El Aire

Esta constituido por una mezcla de
nitrógeno y de oxigeno como
elemento básico (99 %) y el resto como gases
nobles.

Normalmente, en el aire existen
otras sustancias, con vapor de agua en
cantidad variable y dióxido de carbono (0,03%
en volumen) y en las
zonas industriales, hidrocarburos,
alquitranes, cenizas, polvo y SO2.

También las descargas eléctricas
modifican la composición de la atmósfera al disociar
moléculas de hidrogeno,
nitrógeno, oxigeno y
dióxido de carbono para
formar C2H2, H202,
03, NO3H, NH3,
NO3NH4. Así, la lluvia abona a los
suelos con 10
Kg. N/Ha. Por año en forma de
NO3NH4, NH4OH.

Por su distinta solubilidad en agua, el
aire desorbitado
de esta tiene 34,5% de O2, 63,5% de N2, 2%
de CO2.

Posibilidades de aprovechamiento
quimico-industrial del aire

Cabe dos grandes líneas de beneficios del
aire; una separar
sus componentes, otra combinarlos. El primer camino lleva a la
fabricación de N2, O2, gases nobles,
por separación física o química; el segundo,
o la síntesis del NO y de aquí al ácido
nítrico y/o nitratos.

Tecnología de
destilación del aire

En el momento actual, la rectificación del
aire cubre la
demanda de
estos productos:

• Nitrógeno de alta pureza (gas, para
  crear NH3O, CN2Ca)
• Oxigeno de alta pureza (gas o
  liquido, para soldaduras y corte de metales).
• Oxigeno de mediana pureza (gas para
  fines quimicos-industriales)
• Aire enriquecido (oxigeno de
  baja concentración como comburente
• Gases nobles (subproductos de algunas de las
  producciones anteriores, para aplicaciones
  varias).

En todos los casos cualquiera que sea el grado de
separación que se pretenda de los componentes del aire,
por destilación, se necesita la previa licuaron parcial
del mismo. Este enfriamiento presupone, a su vez, como se
verá, una compresión y un aprovechamiento del
frío a través de un cambio de
calor. La
etapa, pues, de la separación es: compresión,
cambio de
calor,
expansión (producción del frío y
rectificación.

La producción de frío (aire
liquido)

Se representa, simplificado, el diagrama de la
figura que nos muestra como
será la evolución del aire. El aire normal
estará representado por el punto A.

El necesario enfriamiento del aire para situar al
punto A debajo de la campana, no puede obtenerse
prácticamente por enfriamiento directo con un fluido de
suficiente baja temperatura
porque no existe tal fluido, ya que se usa aire liquido para
licuar al helio o al hidrogeno y no
al revés (licuaron en cascada).

En la practica, el frío necesario no se
consigue de una sola vez, sino repitiendo la
compresion-expansión y aprovechando el frío de los
productos
resultante aire no licuado en equilibrio de
vaporización con la fracción licuada, o gases
producidos por la destilación para enfriarlo previamente
antes de su expansión. Se obtienen así los llamados
ciclos de Linde (isentalpico) y de Claude
(isoentropico).

El cambio de
calor

Al principio la industrial utilizó
exclusivamente cambiadores del tipo carcaza tubo para enfriar el
aire comprimido a merced a los gases que
resultaba de la licuaron o destilación. Estos cambiadores
presentaban una limitación importante. Los tubos por los
que circulaba el aire comprimido tenían que ser de
cobre, metal
buen conductor, pero caro y de poca sección, para que
tuviera mayor superficie de contacto. Además, el aire
debía depurarse del vapor de agua y del
CO2, pues al condensare en los tubos empeoraba la
transmisión y disminuía la sección
útil, llegando incluso a taponarlos.

