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Azoto temporaneo: soluzioni e tecnologie

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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

Se è necessaria una fornitura temporanea di azoto, noleggiare attrezzature e generare azoto in loco utilizzando aria compressa, è la soluzione ideale. Consente il controllo completo di quantità, pressione e purezza per l'applicazione specifica.

La nostra flotta comprende due tipi di generatori di azoto:
  • Generatori di azoto a membrana
  • Generatori di azoto con tecnologia PSA (Pressure Swing Adsorption)
Poiché Atlas Copco Rental non offre solo soluzioni totali a terra, abbiamo generatori di azoto adatti per le applicazioni offshore. Stessa qualità e affidabilità, ma caratteristiche di sicurezza aggiuntive per la vita in mare. Ingombro limitato? Nessun problema. Abbiamo anche generatori di azoto a membrana e compressore integrati in un contenitore da 20 piedi con telaio di sollevamento approvato DVN 2.7-1.

Come funziona la tecnologia a membrana?

I generatori di azoto a membrana si basano su un principio di funzionamento semplice. La parte principale di tali generatori è costituita dal modulo a membrana (del diametro di circa 10 cm), riempito con piccole fibre polimeriche cave. Nel modulo viene immessa inizialmente aria compressa asciutta e pulita, parte della quale fuoriesce dalle fibre a causa della loro struttura. Durante questo processo, detto permeazione, l'acqua, l'ossigeno e parte dell'argon fuoriescono attraverso il lato delle fibre rivolto verso la membrana. In ultimo rimane soltanto l'azoto. Tale processo è reso possibile dalla diversa velocità di permeazione delle varie molecole.

L'H2O permea il modulo molto rapidamente, mentre all'ossigeno occorre un po' più di tempo. L'argon e l'azoto permeano il modulo piuttosto lentamente, quindi rimangono nelle fibre a lungo dopo la fuoriuscita di H2O e ossigeno (fuoriesce anche parte dell'argon, ma sarebbe inefficiente rimuoverlo completamente dal flusso di aria).

A causa della permeazione attraverso la parete delle fibre, nell'alloggiamento della membrana si creerebbe una sovrapressione. Le fibre si ostruirebbero e l'efficienza di permeazione si ridurrebbe notevolmente. Per evitare che ciò accada, nell'alloggiamento è presente un'apertura, lo sfiato del permeato, attraverso la quale tali gas "di scarico" (compresi H2O, ossigeno e argon) possono sfuggire.

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.

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