Sapevi che l'aria che ci circonda è composta principalmente da azoto? Tutti hanno bisogno di ossigeno per sopravvivere. Tuttavia, l'aria che respiriamo è composta al 78% di azoto, da solo il 21% di ossigeno e da piccole quantità di altri gas. Il corpo umano non utilizza questo azoto, tuttavia è molto utile in varie applicazioni industriali.
Che cos'è l'azoto?
In primo luogo è un gas inerte, inodore, incolore e non in grado di sostenere la vita, ma è importante per la crescita dei vegetali ed è un additivo essenziale dei fertilizzanti. La gamma dei suoi impieghi si estende molto al di là del giardinaggio. L'azoto si presenta di solito in forma liquida o gassosa (benché sia possibile produrre anche azoto solido). L'azoto liquido viene utilizzato come refrigerante, ed è in grado di congelare rapidamente alimenti e campioni per la ricerca medica, nonché per le tecnologie riproduttive. Ai fini di questa spiegazione viene preso in esame soltanto l'azoto gassoso.
L'azoto è ampiamente utilizzato soprattutto perché non reagisce quando viene esposto ad altri gas, a differenza dell'ossigeno, che è molto reattivo. Grazie alla loro struttura chimica, le molecole di azoto richiedono più energia per spezzarsi e reagire con altre sostanze. Le molecole di ossigeno sono invece più facili da spezzare, rendendo tale gas molto più reattivo. L'azoto gassoso ha un comportamento opposto, fornendo all'occorrenza ambienti non reattivi.
La mancanza di reattività dell'azoto è la sua principale qualità, in quanto consente di utilizzarlo per prevenire i fenomeni di ossidazione sia lenti, sia rapidi. L'industria elettronica offre un esempio perfetto di tale impiego, in quanto nel corso della produzione di schede di circuiti e altri componenti di piccole dimensioni può verificarsi un'ossidazione lenta che si manifesta come corrosione.
I fenomeni di ossidazione lenta sono diffusi anche nel settore degli alimenti e delle bevande, nel quale l'azoto viene utilizzato per spostare o sostituire l'aria, migliorando in tal modo la conservazione dei prodotti finali. Le esplosioni e gli incendi sono un buon esempio di ossidazione rapida, in quanto devono essere alimentati dall'ossigeno. La rimozione di quest'ultimo dai serbatoi con l'ausilio dell'azoto riduce la probabilità di incidenti di tale genere.
Soluzioni temporanee per la produzione di azoto
- Generatori di azoto a membrana
- Generatori di azoto con tecnologia PSA (Pressure Swing Adsorption)
Come funziona la tecnologia a membrana?
Come funziona la tecnologia PSA?
Quando si produce azoto, è importante conoscere e comprendere il livello di purezza che si desidera raggiungere. Alcune applicazioni richiedono bassi livelli di purezza (tra il 90 e il 99%), come il gonfiaggio degli pneumatici e la prevenzione degli incendi, mentre altre, come le applicazioni nell'industria alimentare e delle bevande o nello stampaggio di materie plastiche, richiedono livelli elevati (dal 97 al 99.999%). In questi casi, la tecnologia PSA è il modo ideale e più semplice. In sostanza, un generatore di azoto funziona separando le molecole di azoto dalle molecole di ossigeno all'interno dell'aria compressa. La tecnologia PSA (Pressure Swing Adsorption) esegue questa operazione intrappolando l'ossigeno dal flusso d'aria compressa utilizzando l'adsorbimento.
L'adsorbimento avviene quando le molecole si legano a una sostanza adsorbente, in questo caso le molecole di ossigeno si collegano a un setaccio molecolare al carbonio (CMS, carbon molecular sieve). Ciò avviene in due serbatoi a pressione separati, ciascuno riempito con un CMS, che passano dal processo di separazione al processo di rigenerazione. Per il momento, li denominiamo Torre A e Torre B. All'inizio, l'aria compressa pulita e secca entra nella Torre A e, poiché le molecole di ossigeno sono più piccole delle molecole di azoto, entrano nei pori del setaccio al carbonio. Le molecole di azoto, d'altra parte, non possono entrare nei pori, quindi bypassano il setaccio molecolare al carbonio. Di conseguenza, si ottiene azoto della purezza desiderata.
Questa fase è chiamata fase di adsorbimento o separazione. Tuttavia, non si ferma qui. La maggior parte dell'azoto prodotto nella Torre A esce dal sistema (pronto per l'uso o lo stoccaggio diretti), mentre una piccola parte dell'azoto generato viene convogliata nella Torre B in direzione opposta (dall'alto verso il basso). Questo flusso è necessario per estrarre l'ossigeno catturato nella precedente fase di adsorbimento della Torre B. Rilasciando la pressione nella Torre B, i setacci molecolari al carbonio perdono la loro capacità di trattenere le molecole di ossigeno. Si staccano dai setacci e vengono trasportate attraverso lo scarico dal piccolo flusso di azoto proveniente dalla Torre A.
In questo modo il sistema crea spazio per le nuove molecole di ossigeno da collegare ai setacci in una fase di adsorbimento successiva. Questo processo di "pulizia" di una torre saturata di ossigeno è denominato rigenerazione.
