Sản xuất nitơ PSA tại chỗ cho phép người dùng công nghiệp tạo khí nitơ trực tiếp từ khí nén với độ tinh khiết và lưu lượng xác định.
Đối với các ứng dụng yêu cầu độ tinh khiết nitơ 99,5%, cấu hình LYZD-C của Lingyu cung cấp dải công suất chuyên dụng với mức tiêu thụ khí nén, kết nối đường ống và kích thước thiết bị tương ứng theo từng model.
Quá trình PSA sử dụng hai tháp hấp phụ chứa rây phân tử carbon (Carbon Molecular Sieve – CMS). Oxy được hấp phụ ưu tiên, trong khi nitơ đi qua lớp hấp phụ dưới dạng khí sản phẩm. Việc chuyển đổi tự động giữa quá trình hấp phụ và tái sinh dưới sự điều khiển của PLC giúp duy trì sản xuất nitơ liên tục.
Người dùng đang đánh giá các mức độ tinh khiết nitơ khác cũng có thể tham khảo dòng máy tạo khí nitơ của Lingyu.
Máy tạo khí nitơ PSA hoạt động như thế nào?
Công nghệ hấp phụ biến thiên áp suất (Pressure Swing Adsorption – PSA) tách nitơ khỏi khí nén thông qua các chu kỳ hấp phụ và tái sinh luân phiên.
Hấp phụ
Khí nén đi vào một tháp hấp phụ chứa rây phân tử carbon.
CMS ưu tiên hấp phụ các phân tử oxy, trong khi nitơ đi qua lớp hấp phụ và được thu lại dưới dạng khí sản phẩm.
Tái sinh
Đồng thời, tháp thứ hai được giảm áp và tái sinh.
Oxy đã được CMS giữ lại trước đó được giải phóng và xả ra môi trường với sự hỗ trợ của một lượng nhỏ khí nitơ dùng cho tái sinh.
Chuyển đổi tháp tự động
Khi tháp đang hoạt động đạt đến khả năng hấp phụ đã định trước, hệ thống điều khiển tự động chuyển đổi chức năng của hai bình hấp phụ.
Tháp đã tái sinh bắt đầu quá trình hấp phụ, trong khi tháp vừa hoạt động chuyển sang tái sinh.
Chu kỳ luân phiên này cho phép sản xuất nitơ liên tục mà không cần chuyển đổi tháp bằng tay.
Tại sao độ tinh khiết nitơ 99,5% yêu cầu lựa chọn công suất riêng?
Dải máy tạo khí nitơ PSA rộng hơn hỗ trợ độ tinh khiết nitơ từ 95% đến 99,999%, nhưng độ tinh khiết nitơ ảnh hưởng đến việc xác định công suất máy và nhu cầu khí nén.
Vì vậy, máy tạo khí nitơ 99,5% không nên được xem là cùng một cấu hình với hệ thống 99% hoặc 99,99% mà chỉ khác cài đặt trên bộ điều khiển.
Đối với ứng dụng yêu cầu 99,5%, việc lựa chọn model cần dựa trên dữ liệu công suất và mức tiêu thụ khí hiệu dụng dành riêng cho LYZD-C.
Điều kiện vận hành tiêu chuẩn của hệ thống PSA
Các yêu cầu vận hành ở cấp dòng sản phẩm bao gồm:
| Thông số | Thông số kỹ thuật |
|---|---|
| Nhiệt độ khí đầu vào | ≤40°C |
| Áp suất khí đầu vào | 0,5–0,8 MPa |
| Dải độ tinh khiết nitơ | 95%–99,999% |
| Điểm sương nitơ | ≤−40°C |
| Nhiệt độ môi trường | ≤40°C |
| Chu kỳ chuyển đổi | 45–60 s |
| Nguồn điện | 220 V / 50 Hz |
| Độ ồn | ≤75 dB |
Các điều kiện này mô tả dòng PSA nói chung. Nội dung lựa chọn model trong bài viết này tập trung cụ thể vào cấu hình LYZD-C 99,5%.
