Oxigênio
É um dos elementos químicos básicos. Em sua forma mais comum, o oxigênio é um gás incolor encontrado no ar. É um dos elementos que sustentam a vida na Terra e é necessário para todos os animais. O oxigênio também é usado em muitas aplicações industriais, comerciais, médicas e científicas. É usado em altos-fornos para fabricar aço e é um componente importante na produção de muitos produtos químicos sintéticos, incluindo amônia, álcoois e vários plásticos. Oxigênio e acetileno são queimados juntos para fornecer as temperaturas muito altas necessárias para soldagem e corte de metal. Quando o oxigênio é resfriado abaixo de -297 ° F (-183 ° C), torna-se um líquido azul pálido que é usado como combustível de foguete.
O oxigênio é um dos elementos químicos mais abundantes na Terra. Cerca de metade da crosta terrestre é composta de compostos químicos contendo oxigênio, e um quinto de nossa atmosfera é gás oxigênio. O corpo humano é cerca de dois terços de oxigênio. Embora o oxigênio esteja presente desde o início da investigação científica, ele não foi descoberto e reconhecido como um elemento separado até 1774, quando Joseph Priestley da Inglaterra o isolou aquecendo óxido de mercúrio em um tubo de ensaio invertido com os raios focalizados do sol. Priestley descreveu sua descoberta para o cientista francês Antoine Lavoisier, que experimentou mais e determinou que era um dos dois principais componentes do ar. Lavoisier nomeou o novo gás oxigênio usando as palavras gregas oxys, que significa azedo ou ácido, e genes, que significa produzir ou formar, porque ele acreditava que era uma parte essencial de todos os ácidos.
Em 1895, Karl Paul Gottfried von Linde da Alemanha e William Hampson da Inglaterra desenvolveram independentemente um processo para baixar a temperatura do ar até que ele se liquefize. Pela destilação cuidadosa do ar líquido, os vários gases componentes podem ser fervidos um de cada vez e capturados. Este processo rapidamente se tornou a principal fonte de oxigênio, nitrogênio e argônio de alta qualidade.
Em 1901, o gás oxigênio comprimido foi queimado com gás acetileno na primeira demonstração de soldagem oxi-acetileno. Esta técnica tornou-se um método industrial comum de soldagem e corte de metais.
O primeiro uso de propulsores de foguetes líquidos ocorreu em 1923, quando Robert Goddard, dos Estados Unidos, desenvolveu um motor de foguete usando gasolina como combustível e oxigênio líquido como oxidante. Em 1926, ele voou com sucesso um pequeno foguete de combustível líquido a uma distância de 184 pés (56 m) a uma velocidade de cerca de 60 mph (97 km/h).
Após a Segunda Guerra Mundial, novas tecnologias trouxeram melhorias significativas para o processo de separação de ar usado para produzir oxigênio. Os volumes de produção e os níveis de pureza aumentaram enquanto os custos diminuíram. Em 1991, mais de 470 bilhões de pés cúbicos (13,4 bilhões de metros cúbicos) de oxigênio foram produzidos nos Estados Unidos, tornando-se o segundo maior volume de gás industrial em uso.

Matérias-primas
O oxigênio pode ser produzido a partir de vários materiais, usando vários métodos diferentes. O método natural mais comum é a fotossíntese, na qual as plantas usam a luz solar para converter o dióxido de carbono do ar em oxigênio. Isso compensa o processo de respiração, no qual os animais convertem o oxigênio do ar de volta em dióxido de carbono.
O método comercial mais comum para a produção de oxigênio é a separação do ar usando um processo de destilação criogênica ou um processo de adsorção de vácuo. Nitrogênio e argônio também são produzidos separando-os do ar.
?O oxigênio também pode ser produzido como resultado de uma reação química na qual o oxigênio é liberado de um composto químico e se torna um gás. Este método é usado para gerar quantidades limitadas de oxigênio para suporte de vida em submarinos, aeronaves e naves espaciais.
O hidrogênio e o oxigênio podem ser gerados passando uma corrente elétrica através da água e coletando os dois gases à medida que borbulham. O hidrogênio se forma no terminal negativo e o oxigênio no terminal positivo. Este método é chamado eletrólise e produz hidrogênio e oxigênio muito puros. Ele usa uma grande quantidade de energia elétrica, no entanto, e não é econômico para produção em grande volume.
