Máy tạo khí nitơ là gì?

Thời gian ước tính: 5 phút

Máy tạo khí nitơ là một hệ thống công nghiệp tạo khí nitơ tại chỗ bằng cách tách khí nitơ ra khỏi không khí xung quanh. Không khí thông thường là khoảng 78% nitơ và 21% oxy, với một lượng nhỏ các khí khác. Mặc dù nitơ có nhiều trong khí quyển, nhưng nó không phải lúc nào cũng có thể được sử dụng trực tiếp trong ngành vì hầu hết các quy trình đòi hỏi khí có độ tinh khiết cao hơn hoặc ở lưu lượng và áp suất được kiểm soát.

Máy tạo khí nitơ thực hiện nhiệm vụ này bằng cách lọc khí nén và cách ly các phân tử nitơ khỏi oxy, cacbon dioxit và hơi nước. Kết quả là nguồn cung khí nitơ tinh khiết ổn định có sẵn để sử dụng trong công nghiệp. Về mặt thực tế, điều này có nghĩa là các công ty không còn cần phải phụ thuộc vào xi lanh hoặc bồn chứa lưu trữ số lượng lớn được giao, điều này có thể tốn kém và hạn chế về hậu cần.

Chức năng máy tạo khí nitơ: chức năng chính của máy tạo khí nitơ là cung cấp nguồn khí nitơ liên tục, đáng tin cậy và theo yêu cầu phù hợp với mức độ tinh khiết cần thiết. Điều này rất cần thiết cho các ngành công nghiệp cần kiểm soát hoặc ngăn ngừa quá trình oxy hóa, chẳng hạn như:

Sản xuất thiết bị điện tử: ngăn ngừa ăn mòn bảng mạch.
Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống: kéo dài thời hạn sử dụng bằng cách giảm phơi nhiễm oxy.
Ô tô và bơm lốp: cải thiện độ ổn định và an toàn.
Xử lý hóa chất: cung cấp khí quyển trơ để ngăn chặn các phản ứng không mong muốn.

Bằng cách tự tạo khí nitơ tại chỗ, các doanh nghiệp có được sự chủ động và linh hoạt hơn, đồng thời tránh việc giao hàng và xử lý bình khí áp suất cao thường xuyên.

Máy tạo khí nitơ hoạt động như thế nào?

Máy tạo khí nitơ hoạt động bằng cách tách các phân tử nitơ khỏi oxy và các khí khác trong khí nén, tạo ra dòng khí nitơ được kiểm soát. Quy trình này được gọi là sản xuất khí nitơ và có thể đạt được thông qua các phương pháp sản xuất khí nitơ khác nhau.

Để tạo khí nitơ từ không khí, máy tạo khí trước tiên tiếp nhận dòng khí nén sạch và khô. Bên trong thiết bị, công nghệ phân tách sẽ tách riêng các phân tử nitơ, đồng thời loại bỏ oxy, khí carbon dioxide và hơi nước. Kết quả là dòng khí nitơ tinh khiết, có thể sử dụng ngay hoặc lưu trữ để dùng về sau.

Hai công nghệ chính được sử dụng trong các hệ thống tạo khí nitơ hiện đại:

Máy tạo khí nitơ bằng công nghệ màng – thiết bị nhỏ gọn tách khí bằng sợi bán thấm.
Máy tạo khí nitơ bằng công nghệ hấp phụ biến thiên áp suất (PSA) – sử dụng sàng phân tử carbon để đạt độ tinh khiết nitơ rất cao.

Lựa chọn giữa các loại này phụ thuộc vào chất lượng nitơ và ứng dụng cần thiết. Ví dụ, các ứng dụng như bơm lốp hoặc hệ thống chữa cháy thường chỉ yêu cầu độ tinh khiết từ 90–99%, khi đó một hệ thống tạo nitơ bằng công nghệ màng là đủ đáp ứng. Ngược lại, các ngành như đóng gói thực phẩm hoặc sản xuất nhựa thường cần độ tinh khiết lên đến 99,999% – mức chỉ có thể đạt được nhờ công nghệ PSA.