Thông số kỹ thuật máy tạo khí nitơ LYZD-C 99,5%
Một số thông số đại diện của LYZD-C được thể hiện dưới đây.
| Model | Sản lượng nitơ | Ống đầu vào | Ống đầu ra | Kích thước H × L × W | Mức tiêu thụ khí hiệu dụng |
| LYZD-C12 | 12 m³/h | DN15 | DN15 | 1500 × 850 × 500 mm | 0,60 m³/min |
| LYZD-C20 | 20 m³/h | DN20 | DN15 | 1800 × 900 × 600 mm | 1,00 m³/min |
| LYZD-C50 | 50 m³/h | DN25 | DN25 | 2456 × 1500 × 700 mm | 2,50 m³/min |
| LYZD-C100 | 100 m³/h | DN40 | DN40 | 2638 × 1750 × 765 mm | 5,00 m³/min |
| LYZD-C150 | 150 m³/h | DN50 | DN40 | 2750 × 1750 × 900 mm | 7,50 m³/min |
| LYZD-C250 | 250 m³/h | DN65 | DN50 | 2890 × 2200 × 1200 mm | 12,50 m³/min |
| LYZD-C400 | 400 m³/h | DN80 | DN65 | 2900 × 2500 × 1350 mm | 20,00 m³/min |
Dải LYZD-C còn bao gồm các model trung gian như LYZD-C35, C60, C70, C90, C120, C130, C220, C290, C330, C370 và C440. Vì vậy, bảng trên trình bày các model đại diện chứ không phải toàn bộ dải sản phẩm.
Cụ thể, kích thước của LYZD-C50 và LYZD-C100 lần lượt là 2456 × 1500 × 700 mm và 2638 × 1750 × 765 mm.
Mức tiêu thụ khí hiệu dụng và công suất tạo nitơ
Máy tạo khí nitơ PSA phụ thuộc trực tiếp vào hệ thống khí nén phía trước. Vì vậy, sản lượng nitơ yêu cầu không thể được xem xét tách biệt khỏi công suất khí nén sẵn có.
Đối với một số model LYZD-C đại diện:
| Sản lượng nitơ | Mức tiêu thụ khí hiệu dụng |
| 12 m³/h | 0,60 m³/min |
| 50 m³/h | 2,50 m³/min |
| 150 m³/h | 7,50 m³/min |
| 250 m³/h | 12,50 m³/min |
| 400 m³/h | 20,00 m³/min |
Khi công suất sản xuất nitơ tăng, nhu cầu khí nén cũng tăng theo.
Do đó, hệ thống máy nén khí phía trước phải cung cấp đủ lưu lượng ở áp suất yêu cầu, đồng thời vẫn đáp ứng các nhu cầu khí nén khác của nhà máy.
Điều kiện thiết kế để đạt hiệu suất định mức
Dữ liệu hiệu suất của LYZD-C dựa trên các điều kiện thiết kế sau:
Áp suất hấp phụ: 0,8 MPa(g)
Nhiệt độ môi trường: 20°C
Độ ẩm tương đối của khí cấp: 80%
Hiệu suất thực tế tại hiện trường có thể thay đổi theo áp suất đầu vào, nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng khí nén và các điều kiện vận hành khác.
Do đó, model danh định cần được đánh giá theo môi trường vận hành thực tế thay vì chỉ lựa chọn dựa trên lưu lượng nitơ yêu cầu.
Vận hành tự động bằng PLC
Máy tạo khí nitơ PSA cung cấp chức năng khởi động và dừng tự động cũng như tự động chuyển đổi giữa các chu kỳ hấp phụ và tái sinh.
Các van khí nén được PLC điều khiển để duy trì trình tự vận hành chính xác.
Chu kỳ chuyển đổi 45–60 giây
Chu kỳ chuyển đổi tiêu chuẩn là 45–60 giây.
Trong quá trình vận hành, một tháp hấp phụ sản xuất nitơ trong khi tháp còn lại thực hiện tái sinh. Trình tự van tự động sau đó đảo chức năng của hai tháp tại giai đoạn yêu cầu trong chu kỳ.
Cơ chế vận hành luân phiên này hỗ trợ quá trình sản xuất nitơ liên tục.
Giám sát độ tinh khiết và lưu lượng nitơ theo thời gian thực
Độ tinh khiết và lưu lượng nitơ được giám sát trực tuyến liên tục theo thời gian thực.