O processo de fabricação
A maior parte do oxigênio comercial é produzida usando uma variação do processo de destilação criogênica originalmente desenvolvido em 1895. Esse processo produz oxigênio com mais de 99% de pureza. Mais recentemente, o processo de adsorção por oscilação de vácuo mais eficiente em termos de energia tem sido usado para um número limitado de aplicações que não requerem oxigênio com mais de 90-93% de pureza.
Aqui estão as etapas usadas para produzir oxigênio comercial a partir do ar usando o processo de destilação criogênica.
Como esse processo utiliza uma seção criogênica extremamente fria para separar o ar, todas as impurezas que podem se solidificar ? como vapor de água, dióxido de carbono e certos hidrocarbonetos pesados ??? devem primeiro ser removidas para evitar que congelem e obstruam a tubulação criogênica.
Este tubo de ensaio é um dos artefatos mais populares no Henry Ford Museum & Greenfield Village em Dearborn, Michigan. Diz-se que contém o último suspiro de Thomas Alva Edison, o grande inventor. De acordo com o filho de Edison, Charles, um conjunto de oito tubos de ensaio vazios estava na mesa ao lado do leito de morte de Edison em 1931. Imediatamente após a morte de Edison, seu médico colocou vários tubos nos lábios de Edison para pegar o dióxido de carbono de seus pulmões desinflados. . Em seguida, o médico selou cuidadosamente cada tubo com parafina e deu os tubos a Charles Edison. Charles Edison sabia que o ídolo de Henry Ford era Thomas Edison e presenteou Ford com um dos tubos como lembrança.
Há alguma discussão entre os visitantes sobre a quantidade de dióxido de carbono e a quantidade de oxigênio atualmente contida no tubo. Alguns perguntam se alguém evacuou o tubo de oxigênio antes de colocar o tubo na boca de Edison (muito improvável). Se não, quanto da respiração de Edison poderia estar no tubo? Então, dizem eles, contém tanto dióxido de carbono quanto oxigênio? No entanto, é uma homenagem não convencional a um grande homem por aqueles que lamentam ver sua luz se extinguir.
Separando
O ar é separado em seus principais componentes ? nitrogênio, oxigênio e argônio ? por meio de um processo de destilação conhecido como destilação fracionada. Às vezes, esse nome é abreviado para fracionamento, e as estruturas verticais usadas para realizar essa separação são chamadas de colunas de fracionamento. No processo de destilação fracionada, os componentes são gradualmente separados em várias etapas. Em cada estágio o nível de concentração, ou fração, de cada componente é aumentado até que a separação esteja completa.
Como todos os processos de destilação funcionam com o princípio de ferver um líquido para separar um ou mais dos componentes, uma seção criogênica é necessária para fornecer as temperaturas muito baixas necessárias para liquefazer os componentes do gás.
O oxigênio no fundo da coluna de baixa pressão é cerca de 99,5% puro. As unidades de destilação criogênica mais recentes são projetadas para recuperar mais argônio da coluna de baixa pressão, e isso melhora a pureza do oxigênio para cerca de 99,8%.
Cerca de 80-90% do oxigênio produzido nos Estados Unidos é distribuído aos usuários finais em gasodutos de plantas de separação de ar próximas. Em algumas partes do país, uma extensa rede de dutos atende muitos usuários finais em uma área de centenas de quilômetros. O gás é comprimido a cerca de 500 psi (3,4 MPa ou 34 atm) e flui através de tubos de 10 a 30 cm de diâmetro. A maior parte do oxigênio restante é distribuída em reboques-tanque isolados ou vagões-tanque ferroviários como oxigênio líquido.
Controle de qualidade
A Compressed Gas Association estabelece padrões de classificação para oxigênio gasoso e oxigênio líquido com base na quantidade e tipo de impurezas presentes. Os graus de gás são chamados de Tipo I e variam de A, que é 99,0% puro, a F, que é 99,995% puro. Os graus líquidos são chamados de Tipo II e também variam de A a F, embora os tipos e quantidades de impurezas permitidas nos graus líquidos sejam diferentes dos graus gasosos. Tipo I Grau B e Grau C e Tipo II Grau C são 99,5% puros e são os graus de oxigênio mais comumente produzidos. Eles são usados ??na fabricação de aço e na fabricação de produtos químicos sintéticos.
A operação das unidades de separação de ar de destilação criogênica é monitorada por instrumentos automáticos e muitas vezes usa controles de computador. Como resultado, sua produção é consistente em qualidade. Amostragem e análise periódicas do produto final garantem que os padrões de pureza estejam sendo atendidos.
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