FRÄNKL aporto una mejora extraordinaria.
Sustituyo el recuperador – Transmisión mediata del
calor – por
una pareja de regeneradores que trabajan por contacto inmediato.
Se llaman también acumuladores. El aire comprimido y a la
temperatura
ordinaria viene de A y atraviesa el elemento I de la pareja
(llaves 1 y 2 abiertas y las 5 y 6 cerradas) que se supone
frío saliendo de B enfriado y dejando a la temperatura
ambiente al
relleno de I. Simultáneamente, el aire frío por la
expansión y el no-licuado o los gases de la
destilación están parado por el elemento II
(entrada por B', abiertas las llaves 7 y 8, cerradas las 3 y 4) y
enfriando al relleno cuando se ha agotado el frío en I y
se ha acumulado lo suficiente en II, se invierten las corrientes.
Esta inversión se hace automáticamente.
Así se consigue:

• Disminución del costo de
  la instalación. Un mayor intercambio y mucha
  superficie en poco volumen (1
  m3 = 1000 m2)
• Una perdida de carga pequeña (0,1-0,15
  Kg/Cm2, de 3 a 5 veces menores que en las
  tubulares, por la buena permeabilidad del
  relleno)
• Resulta innecesario purificar el aire, porque
  el agua y
  el dióxido de carbono se
  condensan sobre el relleno frío sin crear dificultades
  y luego son expulsados del sistema al
  evaporarse en el seno de los gases
  durante el ciclo de calefacción.
• Mayor efectividad en el cambio de
  calor,
  porque el nuevo modo de transmisión permite
  diferencias de temperatura en el extremo caliente del
  cambiador de 1-2 grados centígrados frente a los 5-8
  en las tubulares.

La
destilación

La
compresión

Es de gran importancia el
rendimiento de la compresión, pues toda la energía
necesaria en la instalación procede de esta
operación. El compresor, pues, suministra, la
energía necesaria que exige la producción de frío; la
separación de las especies y las perdidas caloríficas y mecánicas (lo mas
aproximado al régimen isotérmico)

Los gases nobles y los hidrocarburos
contenidos en el aire

Al proyectar la columna hay que tener en cuenta
que la mezcla se compone de nitrógeno, oxigeno,
argón. Cuando se quiere obtener argón como
subproducto, la columna superior (Linde) se saca a la altura del
plato donde es máxima la concentración (10%) y este
vapor se rectifica separadamente en una columna auxiliar cuya
cola vuelve a la columna principal.

El He y el Ne (p.e. 4 K y 27K respectivamente) son
más volátiles que el N2 por eso se puede
separar por rectificación independiente del
nitrógeno liquido recogido en la parte superior de la
columna inferior. Esta rectificación produce He+Ne con
mucho N2 y se elimina este pasando los gases por Ca o
Mg al rojo (formación de nitruros) De la mezcla se separan
los componentes por absorción selectiva con carbón
activo.

La presencia de los hidrocarburos
en el aire(por ejemplo C2H2 en las fabricas
de cianuro cálcicos en las que la materia prima
es el C2Ca) hace que se vayan acumulando en las
calderas del
O2 estos productos con
peligro de explosión. Para evitarlo al oxigeno se le
hace pasar; liquido, por un condensador auxiliar donde se evapora
y deja como residuo C2H2 que se descarga
por purga. El vapor del oxigeno va luego a los cambiadores de
salida. También se separan los hidrocarburos
absorbiéndolos de la corriente de líquidos que va
del calderin inferior a alimentar la columna superior (Linde) en
una pequeña columna de carbón activo
intercalada.

Instalaciones
industriales

Separación de los
gases del aire por vía
química

Se trata en este caso de hacer reaccionar uno de
los gases del aire para fijarlo en forma de combinación y
que quede así separado del otro. Por
ejemplo:

• El NO3H Se obtiene industrialmente
  por oxidación con aire del amoniaco. A su vez para
  obtener amoniaco se parte de hidrogeno
  y nitrógeno. Esto permite cerrar un circuito de
  aprovechamiento así:

NH3 + 2 O2 + 7,52
N2 NO3H + H2O + 7,52
N2

0,5 O2 7,02
N2

1,5 N2

0,02 O2

Los acidos del
nitrógeno se elimina pasando los gases en cuestión
por un lecho de metal que los descompone O + Me Me+N2.
El lecho de metal se regenera de vez en cuando
reduciéndose con hidrogeno.

