1. Nguyên lý hấp phụ biến áp (PSA) trong sản xuất Nitrogen
Công nghệ PSA (Pressure Swing Adsorption – Hấp thụ biến áp) là phương pháp tiên tiến và kinh tế nhất hiện nay để sản xuất khí Nitrogen (N2) độ tinh khiết cao ngay tại nhà máy từ nguồn không khí nén. Nắm rõ kiến thức Nitrogen PSA giúp doanh nghiệp chủ động điều khiển nồng độ khí, giảm tới 70% chi phí so với việc đặt mua bình khí nén hay khí lỏng thương mại.
Không khí xung quanh chúng ta bao gồm khoảng 78% Nitrogen, 21% Oxygen và 1% các khí khác. Công nghệ PSA tận dụng đặc tính hấp phụ chọn lọc của vật liệu rây phân tử thạch anh (Carbon Molecular Sieve – CMS) dưới áp suất cao để tách riêng Nitrogen và Oxygen.
Kích thước phân tử của Oxygen nhỏ hơn Nitrogen, do đó khi khí nén áp suất cao (từ 6 đến 8 bar) chạy qua tháp chứa hạt CMS, các phân tử Oxygen sẽ bị giữ lại bên trong các lỗ xốp nhỏ của hạt CMS. Trong khi đó, các phân tử Nitrogen lớn hơn không bị hấp phụ sẽ thoát ra ngoài đỉnh tháp, tạo thành dòng khí Nitrogen tinh khiết thu gom vào bình chứa.
2. Cấu tạo và chu kỳ hoạt động của hệ thống Nitrogen PSA Airtech
Một máy tạo khí Nitrogen PSA chuẩn Airtech luôn gồm 2 tháp hấp phụ (Tháp A và Tháp B) chứa đầy hạt CMS, vận hành luân phiên theo chu kỳ tự động điều khiển bởi bộ điều khiển lập trình PLC:
Giai đoạn Hấp phụ (Adsorption): Khí nén đi vào Tháp A dưới áp suất cao, hạt CMS hấp thụ Oxygen, xả khí Nitrogen tinh khiết ra ngoài.
Giai đoạn Giải hấp/Tái tạo (Desorption/Regeneration): Cùng lúc đó, Tháp B được xả áp suất về áp suất khí quyển. Lượng Oxygen bám trên hạt CMS sẽ bị xả bỏ ra ngoài môi trường, khôi phục lại khả năng hấp phụ cho hạt CMS.
Giai đoạn Cân bằng áp suất (Equalization): Nhờ hệ thống van chuyển đổi tự động, áp suất giữa hai tháp được cân bằng trong vài giây trước khi Tháp B bước vào chu kỳ hấp phụ và Tháp A giải hấp.
Sơ đồ vận hành dòng khí: Khí nén sạch -> Tháp CMS A (Nén và giữ O2) -> Thu khí N2 -> Đổi chiều xả O2 ở Tháp B.
3. Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ tinh khiết khí Nitrogen
Chất lượng khí nén đầu vào: Khí nén bắt buộc phải được lọc sạch dầu và nước đọng. Hơi dầu ngưng tụ sẽ bọc kín các lỗ xốp của hạt CMS, làm hỏng hoàn toàn khả năng hấp phụ khí.
Tỷ lệ lưu lượng khí cấp (Air-to-Nitrogen Ratio): Muốn thu được độ tinh khiết Nitrogen càng cao (ví dụ 99.999%), lưu lượng khí N2 đầu ra sẽ giảm xuống và đòi hỏi lượng khí nén cấp vào lớn hơn.
Nhiệt độ làm việc: Nhiệt độ khí nén lý tưởng nhất khi đi vào tháp PSA là từ 20 đến 30 độ C. Nhiệt độ quá cao sẽ làm giảm khả năng giữ phân tử Oxygen của hạt CMS.
Quý khách hàng có thể đọc thêm bài viết chuyên sâu về giải pháp hệ thống nitrogen công nghiệp để được kỹ sư Airtech thiết kế cấu hình tối ưu nhất.