Màn hình cảm ứng kỹ thuật số hiển thị các thông số vận hành chính bao gồm:
- Áp suất
- Độ tinh khiết nitơ
- Lưu lượng nitơ
- Trạng thái vận hành của hệ thống
Đối với hệ thống 99,5%, giám sát trực tuyến cho phép người vận hành trực tiếp theo dõi liệu khí sản phẩm có tiếp tục đáp ứng các điều kiện về độ tinh khiết và lưu lượng yêu cầu hay không.
Bảo vệ khi nitơ không đạt tiêu chuẩn
Hệ thống PSA tích hợp chức năng cảnh báo và bảo vệ khi nitơ không đạt tiêu chuẩn.
Nếu độ tinh khiết nitơ giảm xuống dưới giá trị quy định, hệ thống điều khiển sẽ kích hoạt cảnh báo.
Nếu tình trạng không đạt tiêu chuẩn tiếp tục trong khoảng thời gian cài đặt trước, máy tạo khí nitơ sẽ tự động dừng để bảo vệ.
Chức năng này đặc biệt quan trọng khi quy trình phía sau không thể chấp nhận nitơ có độ tinh khiết thấp hơn mức quy định.
Tự động nén chặt CMS và độ ổn định của chất hấp phụ
Máy tạo khí nitơ được tích hợp thiết bị tự động nén chặt rây phân tử carbon.
Hệ thống giúp duy trì mật độ nạp CMS thích hợp và giảm hiện tượng nghiền thành bột do chuyển động bên trong lớp hấp phụ.
Độ ổn định của lớp vật liệu nạp rất quan trọng đối với hiệu suất hấp phụ lâu dài. Vì vậy, tình trạng CMS cần được đánh giá thông qua hiệu suất độ tinh khiết thực tế, đặc tính áp suất, lịch sử vận hành và kiểm tra thiết bị thay vì dựa trên một khoảng thời gian thay thế cố định áp dụng cho mọi hệ thống.
Cân bằng áp suất và hiệu quả năng lượng
Máy tạo khí nitơ PSA sử dụng quy trình cân bằng áp suất không đều được tối ưu hóa.
Quy trình này cải thiện hiệu suất thu hồi nitơ và có thể gián tiếp giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng khoảng 5%.
Giá trị khoảng 5% không nên được xem là mức tiết kiệm năng lượng được đảm bảo cho toàn bộ hệ thống tại mọi địa điểm. Mức tiêu thụ năng lượng thực tế phụ thuộc vào các yếu tố như hiệu suất máy nén khí, áp suất đầu vào, độ tinh khiết nitơ, lưu lượng yêu cầu và lịch vận hành của nhà máy.
Tiền xử lý khí nén giúp bảo vệ CMS
Hiệu suất PSA phụ thuộc vào chất lượng khí nén đi vào các tháp hấp phụ.
Một hệ thống tạo nitơ hoàn chỉnh có thể tích hợp thiết bị xử lý khí nén ở phía trước máy tạo khí PSA để giảm dầu, hạt rắn, nước lỏng và các chất ô nhiễm khác đi vào rây phân tử carbon.
Khi cần lọc bổ sung, bộ lọc khí nén chính xác của Lingyu có thể được tích hợp vào hệ thống tiền xử lý.
Cấu hình lọc phù hợp cần được lựa chọn theo loại máy nén khí, chất lượng khí nén và yêu cầu đầu vào của máy tạo khí nitơ.
Điểm sương nitơ là thông số riêng biệt với độ tinh khiết
Thông số điểm sương nitơ tiêu chuẩn là:
≤−40°C
Độ tinh khiết nitơ và hàm lượng ẩm trong nitơ là hai thông số chất lượng khí riêng biệt.
Một quy trình có thể yêu cầu nitơ 99,5% đồng thời quy định một điểm sương cụ thể. Vì vậy, khi lựa chọn hệ thống cần xác nhận cả độ tinh khiết nitơ lẫn điểm sương nitơ thay vì chỉ đánh giá độ tinh khiết.
Nitơ 99,5% có phù hợp với mọi ứng dụng không?
Nitơ được sử dụng trong các ngành như điện tử, chế biến thực phẩm, dược phẩm, phòng thí nghiệm, gia công laser, đồ uống, dầu khí, nhưng độ tinh khiết yêu cầu phụ thuộc vào từng quy trình.
