Existem vários métodos e componentes usados ​​para separar o ar, cada um com seu próprio conjunto de propriedades. Aqui está um colapso de algumas técnicas comuns e seus componentes associados:

1. Destilação fracionária:

* componentes:
* coluna de fracionamento: Uma coluna alta com bandejas ou material de embalagem projetado para facilitar vários ciclos de condensação de vaporização. A coluna é mantida em um gradiente de temperatura, com a seção mais quente na parte inferior.
* condensador: Esfria o ar vaporizado, fazendo com que ele se condense em líquido.
* Propriedades:
* Diferenças de ponto de ebulição: O princípio principal é que diferentes gases no ar têm diferentes pontos de ebulição. O nitrogênio tem o ponto de ebulição mais baixo, seguido de oxigênio, depois argônio e assim por diante.
* Gradiente de temperatura: O gradiente de temperatura na coluna permite uma separação eficiente. À medida que o ar sobe pela coluna, os gases com pontos de ebulição mais baixos se condensam em níveis mais altos, enquanto aqueles com pontos de ebulição mais altos condensam mais abaixo.
* Área de superfície: O material de embalagem ou bandejas na coluna fornecem uma grande área de superfície para contato com vapor-líquido, aumentando a eficiência da separação.

2. Separação criogênica:

* componentes:
* Compressor: Comprime o ar, aumentando sua pressão e temperatura.
* Trocador de calor: Esfria o ar comprimido usando um refrigerante.
* Motor de expansão : Expande o ar resfriado, fazendo -o esfriar ainda mais.
* Propriedades:
* baixa temperatura: Este método utiliza temperaturas extremamente baixas (abaixo de -150 ° C) para liquefazer o ar.
* dependência de pressão e temperatura: A eficiência da separação é altamente dependente da pressão e temperatura do ar.
* Alto consumo de energia: A separação criogênica é intensiva em energia devido aos requisitos extremos de temperatura.

3. Separação da membrana:

* componentes:
* membrana: Uma barreira fina e seletivamente permeável que permite que certos gases passem enquanto outros são retidos.
* Diferencial de pressão: Uma diferença de pressão é mantida em toda a membrana, impulsionando o processo de permeação.
* Propriedades:
* Permeabilidade seletiva: As membranas são projetadas para favorecer a passagem de gases específicos como nitrogênio ou oxigênio.
* Permeabilidade e seletividade: A eficiência depende da permeabilidade (taxa de fluxo de gás) e seletividade (preferência por um gás sobre outro) da membrana.
* baixo consumo de energia: A separação da membrana geralmente é menos intensiva em energia em comparação com os métodos criogênicos.

4. Separação de adsorção:

* componentes:
* material adsorvente: Um material sólido (por exemplo, zeólitos, carbono ativado) com uma área superficial alta que se liga seletivamente a certos gases.
* Sistema de adsorção de giro de pressão (PSA): Um processo cíclico que envolve pressurizar o leito adsorvente a gases adsorvidos e depois se despressurizando para liberar os componentes adsorvidos.
* Propriedades:
* Adsorção seletiva: O material adsorvente adsornta preferencialmente gases específicos com base em seu tamanho molecular, polaridade e afinidade.
* Regeneração : O leito adsorvente precisa ser regenerado periodicamente por despressurismo e purga com um gás inerte.
* Consumo de energia moderada: Os sistemas de PSA normalmente requerem menos energia que a separação criogênica, mas mais que a separação da membrana.

Escolhendo a técnica correta:

A escolha do método de separação de ar depende de vários fatores:

* Escala de operação: As aplicações em pequena escala geralmente usam a separação da membrana, enquanto operações em larga escala podem empregar métodos de destilação criogênica ou fracionada.
* Requisitos de pureza: A pureza desejada dos gases separados influenciará a escolha do método.
* Considerações econômicas: O custo do equipamento, o consumo de energia e a manutenção são fatores cruciais.
* Impacto ambiental: Alguns métodos, como a separação criogênica, têm uma pegada de carbono mais alta devido aos seus requisitos de energia.

Compreender as propriedades de diferentes componentes e seu impacto na eficiência da separação é essencial para projetar e otimizar os sistemas de separação de ar.