Tính toán, thiết kế một container oxy sử dụng chu trình hấp phụ thay đổi áp suất

GIỚI THIỆU Hiện nay trên thế giới thuật ngữ “ All plan in box” đang rất phổ biến trên thế giới nó có nghĩa là tất cả được sắp xếp trong một khoảng không gian trong hộp Chính vì thế nhiệm vụ của chúng ta không chỉ là chế tạo thiết bị sản xuất khí mà còn tính toán để bố trí thiệt bị trong một không gian để tiện lợi trong quá trình vận hành cũng như cơ động trong di chuyển Như chúng ta vẫn biết không khí là một hỗn hợp của các loại khí khác nhau, tạo ra bầu khí quyển xung quanh hành tinh chúng ta N.

GIỚI THIỆU Hiện giới thuật ngữ “ All plan in box” phổ biến giới có nghĩa tất xếp khoảng khơng gian hộp Chính nhiệm vụ không chế tạo thiết bị sản xuất khí mà cịn tính tốn để bố trí thiệt bị khơng gian để tiện lợi trình vận hành động di chuyển Như biết khơng khí hỗn hợp loại khí khác nhau, tạo bầu khí xung quanh hành tinh Nói theo cách khác khơng khí bao gồm phần lớn Nito Oxy, cộng với lượng nhỏ Argon khí khác Do q trình sản xuất khí cơng nghiệp Oxy, Nito, Argon, Xenon Kripton sản xuất từ khơng khí Cacbondioxit chủ yếu thu hồi từ khí thải hoạt động cơng nghiệp sau làm Khí oxy gọi dưỡng khí, trì sống thể người, việc cung cấp bổ sung oxy thấy rộng rãi y tế Do tính chất oxi có độ âm điện cao trì cháy, nên cơng nghiệp oxi sử dụng làm chất oxy hóa, hay cần nhiệt lượng lớn Oxy lỏng sử dụng làm chất oxy hóa tên lửa đẩy Ngồi oxy cịn sử dụng cơng nghệ hàn sản xuất thép rượu metanol… Vật liệu hóa học nói chung, vật liệu hấp phụ nói riêng ngày quan tâm ứng dụng to lớn chúng Không thể phủ nhận phát triển ngành cơng nghiệp dầu khí, lọc hóa dầu, tổng hợp hữu cơ, tổng hợp hóa dược, xử lý ô nhiễm môi trường hay công nghiệp thực phẩm, dược phẩm cơng nghiệp quốc phịng có góp mặt đáng kể vật liệu hấp phụ Ở Việt Nam có số cơng ty nhập hệ thống hấp phụ thay đổi áp suất chưa nhóm nghiên cứu thức nước ta tìm hiểu nắm bắt xu hướng chế tạo hệ thống sản xuất khí mà tất thiết bị xếp gọn không gian để dễ dàng vận hành di chuyển Cùng với hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Vũ Đình Tiến nên em lựa chọn đề tài: “Tính tốn, thiết kế container oxy sử dụng chu trình hấp phụ thay đổi áp suất” Trong khn khổ đồ án em trình bày phần sau:      Chương 1: Tổng quan khơng khí Chương 2: Tổng quan Oxy Chương 3: Tổng quan hấp phụ Chương 4: Tính tốn chu trình làm việc hệ thống PSA Chương 5: Xây dựng hệ thống thực nghiệm CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KHƠNG KHÍ 1.1 Thành phần khơng khí Khí Trái Đất (khơng khí) lớp chất khí bao quanh hành tinh Trái Đất giữ lại lực hấp dẫn Trái Đất Nhân loại hàng ngày sống làm việc bầu khí bao quanh Bầu khí bảo vệ sống Trái Đất cách hấp thu xạ tia cực tím mặt trời tạo thay đổi nhiệt độ ngày đêm Ln ln có tác động qua lại bầu khơng khí người ví dụ như: trao đổi oxy cacbonic; trao đổi nhiệt; làm phát sinh bụi độc… Nó gồm có thành phần chủ yếu nito, oxy, với lượng nhỏ agon, cacbondioxit, nước số chất khác (bảng 