Hệ thống tạo khí nitơ

Hệ thống tạo khí nitơ là hệ thống lắp đặt hoàn chỉnh cần thiết để sản xuất, lưu trữ và phân phối khí nitơ tại chỗ. Trong khi máy tạo khí là thành phần trung tâm, một số yếu tố khác hoạt động cùng nhau để đảm bảo hoạt động ổn định và chất lượng khí.

Một nhà máy sản xuất nitơ tiêu chuẩn bao gồm:

Máy nén khí: cung cấp khí nén.
Máy sấy: loại bỏ độ ẩm khỏi không khí.
Bộ lọc: thu hơi dầu và các hạt rắn.
Bình chứa khí: ổn định áp suất và lưu lượng.
Máy tạo khí nitơ: tách khí nitơ khỏi oxy và khí vi lượng.
Bình chứa nitơ: lưu trữ nitơ được sản xuất cho nhu cầu cao điểm.

Nitơ có thể được tiêu thụ trực tiếp từ đầu ra của máy tạo khí hoặc được tích trữ trong bồn chứa để đảm bảo nguồn cung liên tục.

Sơ đồ bố trí điển hình của hệ thống máy tạo khí nitơ

Máy tạo khí nitơ bằng công nghệ màng

Công nghệ này tách khí thành các thành phần khí bằng cách truyền khí nén rẻ tiền qua màng bán thấm bao gồm các bó sợi rỗng riêng lẻ. Mỗi sợi rất nhỏ, có mặt cắt tròn hoàn hảo và đường kính lỗ đồng đều ở trung tâm. Ở một đầu của mô-đun, khí nén được đưa vào sợi và tiếp xúc với màng khi nó chảy qua các lỗ sợi. Oxy, hơi nước và các khí vi lượng khác dễ dàng thấm vào sợi màng và được xả ra, nhưng nitơ được chứa trong màng và chảy qua cổng xả. Vì hơi nước thấm qua màng, dòng khí nitơ rất khô, với điểm sương thấp đến -50°C (-58°F).

Công nghệ màng đơn giản và hiệu quả, với các thiết bị nhỏ gọn, tất cả trong một yêu cầu bảo trì thấp và không có chi phí vận hành. Lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu lưu lượng nitơ tương đối thấp và mức độ tinh khiết không vượt quá 99%. Công nghệ màng có mức đầu tư ban đầu thấp hơn so với công nghệ lưu lượng cao/độ tinh khiết cao như Hấp Phụ Biến Thiên Áp Suất (PSA).

Máy tạo khí nitơ công nghệ Hấp Phụ Biến Thiên Áp Suất (PSA)

Hấp phụ là quy trình trong đó các nguyên tử, ion hoặc phân tử từ một chất (trong trường hợp này là khí nén) bám vào bề mặt của chất hấp phụ.

Máy tạo khí bằng công nghệ PSA tách nitơ, và các khí khác trong dòng khí nén (oxy, CO₂ và hơi nước) được hấp phụ, để lại nitơ tinh khiết.

PSA bẫy oxy từ luồng khí nén khi các phân tử tự liên kết với rây phân tử cacbon. Điều này xảy ra trong hai bình áp suất riêng biệt (tháp A và tháp B), mỗi bình chứa một rây phân tử cacbon, chuyển đổi giữa quy trình tách và quy trình tái tạo.

Khí nén khô và sạch đi vào tháp A. Vì phân tử ôxy nhỏ hơn phân tử nitơ, chúng đi qua các lỗ rỗng của lưới lọc. Các phân tử nitơ không vừa với các lỗ, vì vậy chúng đi qua lưới lọc dẫn đến khí nitơ có độ tinh khiết mong muốn. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn hấp phụ hoặc phân tách. Hầu hết khí nitơ được tạo ra trong tháp A sẽ thoát khỏi hệ thống, sẵn sàng để sử dụng hoặc bảo quản trực tiếp.

