Udara di atmosfer bumi terdiri dari nitrogen (78 persen), oksigen (21 persen), argon (0,93 .). persen), karbon dioksida (0,038 persen) dan jejak gas lainnya, termasuk uap air dan unsur mulia lainnya gas. Para ilmuwan dapat mengekstrak jejak gas dari udara dengan menggunakan filter atau mendinginkan udara. Misalnya, karbon dioksida berubah menjadi padatan pada at79 °C ( 110 °F). Untuk memisahkan sampel udara menjadi komponen utamanya – nitrogen dan oksigen – mereka harus didinginkan udara secara signifikan lebih, turun ke 200 °C (−328 °F), yang hampir sedingin permukaan Pluto. Proses ini dikenal sebagai distilasi fraksional udara cair atau distilasi kriogenik. Hal ini membutuhkan unit pemisahan udara yang tidak seperti tabung distilasi konvensional yang digunakan untuk memurnikan air.
Cara Kerja Pemisahan Gas dengan Distilasi Fraksional
Setiap gas memiliki titik didih yang khas, yang didefinisikan sebagai suhu di mana ia berubah dari cair menjadi gas. Jika Anda memiliki sampel gas secara acak, Anda dapat memisahkannya dengan mendinginkan sampel secara bertahap hingga setiap komponen gas mencair. Senyawa cair jatuh ke dasar bejana pengumpul. Setelah semua cairan diambil, pendinginan berlanjut sampai suhu turun ke titik didih senyawa berikutnya dan mencair. Beberapa senyawa, seperti karbon dioksida, tidak pernah mencair. Sebaliknya, mereka berubah langsung menjadi padatan, yang lebih mudah diambil daripada cairan.
Distilasi Fraksi Udara Cair
Unit pemisahan udara sering disebut generator oksigen atau nitrogen, karena tujuannya adalah untuk mengekstrak satu atau kedua elemen ini dari udara. Dalam proses distilasi, udara terlebih dahulu dilewatkan melalui filter yang menyerap semua uap air. Kemudian proses pendinginan dimulai. Ini melibatkan penggunaan turbin dan sistem pendingin berenergi tinggi. Karbon dioksida dan jejak gas lainnya mengendap ketika suhu mencapai masing-masing sublimasi atau titik didihnya. Sublimasi menggambarkan perubahan wujud langsung dari padat ke gas.
Ketika suhu mencapai 200 °C, campuran cair diumpankan melalui tabung ke dalam bejana yang sedikit lebih hangat di bagian bawah (−185 °C) daripada di bagian atas (−190 °C). Oksigen mencair pada -183 °C, sehingga mengalir keluar dari labu melalui tabung di bagian bawah. Namun, nitrogen kembali menjadi gas, karena titik didihnya -196 °C. Ini mengalir keluar melalui tabung yang terhubung ke bagian atas labu.
Jenis Unit Pemisahan Udara Lainnya
Pemisahan gas dengan distilasi fraksional bukan satu-satunya cara untuk menghasilkan oksigen atau nitrogen dari udara. Sebuah generator membran menggunakan sistem semipermeabel, membran serat berongga yang memungkinkan molekul yang lebih kecil dalam sampel udara terkompresi lewat sementara menghalangi yang lebih besar. Jenis sistem ini dapat menghasilkan nitrogen dengan kemurnian antara 95 dan 99,5 persen. Dalam metode ekstraksi jenis lain, udara terkompresi didaur ulang di bawah tekanan melalui saringan molekul karbon yang menahan oksigen dan menghilangkannya dari udara. Nitrogen yang tersisa dapat memiliki kemurnian antara 95 dan 99,9995 persen.