El aire de la atmósfera de la Tierra se compone de nitrógeno (78 por ciento), oxígeno (21 por ciento), argón (0,93 por ciento). por ciento), dióxido de carbono (0.038 por ciento) y otros gases traza, incluido el vapor de agua y otros gases nobles gases. Los científicos pueden extraer trazas de gases 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, deben enfriarse. el aire significativamente más, hasta -200 ° C (-328 ° F), que es casi tan frío como la superficie de Plutón. El proceso se conoce como destilación fraccionada de aire líquido o destilación criogénica. Requiere una unidad de separación de aire que no es 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 que se transforma de líquido a gas. Si tiene una muestra aleatoria de gases, puede separarlos enfriando gradualmente la muestra hasta que cada gas componente se licúe. El compuesto licuado cae al fondo de un recipiente colector. Una vez que se ha recuperado todo el líquido, el enfriamiento continúa hasta que la temperatura desciende al punto de ebullición del siguiente compuesto y se licua. Algunos compuestos, como el dióxido de carbono, nunca se licúan. 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 llama 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 depositan cuando la temperatura alcanza cada uno de sus puntos de sublimación o ebullición. La sublimación describe el cambio de estado directamente de un sólido a un gas.
Cuando la temperatura alcanza -200 ° C, la mezcla licuada se alimenta a través de un tubo a un recipiente que está ligeramente más caliente en la parte inferior (-185 ° C) que en la parte superior (-190 ° C). El oxígeno se licua a -183 ° C, por lo que sale del matraz a través de un tubo en el fondo. Sin embargo, el nitrógeno vuelve a convertirse en gas porque su punto de ebullición es de -196 ° C. Fluye 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 membranas utiliza un sistema de membranas de fibra hueca semipermeables que permiten el paso de moléculas más pequeñas en una muestra de aire comprimido mientras bloquean las más grandes. Este tipo de sistema puede generar nitrógeno con una pureza entre el 95 y el 99,5 por ciento. En otro tipo de método de extracción, el aire comprimido se cicla a 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 el 95 y el 99,9995 por ciento.