O que é a destilação fracionada do ar?

O ar na atmosfera da Terra consiste em nitrogênio (78 por cento), oxigênio (21 por cento), argônio (0,93 por cento), dióxido de carbono (0,038 por cento) e outros gases residuais, incluindo vapor de água e outros gases nobres gases. Os cientistas podem extrair gases residuais do ar usando filtros ou resfriando o ar. Por exemplo, o dióxido de carbono se transforma em um sólido a −79 ° C (−110 ° F). Para separar uma amostra de ar em seus componentes primários - nitrogênio e oxigênio - eles precisam resfriar o ar significativamente mais, até −200 ° C (−328 ° F), que é quase tão frio quanto a superfície do Plutão. O processo é conhecido como destilação fracionada de ar líquido ou destilação criogênica. Requer uma unidade de separação de ar que não é diferente de um tubo de destilação convencional usado para purificar a água.

Cada gás tem um ponto de ebulição característico, definido como a temperatura na qual ele se transforma de líquido em gás. Se você tiver uma amostra aleatória de gases, pode separá-los resfriando gradualmente a amostra até que cada gás componente se liquefaça. O composto liquefeito cai no fundo de um recipiente de coleta. Depois que todo o líquido foi recuperado, o resfriamento continua até que a temperatura caia até o ponto de ebulição do próximo composto e ele se liquide. Alguns compostos, como o dióxido de carbono, nunca se liquidificam. Em vez disso, eles se transformam diretamente em sólidos, que são mais fáceis de recuperar do que líquidos.

Uma unidade de separação de ar é freqüentemente chamada de gerador de oxigênio ou nitrogênio, pois sua finalidade é extrair um ou ambos os elementos do ar. No processo de destilação, o ar passa primeiro por um filtro que absorve todo o vapor d'água. Em seguida, o processo de resfriamento começa. Envolve o uso de turbinas e sistemas de refrigeração de alta energia. O dióxido de carbono e outros gases residuais se instalam quando a temperatura atinge cada um de seus pontos de sublimação ou ebulição. A sublimação descreve a mudança de estado diretamente de um sólido para um gás.

Quando a temperatura atinge −200 ° C, a mistura liquefeita é alimentada através de um tubo em um recipiente que é ligeiramente mais quente no fundo (−185 ° C) do que no topo (−190 ° C). O oxigênio se liquefaz a -183 ° C, então flui para fora do frasco através de um tubo no fundo. O nitrogênio volta a ser um gás, entretanto, porque seu ponto de ebulição é −196 ° C. Ele flui por um tubo conectado ao topo do frasco.

A separação de gases por destilação fracionada não é a única maneira de gerar oxigênio ou nitrogênio do ar. Um gerador de membrana usa um sistema de membranas de fibra oca semipermeáveis ​​que permitem que moléculas menores em uma amostra de ar comprimido passem enquanto bloqueiam as maiores. Este tipo de sistema pode gerar nitrogênio com pureza entre 95 e 99,5 por cento. Em outro tipo de método de extração, o ar comprimido é submetido a ciclos sob pressão através de uma peneira molecular de carbono que retém o oxigênio e o remove do ar. O nitrogênio restante pode ter uma pureza entre 95 e 99,9995 por cento.