El aire pobre es una mezcla de gases con un contenido de oxígeno inferior al 20,95% (el contenido de oxígeno del aire respirable normal ). El aire pobre se elabora a partir de una mezcla de gases de aire con nitrógeno o de oxígeno puro con nitrógeno y se utiliza en varios procesos de producción donde un producto recubierto con nitrógeno puro puede resultar peligroso, indeseable o más caro. En algunos procesos de producción, el contenido de oxígeno es necesario para el proceso de reacción o durante el almacenamiento (p. ej. producción de resinas sintéticas, compuestos acrílicos como ácido acrílico (CAAC) o acrilato de butilo (BA)).
El aire pobre es "aire" producido artificialmente con un menor contenido de oxígeno. El contenido normal de oxígeno del 20,95 % en volumen en el aire se reduce (pobre) a una proporción menor (p. ej., 8 % en volumen). Para ello se mezclan gases: aire comprimido con nitrógeno u oxígeno con nitrógeno.
El término genérico para aire pobre es aire sintético, que puede referirse a mezclas de gases con un contenido de oxígeno menor pero también mayor . El aire sintético se utiliza, por ejemplo, en analizadores de gas como gas cero [1] [2] o gas de funcionamiento para la detección de óxidos de nitrógeno . En procesos químicos a gran escala, la mezcla de gases se utiliza en cantidades significativamente mayores y esto tiene un impacto en la calidad del producto.
A menudo se requiere aire pobre en procesos para el suministro de calderas y reactores de disolventes, por ejemplo, en la producción de resinas sintéticas durante la polimerización .[1] En estos procesos, se añade calor y se escapan gases combustibles del producto. Tres factores necesarios del triángulo de combustión ( sustancia combustible , oxígeno, energía de ignición ) coincidirían espacial y temporalmente si se produjeran con aire respirable normal. Esto podría provocar una explosión o deflagración , con los consiguientes accidentes graves.
Si el producto es ácido acrílico, en el contrario debe haber oxígeno y evitar una atmósfera inerte pura: "Debe evitarse el sobrecalentamiento del ácido acrílico porque puede provocar explosiones". "Se informaron varios casos de ácido acrílico cuando se ignoraron los procedimientos para el manejo o almacenamiento adecuados". "La superposición de ácido acrílico con una atmósfera de nitrógeno puro durante el proceso de fabricación puede provocar una reducción del oxígeno" [3] y, en consecuencia, una explosión. Incluso el almacenamiento conduce a una reacción química que requiere oxígeno. "El oxígeno se consume lentamente durante el almacenamiento. Por lo tanto, el nivel de oxígeno disuelto debe reponerse periódicamente con aire (o una mezcla de oxígeno y gas nitrógeno, 'mezcla de aire pobre')". [3] Por lo tanto, el aire pobre utilizado para este propósito debe mantenerse en un rango de oxígeno seguro para evitar accidentes y al mismo tiempo que pueda tener lugar la reacción.
Debido al uso regular en zonas potencialmente explosivas, es esencial respetar el contenido de oxígeno especificado para el aire pobre, es decir, tanto para la calidad del proceso de producción (reacción química deseada) como para cuestiones relacionadas con la seguridad (triángulo de combustión, sobrecalentamiento). .
El aire pobre se puede llenar en cilindros de gas (o en paquetes como bancos de almacenamiento) de los fabricantes de gases técnicos [4] [2]. Cuando se requieren cantidades mayores, las empresas tienden a operar sus propios sistemas para generar aire pobre porque es más rentable. Los sistemas para la producción de dichas mezclas de gases se denominan mezcladores de gases o, más específicamente, unidades de aire pobre . Las demandas de esas unidades de aire pobre en cuanto a cantidad, calidad, seguridad y disponibilidad se clasifican individualmente y se definen según las necesidades y presupuestos específicos de la empresa.
La calidad, la seguridad y la disponibilidad del gas son importantes para el proceso [5] cuando se genera aire pobre. Eso significa en detalle
Como medida adicional para controlar la calidad correcta de la mezcla de gases, se puede utilizar un analizador de gases que controle continuamente la concentración de oxígeno. El valor de oxígeno medido se puede visualizar y transferir a un sistema de control de procesos superior a través de una conexión online. Si se excede el valor límite, se puede iniciar un cambio en la calidad de la mezcla de gases (en sistemas automáticos y dinámicos de aire pobre) y se puede iniciar una desconexión o conmutación a un bypass posiblemente existente.
El cumplimiento seguro de una concentración de oxígeno definida en el aire pobre influye en la seguridad de la planta de proceso suministrada. La seguridad funcional se puede aumentar adicionalmente mediante el uso de un análisis del nivel de integridad de la seguridad (análisis SIL). Un SIL o nivel de seguridad es un nivel de requisito de seguridad de acuerdo con la norma IEC 61508 / IEC 61511 . Mediante este análisis SIL se evalúa conjuntamente la fiabilidad del sistema de monitorización utilizado para ello (normalmente compuesto por un analizador de gas, una desconexión y una electroválvula de tubería de purga). Esto reduce aún más el riesgo de posibles fallos de funcionamiento.
Para garantizar la disponibilidad de un sistema de aire pobre diseñado profesionalmente, son comunes al menos las siguientes medidas: [6]