Máy tạo khí nitơ PSA 99,5% chỉ nên được lựa chọn khi quy trình phía sau cho phép mức độ tinh khiết này.
Ví dụ, các quy trình khác nhau trong cùng một cơ sở sản xuất điện tử có thể có yêu cầu nitơ khác nhau đối với tạo môi trường trơ, lưu trữ, hàn reflow, kiểm tra hoặc sản xuất nhạy cảm với oxy. Bản thân ngành công nghiệp không quyết định một mức độ tinh khiết nitơ chung cho mọi quy trình.
Để tham khảo bối cảnh ngành rộng hơn, người dùng có thể xem giải pháp cho sản xuất điện tử và chính xác của Lingyu.
Đệm và cung cấp nitơ
Hệ thống tạo khí nitơ PSA có thể được tích hợp với bình đệm hoặc bình chứa nitơ phía sau để cân bằng sản lượng của máy tạo khí với những thay đổi trong mức tiêu thụ của nhà máy.
Thiết kế hệ thống cần xem xét lưu lượng nitơ, biến động nhu cầu, áp suất cấp yêu cầu, dung tích bình đệm, độ sụt áp đường ống và đặc tính vận hành của quy trình.
Bình đệm nitơ có chức năng gì?
Bình đệm nitơ không làm tăng độ tinh khiết nitơ.
Vai trò chính của bình là giúp ổn định quá trình cấp khí và tách đặc tính sản xuất theo chu kỳ của PSA khỏi những biến động trong nhu cầu nitơ phía sau.
Điều này có thể đặc biệt quan trọng khi quy trình có mức tiêu thụ nitơ gián đoạn hoặc thay đổi nhanh.
Mở rộng hệ thống PSA tạo nitơ
Nếu dự kiến nhu cầu nitơ sẽ tăng trong tương lai, yêu cầu mở rộng cần được xem xét ngay trong quá trình thiết kế hệ thống ban đầu.
Mở rộng không có nghĩa là chỉ đơn giản tăng lưu lượng của máy tạo khí hiện có vượt quá công suất định mức của model.
Tùy theo mức mở rộng yêu cầu, hệ thống có thể cần máy tạo khí PSA lớn hơn, bổ sung thêm cụm máy tạo khí, tăng công suất khí nén, sử dụng thiết bị tiền xử lý lớn hơn hoặc tăng dung tích bình đệm nitơ.
Chiến lược mở rộng phù hợp phụ thuộc vào cả nhu cầu nitơ hiện tại lẫn nhu cầu dự kiến trong tương lai.
So sánh PSA nitơ 99,5% với các cấu hình độ tinh khiết khác
Cấu hình LYZD-C 99,5% cần được phân biệt rõ về mặt kỹ thuật với các cấu hình nitơ 99%, 99,99% và các mức độ tinh khiết khác.
Mặc dù dòng PSA rộng hơn có thể đáp ứng độ tinh khiết từ 95% đến 99,999%, mối quan hệ giữa độ tinh khiết nitơ, công suất sản xuất và mức tiêu thụ khí nén hiệu dụng có nghĩa là việc xác định model cần dựa trên cấu hình tương ứng với từng mức độ tinh khiết.
Do đó, người dùng yêu cầu mức độ tinh khiết khác cần lựa chọn cấu hình máy tạo khí nitơ tương ứng thay vì giả định rằng các thông số định mức của LYZD-C sẽ không thay đổi.
Cách lựa chọn máy tạo khí nitơ PSA 99,5%
Lựa chọn chính xác đòi hỏi phải đánh giá toàn bộ hệ thống tạo nitơ thay vì chỉ xem xét độ tinh khiết nitơ.
Độ tinh khiết nitơ yêu cầu
Xác nhận rằng nitơ 99,5% đáp ứng thông số của quy trình phía sau.
Nếu yêu cầu độ tinh khiết cao hơn hoặc thấp hơn, cần sử dụng cấu hình và dữ liệu công suất tương ứng.
Lưu lượng nitơ yêu cầu
Xác định nhu cầu vận hành bình thường cũng như nhu cầu cực đại và nhu cầu nitơ trong tương lai.
