Gases Industriais

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Gases industriais
Processos industriais inorgânicos
Profa. Elaine Cristina Marques Esper
Fonte: Anotações de aula prof. Claudemar
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Gases
Os gases sempre estiveram presentes em nossas vidas, mas os adventos e problemas vieram a ser conhecidos recentemente. O estudo dos gases contribuiu e está contribuindo ainda mais para o entendimento da formação de outros gases, para o entendimento de certos fenômenos naturais e para o desenvolvimento de novas técnicas industriais.
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Gases
Onde os gases industriais são aplicados? 
Quais são os gases industriais? 
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Gases
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Como exemplos, podemos falar da tecnologia aplicada à conservação de alimentos, resfriando e congelando-os com N2 e CO2, a neve carbônica (flocos de gelo seco) onde preservam a qualidade do alimento resfriado (reduzindo a proliferação de microorganismos no alimento), o CO2 pode ser usado para a carbonificação de bebidas (refrigerantes), o O2 é usado para remoção de incrustações em lingotes mediante chama de oxiacetileno, para cortar imperfeições etc.
Gases industriais
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Gases industriais
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https://www.youtube.com/watch?v=YOFKShqUOP4
Gases industriais
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Gás carbônico, 
Hidrogênio, acetileno 
Nitrogênio e oxigênio 
Gases industriais obtidos do ar atmosférico
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O oxigênio, nitrogênio e argônio são obtidos do ar pelo processo de separação, através de um método criogênico desenvolvido por Carl Von Linde há mais de cem anos, onde criogenia é o estudo da matéria em temperaturas muito baixas. Inclui o estudo de gases liquefeitos e de efeitos que ocorrem quando os materiais estão muito frios. A vantagem na produção de gases criogênicos é o baixo custo no armazenamento e no transporte destes, exemplos disso é o espaço por ele ocupado, no caso do oxigênio 1 ft3 de oxigênio líquido equivale a cerca de 860 ft3 de oxigênio gasoso e estes materiais criogênicos podem apresentar modificações fundamentais nas suas propriedades devido à baixa temperatura.
O que mais você sabe sobre criogenia? 
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A criogenia tem diversas áreas de aplicação como, por exemplo, na propulsão de foguetes, no processamento eletrônico de dados, em materiais magnéticos, na metalurgia etc.
Na obtenção destes gases (usando a criogenia), as empresas usam os seguintes princípios fundamentais:
• Compressão do vapor, com a liquefação do líquido, em temperatura inferior à temperatura crítica do gás em questão.
• Troca de calor em permutadores de calor, tais como as unidades a dupla tubulação; refrigeração.
• Expansão adiabática do ar comprimido para conseguir o resfriamento pelo efeito Joule-Thomson, em virtude da energia interna ser, em parte, utilizada para vencer a atração entre as moléculas. O processo tem que ser efetuado abaixo da temperatura ambiente é necessário apenas para os isótopos do hélio, os isótopos do hidrogênio e para o neônio.
• Resfriamento dos gases comprimidos graças ao trabalho efetuado em condições adiabaticamente (processo Claude), onde resfriamos com a expansão dos gases adiabaticamente.
• Resfriamento de líquidos por evaporação.
• Separação entre o oxigênio liquido e o nitrogênio liquido mais volátil, numa coluna retificadora. O nitrogênio ferve a -195,8°C e o oxigênio a -183°C, a 1 atm. A diferença de 12,8°C no ponto de ebulição permite a separação fracionada dos dois líquidos
Gases industriais obtidos do ar atmosférico
Uso e obtenção do O2 e do N2
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O2
N2
Uso e obtenção do O2 e do N2
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O2
N2
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=J6iKQSDI7IY
Uso e obtenção do O2 e do N2 – processo criogênico
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Uso e obtenção do O2 e do N2
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Leitura do processo 
Uso e obtenção do O2 e do N2
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O ar é primeiramente filtrado, comprimido (a 75 psig), e depois resfriado.
Após a separação da água líquida, o ar entra num trocador térmico em contracorrente com os produtos gasosos efluentes. À medida que o ar se resfria, a umidade é inicialmente condensada, e depois congelada, sobre as paredes do trocador de calor. Nas temperaturas mais baixas, o CO2 se congela e também se deposita sobre as paredes da tubulação do trocador de calor. O ar que sai do trocador está completamente seco e sofreu a remoção de mais de 99% do CO2. 
Usa-se a adsorção em fase gasosa, a leito fixo, para remover o restante do CO2 e, o que é mais importante, quaisquer traços de hidrocarbonetos arrastados pelo ar, que seriam perigosos em presença do oxigênio liquido. O ar purificado entra na base da coluna inferior de um retificador a dupla coluna (fig 2).
