aria liquida e suo frazionamento l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Aria liquida e suo frazionamento PowerPoint Presentation
Download Presentation
Aria liquida e suo frazionamento

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 12

Aria liquida e suo frazionamento - PowerPoint PPT Presentation


  • 211 Views
  • Uploaded on

Aria liquida e suo frazionamento. L’aria è costituita da una miscela di circa il 21 % di Ossigeno , il 78% di azoto e dall’1% di altri gas tra i quali Gas nobili, CO 2 , vapore acqueo e altri gas inquinanti quali ossidi di zolfo e di azoto, contiene inoltre polveri in sospensione.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Aria liquida e suo frazionamento' - jenski


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
aria liquida e suo frazionamento

Aria liquida e suo frazionamento

L’aria è costituita da una miscela di circa il 21 % di Ossigeno , il 78% di azoto

e dall’1% di altri gas tra i quali Gas nobili, CO2, vapore acqueo e altri gas inquinanti quali ossidi di zolfo e di azoto, contiene inoltre polveri in sospensione

Il punto di ebollizione dei componenti a pressione atmosferica è :

Azoto : -195.8 °C Temp. Critica -147.1 °COssigeno: -183 °C Temp. Critica -118.8 °CLa temperatura critica è il valore al di sopra della quale il gas non può essere liquefatto

Composizione

I valori delle temperature critiche di azoto e ossigeno prevedono che a temperatura ambiente non possano essere liquefatti, ma solo compressi. Si comportano approssimativamente come gas ideali.

aria liquida e suo frazionamento2

Aria liquida e suo frazionamento

L’equazione di stato dei gas ideali pV=nRT è valida solo se i gas sono a temperatura molto superiore a quella critica. A temperatura ambiente, la miscela azoto-ossigeno non è liquefacibile

Quando la temperatura dei gas si avvicina o scende sotto la temperatura critica, il loro comportamento è approssimativamente prevedibile tramite l’equazione di Van deer Waals, una delle equazioni che può parzialmente spiegare il comportamento dei gas reali.

Viene modificata inserendo nell’equazione dei gas ideali due costanti :a, b dette costanti di van der Waals i cui valori sono tipici del tipo di gas che si sta considerando, e tengono conto delle forze intermolecolari dei gas( nulle per i gas ideali) e del volume delle molecole (puntiformi per i gas ideali)

Gas ideali e gas reali

aria liquida e suo frazionamento3

Aria liquida e suo frazionamento

La formulazione della legge di van der Waals è la seguente:[1]

    • Dove p è la pressione del gas, n la quantità di sostanza (numero di moli),V il volume occupato, R la costante universale dei gas e T la temperatura assoluta.
  • Sostituendo eventualmente il volume totale del gas V con il volume molare Vm, si ottiene una espressione in cui non compare il numero di moli n:

Gas ideali e gas reali

I valori delle costanti di van der Waals per azoto e ossigeno sonoAzoto: a=1,408, b= 0,03913 Ossigeno: a= 1,378 b= 0,03183la loro importanza è spiegata di seguito

aria liquida e suo frazionamento4

Aria liquida e suo frazionamento

Il grafico rappresenta il comportamento delle isoterme della CO2 a diverse temperature, le parti piane rappresentano la liquefazione del gas in condizioni di temperatura inferiore a quella critica. Nella zona a sinistra in alto è presente liquido, nella zona lineare è presente sia il liquido che il vapore

Al di sopra dell’isoterma critica esiste il solo gas

aria liquida e suo frazionamento5

Aria liquida e suo frazionamento

Effetto Joule-Thomson

In termodinamica, l'effetto Joule-Thomson, o effetto Joule-Kelvin, è un fenomeno per cui la temperatura di un gas reale aumenta o diminuisce in seguito ad una compressione/espansione condotta ad entalpia costante, ovvero una trasformazione adiabatica dalla quale non si estrae alcun lavoro.

Per una data pressione, un gas reale ha una temperatura di inversione: sel'espansione ad entalpia costante avviene ad una temperatura maggiore a quella di inversionesi ha un aumento di temperatura. Se l’espansione avviene ad una temperatura minore a quella di inversione, al contrario, la stessa espansione provoca un raffreddamento. Per la maggior parte dei gas a pressione atmosferica, la temperatura di inversione è abbastanza elevata (più alta della temperatura ambiente), quindi la maggior parte dei gas a tali condizioni di temperatura e pressione vengono raffreddati attraverso una espansione isoentalpica.

aria liquida e suo frazionamento6

Aria liquida e suo frazionamento

Effetto Joule-Thomson

L'effetto Joule-Thomson in pratica viene ottenuto nei seguenti modi:

L'effetto è utilizzato nel processo Linde come processo standard nell'industria, dove l'effetto di raffreddamento è utilizzato per liquefare i gas a seguito del susseguirsi di cicli di compressione – refrigerazione - rapida espansione.

