Come separare azoto e ossigeno

Tramite: O2O 13/07/2016
Difficoltà: difficile
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Introduzione

Il cosiddetto processo di "frazionamento dell'aria" è utile per ottenere azoto ed ossigeno puri ed è impiegato in campo industriale per vari scopi. Separare azoto ed ossigeno significa sostanzialmente dividere l'aria nelle sue componenti e si ricorre a delle colonne di distillazione che vengono poste ai piedi degli impianti di liquefazione dell'aria. Lungo questa guida capirete come avviene la separazione dell'azoto e dell'ossigeno mediante il sopraccitato impianto di frazionamento. Di seguito tutti i dettagli sull'argomento.

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Occorrente

  • Colonne di distillazione
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L'impianto di frazionamento utilizzato oggi, è caratterizzato dalla presenza di due colonne, dette, appunto, "colonne di distillazione", con differente pressione al loro interno. La prima a pressione atmosferica, mentre la seconda ha una pressione che si aggira, indicativamente, tra le 4 e le 5 atmosfere. In passato si sono impiegate per lo scopo anche delle colonne semplici ed altre chiamate "doppie differenti", mentre per il "processo di Claude" veniva usata la "colonna Claude". Vediamo però di capire il funzionamento della macchina frazionatrice utilizzata al giorno d'oggi, ovvero la prima citata.

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COLONNA D'ALTA PRESSIONE - L'aria viene compressa a 200 atm e passa all'interno del ribollitore, ove si espande per essere incanalata verso la prima colonna, che come detto ha una pressione più elevata, di 5 atm. In questo modo l'aria diventa un fluido riscaldante del bollitore.
Lungo il processo d'espansione si assiste ad un raffreddamento, mentre la liquefazione avviene solo parzialmente.
Nella colonna in questione avviene un processo di distillazione dell'aria caratterizzata dai suoi principali costituenti: vengono così raccolti sul fondo l'ossigeno al 40%, l'azoto al 60% mentre in testa viene raccolto l'azoto al 98%.

Continua la lettura
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COLONNA CON PRESSIONE ATMOSFERICA - si tratta della seconda colonna, nella quale avviene un processo teso all'ottenimento dell'azoto puro in testa e di ossigeno liquido al 95% al fondo.
Le due colonne, quella ad alta pressione e quella atmosferica, sono normalmente sovrapposte, anche se negli impianti di ultima generazione si possono separare, in maniera tale da poter incanalare l'ossigeno liquido verso la testa della colonna ad alta pressione mediante delle pompe.
Nella vecchia colonna Claude, invece, si utilizzava un cosiddetto "processo di ritorno" in quanto non erano presenti, come nell'impianto ora utilizzato, due colonne. Il processo di separazione era infatti meno efficace e poco controllabile.

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Poiché si tratta di un processo industriale, per il quale bisogna possedere adeguate conoscenze teoriche e tecniche, si rimanda ai manuali di fisica per ulteriori approfondimenti.
Alcuni link che potrebbero esserti utili:

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