Desgasificación

La desgasificación , también conocida como eliminación de gases disueltos, consiste en la eliminación de gases disueltos en líquidos , especialmente agua o soluciones acuosas. Existen numerosos métodos para eliminar gases de los líquidos.

Los gases se eliminan por diversas razones. Los químicos eliminan los gases de los disolventes cuando los compuestos con los que trabajan son sensibles al aire o al oxígeno ( técnica sin aire ), o cuando la formación de burbujas en las interfaces sólido-líquido se convierte en un problema. La formación de burbujas de gas al congelar un líquido también puede ser indeseable, por lo que es necesario desgasificarlo previamente.

La solubilidad de los gases obedece a la ley de Henry ; es decir, la cantidad de gas disuelto en un líquido es proporcional a su presión parcial . Por lo tanto, al someter una solución a presión reducida, el gas disuelto se vuelve menos soluble. La sonicación y la agitación a presión reducida suelen mejorar la eficiencia. Esta técnica se conoce como desgasificación al vacío . Se utilizan cámaras de vacío especializadas, llamadas desgasificadores al vacío , para desgasificar materiales mediante la reducción de presión.

En general, un disolvente acuoso disuelve menos gas a temperaturas elevadas, y viceversa para los disolventes orgánicos (siempre que el soluto y el disolvente no reaccionen). Por consiguiente, calentar una disolución acuosa puede expulsar el gas disuelto, mientras que enfriar una disolución orgánica tiene el mismo efecto. La sonicación y la agitación durante la regulación térmica también son eficaces. Este método no requiere aparatos especiales y es fácil de realizar. Sin embargo, en algunos casos, el disolvente y el soluto se descomponen, reaccionan entre sí o se evaporan a altas temperaturas, y la velocidad de eliminación es menos reproducible .

Las membranas de separación gas-líquido permiten el paso del gas, pero no del líquido. Al hacer circular una solución a través de la membrana y evacuarla, el gas disuelto sale a través de ella . Este método tiene la ventaja de evitar la redisolución del gas, por lo que se utiliza para producir disolventes de alta pureza. Entre las nuevas aplicaciones se encuentran los sistemas de inyección de tinta, donde el gas presente en la tinta forma burbujas que degradan la calidad de impresión. Se coloca una unidad de desgasificación antes del cabezal de impresión para eliminar el gas y evitar la acumulación de burbujas, manteniendo así una buena inyección y calidad de impresión.

Los tres métodos anteriores se utilizan para eliminar todos los gases disueltos. A continuación se describen métodos para una eliminación más selectiva.

Los procesadores ultrasónicos de líquidos son un método comúnmente utilizado para eliminar gases disueltos y/o burbujas de gas atrapadas en diversos líquidos. La ventaja de este método radica en que la desgasificación ultrasónica puede realizarse en modo de flujo continuo, lo que lo hace adecuado para la producción a escala comercial. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

El burbujeo de una solución con un gas de alta pureza (generalmente inerte) permite eliminar gases disueltos no deseados (generalmente reactivos), como el oxígeno y el dióxido de carbono . El nitrógeno , el argón , el helio y otros gases inertes se utilizan comúnmente. Para optimizar este proceso, denominado burbujeo , la solución se agita vigorosamente y se burbujea durante un tiempo prolongado. Dado que el helio no es muy soluble en la mayoría de los líquidos, resulta especialmente útil para reducir el riesgo de formación de burbujas en sistemas de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC).

Si se requiere eliminar el oxígeno, la adición de reductores a veces resulta eficaz. Por ejemplo, especialmente en el campo de la electroquímica , el sulfito de amonio se utiliza frecuentemente como reductor, ya que reacciona con el oxígeno para formar iones sulfato . Si bien este método solo se puede aplicar al oxígeno e implica el riesgo de reducción del soluto, el oxígeno disuelto se elimina casi por completo. El radical cetilo derivado del sodio y la benzofenona también se puede utilizar para eliminar tanto el oxígeno como el agua de disolventes inertes como hidrocarburos y éteres; el disolvente desgasificado se puede separar por destilación . Este último método es particularmente útil porque una alta concentración de radical cetilo genera un color azul intenso, lo que indica que el disolvente está completamente desgasificado.

En esta técnica a escala de laboratorio, el fluido a desgasificar se coloca en un matraz Schlenk y se congela rápidamente, generalmente con nitrógeno líquido . A continuación, se aplica vacío, por ejemplo, hasta alcanzar un vacío de 1 mm Hg (a modo de ejemplo). El matraz se sella de la fuente de vacío y se deja descongelar el disolvente congelado. A menudo, aparecen burbujas al descongelarse. El proceso se repite normalmente un total de tres ciclos. ^{[ 4 ]} El grado de desgasificación se expresa mediante la ecuación (1/760) ³ para el caso de una presión inicial de 760 mm Hg, un vacío de 1 mm Hg y un total de tres ciclos. ^{[ 5 ]}

La levadura utiliza el azúcar para producir alcohol y dióxido de carbono. En la elaboración del vino , el dióxido de carbono es un subproducto indeseado para la mayoría de los vinos. Si el vino se embotella poco después de la fermentación , es importante desgasificarlo antes del embotellado.

Las bodegas pueden omitir el proceso de desgasificación si envejecen sus vinos antes de embotellarlos. Almacenar los vinos en barricas de acero o roble durante meses, e incluso años, permite que los gases se liberen y escapen al aire a través de las válvulas de aire.

El método más eficiente de desgasificación de aceite industrial es el procesamiento al vacío , que elimina el aire y el agua disueltos en el aceite. ^{[ 6 ]} Esto se puede lograr mediante:

• pulverización de aceite en grandes cámaras de vacío;
• distribuir el aceite en una capa fina sobre superficies especiales (anillos espirales, anillos Raschig , etc.) en cámaras de vacío.

En condiciones de vacío, se alcanza un equilibrio entre el contenido de humedad y aire (gases disueltos) en las fases líquida y gaseosa. Este equilibrio depende de la temperatura y la presión residual. Cuanto menor sea la presión, más rápida y eficientemente se eliminarán el agua y el gas.

La desgasificación no intencionada puede ocurrir por diversas razones, como la liberación accidental de metano ( CH₄ ) del lecho marino durante actividades humanas como la exploración submarina por parte de la industria energética . Los procesos naturales, como el movimiento de las placas tectónicas, _también pueden contribuir a la liberación de metano del fondo oceánico. En ambos casos, el volumen de CH₄ _liberado puede contribuir significativamente al cambio climático . ^{[ 7 ] [ 8 ]}

• Conductividad de desgasificación
• agua desgasificada
• erupción límnica
• Desgasificación (incluye emisiones geológicas y volcánicas)
• Gas volcánico
• desvolatilización de polímeros