Uso e obtenção do O2 e do N2
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O retificador a dupla coluna consiste em duas colunas de destilação com pratos, termicamente acopladas na parte intermediária por um trocador de calor, que serve de condensador para a coluna inferior e de refervedor para a coluna de cima. Em virtude de o nitrogênio ser mais volátil que o oxigênio, ele subirá ao longo de cada coluna, enquanto o oxigênio escorrerá para baixo. Assim, no lado do refervedor da coluna superior, haverá uma massa de oxigênio liquido fervente, de elevada pureza, enquanto no lado do condensador da coluna inferior estará sendo condensado o nitrogênio quase puro. Devido ao ponto de ebulição normal do oxigênio ser 12,8 °C mais elevado que o do nitrogênio, a pressão na coluna de baixo deve ser suficientemente alta para elevar a temperatura de condensação do nitrogênio o bastante para gerar um gradiente de temperatura positivo no condensador principal. 
Uso e obtenção do O2 e do N2
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Os trocadores de calor são usualmente de construção muito compacta, em chapa e aletas de alumínio soldadas. Os pratos de destilação podem ser perfurados ou ter borbulhadores. Os materiais de construção são o alumínio, o aço inoxidável, o cobre e ligas de cobre. Todo equipamento de baixa temperatura está montado, juntamente com a tubulação, em uma ou mais câmaras pesadamente isoladas com materiais não inflamáveis.
Uma certa quantidade de oxigênio é obtida mediante processo não-criogênico, a adsorção alternada usando-se uma peneira molecular como adsorvente. Com isso se obtém oxigênio a mais de 90% de pureza, com uma capacidade de produção de 1 a 60 ton diárias.
Uso e obtenção do O2 e do N2
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O nitrogênio condensado divide-se em duas correntes, ao deixar o condensador principal; uma parte retorna a coluna inferior como refluxo e a outra é desviada para a coluna superior, através do superaquecedor de nitrogênio, também para ser usada como refluxo. Uma corrente líquida rica em oxigênio (35 %) deixa a base da coluna inferior e, depois de ser sub-resfriada na superaquecedor do nitrogênio, constitui a corrente principal de alimentação da coluna superior. As duas correntes liquidas que entram na coluna de cima são inicialmente resfriadas, para se evitar a vaporização, ao serem expandidas na pressão mais baixa, que reina nesta coluna. O oxigênio é removido do condensador principal na forma de vapor saturado, e o nitrogênio de elevada pureza é removido do condensador principal na forma de vapor saturado, e o nitrogênio de elevada pureza é removido do topo da coluna superior, também como vapor saturado. O gás restante é removido como nitrogênio de refugo de baixa pureza, num ponto vários pratos abaixo do topo da coluna superior. O CO2 e os hidrocarbonetos leves tendem a acumular-se no oxigênio liquido do condensador principal. Estes constituintes são removidos pela recirculação do liquido desse condensador através de um retentor de adsorção, a sílica gel, para impedir o acúmulo de CO2 e de hidrocarbonetos perigosos. 
Uso e obtenção do O2 e do N2
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As duas correntes (de nitrogênio e de oxigênio) são superaquecidas a aproximadamente 100 K, nos respectivos super-aquecedores e introduzidas nos trocadores de calor reversíveis, para serem aquecidas até a temperatura ambiente, em troca térmica com o ar afluente. O nitrogênio muito puro e o oxigênio de alta pureza são aquecidos em dutos de fluxo não reversíveis, separados, enquanto o nitrogênio de refugo passa por dutos em que o fluxo é periodicamente invertido com o da passagem de ar. O nitrogênio de refugo, desta maneira,passa pelo CO2 sólido e pela umidade congelada, depositados previamente pelo ar, e provoca a sublimação e o arraste das duas substancias. A inversão periódica das passagens de ar e de nitrogênio assegura a manutenção do trocador de calor em condições limpas e operáveis. A refrigeração necessária para superar o influxo térmico no sistema é conseguida mediante a expansão de uma parte da corrente de ar através de uma turbina centrífuga de expansão.
Numa versão ideal, este é um processo isentrópico, em que se reduz a entalpia do ar que está sendo expandido e rejeita-se energia do processo mediante o eixo da turbina. É possível recuperar trabalho graças ao acoplamento de um gerador elétrico ao eixo motor. O ar limpo e frio para a turbina é retirado à jusante do absorvedor e reaquecido numa passagem separada do trocador de calor reversível, até a temperatura apropriada para entrar na turbina. O reaquecimento também serve para controlar a distribuição de temperatura e para manter correta a operação do permutador de calor. O ar que é descarregado pela turbina entra no prato apropriado da coluna superior.
 
Mapa mental 
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Outros gases 
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Acetileno 
CO2
H2
Amônia
Argonio 
Cloro gasoso ou outros 
Escolher um desses gases, estudar o seu processo de obtenção e postar no fórum um mapa mental sobre o seu processo de obtenção
Postar os links de estudo utilizados 
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