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ⓘ Frazionamento dell'aria




Frazionamento dellaria
                                     

ⓘ Frazionamento dellaria

Il frazionamento dellaria è il processo con il quale si divide laria nelle sue componenti. Viene di solito eseguito in colonne di distillazione poste a valle degli impianti di liquefazione dellaria, come il "ciclo di Linde", basato sulleffetto Joule-Thomson, e il ciclo di Claude.

Esistono tuttavia anche metodi non criogenici, basati sullimpiego di membrane o di materiali per lassorbimento di uno o più componenti. Questi metodi, presenti in commercio dai primi anni ottanta, sono però ancora relativamente poco diffusi.

Il frazionamento dellaria si utilizza per ottenere azoto e ossigeno puri per scopi solitamente industriali.

                                     

1. Impianto di frazionamento

Limpianto attualmente in uso è costituito da due colonne di distillazione a diversa pressione interna; una delle due è a pressione atmosferica, laltra solitamente intorno alle 4-5 atmosfere. Storicamente sono state usate anche colonne semplici e colonne doppie differenti. Per il processo Claude si usava una colonna diversa: colonna Claude.

                                     

1.1. Impianto di frazionamento Colonna ad alta pressione

Laria gassosa compressa a circa 200 atm passa nel ribollitore e viene espansa e inviata nella prima colonna a pressione più alta, circa 5 atm. Laria costituisce il fluido riscaldante del ribollitore. Durante lespansione si ha raffreddamento e parziale liquefazione.

La colonna opera una prima distillazione dellaria nei suoi due costituenti principali; sul fondo si raccoglie ossigeno al 40% ed azoto al 60%, in testa si raccoglie azoto al 98%.

La condensazione dellazoto in testa viene operata tramite la miscela di ossigeno e azoto prodotta sul fondo della colonna e espansa a pressione atmosferica. La miscela si trova a temperatura più bassa dellazoto. Anche lossigeno liquido al 40% viene inviato alla seconda colonna, ma ad un piatto intermedio. Parte dellazoto liquido puro prodotto viene usato come fluido refrigerante nella seconda colonna.

                                     

1.2. Impianto di frazionamento Colonna a pressione atmosferica

La seconda colonna opera una distillazione più spinta, ottenendo azoto purissimo in testa e ossigeno liquido al 95% al fondo.

Le due colonne sono poste tradizionalmente sovrapposte, tuttavia negli impianti moderni è anche possibile separarle ed utilizzare pompe per inviare lossigeno liquido alla testa della colonna ad alta pressione.

                                     

2. Impianti storici

Colonna Claude

La colonna Claude era usata nel processo Claude prima dellintroduzione della doppia colonna e si basava sul principio del ritorno indietro in francese retour en arrière, dava una separazione peggiore e il processo era meno controllabile. Laria veniva espansa e parzialmente liquefatta in un contenitore, la frazione gassosa passava in tubi immersi in ossigeno liquido. Lossigeno condensava per primo e ricadeva nel contenitore, lazoto condensava dopo finendo in altri raccoglitori. La frazione di aria inizialmente liquefatta veniva mandata in una colonna di rettifica posta al di sopra del sistema. In coda usciva ossigeno che alimentava limpianto di raffreddamento e in testa lazoto.