Processi di degasaggio

• SOLUBILITA’
  la solubilizzazione è un processo fisico, per mezzo del quale un corpo si disciogli a causa del contatto di un altro corpo (liquido). In base al suo livello di solubilità si scioglie in tempi diversi.
• SOLUBILITA’ DEI GAS
  è quel processo fisico, per mezzo del quale un gas si discioglie a causa del contatto con altro corpo allo stato liquido e questo e regolato dalla legge di Henry, formulata appunto da William Henry nel 1803.

In particolare essa sostiene che un gas che esercita una pressione sulla superficie di un liquido, vi entra in soluzione finché avrà raggiunto in quel liquido la stessa pressione che esercita sopra di esso. La legge di Henry dice che a temperatura costante, la solubilità di un gas è direttamente proporzionale alla pressione che il gas esercita sulla soluzione. Raggiunto l’equilibrio, il liquido si definisce saturo di quel gas a quella pressione.

Tale stato di equilibrio permane fino a quando la pressione esterna del gas resterà inalterata, altrimenti, se essa aumenta, altro gas entrerà in soluzione; se diminuisce, il liquido si troverà in una situazione di sovrasaturazione ed il gas si libererà tornando all’esterno fino a quando le pressioni saranno nuovamente equilibrate.
La velocità, con cui un gas entra in soluzione o si libera, varia in funzione della differenza delle pressioni (esterna e interna) ed è condizionata dalla sua composizione molecolare e dalla natura del liquido solvente.

Decompressione

Il fenomeno di decompressione, se avviene velocemente (a causa di una repentina diminuzione della pressione esterna del gas), si dice tumultuosa perché provoca la formazione di numerosissime bolle, così come succede quando stappiamo una birra o uno spumante.
Un aspetto fondamentale sta nel fatto che ogni gas, così come specificato nell’argomento relativo alla legge delle pressioni parziali, entra in soluzione o si libera indipendentemente da ciò che fanno gli altri gas presenti.

Degasaggio metalli

Il problema maggiore della produzione dei metalli è sicuramente la presenza di gas che si vengono a creare durante la produzione passando dallo stato solido allo stato liquido. Il maggior problema riguarda sicuramente l’idrogeno che sfortunatamente è contenuto nell’aria ed ha buone caratteristiche di solubilità con i metalli. Questo gas preclude sicuramente la qualità e quindi le caratteristiche del metallo che si sta lavorando ed è necessario eliminarlo. A seconda del Metallo esistono varie metodiche.

Degasaggio alluminio

L’idrogeno e’ l’unico gas con una rilevante solubilità nell’alluminio fuso. Sfortunatamente e’ facilmente solubile e abbondante, con il risultato che tutto l’alluminio fuso contiene una fastidiosa quantità d’idrogeno. Questo gas gioca il ruolo principale nello sviluppo dei difetti dovuti alla porosità dei getti e del considerevole sforzo nel controllare la sua presenza e la conseguente necessità di rimuoverlo.

Tecniche di degasaggio

Vediamo quali sono i metodi per rimuovere l’idrogeno dalle leghe d’alluminio liquido.
Le tecniche di degasaggio dipendono dal livello d’idrogeno consentito nella propria produzione. In alcune applicazioni, come nelle fusioni aerospaziali, le proprietà meccaniche devono essere tassativamente garantite. I costi del metallo sono soltanto una piccolissima parte rispetto al valore finale della fusione. Con altre produzioni, come molte fusioni commerciali, la normale porosità dispersa non crea problemi. E’ soggettivo quindi stabilire il livello d’idrogeno consentito.

Esistono diversi processi per degasare l’alluminio e le sue leghe che possono essere riassunti in tre metodi:

• Naturale
• Sottovuoto
• Mediante gas inerte o reattivo

Naturale

Un bagno d’alluminio liquido perderà idrogeno se e’ molto gasato. Questo metodo e’ molto lento e richiede qualche ora per avere un risultato rilevante. E’ certamente troppo lento perché sia praticato con regolarità. Il degasaggio naturale e’ possibile se le temperature sono basse e se l’atmosfera sopra il bagno e’ secca.

Sottovuoto

L’eliminazione della pressione atmosferica sopra il metallo favorisce la formazione di bolle d’idrogeno che sono rimosse attraverso una pompa. I tempi sono ragionevoli e possono essere accorciati insufflando contemporaneamente azoto nel metallo attraverso un tubo.

