Cách hoạt động của máy tạo khí nitơ như thế nào?

Nguyên lý hoạt động của máy nitơ màng

Máy tạo khí nitơ màng hoạt động bằng cách tách nitơ khỏi các khí khác trong không khí bằng một quá trình thẩm thấu chọn lọc thông qua một màng được thiết kế đặc biệt. Không khí chúng ta thở chứa khoảng 78% nitơ và 21% oxy, phần còn lại là argon, carbon dioxide…. Nguyên tắc của máy phát nitơ màng tận dụng sự khác biệt về tốc độ thẩm thấu của các khí này qua vật liệu màng.

Đầu tiên, không khí khí quyển được nén lên áp suất cao hơn bằng máy nén khí. Không khí nén này sau đó được xử lý để loại bỏ hơi nước, dầu và các hạt bụi.

Không khí đã được làm sạch, nén được dẫn vào mô-đun màng. Mô-đun này chứa hàng nghìn sợi rỗng hoặc bó được làm từ một loại vật liệu polymer đặc biệt được thiết kế để tách khí. Bề mặt bên trong của các sợi này có tính chọn lọc đối với các khí khác nhau dựa trên kích thước của chúng và khả năng hòa tan vào vật liệu màng.

Khi không khí nén chảy qua các sợi rỗng, oxy, hơi nước và các khí khác thẩm thấu qua thành màng nhanh hơn nitơ do kích thước phân tử nhỏ hơn hoặc độ hòa tan cao hơn trong vật liệu màng. Kết quả là, nitơ được làm giàu bên trong các màng sợi rỗng và tập trung ở giữa các sợi.

Độ tinh khiết của nitơ được sản xuất có thể được điều chỉnh bằng cách kiểm soát lưu lượng không khí nén qua mô-đun màng và áp suất hoạt động.

Khí nitơ thoát ra khỏi mô-đun màng được thu gom và có thể được lưu trữ trong một bình hoặc được dẫn trực tiếp đến nơi cần thiết. Oxy, hơi nước và các khí đã loại bỏ được thải trở lại khí quyển.

Cơ chế hoạt động của máy phát nitơ PSA

Hấp phụ dao động áp suất (PSA) là công nghệ sản xuất nitơ phổ biến nhất cho việc tạo khí tại chỗ. Máy phát nitơ PSA hoạt động dựa trên các nguyên tắc cơ bản của hấp phụ. Tên gọi xuất phát từ cách chúng sử dụng dao động áp suất để tăng cường hấp phụ trong giai đoạn tách và sau đó nạp lại vật liệu hấp phụ. Một PSA hai buồng cho phép tạo nitơ liên tục, với một buồng sản xuất N2 trong khi buồng kia nạp lại.

Các buồng được lấp đầy bằng một vật liệu hấp phụ gọi là sàng phân tử carbon (CMS). Mỗi hạt CMS có hàng nghìn lỗ siêu nhỏ. Các phân tử khí nhỏ như oxy (O2) hấp phụ lên bề mặt với tốc độ cao hơn các phân tử N2 lớn hơn.

Tốc độ hấp phụ tăng lên khi buồng được tăng áp. Khí nitơ tinh khiết được tách ra khỏi buồng và lưu trữ khi đạt đến mức độ tinh khiết mong muốn.
Khi buồng được giảm áp, oxy dư và các khí khác bị mắc kẹt trong các lỗ CMS được giải phóng, nạp lại các hạt cho chu trình tiếp theo của tăng áp và hấp phụ. Oxy dư và các khí khác được thải trở lại khí quyển trước khi chu trình bắt đầu lại.

Mỗi buồng chuyển đổi giữa giai đoạn tạo nitơ áp suất cao và giai đoạn tái sinh áp suất thấp, cho phép sản xuất nitơ liên tục.

Nên sử dụng công nghệ nào? 

Điều này phụ thuộc vào chất lượng nitơ mà doanh nghiệp yêu cầu. Ví dụ, nếu bạn chỉ cần bơm hơi cho lốp xe hoặc sử dụng nitơ để ngăn chặn/dập tắt đám cháy, thì mức độ tinh khiết nitơ thấp 90-99% và máy phát nitơ màng sẽ đủ. Tuy nhiên, máy phát nitơ PSA là cần thiết khi bạn phải đạt được độ tinh khiết rất cao là 99,999% hoặc 10 PPM (phần triệu) và thậm chí cao hơn - ví dụ trong ngành thực phẩm hoặc để đúc nhựa.

Ngoài việc cho phép các công ty kiểm soát lượng nitơ muốn sản xuất với áp suất và độ tinh khiết như thế nào, việc tự tạo ra khí nitơ còn có những lợi ích khác. Đặc biệt hơn, việc sử dụng máy tạo khí nitơ sẽ giúp doanh nghiệp không còn phụ thuộc vào biến động giá trên thị trường, tiết kiệm chi phí vận chuyển và ngăn chặn sự chậm trễ.

Việc tự sản xuất nitơ giúp các doanh nghiệp loại bỏ những rủi ro không đáng có khi sử dụng bình khí nén áp suất cao. Không những thế, họ còn tiết kiệm được một khoản chi phí đáng kể từ việc khí bị thất thoát và việc đổi trả bình khí. Nhờ đó, khoản đầu tư ban đầu cho máy phát nitơ sẽ nhanh chóng được thu hồi, giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí vận hành trong dài hạn.