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El Aire




Enviado por ezequieln



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

    COMPOSICION DEL AIRE
    PURO

    Proporción

    Proporción

    Elemento

    en volumen

    en peso

    Nitrógeno

    78,14

    75,6

    Oxigeno

    20,92

    23,1

    Argón

    0,94

    0,3

    Neón

    1,5 10-3

    1 10-3

    Helio

    5 10-4

    0,7 10-4

    Criptón

    1 10-4

    3 10-4

    Hidrogeno

    5 10-5

    0,35 10-5

    Xenón

    1 10-5

    4 10-5

    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.

    Temperatura

    Duración de la
    formación

    Duración de la
    descomposición

    (Kelvin)

    del NO

    del NO

    1000

    81años

    32 horas

    1500

    30 horas

    3 Min.

    1900

    2 Min.

    1 seg.

    2500

    10-2

    0,3
    10-9

    2900

    0.35
    10-4

    0.2
    10-6

    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

    concentración

    diferencia
    de

    aumento del
    nivel

    Tiempo

    de CO2

    temperatura

    del mar

    Años

    ppm

    ·c

    metros

    1850

    295

    0

    0

    1900

    297

    0.02

    0

    1950

    308

    0.1

    0

    2000

    350

    0.46

    0.25

    2070

    750

    7

    7

    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

    Sustancia

    MAC

    Niquelcarbonilo

    0.001

    Bromo

    0.1

    Cloro

    1

    Anilina

    5

    Trietilamina

    25

    Cloroformo

    50

    Amoniaco

    100

    Metanol

    200

    Etilmercaptano

    250

    Gasolina

    500

    Etanol

    1000

    Dióxido de carbono

    5000

     

     

    Autor:

    ezequieln[arroba]geocities.com

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