Con gas

Questo e’ il trattamento con gas inerte, gas reattivo o una combinazione di questi. La differenza tra le varie tecniche, risiede nel tipo di gas, come è introdotto e come si formano le bolle. L’efficacia dipende dal tipo di bolla che a sua volta dipende da come si forma nel metallo. L’efficacia, inoltre dipende dal tipo di gas usato. Naturalmente i gas dovranno essere esenti da vapore acqueo o essi introdurranno idrogeno nel metallo. Di solito si usa azoto o argon anidri(secchi). In alcuni casi e’ necessario aggiungere idrogeno nel metallo per ottenere una micro porosità diffusa che evita i macro ritiri. Questo processo si attua nel caso in cui il degasaggio ha ridotto troppo il contenuto d’idrogeno.

Degasaggio acciaio

Anche in questo caso il principale gas di disturbo è l’idrogeno. Come nel precedente articolo riguardo l’alluminio vi sono vari metodi ma in questo caso il degasaggio sottovuoto è un procedimento essenziale della produzione di leghe di acciaio di alta qualità. E’ l’unico modo per produrre certi gradi di acciaio impiegati nei settori automobilistico, aerospaziale e ferroviario. Durante il processo di produzione, l’acciaio fuso rischia di inglobare eccessive quantità di idrogeno e carbonio.

In passato la rimozione dell’idrogeno richiedeva il raffreddamento lento del metallo, con conseguente prolungamento del processo di produzione. Oggi il metodo per estrarre l’idrogeno si avvale del vuoto, per eliminare imperfezioni che possono influenzare negativamente l’integrità e le caratteristiche dell’acciaio. Il degasaggio sottovuoto per ridurre il carbonio non solo mitiga le imperfezioni, ma porta anche altri vantaggi. L’acciaio a basso tenore di carbonio è più duttile e quindi più facilmente lavorabile con macchine di formatura e stampaggio.

Degasaggio acqua

L’acqua in equilibrio con l’atmosfera contiene disciolti al suo interno una notevole concentrazione di gas,principalmente anidride carbonica e ossigeno. In numerose applicazioni industriali, la presenza di suddetti elementi deve essere ridotta a livelli trascurabili sia per ragioni di processo sia per evitare fenomeni di corrosione all’interno dei generatori di vapore e delle tubazioni.
Il processo di de-gasificazione termofisica è sicuramente la tecnologia più applicata quando è richiesta una riduzione dei livelli di ossigeno a poche parti per miliardo.I gas disciolti sono rimossi per strippaggio con vapore. Inoltre il vapore viene usato come mezzo di riscaldamento, abbassando ulteriormente la solubilità dei gas nel liquido.

In alternativa, quando il vapore non può essere utilizzato come mezzo di strippaggio o non è necessario riscaldare l’acqua, possono essere impiegati i degasatori sotto vuoto.Un applicazione tipica è nel trattamento dell’acqua di iniezione nel settore up-stream oppure nelle operazioni di degasaggio sull’acqua di make –up di centrali di riscaldamento.
In altri casi per volumi minori vengono usati dei Degasatori a torretta.

Questi devono svolgere le seguenti fasi:

• riscaldare tutta la massa di liquido condensato per mezzo di vapore, in modo da diminuire la solubilità dei gas;
• frazionare ed agitare l’acqua, cioè dividerla in goccioline sufficientemente piccole in modo da favorire la separazione dei gas;
• diminuire il più possibile le pressioni parziali dei gas presenti, in modo che l’acqua , in condizioni di saturazione non riesca a trattenere i gas disciolti (per questo l’insieme di riscaldatore-degasatore è concepito in modo che la temperatura di uscita dell’acqua sia il più possibile vicina alla temperatura di saturazione del vapore di riscaldamento);
• scaricare in atmosfera gli incondensabili attraverso uno sfiato posizionato sulla parte alta del degasatore.

Degasaggio a vuoto

Il degasaggio a vuoto è la rimozione del gas disciolto da una soluzione liquida abbassando la pressione in un recipiente contenente la soluzione. La pressione ridotta nel recipiente produce un gas meno solubile e separabile dal materiale liquefatto. Dopo che il processo di degasaggio sottovuoto è completato e che il gas prodotto è stato portato fuori dal contenitore la pressione viene riportata alla normalità. Questo processo è tipicamente effettuato in una camera appositamente progettata e nota per sistemi di degasaggio sottovuoto. E’ comunemente usato nel trattamento delle acque, esami di laboratorio, e procedure di purificazione del suolo.