Tiếp theo, một phần nhỏ nitơ đã tạo được đưa vào tháp B theo hướng ngược lại. Dòng này đẩy ôxy được giữ lại trong giai đoạn hấp phụ của tháp B. Bằng cách xả áp suất trong tháp B, lưới phân tử các-bon mất khả năng giữ phân tử ôxy, tách khỏi lưới và bị cuốn đi bởi dòng khí nitơ nhỏ từ tháp A. Quá trình “làm sạch” này tạo không gian cho các phân tử ôxy mới gắn vào lưới trong giai đoạn hấp phụ tiếp theo.

Công nghệ PSA cho phép lưu lượng nitơ liên tục, công suất cao trong các ứng dụng đòi hỏi độ tinh khiết cao lên đến 99,999%. Máy tạo khí bằng công nghệ PSA có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn máy tạo khí bằng công nghệ màng, nhưng chúng cung cấp những ưu điểm của lưu lượng cao hơn và độ tinh khiết cao hơn mà một số ngành công nghiệp và ứng dụng yêu cầu.

Máy tạo khí bằng công nghệ PSA so với máy tạo khí bằng công nghệ màng

Các thiết bị PSA cung cấp độ tinh khiết siêu cao nhưng phức tạp hơn, trong khi các hệ thống màng đơn giản hơn và bền bỉ hơn. Trong cả hai trường hợp, việc bảo trì máy tạo khí nitơ là điều cần thiết để đảm bảo hiệu suất ổn định.

	PSA	MÀNG LỌC
ĐỘ TINH KHIẾT ĐẠT ĐƯỢC	HIỆU QUẢ LÊN ĐẾN 99,999%	HIỆU QUẢ LÊN ĐẾN 99,9%
HIỆU QUẢ LÀM VIỆC	TỐT HƠN	CẤP CAO
HIỆU SUẤT VÀ NHIỆT ĐỘ	THẤP HƠN Ở NHIỆT ĐỘ CAO	CAO HƠN Ở NHIỆT ĐỘ CAO
MỨC ĐỘ PHỨC TẠP CỦA HỆ THỐNG	TRUNG BÌNH	THẤP
CƯỜNG ĐỘ DỊCH VỤ	THẤP	RẤT THẤP
ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT	DAO ĐỘNG ĐẦU VÀO/ĐẦU RA	ỔN ĐỊNH
ỔN ĐỊNH LƯU LƯỢNG	DAO ĐỘNG ĐẦU VÀO/ĐẦU RA	ỔN ĐỊNH
TỐC ĐỘ BẮT ĐẦU	GIỜ/PHÚT	GIÂY
NHẠY CẢM VỚI NƯỚC (HƠI NƯỚC)	PDP MAX 8°C	KHÔNG CÓ NƯỚC LỎNG
NHẠY CẢM VỚI DẦU	KHÔNG ĐƯỢC PHÉP (<0,01mg/m³)	KHÔNG ĐƯỢC PHÉP (<0,01mg/m³)
MỨC ĐỘ TIẾNG ỒN	CAO (ĐỈNH THỔI)	RẤT THẤP
TRỌNG LƯỢNG	TRUNG BÌNH	THẤP

 Bảng so sánh: Công nghệ máy tạo khí nitơ PSA so với màng.

Hệ thống màng thường yêu cầu ít dịch vụ hơn, vì chúng không có bộ phận chuyển động và ít bộ phận nhạy cảm hơn – điều này khiến chúng phù hợp với môi trường cần tránh thời gian ngừng hoạt động.

Các hệ thống PSA cần chú ý nhiều hơn đến chất lượng khí nạp, bộ lọc và môi trường hấp phụ, nhưng khi được kết hợp với lịch trình bảo trì máy tạo khí nitơ có cấu trúc, chúng cung cấp độ tinh khiết và hiệu suất cao nhất cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Ứng dụng công nghiệp của máy tạo khí nitơ

Nitơ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì nó trơ, không mùi và ngăn ngừa quá trình oxy hóa. Máy tạo khí tại chỗ cung cấp khí nitơ với độ tinh khiết và lưu lượng phù hợp, giảm sự phụ thuộc vào việc cung cấp khí đóng chai trong khi vẫn đảm bảo nguồn cung khí ổn định.

