Cap 10 Gases industrais

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Para a obtenção de O2, N2 e Ar a partir do ar, há 3 principais processos: 
 
Processo de obtenção Aplicação 
Separação por membranas Nitrogênio 
Adsorção por variação de pressão 
(PSA) 
Oxigênio ou Nitrogênio a depender do 
suporte 
Retificação criogênica Obtenção de Argônio 
 
 
 
 
A separação é feita por uma membrana densa. Um gradiente de potencial 
químico é gerado devido à diferença de pressão parcial dos componentes 
nos dois lados da membrana. 
Devido à diferença de tamanho entre as moléculas, as membranas são 
seletivas à permeação de O2 e à retenção de N2 . Assim, no retentado há 
uma maior quantidade de N2 e no permeado de O2. 
 
A permeabilidade é dependente da constituição do polímero usado como 
membrana, mas em geral, a permeabilidade de O2 é maior do que a de N2 , 
pois: 
 
➥ A solubilidade de O2 é maior do que a do N2 
A permeabilidade de um componente através da membrana descreve a 
facilidade cm que esse componente é transferido através da membrana, ela 
é altamente dependente da natureza do polímero que constitui a membrana. 
 
➥ O oxigênio é menor que o nitrogênio, logo, a difusividade de O2 é maior 
do que a de N2 
O coeficiente de difusão é inversamente proporcional ao tamanho das 
moléculas. 
 
 
 
A alimentação e o retentado normalmente fluem através do interior das 
fibras e o permeado passa para o exterior. 
 
 
 
 
 
Abaixo segue o fluxograma para o processo de separação por membranas: 
 
 
 
 
O processo PSA faz uso do fato de que a quantidade de adsorbato que 
pode ser depositado no adsorvente aumenta com o aumento da pressão. A 
adsorção ocorre em alta pressão e a dessorção em baixa pressão. 
 
O sistema (PSA) funciona com alternação de pressão em dois leitos de 
adsorção. Os leitos de adsorção retêm oxigênio em peneiras moleculares, 
onde as moléculas de O2, por serem menores, são retidas em cavidades 
internas e adsorvidas, e o permeado rico em N2 escoa para um tanque. 
 
 
 
Tipo de peneira Recuperação Causa 
Peneiras moleculares N2 Tamanho das cavidades, 
causando maior difusão do O2 
que do N2. 
Peneiras zeoliticas O2 N2 é mais fortemente ligado à 
superfície 
 
 
A figura abaixo mostra o fluxograma do processo de recuperação de N2 
por PSA. 
 
 
PRECISO ENTENDER 
▸ O ar de alimentação é comprimido (até 12 bar), resfriado, e remove-se o 
condensado, antes da entrada nos leitos adsorventes. 
 
▸ Quando está em modo de adsorção, a válvula de entrada e de saída para 
o vaso A são abertas e a válvula de expansão para a atmosfera permanece 
fechada. 
 
▸ As peneiras moleculares de carbono adsorvem preferencialmente H2O, 
CO2 e O2 
 
▸ O N2 não adsorvido passa através do adsorvente A e é coletado num 
tanque. 
 
▸ Após as válvulas de entrada e saída de A serem fechadas, o gás 
pressurizado no adsorvente é aliviado para a atmosfera através da válvula 
de expansão. 
 
▸ Em seguida invertem-se os papéis e a adsorção ocorre no vaso B. A fase 
de adsorção dura. O tanque na saída atenua as oscilações de pressão no 
produto. 
 
 
 
 
A planta compreende duas seções: 
 
Seção quente: compressão, pré-refrigeração, secagem e purificação do ar; 
O ar filtrado é comprimido, deixando o último estágio a 100 ºC; é então 
resfriado com água até a temperatura ambiente e com água gelada, em 
contato direto. Após a passagem em leitos de adsorção com peneiras 
moleculares, H2O, CO2 e hidrocarbonetos dissolvidos no ar são removidos. 
 
Seção fria: troca de calor e retificação. Após a passagem pelos leitos de 
adsorção, o ar é separado em duas correntes. Em uma, o ar é resfriado em 
contracorrente com o nitrogênio gasoso que sai da coluna, até atingir 
temperatura próxima de liquefação. Na outra, é comprimido e resfriado 
com o oxigênio líquido da coluna. 
 
 
Para que o ar seja separado em seus constituintes por meios de retificação 
(que é o processo), uma grande parte do volume de ar deve ser liquefeito. 
Isso só pode ser realizado abaixo do ponto crítico