La resa di compressione dell’effetto Joule Thomson è per convenzione il ΔT ottenuto facendo espandere il gas ad una certa temperatura da una pressione P1 ad una pressione P2. Il segno negativo del ΔT indica un abbassamento di temperatura del gas che ha subito l’espansione.

Il lavoro necessario alla compressione del gas è

Dove α è il coefficiente di Joule-Thomson per quel gas, a quella temperatura T. Il valore di α aumenta con l’abbassarsi della temperatura, pertanto espansioni a temperatura sempre più bassa produrranno dei ΔT sempre più grandi raffreddando sempre di più il gas espanso.

aria liquida e suo frazionamento7

Aria liquida e suo frazionamento

Effetto J-T e I° Processo Linde per la liquefazione dell’aria

Il coefficiente di Joule-Thomson varia con la temperatura come nella tabella a fianco.

Eseguendo una prima espansione dell’aria depurata da 200 atm a pressione ambiente partendo da 12 °C, il ΔT è circa 31°C e l’aria arriva alla temperatura di -19°C.

Scambiando calore con altra aria compressa a 200 Atm nello scambiatore Linde, la nuova aria compressa scende alla temperatura di circa -11 °C. Una nuova espansione porta la temperatura dell’aria a -54°C.Questa aria nello scambiatore porta la

temperatura di nuova aria compressa a 200 atm alla T di -46° C. Un’altra espansione la porta a -117°C e così via, scendendo al disotto della T di liquefazione dell’aria stessa.

aria liquida e suo frazionamento8

Aria liquida e suo frazionamento

Processo Linde per la liquefazione dell’aria: Depurazione

L’aria che deve essere liquefatta deve essere priva di

PolveriVapore d’acquaAnidride carbonicaGas acidi (NOx, SOx)

Per evitare corrosioni o intasamenti nelle valvole di espansione e nelle tubazioni dell’impianto

Filtro depolverizzatore in linea

Gel di Siliceeliminazione idrocarburi e altre sostanze

Fitro da aria

Deacquificazione per compressione

KOH solidaDisidratazione decarbonatazione deacidificazione totale

Soluzione di NaOHAss. CO2 gas acidi

aria liquida e suo frazionamento9

Aria liquida e suo frazionamento

Processo Linde per la liquefazione dell’aria: Liquefazione

Aria depurata a 40 atm

Acqua di raffreddamento

Scarico aria a 1 atm

Scambio termico tra l’aria compressa a 200 atm con aria espansa a 1 atm

J-T

Compressione a 200 atm

Espansione di J-T da 200 atm a 1 atm in valvola e conseguente raffreddamento aria fino alla liquefazione

Refrigerazione con acqua fino a temperatura ambiente

Dewar raccolta aria liquida

aria liquida e suo frazionamento10
Aria liquida e suo frazionamento

Azoto puro

Colonna di rettifica

Separazione Azoto-Ossigeno

La colonna è costituita da due colonne a piatti sovrapposte idraulicamente isolate in cui la testa della colonna sottostante C2 (arricchimento) contiene un condensatore che è contemporaneamente il ribollitore della colonna superiore C1 (rettifica). Questo è possibile perché le due colonne lavorano a pressioni diverse: la superiore (C1) a pressione poco superiore a 1 atmosfera, la inferiore (C2) \a 5 atmosfere

Valvola di espansione a 1 atm

Condensatore colonna C2 e ribollitore colonna C1

Ossigeno puro

Azoto quasi puro -196°C

Valvola di espansionea 5-6 atm

Aria compressa raffreddata -130°

Riscaldamento fondo colonna con aria compressa

Aria liquida ricca di ossigeno

aria liquida e suo frazionamento11
Aria liquida e suo frazionamento

Azoto puro

Colonna di rettifica

Valvola di espansione

Condensatore colonna C2 e ribollitore colonna C1

Ossigeno puro G+L

Azoto quasi puro -196°C

Valvola di espansione

Aria compressa raffreddata -130°

Riscaldamento fondo colonna con aria compressa

Aria liquida ricca di ossigeno