Contenu
- Comment fonctionne la séparation des gaz par distillation fractionnée
- La distillation fractionnée de l'air liquide
- Autres types d'unités de séparation d'air
L’air de la Terre contient de l’azote (78%), de l’oxygène (21%), de l’argon (0,93%), du dioxyde de carbone (0,038%) et d’autres gaz à l'état de traces, notamment de la vapeur d'eau et d'autres gaz rares. Les scientifiques peuvent extraire des traces de gaz de l’air en utilisant des filtres ou en refroidissant l’air. Par exemple, le dioxyde de carbone se transforme en solide à -79 ° C (-110 ° F). Pour séparer un échantillon d'air en ses composants principaux - azote et oxygène -, ils doivent refroidir l'air de manière beaucoup plus importante, jusqu'à -200 ° C (-328 ° F), ce qui est presque aussi froid que la surface de Pluton. Ce procédé est appelé distillation fractionnée d'air liquide ou distillation cryogénique. Il nécessite une unité de séparation de l'air qui ressemble à un tube de distillation classique utilisé pour purifier l'eau.
Comment fonctionne la séparation des gaz par distillation fractionnée
Chaque gaz a un point d'ébullition caractéristique, défini comme la température à laquelle il se transforme d'un liquide en un gaz. Si vous avez un échantillon aléatoire de gaz, vous pouvez les séparer en refroidissant progressivement l'échantillon jusqu'à ce que chaque composant gazeux se liquéfie. Le composé liquéfié tombe au fond d'un récipient de collecte. Une fois tout le liquide récupéré, le refroidissement se poursuit jusqu'à ce que la température atteigne le point d'ébullition du composé suivant et qu'il se liquéfie. Certains composés, tels que le dioxyde de carbone, ne se liquéfient jamais. Au lieu de cela, ils se transforment directement en solides, qui sont plus faciles à récupérer que les liquides.
La distillation fractionnée de l'air liquide
Une unité de séparation d'air est souvent appelée un générateur d'oxygène ou d'azote, car son but est d'extraire un ou les deux éléments de l'air. Dans le processus de distillation, l'air passe d'abord par un filtre qui absorbe toute la vapeur d'eau. Ensuite, le processus de refroidissement commence. Cela implique l'utilisation de turbines et de systèmes de réfrigération à haute énergie. Le dioxyde de carbone et d'autres traces de gaz se déposent lorsque la température atteint chacun de leurs points de sublimation ou d'ébullition. La sublimation décrit le changement d'état directement d'un solide à un gaz.
Lorsque la température atteint -200 ° C, le mélange liquéfié est introduit par un tube dans un récipient légèrement plus chaud au fond (-185 ° C) qu’au sommet (-190 ° C). L'oxygène se liquéfiant à -183 ° C, il sort du ballon par un tube situé au fond. L'azote redevient un gaz car son point d'ébullition est de -196 ° C. Il s'écoule par un tube connecté au sommet du ballon.
Autres types d'unités de séparation d'air
La séparation des gaz par distillation fractionnée n'est pas le seul moyen de générer de l'oxygène ou de l'azote à partir de l'air. Un générateur de membrane utilise un système de membranes semi-perméables à fibres creuses qui permettent le passage de molécules plus petites dans un échantillon d’air comprimé tout en bloquant les plus grosses. Ce type de système peut générer de l'azote d'une pureté comprise entre 95 et 99,5%. Dans un autre type de procédé d'extraction, l'air comprimé est soumis à un cycle de pression sous pression à travers un tamis moléculaire au carbone qui retient l'oxygène et l'élimine de l'air. L'azote qui reste peut avoir une pureté comprise entre 95 et 99,9995%.