casi tan frío como la superficie de Plutón. El proceso se conoce como la destilación fraccionada de aire líquido o destilación criogénica. requiere una unidad de separación de aire que no sea diferente a un tubo de destilación convencional utilizado para purificar agua.
Cómo funciona la separación de gases por destilación fraccionada.
Cada gas tiene un punto de ebullición característico, definido como la temperatura a la cual se transforma de un líquido en un gas. Si tiene una muestra aleatoria de gases, puede separarlos enfriando gradualmente la muestra hasta que cada gas componente se licue. el compuesto licuado cae al fondo de un recipiente de recolección. Después de que se haya recuperado todo el líquido, el enfriamiento continúa hasta que la temperatura desciende hasta el punto de ebullición del siguiente compuesto y se licúa. Algunos compuestos, como el dióxido de carbono, nunca se licuan. en cambio, se convierten directamente en sólidos, que son más fáciles de recuperar que los líquidos.
La destilación fraccionada de aire líquido.
Una unidad de separación de aire a menudo se denomina generador de oxígeno o nitrógeno, ya que su propósito es extraer uno o ambos de estos elementos del aire. En el proceso de destilación, el aire pasa primero a través de un filtro que absorbe todo el vapor de agua. entonces comienza el proceso de enfriamiento. Implica el uso de turbinas y sistemas de refrigeración de alta energía. El dióxido de carbono y otros gases traza se asientan cuando la temperatura alcanza cada uno de sus puntos de sublimación o de ebullición. La sublimación describe el cambio de estado directamente de un sólido a un gas.
cuando la temperatura alcanza los -200 ° C, la mezcla licuada se alimenta a través de un tubo a un recipiente que es ligeramente más cálido en la parte inferior (-185 ° C) que en la parte superior (-190 ° C). El oxígeno se licúa a -183 ° C, por lo que fluye fuera del matraz a través de un tubo en la parte inferior. Sin embargo, el nitrógeno se convierte de nuevo en gas porque su punto de ebullición es de -196 ° C. sale a través de un tubo conectado a la parte superior del matraz.
Otros tipos de unidades de separación de aire.
La separación de gases por destilación fraccionada no es la única forma de generar oxígeno o nitrógeno a partir del aire. un generador de membrana utiliza un sistema de membranas semipermeables de fibra hueca que permite que las moléculas más pequeñas en una muestra de aire comprimido pasen mientras bloquea las más grandes. Este tipo de sistema puede generar nitrógeno con una pureza entre 95 y 99.5 por ciento. en otro tipo de método de extracción, el aire comprimido se cicla bajo presión a través de un tamiz molecular de carbono que retiene el oxígeno y lo elimina del aire. El nitrógeno que queda puede tener una pureza entre 95 y 99.9995 por ciento.