Queste semplici procedure di degasaggio sottovuoto vengono effettuate su molti altri tipi di sostanze, tra cui acciaio fuso liquido. Aria e altri gas vengono solitamente rimossi da un materiale liquido per migliorare la purezza del potere a stato solido. Il processo di svuotamento del gas per diminuire la pressione nel serbatoio di stoccaggio è tipicamente effettuato mediante un sifone, e i gas dispersi nell’atmosfera. Questo processo è utilizzato anche per l’analisi di un materiale in condizioni controllate.

Degasatori per resine

Tra i materiali che usano i processi a vuoto vi sono anche le resine. Come è stato già detto il funzionamento dei degasatori per resine e un processo a vuoto. L’aria e i gas che rimangono imprigionate negli impasti di resine sintetiche o di materiali compositi e nelle mescole siliconiche o similari, durante la loro preparazione, comportano per questi una drastica riduzione delle loro caratteristiche tecniche e ne inficia l’aspetto estetico.

I degasificatori sono costituiti da:

• Una o due autoclavi in lamiera d’acciaio saldata, a perfetta tenuta di vuoto, con coperchi in metacrilato trasparente, asportabili manualmente
• Una pompa a palette rotative con lubrificazione a bagno d’olio, per alto vuoto
• Uno o due vuotometri, per la lettura diretta del grado di vuoto nell’autoclave
• Una o due valvole manuali a tre vie, per l’intercettazione del vuoto
• Un’apparecchiatura elettrica di comando, racchiusa in apposita cassetta protetta
• Un telaio in profilati d’acciaio, per l’assemblaggio di tutti i componenti sopra descritti

All’interno dell’autoclave, i degasificatori possono raggiungere un grado di vuoto finale pari al 99,5 %. Con piccole varianti e con l’ausilio di resine isolanti o impermeabilizzanti, possono essere impiegati per l’impregnazione sottovuoto di avvolgimenti per motori elettrici, di trasformatori, di bobine elettriche, ecc.

Degasaggio HPLC

L’acronimo HPLC viene da High Performance Liquid Chromatography (cromatografia liquida ad alta prestazione). Il termine alta prestazione si riferisce alla elevata velocità e risoluzione nella separazione dei diversi componenti del soluto. L’alta prestazione si ottiene impiegando come fase stazionaria particelle di diametro molto piccolo, dell’ordine delle decine di µm o inferiori, impaccate in colonne di acciaio, vetro o materiale plastico. Minore è il diametro delle particelle impaccate, minore è l’ampiezza delle bande di soluto e quindi l’ampiezza dei picchi risultanti.

L’uso di piccole particelle impaccate spesso richiede l’impiego di alte pressioni per spingere la fase mobile attraverso la colonna. Generalmente le pressioni impiegate vanno tra 400 e 4.000 psi (psi = libbra-forza per pollice quadro, lb/in2. 1 psi = 0,068 atm). Per questo motivo il termine HPLC a volte viene tradotto come cromatografia liquida ad alta pressione.

I Gas disciolti in un sistema fluidico spesso possono causare problemi. Quando la pressione o le variazioni di temperatura, i gas disciolti possono formare bolle che influenzano l’accuratezza, la precisione e le prestazioni delle apparecchiature.

Il Degasaggio è un modo molto efficace per rimuovere i gas disciolti dal liquido e prevenire la formazione di bolle e quindi evitare che particelle relativamente grandi, contenute nel campione o nell’eluente, possano ostruire il circuito del cromatografo, danneggiare la pompa o accumularsi nella colonna.

Degasaggio tramite membrana

Il degasaggio può essere effettuato tramite una membrana. Questo processo è molto semplice e si applica facendo passare il materiale attraverso una membrana selettiva che tratterà i gas non voluti tramite selezione per affinità chimiche o fisiche e facendo passare soltanto il prodotto puro.

Una membrana artificiale, anche chiamata membrana sintetica, è una membrana preparata per la separazione di elementi in laboratorio e nell’industria. La sua parte attiva, che permette il trasporto selettivo del materiale, consiste solitamente di polimeri (ad esempio polisulfone, polietersulfone, acetato di cellulosa, poliammide, o poliacrilonitrile) o materiale inorganico (ad esempio allumina, vetro borosilicato, o acciaio al zirconio). Una membrana potrebbe contenere parti ausiliarie per il supporto meccanico, il drenaggio, rattoppo, ecc.

Rispetto alla comune filtrazione, il degasaggio a membrana permette di trattenere particelle di dimensioni molto minori (ad esempio gas, batteri, molecole, e ioni).