1. Distillation fractionnée:
* Composants:
* colonne fractionnée: Une grande colonne avec plateaux ou matériaux d'emballage conçus pour faciliter plusieurs cycles de vaporisation-condensation. La colonne est maintenue à un gradient de température, avec la section la plus chaude en bas.
* Condenseur: Refroidit l'air vaporisé, le faisant se condenser en liquide.
* Propriétés:
* Différences du point d'ébullition: Le principe clé est que différents gaz dans l'air ont des points d'ébullition différents. L'azote a le point d'ébullition le plus bas, suivi de l'oxygène, puis de l'argon, et ainsi de suite.
* Gradient de température: Le gradient de température dans la colonne permet une séparation efficace. À mesure que l'air monte à travers la colonne, les gaz avec des points d'ébullition plus bas se condensent à des niveaux plus élevés, tandis que ceux avec des points d'ébullition plus élevés se condensent plus bas.
* Surface: Le matériau d'emballage ou les plateaux de la colonne fournissent une grande surface pour le contact vapeur-liquide, améliorant l'efficacité de séparation.
2. Séparation cryogénique:
* Composants:
* Compresseur: Comprime l'air, augmentant sa pression et sa température.
* Échangeur de chaleur: Refroidisse l'air comprimé à l'aide d'un réfrigérant.
* Moteur d'extension: Élargit l'air refroidi, le faisant refroidir davantage.
* Propriétés:
* à basse température: Cette méthode utilise des températures extrêmement basses (en dessous de -150 ° C) pour liquéfier l'air.
* Dépendance de la pression et de la température: L'efficacité de séparation dépend fortement de la pression et de la température de l'air.
* Consommation élevée d'énergie: La séparation cryogénique est à forte intensité d'énergie en raison des exigences de température extrêmes.
3. Séparation de la membrane:
* Composants:
* membrane: Une barrière mince et sélectivement perméable qui permet à certains gaz de passer pendant que d'autres sont conservés.
* Différentiel de pression: Une différence de pression est maintenue à travers la membrane, entraînant le processus de perméation.
* Propriétés:
* Perméabilité sélective: Les membranes sont conçues pour favoriser le passage de gaz spécifiques comme l'azote ou l'oxygène.
* Perméabilité et sélectivité: L'efficacité dépend de la perméabilité (taux de flux de gaz) et de la sélectivité (préférence pour un gaz sur une autre) de la membrane.
* Consommation de faible énergie: La séparation des membranes est généralement moins forte à forte intensité d'énergie par rapport aux méthodes cryogéniques.
4. Séparation d'adsorption:
* Composants:
* Matériel adsorbant: Un matériau solide (par exemple, les zéolites, le carbone activé) avec une surface élevée qui se lie sélectivement à certains gaz.
* Système d'adsorption de swing de pression (PSA): Un processus cyclique qui implique la pressurisation du lit adsorbant en gaz d'adsorbage, puis la dépressurisation pour libérer les composants adsorbés.
* Propriétés:
* Adsorption sélective: Le matériau adsorbant adsorbe préférentiellement des gaz spécifiques en fonction de leur taille moléculaire, de leur polarité et de leur affinité.
* régénération: Le lit adsorbant doit être régénéré périodiquement par dépressurisation et purge avec un gaz inerte.
* Consommation d'énergie modérée: Les systèmes PSA nécessitent généralement moins d'énergie que la séparation cryogénique mais plus que la séparation des membranes.
Choisir la bonne technique:
Le choix de la méthode de séparation de l'air dépend de plusieurs facteurs:
* Échelle de fonctionnement: Les applications à petite échelle utilisent souvent la séparation des membranes, tandis que les opérations à grande échelle peuvent utiliser des méthodes de distillation cryogénique ou fractionnaire.
* Exigences de pureté: La pureté souhaitée des gaz séparés influencera le choix de la méthode.
* Considérations économiques: Le coût de l'équipement, la consommation d'énergie et la maintenance sont des facteurs cruciaux.
* Impact environnemental: Certaines méthodes, comme la séparation cryogénique, ont une empreinte carbone plus élevée en raison de leurs besoins énergétiques.
Comprendre les propriétés de différents composants et leur impact sur l'efficacité de séparation est essentiel pour la conception et l'optimisation des systèmes de séparation de l'air.
