Tema 2

TEMA 2:
CICLOS TERMODINÁMICOS Y PROCESOS CRIOGÉNICOS DE LICUACIÓN Y SEPARACIÓN DE GASES INDUSTRIALES.

El aire.
El aire es una materia prima prácticamente inagotable. Se compone en un 99% de oxígeno y nitrógeno, el resto son gases nobles. Al ser una materia prima fácil de obtener y barata, su aprovechamiento en la industria química tiene varias opciones:
-Para separar los productos que loforman.
-Para combinar O2 con N2 y obtener NO3- al final del proceso.
-Para ozonizar.
La primera opción consiste en separar el aire en oxígeno, nitrógeno y gases nobles para poder dar uso a estos elementos. Obtenemos un N2 de muy alta pureza (99,8 % aproximadamente) que se puede emplear como:
-materia prima para obtener NH3, cianamida cálcica (CaCN2) y fabricar fertilizantes.
-Como inerte y/orefrigerante tiene varios usos como en la industria alimentaria, la industria química... pero los más importantes son en la metalurgia y en la creación de una atmósfera protectora en la que se pretende aumentar el nitrógeno con el fin de disminuir el oxígeno. Tiene tres procesos:
Blanketing: se crea una atmósfera protectora que remplaza el aire húmedo en el caso de tener un producto que en contacto con elagua se oxidara. Es muy frecuente en farmacia para evitar que los medicamentos se oxiden.
Secado: se elimina el agua y el oxígeno para evitar la corrosión de metales.
Sponging: se trata de inyectar burbujas de N2 con el fin de desplazar el O2 de un líquido y evitar que se oxide.
También obtenemos oxígeno que se va a emplear en procesos de combustión para aumentar el rendimiento térmico y latransmisión térmica y para reducir el volumen de humos y emisiones, en la metalurgia para los quemadores oxicombustibles cuando se requiere alta Tª también para el enriquecimiento global del aire y en las lanzas de inyección, en la producción de productos químicos mediante oxidaciones en los que cuanto más puro sea el O2, mayor rendimiento tendremos y menos emisiones. Este oxígeno se emplea también enel tratamiento de aguas, blanqueo de pasta de madera y medicina.
Los gases nobles presentan varias aplicaciones diferentes, pero se suelen utilizar en iluminación como gas de relleno y en la metalurgia para producir acero inoxidable, materiales especiales y soldaduras mediante argón y helio para proteger el arco de la soldadura. También se usan en tecnología láser para cirugía o para detección defugas. El Argón se usa en inertización y soldadura, tubos de descarga e iluminación. Se obtiene por rectificación de la mezcla de mayor riqueza en la columna Linde.
El Helio se usa en inertización y soldadura, tubos de descarga e iluminación. El helio se extrae del gas natural ya que por condensación se obtiene una mezcla gaseosa con un 50% de N2 y un 50% de He.
El Neón se usa en iluminación y seobtiene por rectificación del nitrógeno líquido.
El Kriptón y el Xenón se usan en iluminación, aeropuertos, lámparas incandescentes, láser y el Kr en cirugía ocular. Se obtienen por rectificación del oxígeno del calderín.
La segunda opción es la combinación de N2 y O2.
N2 + O2 → 2NO (en presencia de agua) → HNO3 → NO3-
Obtenemos NO3- que es la base de los fertilizantes, por lo que es importante.
Laúltima opción es la ozonización. Obtenemos ozono que se puede usar como oxidante o desinfectante. Es bastante caro este proceso.

Sistemas criogénicos.
Estos procesos sirven para licuar el aire y separarlo por destilación. Es una separación física del aire. Tiene dos etapas:
-Licuación que está formada a su vez por otras tres etapas: compresión, enfriamiento y expansión.
-Destilación.
En laprimera etapa, LICUACIÓN, hay un gráfico para cada tipo de gas. Se representan isobaras (P=cte). Para el aire es el gráfico de Hausen.

Con este gráfico vamos a poder calcular el trabajo (W) de la compresión. Vamos a utilizar compresión isoterma:
W= ∆H - T·∆S = R·T· Ln (P2 /P1)
Después de la compresión puede haber enfriamiento a presión constante o directamente expansión. La última etapa es la...