Nguyên lý và đặc điểm của máy tạo nitơ

A máy tạo nitơlà thiết bị sử dụng không khí làm nguyên liệu thô và tách oxy và nitơ thông qua các phương pháp vật lý để thu được khí nitơ. Theo các phương pháp tách khác nhau, máy tạo nitơ công nghiệp có thể được phân thành ba loại: tách không khí đông lạnh, tách không khí qua sàng phân tử (PSA) và tách không khí qua màng.

Máy tạo nitơ được thiết kế và sản xuất dựa trên công nghệ Hấp phụ xoay áp suất (PSA). Nó sử dụng Sàng phân tử carbon (CMS) nhập khẩu chất lượng cao làm chất hấp phụ và áp dụng nguyên lý hấp phụ dao động áp suất ở nhiệt độ bình thường để tách nitơ khỏi oxy trong không khí, tạo ra nitơ có độ tinh khiết cao. Thông thường, hai tháp hấp phụ được kết nối song song. Được điều khiển bởi hệ thống PLC nhập khẩu, các van khí nén tự động vận hành để luân phiên thực hiện tái tạo hấp phụ và giảm áp suất, hoàn thành quá trình tách oxy-nitơ và thu được nitơ với độ tinh khiết cần thiết.

Nguyên lý làm việc của máy tạo nitơ

Nguyên lý tạo nitơ hấp phụ xoay áp suất PSA

Sàng phân tử carbon có thể hấp thụ cả oxy và nitơ trong không khí. Khả năng hấp phụ của nó tăng lên khi áp suất tăng. Dưới cùng một áp suất, không có sự khác biệt rõ ràng giữa khả năng hấp phụ cân bằng của oxy và nitơ. Vì vậy, rất khó để đạt được sự phân tách oxy-nitơ hiệu quả chỉ thông qua thay đổi áp suất.

Bằng cách xem xét sự khác biệt về tốc độ hấp phụ, các đặc tính hấp phụ của oxy và nitơ có thể được phân biệt một cách hiệu quả. Đường kính phân tử của oxy nhỏ hơn nitơ nên tốc độ khuếch tán của nó nhanh hơn nitơ hàng trăm lần. Vì vậy, rây phân tử carbon hấp thụ oxy nhanh hơn rất nhiều. Sau khoảng một phút hấp phụ, hơn 90% oxy có thể được hấp phụ, trong khi lượng nitơ hấp phụ chỉ khoảng 5%.

Ở giai đoạn này, khí bị hấp phụ chủ yếu là oxy, còn khí còn lại chủ yếu là nitơ. Bằng cách kiểm soát thời gian hấp phụ trong vòng một phút, oxy và nitơ ban đầu có thể được tách ra. Nói cách khác, sự hấp phụ và giải hấp đạt được thông qua chênh lệch áp suất: sự hấp phụ xảy ra khi áp suất tăng và quá trình giải hấp xảy ra khi áp suất giảm.

Sự tách oxy và nitơ phụ thuộc vào sự chênh lệch tốc độ hấp phụ giữa hai loại khí. Bằng cách kiểm soát thời gian hấp phụ, oxy có thể được hấp phụ đủ trong khi nitơ không có đủ thời gian để hấp phụ, và sau đó quá trình hấp phụ sẽ dừng lại để đạt được hiệu quả sản xuất nitơ.

Nguyên lý tạo nitơ tách khí lạnh

Việc tạo nitơ đông lạnh có thể tạo ra không chỉ khí nitơ mà còn cả nitơ lỏng, đáp ứng các yêu cầu của quy trình khi cần có nitơ lỏng. Nitơ lỏng có thể được lưu trữ trong bể chứa nitơ lỏng. Khi nguồn cung cấp nitơ bị gián đoạn hoặc bộ phận tách khí cần được bảo trì, nitơ lỏng được lưu trữ sẽ đi vào thiết bị hóa hơi, được làm nóng và sau đó được cung cấp vào đường ống nitơ để đáp ứng yêu cầu về nitơ của thiết bị xử lý.

Chu kỳ hoạt động của quá trình tạo nitơ đông lạnh (khoảng thời gian giữa hai hoạt động làm nóng chính) thường là hơn một năm. Do đó, thiết bị dự phòng thường không được xem xét cho hệ thống tạo nitơ đông lạnh. Tuy nhiên, máy tạo nitơ PSA chỉ có thể sản xuất khí nitơ mà không có khả năng lưu trữ dự phòng và một thiết bị duy nhất không thể đảm bảo hoạt động liên tục trong thời gian dài.

Nguyên lý tạo nitơ tách khí qua màng

Sau khi được nén và lọc bằng máy nén khí, không khí đi vào thiết bị tách màng polyme cao cấp. Do sự khác nhau về độ hòa tan và hệ số khuếch tán của các loại khí khác nhau trong màng, các loại khí khác nhau có tốc độ thẩm thấu khác nhau.

Dựa trên đặc điểm này, khí có thể được chia thành "khí nhanh" và "khí chậm".

Dưới sự chênh lệch áp suất giữa hai bên màng, các khí có tốc độ thẩm thấu nhanh hơn, chẳng hạn như hơi nước, hydro, heli, hydro sunfua và carbon dioxide, sẽ đi qua màng và trở nên giàu có ở phía thấm qua.

Trong khi đó, các khí có tốc độ thẩm thấu chậm hơn, chẳng hạn như metan, nitơ, carbon monoxide và argon, được giữ lại và làm giàu ở phía cấp liệu, nhờ đó đạt được sự phân tách các khí hỗn hợp.

Tính năng của thiết bị tạo nitơ

Thuận tiện và nhanh chóng

Với công nghệ tiên tiến và hệ thống phân phối luồng khí độc đáo, việc phân phối dòng khí đồng đều hơn, cho phép sử dụng hiệu quả sàng phân tử cacbon. Nitơ đủ tiêu chuẩn có thể được sản xuất trong vòng khoảng 20 phút.

Hoạt động dễ dàng

Thiết bị có cấu trúc nhỏ gọn và thiết kế gắn trên thanh trượt tích hợp, yêu cầu ít không gian lắp đặt và không cần đầu tư xây dựng dân dụng. Với mức đầu tư ban đầu thấp, người dùng chỉ cần kết nối nguồn điện tại chỗ để bắt đầu sản xuất nitơ.

Vận hành tiết kiệm

Công nghệ PSA là phương pháp sản xuất nitơ đơn giản và hiệu quả sử dụng không khí làm nguyên liệu thô. Tiêu thụ năng lượng của nó chủ yếu đến từ lượng điện tiêu thụ của máy nén khí. Nó có chi phí vận hành thấp, tiêu thụ năng lượng thấp và hiệu quả cao.