Các ứng dụng chính bao gồm:

Xử lý hóa chất: nitơ được sử dụng để tạo điều kiện trơ ngăn chặn cháy nổ hoặc phản ứng không mong muốn. Máy tạo khí nitơ trong ngành công nghiệp hóa chất cho phép người vận hành duy trì sự an toàn đồng thời giảm chi phí mua khí.
Sản xuất thực phẩm và đồ uống: môi trường được kiểm soát giúp kéo dài thời hạn sử dụng và bảo quản hương vị. Trong dây chuyền đóng gói, máy tạo khí nitơ cho ngành công nghiệp thực phẩm xả oxy ra khỏi các gói, trong khi trong một nhà máy nước giải khát, khí nitơ bảo vệ chất lỏng trong quá trình đóng chai và bảo quản.
Ngành ô tô: lốp xe bơm bằng khí nitơ giúp duy trì áp suất ổn định lâu hơn và giảm quá trình oxy hóa của cao su. Việc sử dụng máy tạo khí nitơ cho lốp xe đảm bảo nguồn cung ổn định và đáng tin cậy cho các trung tâm dịch vụ và đơn vị vận hành đội xe.

Tóm lại, khi hỏi “Máy tạo khí nitơ được sử dụng để làm gì?”, câu trả lời bao gồm một phạm vi rộng, từ phòng thí nghiệm và nhựa đến nuôi trồng thủy sản và dược phẩm, bất cứ nơi nào yêu cầu môi trường không chứa oxy hoặc ít oxy.

Ưu điểm của việc tạo khí nitơ tại chỗ

Sản xuất nitơ tại chỗ cho phép các công ty kiểm soát trực tiếp sản lượng, độ tinh khiết và áp suất. Ngoài tính linh hoạt, còn có những lợi thế vận hành và tài chính đáng kể so với việc dựa vào các nhà cung cấp bên ngoài.

Các lợi ích chính bao gồm:

Ổn định chi phí: không phụ thuộc vào biến động giá thị trường của khí nitơ đóng chai hoặc nitơ dạng rời.
Chi phí hậu cần thấp hơn: không phải trả phí vận chuyển, lên lịch giao hàng hoặc xử lý trả lại xi lanh.
Cải thiện an toàn: loại bỏ rủi ro khi bảo quản và xử lý chai áp suất cao.
Không lãng phí:tránh tổn thất do đun sôi từ bể chứa chất lỏng và khí còn lại chưa sử dụng trong xy lanh.
Độ tin cậy:cung cấp liên tục suốt ngày đêm, giảm nguy cơ ngừng sản xuất.
Tiết kiệm lâu dài: trong khi thiết bị yêu cầu đầu tư ban đầu, chi phí vận hành giảm đáng kể theo thời gian.

Những yếu tố này khiến việc tạo khí nitơ tại chỗ không chỉ là một giải pháp kỹ thuật mà còn là một cách để cải thiện sự an toàn, hiệu quả và quản lý chi phí trong hoạt động hàng ngày. Đọc thêm về những lợi ích của việc tạo khí nitơ tại chỗ.

Chọn máy tạo khí nitơ phù hợp

Mỗi ứng dụng đều có nhu cầu khác nhau khi nói đến lưu lượng nitơ, độ tinh khiết và điều kiện vận hành. Hệ thống phù hợp đảm bảo hiệu quả, an toàn và tiết kiệm chi phí lâu dài. Đối với một số ngành công nghiệp, máy tạo màng nhỏ gọn có thể là đủ, trong khi những ngành khác yêu cầu độ tinh khiết siêu cao do công nghệ PSA cung cấp.

Vì việc lựa chọn phụ thuộc vào cả yếu tố kỹ thuật lẫn kinh tế, nên giải pháp tối ưu thường là trao đổi yêu cầu cụ thể với chuyên gia, người có thể tư vấn và lựa chọn hệ thống phù hợp nhất với quy trình của bạn.

DANH MỤC SẢN PHẨM

Thời gian ước tính: 5 phút