• La gasificación del carbón se
  lleva a cabo con vapor de agua y
  oxigeno y se obtiene una mezcla gaseosa llamada gas de
  síntesis formada por monoxido de carbono y
  hidrogeno
  el monoxido puede transformase catalíticamente mas
  vapor de agua en
  hidrogeno.

CO+H2O CO2 +
H2

Si se absorbe por ejemplo con agua a
presión el dióxido de carbono el
resultado final se hidrogeno puro. Es fácil ver que si en
vez del O2 se emplea aire en la gasificación el
gas final
puede estar constituido por nitrógeno y hidrogeno y si se
optan por cantidades estequiometricas puede obtenerse como
resultado amoniaco.

Combinación química de los gases
del aire.

Desde los primeros años de este siglo se
viene intentando la combinación del oxigeno y del
nitrógeno del aire como medio para obtener ácido
nítrico

N2 + O2
2NO

El NO se oxida luego a dióxido de
nitrógeno y este se transforma en ácido
nítrico por reacción con el agua (o con
bases). Pero la reacción principal es todavía un
problema. Desde el Pto. De vista del equilibrio
los valores
(Kc) varían con la temperatura,
repercutiendo esto en la síntesis. Estos Resultados indica
ya una grave dificultad que es la necesidad de aportar mucho
calor a muy alta temperatura para conseguir rendimientos
apreciables.

Desde el punto de vista cinematico aparece otra
dificultad que se suma a la anterior para acentuar los
inconvenientes y es que en todo el intervalo de temperatura no es
muy aseccibles industrialmente, la velocidad de
formación del NO es menor que la
descomposición.

Una de las técnicas modernas en
obtención de la concertación de la reacción
es a través del horno Wisconsin.

Contaminación
atmosférica

Se comprende que toda alteración de la
pureza del aire repercute en la salud o el bienestar de los
seres vivos. Esta alteración es la contaminación o estado
contaminado del aire ambiental. Se considera la contaminación como cualquier
modificación en la composición del aire puro; otras
veces la definición se basa en la nocividad de las
sustancias modificadoras de esta composición sobre
el hombre, los
animales, las
planta.

Las alteraciones en la composición del aire
tiene dos orígenes :

• Naturales debida a causas diversas,
  como vientos, meteoritos, fuego, nieblas, polen, vida animal;
  es inevitable y la naturaleza le
  hace frente por si misma restableciendo el equilibrio
  cuando ha sido la perturbación .
• Artificiales provocadas por los
  procesos
  de combustión, la industria,
  el transito y otras actividades del hombre.
  Esto da lugar a que el aire de las ciudades, los centros
  industriales este cada vez mas contaminada por la
  acumulación de humo, polvo y gases (una central
  térmica de carbón de 1000 Mw puede emitir 400
  Tn de dióxido de azufre que equivale a 400 Tn de
  ácido sulfúrico).

De momento, la realidad parece demostrar que la
teoría
del consumo
progresivo no puede mantenerce, tanto por el empobrecimiento del
planeta en materia prima,
como por los efectos ecológicos de la acumulación
de residuos que la naturaleza no
puede digerir al ritmo creciente que se ve obligado a
recibirlos.

Naturaleza de los
contaminantes del aire

Por su mayor importancia los contaminantes que han
merecido mayor importancia son los siguientes:

• Polvo de ciudades: constituido por
  sílice, gitumen, caucho, mat. inorgánicas en
  general, mat. orgánica de origen biológico o
  productos
  de la combustión incompleta de
  comburentes.
• Polvo industrial: procedente de focos
  muy localizados como de fabricas de cemento,
  siderúrgicas, instalaciones
  mineras.
• Gases: de origen y composición
  muy distintos como óxidos de carbono, de azufre, de
  nitrógeno; ácido sulfúrico y
  sulfhidrico, aldheido, acetonas, hidrocarburos.
• Vapores: Procedente de fabricas de
  harina de pescado, fibras artificiales,
  coquerias.
• Humos: Son especialmente peligrosos,
  como los humos de productos
  metalúrgicos y los de chimenea pues generalmente
  arrasan productos de la combustión
  incompleta.
• Acciones atómicas: con la
  intervención de acciones
  atómicas puedes producir sustancias nuevas de efecto
  mucho mas peligrosos.

