Diseño y análisis de una planta de separación de aire

Cerrada Martínez, Pablo (2017). Diseño y análisis de una planta de separación de aire. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Diseño y análisis de una planta de separación de aire
Author/s:
  • Cerrada Martínez, Pablo
Contributor/s:
  • Narros Sierra, Adolfo
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Química
Date: July 2017
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Los productos derivados del aire son de una importancia capital en la sociedad actual. Los componentes mayoritarios del aire, y cuyas aplicaciones son las más voluminosas a nivel global son: - El NITRÓGENO, con un 78% de composición en volumen. - El OXÍGENO, con un 21% de composición en volumen. - El ARGÓN, con un 1% de composición en volumen. El nitrógeno y el argón son gases inertes. Tienen aplicaciones tan importantes como proteger los alimentos en sus respectivos envases, para evitar que se degraden antes de tiempo o crear atmósferas protectoras para operar en metalurgia. Sin ellos, los aceros de la construcción, estarían oxidados desde su tratamiento y perderían sus capacidades estructurales. También sería imposible la electrónica, debido a que para la implementación de los circuitos impresos se requiere una atmósfera protectora que proteja los metales semiconductores de posibles contaminaciones con aire. El oxígeno tiene multitud de usos, desde medicinal, con oxigenoterapias e insuficiencias respiratorias, hasta purificación de aguas residuales en las estaciones de depuración de aguas residuales. Para poder usar a favor de la sociedad las características que tienen estos gases, se deben separar, ya que mezclados en el aire, las características de cada uno están limitadas por las características de los demás. Para separar el aire hay varios mecanismos, pero los más usados son la adsorción y la destilación. - La adsorción consiste en un tamiz molecular que adsorbe específicamente, mediante afinidad física o reacciones químicas, una especie química en particular. Este método es más económico que la destilación, pero los caudales que se obtienen son menores. Además, la pureza que alcanza, aún no puede competir con la destilación. - La destilación es un proceso complejo y con un gasto económico mucho mayor que la adsorción. Se estima, dependiendo del tipo de plantas, que la destilación necesita una inversión inicial 5 veces mayor que la adsorción. A favor, se tienen los caudales y las purezas obtenidas, mayores a las de la adsorción. La destilación es un proceso complejo que se lleva a cabo a temperaturas criogénicas, ya que, para poder destilar el aire, se necesita que al menos una fracción sea líquida.Las temperaturas de licuefacción a 1 atmósfera para oxígeno, nitrógeno y argón son -183ºC, -196ºC y -186ºC respectivamente. Para alcanzar estas temperaturas y la fracción líquida, se juega con la compresión y expansión del gas y el intercambio de calor, antes de entrar en las columnas de destilación. Una vez se ha conseguido enfriar lo suficiente, como para tener una fracción líquida, el aire es introducido en una serie de columnas de destilación para separar, gracias a las distintas volatilidades, los compuestos. Principalmente se tienen tres columnas de destilación. Dos columnas, que trabajan a distintas presiones, 5 y 1 bar, y que comparten un hervidor-condensador, para aprovechar los calores cedidos de cada columna. Estas dos columnas, en la realidad, se construyen de una sola pieza, para ahorrar espacio en la planta y minimizar las pérdidas de calor. Normalmente, la columna de alta presión se sitúa debajo, y la de baja presión, encima de ella. En este equipo se separa mayoritariamente el nitrógeno del oxígeno. Son necesarias dos columnas porque en la columna de 5 bar no se consigue reducir la temperatura de los caudales lo suficiente como para separar correctamente el oxígeno del nitrógeno. Por eso, el caudal de fondo de la columna, enriquecido al 40% en oxígeno, es laminado a 1 bar y alimentado en la columna superior, de baja presión, para que, mediante la expansión, se enfríe lo necesario para conseguir la separación óptima. En la tercera columna, que trabaja a 1 bar, se separa mayoritariamente el argón y el oxígeno, que tienen una volatilidad parecida. Debido a esta volatilidad cercana, la columna de argón suele ser alta, con muchas etapas de equilibrio. La pureza obtenida para los gases puede llegar desde el 90% en adelante, obteniendo incluso 99,9999% de pureza.

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Item ID: 48874
DC Identifier: http://oa.upm.es/48874/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:48874
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 09 Jan 2018 11:15
Last Modified: 25 Apr 2018 14:29
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