Các model LYZD-C đại diện được trình bày ở đây có công suất từ 12 đến 400 m³/h, trong khi dải LYZD-C rộng hơn còn bao gồm các mức công suất trung gian khác.
Lưu lượng khí nén sẵn có
Xác minh rằng hệ thống máy nén khí phía trước có thể đáp ứng mức tiêu thụ khí hiệu dụng của máy tạo khí được lựa chọn.
Ví dụ, các model đại diện có mức tiêu thụ từ 0,60 m³/min ở sản lượng nitơ 12 m³/h đến 20,00 m³/min ở sản lượng 400 m³/h.
Bảng LYZD-C đầy đủ mở rộng đến 440 m³/h với mức tiêu thụ khí nén hiệu dụng 22,00 m³/min.
Áp suất khí đầu vào
Phạm vi áp suất khí đầu vào tiêu chuẩn là 0,5–0,8 MPa.
Dữ liệu hiệu suất của model dựa trên áp suất hấp phụ 0,8 MPa(g).
Nhiệt độ khí đầu vào và nhiệt độ môi trường
Theo yêu cầu vận hành tiêu chuẩn, nhiệt độ khí đầu vào và nhiệt độ môi trường đều ≤40°C.
Điều kiện thực tế tại hiện trường cần được xem xét trong quá trình lựa chọn model cuối cùng.
Điểm sương nitơ
Điểm sương nitơ tiêu chuẩn là ≤−40°C.
Cần xác nhận rằng thông số độ ẩm này đáp ứng yêu cầu của quy trình phía sau.
Chất lượng tiền xử lý
Xác nhận hệ thống lọc và xử lý khí nén cần thiết để bảo vệ lớp hấp phụ CMS.
Yêu cầu về bình đệm và hệ thống phân phối
Đánh giá áp suất cấp nitơ, biến động nhu cầu, dung tích bình đệm yêu cầu, độ sụt áp đường ống và đặc tính tiêu thụ phía sau.
Giám sát và điều khiển
Xác nhận các yêu cầu đối với tự động hóa PLC, giám sát độ tinh khiết nitơ trực tuyến, giám sát lưu lượng, màn hình cảm ứng, cảnh báo và chức năng bảo vệ khi nitơ không đạt tiêu chuẩn.
Người dùng tập trung cụ thể vào mức độ tinh khiết này có thể tham khảo máy tạo khí nitơ PSA độ tinh khiết 99,5% của Lingyu.
Đối với các yêu cầu đặc biệt về công suất, độ tinh khiết hoặc tích hợp hệ thống, cấu hình cuối cùng cần được lựa chọn theo điều kiện thực tế của dự án.
Kết luận
Máy tạo khí nitơ PSA LYZD-C 99,5% sử dụng hai tháp hấp phụ chứa CMS vận hành luân phiên dưới sự điều khiển tự động của PLC.
Oxy được rây phân tử carbon hấp phụ ưu tiên, trong khi nitơ đi qua lớp hấp phụ dưới dạng khí sản phẩm. Tháp còn lại thực hiện tái sinh bằng cách giảm áp và giải phóng lượng oxy đã được hấp phụ trước đó, sau đó hai tháp tự động chuyển đổi chức năng.
Các điều kiện vận hành PSA tiêu chuẩn bao gồm áp suất đầu vào 0,5–0,8 MPa, nhiệt độ khí đầu vào ≤40°C, điểm sương nitơ ≤−40°C, chu kỳ chuyển đổi 45–60 giây, nguồn điện 220 V / 50 Hz và độ ồn ≤75 dB.
Cấu hình LYZD-C kết hợp độ tinh khiết nitơ 99,5% với công suất sản xuất và yêu cầu khí nén hiệu dụng tương ứng với mức độ tinh khiết này. Dải sản phẩm bao gồm các model lên đến 440 m³/h với mức tiêu thụ khí hiệu dụng 22,00 m³/min.
Để lựa chọn chính xác, yêu cầu độ tinh khiết 99,5% cần được đánh giá cùng với lưu lượng nitơ, công suất khí nén sẵn có, điều kiện đầu vào, chất lượng tiền xử lý, điểm sương nitơ, khả năng bảo vệ CMS, giám sát trực tuyến, yêu cầu về bình đệm và điều kiện cấp khí phía sau.