La industria
química
como foco de contaminación

Es en esta industria, mas
que en cualquier otra donde se encuentra una gran variedad de
problemas
específicos. En realidad, los residuos contaminantes se
deben al insuficiente rendimiento económico de la
recuperación de los productos intermedios o finales (En el
caso de los superfosfatos, una fabrica de alta capacidad de
producción puede emitir hasta 1 Kg. de
fósforo/hora en forma de HF y
F6SiH2.)

La producción de energía como foco
contamínate

La mayor composición de la energía
primaria se obtiene por combustión de los combustibles
fósiles: carbón, petróleo,
gas natural,
lanzándose a la atmósfera
dióxido de carbono, monoxido de carbono, óxidos del
azufre, óxidos del nitrógeno

Cenizas, atomos, radicales
libres.

• Oxidos del carbono: El CO y el
  CO2 se desprenden en grandes cantidades. Su
  razón es debido a la cinética de la
  reacción de combustión en una primera etapa el
  carbono se quema a monoxido para luego combinarse con oxigeno
  para formar el dióxido

CO + O2 CO2 +
O

• Oxidos del nitrógeno: Su
  aparición en el aire caliente tiene su origen en las
  reacciones:

O + N2 NO + N

N + O2 NO + O

Entonces se debe utilizar temperaturas de llama
baja para evitar la formación de NO pero esta baja
temperatura conducirían a contenidos altos de CO. En la
actualidad se trata de operar reduciendo al mínimo la
emisión de CO y luego eliminando el NO producido, en lugar
de evitar su formación.

• Oxidos del azufre: el SO2 y
  el SO3 son los únicos que aparecen en
  cantidades significativas. El SO también es importante
  cinéticamente en la obtención de compuestos que
  contienen azufre. En condiciones favorables también
  pararse el S2O pero estas especies tienes gran
  reatividad y a temperatura ambiente no
  se detectan en los humos de chimenea. Los que aparecen
  fundamentalmente son el SO2 y el SO3 en
  equilibrio.

SO2 + 1/2 O2
SO3

Favorece la formación de dióxido de
azufre las altas temperaturas mientras que al trióxido lo
favorece para su formación las bajas
temperaturas.

Se a comprobado que la concentración de
SO3 en las llamas es superior a la de equilibrio
mientras que en la chimenea es inferior. Esta divergencia puede
explicarse por vía cinética, como para los
óxidos del carbono y nitrógeno, pues en la evolución del azufre porque en la llama
intervienen atomos e iones. A partir de las constantes de
velocidad de
reacción, puede calcularse que el contenido máximo
de SO3 ha de estar entre un 1 y 5 % de la
concentración de SO2, que es el orden de
magnitud efectivamente encontrado en distintos gases de chimenea.
A temperaturas algo inferiores a las de la llama comienza a ser
significativa la reacción:

SO3 + CO SO2 +
CO2

Efecto de la contaminación en la atmósfera

En toxicología industrial se ha establecido
una característica de las materias
tóxicas que suele designarse como MAC
(concentración máxima posible). La
definición no es sencilla, pues, independientemente de las
respuestas alérgicas y de las diferentes sensibilidades
entre los individuos, los sometidos a estas atmósferas llegan a
crear habito insensibilizándose. Por ello las cifras
adoptadas para el MAC de cada sustancia suele ser tres veces
inferiores al valor capaz de
afectar a quienes no están inmunizados por la
costumbre.

Evolución del contenido
de CO2 y su efecto

sobre la temperatura media de la
tierra

Nuestro olfato detecta muchas de las sustancias y
concentraciones mucho menores que la que detecta el MAC. La
mínima concentración con que puede identificarse
por el olor, la presencia de una sustancias en el aire se
representa por el anagrama MID (minimun identificable odour). Por
ejemplo para el bromo es de 0,05 para el amoniaco es de
50.

Concertaciones máximas
admisibles (MAC) de varias sustancias en
ppm.

Para ocho horas de
exposición

Autor:

ezequieln[arroba]geocities.com