Licuefacción

1. DESCRIPCIÓN GENERAL
En la industria química se usan muchos tipos de materias primas. Una de ellas es el aire del cual se obtienen entre otras sustancia Nitrógeno y Oxígeno principalmente, pero también gases nobles en pequeñas proporciones. El método fundamental por el cual se obtienen grandes cantidades de estos compuestos, es mediante la licuefacción. En el siguiente trabajo se intentaexplicar las condiciones y métodos que se utilizan actualmente en la industria.

2. MATERIAS PRIMAS y PROCEDENCIA
El aire es una materia prima prácticamente inagotable. En el aire podemos distinguir los siguientes componentes:


Componentes constantes
De composición fija
Componentes del aire De composición variable
Componentes accidentales

 Componentes constantes de composición fijaPrincipalmente el aire está constituido por una mezcla de nitrógeno y oxigeno como elementos básicos, y el resto son gases nobles entre los que predominan el argón, y poquísimo hidrogeno. La siguiente tabla refleja las cantidades del aire puro que se encuentra en las capas bajas:

ELEMENTO % VOLUMEN % PESO
N2 78,14 75,6
O2 20,9 23,1
Ar 0,94 0,3
Ne 1,5 ∙ 10-3 1 ∙ 10-3
He 5 ∙ 10-4 0,7 ∙ 10-4Kr 1 ∙ 10-4 3 ∙ 10-4
H2 5 ∙ 10-5 0,35 ∙ 10-5
Xe 1 ∙ 10-5 4 ∙ 10-5

 Componentes constantes de composición variable

Normalmente en el aire existen otras sustancias que se presentan siempre. Estas sustancias son el dióxido de carbono (que suele estar en una cantidad cerca al 0,03 % en volumen), el vapor de agua y el polvo.

 Componentes accidentales

Son componentes que no tienen porqué estar, pero que a veces se presentan. Podemos tener:
- En las zonas industriales hay dióxido de azufre, hidrocarburos volátiles, cenizas, alquitranes, etc.
- En las ciudades también puede haber lo anterior pero también por la circulación de los coches monóxido de carbono, plomo, etc.
- Debido a los fenómenos meteorológicos: las descargas eléctricas modifican la composición de las moléculasde H2O, N2, O2 y CO2. También se forman C2H2, H2O, O3, HNO3, NH3 y NH4NO3. Así la lluvia abona los suelos con casi 10 kg N/ Ha ∙ año en forma de NH4NO3 y NH4OH.

3. PROCESOS de PRODUCCIÓN
Los procesos de producción engloban dos grandes líneas de aprovechamiento del aire:
* Separación de sus componentes = Para la fabricación de N2, O2 y gases nobles por separación física o química
* Combinarsus componentes = Para la síntesis del NO y a partir de el obtener HNO3 y/o nitratos.

SEPARACIÓN DE SUS COMPONENTES
a) SEPARACIÓN FÍSICA: Buscamos obtener nitrógeno de gran pureza (para la síntesis de amoniaco), oxígeno generalmente de alta pureza(soldadura y corte) o de pureza menor(oxidaciones, combustiones…) y gases nobles. La separación física requiere de unas 61Kcal (aproximadamente0,07Kwh) para extraer 1Nm3O2. Hay varios procesos para realizarla y son, la destilación, la difusión y la ultracentrifugación. La difusión y la ultracentrifugación no se han industrializado debido a que tienen un rendimiento bajo, por lo que sólo se usa la destilación (previa licuación).
Destilación del aire: Hoy día, debido al mayor dominio de la licuación, se ha conseguido realizar de manera máseconómica y sencilla, sustituyendo aire por oxígeno de menor pureza. La destilación se produce en varias etapas, que serían la licuación, compresión, cambio de calor, expansión (producción de frío) y rectificación. Las etapas más importantes son:
• Producción de aire frío(aire líquido): Se pueden producir de dos formas:
ISENTÁLPICA = Se da cuando dejo expandir el gas por una estrangulación sinproducir trabajo exterior. Producimos el enfriamiento por la energía de las moléculas gaseosas según el primer principio de la Termodinámica. Se denomina Joule-Thompson al efecto de la refrigeración. El primero en usarlo industrialmente para licuar fue Linde.

ISENTRÓPICA = Se da cuando dejo expandir el aire comprimido en el interior de un sistema émbolo-cilindro con producción de trabajo externo...