1.1) Thành phần nước bầu khí dao động mạng thường khoảng 1% Bầu khí chia làm năm tầng, nhiệt độ tính chất tầng biến đổi theo chiều cao tính từ mặt nước biển, bao gồm: Hình 1.1 : Biến thiên nhiệt độ theo chiều cao tầng khí  Tầng đối lưu: từ bề mặt Trái Đất tới độ cao 7-17 km, phụ thuộc theo vĩ độ (ở vùng cực 7– 10 km) yếu tố thời tiết, nhiệt độ giảm dần theo độ cao đạt đến -50 °C Không khí tầng đối lưu chuyển động theo chiều thẳng đứng nằm ngang mạnh làm cho nước thay đổi trạng thái, gây hàng loạt trình thay đổi vật lý Những tượng thời tiết mưa, mưa đá, gió, tuyết, sương giá, sương mù, diễn tầng đối lưu  Tầng bình lưu: từ độ cao tầng đối lưu đến khoảng 50 km, nhiệt độ tăng theo độ cao đạt đến °C Ở khơng khí lỗng, nước bụi ít, khơng khí chuyển động theo chiều ngang chính, ổn định  Tầng trung lưu từ khoảng 50 km đến 80–85 km, nhiệt độ giảm theo độ cao đạt đến -75 °C Phần đỉnh tầng có nước, có vài vệt mây bạc gọi mây quang  Tầng điện li: từ 80–85 km đến khoảng 640 km, nhiệt độ tăng theo độ cao lên đến 2.000 °C Ôxy nitơ tầng trạng thái ion, gọi tầng điện li Sóng vơ tuyến phát từ nơi vùng bề mặt Trái Đất phải qua phản xạ tầng điện li truyền đến nơi giới Tại đây, xạ môi trường, nhiều phản ứng hóa học xảy ơxy, nitơ, nước, CO2 chúng bị phân tách thành nguyên tử sau ion hóa thành ion NO+ , O+ , O2+, NO3 - , NO2 - nhiều hạt bị ion hóa phát xạ sóng điện từ hấp thụ tia mặt trời vùng tử ngoại xa  Tầng ngoài: từ 500–1.000 km đến 10.000 km, nhiệt độ tăng theo độ cao lên đến 2.500 °C Đây vùng độ khí Trái Đất với khoảng khơng vũ trụ Vì khơng khí lỗng, nhiệt độ lại cao, số phân tử nguyên tử chuyển động với tốc độ cao cố "vùng vẫy" thoát khỏi trói buộc sức hút Trái Đất lao khoảng khơng vũ trụ Do tầng cịn gọi tầng thoát ly Tuy nhiêt, nhiệt kế, có thể, lại nhiệt độ thấp °C mật độ khí thấp nên truyền nhiệt mức độ đo đạc khó xảy Bảng 1-1: Thành phần khơng khí khơ theo thể tích (-ppmv: phần triệu theo thể tích) Tỷ lệ phần tram,% Thành phần Theo khối lượng Theo thể tích Nito () 75,5 78,084 Oxy () 23,1 20,948 Argon (Ar) 1,3 0,934 Cacbondioxit () 0,046 0,03 0,05 0,004 Các chất khí khác: Neon, Kripton, Xeon, Ozon, Radom … Thành phần nước khơng khí ẩm thay đổi theo thời tiết, theo vùng địa lý theo thời gian ngày, năm Trên thành phần tự nhiên khơng khí Trong thực tế hoạt động sinh hoạt, hoạt động công nghiệp hoạt động giao thông vận tải người tự nhiên mà khơng khí cịn nhiều chất khí độc: SO2, NO2, NH3, H2S, CH4… làm ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người sinh vật nói chung 1.2 Tính chất khơng khí 1.2.1 Phương trình đặc trưng trạng thái khí Những đặc trưng (những thông số) trạng thái vật lí chất khí áp suất, nhiệt độ mật độ Ba đặc trưng khơng phụ thuộc vào Chất khí nén nên mật độ biến đổi lớn Sự biến đổi phụ thuộc vào áp suất nhiệt độ Phương trình trạng thái chất khí lí tưởng theo định luật Bon Mariot Gay Lutxac: Đối với 1kg khơng khí: PV = RT (1.1) Đối với G kg khơng khí: PV = GRT (1.2)  P: Áp suất chất khí [mmHg; Kg/m2 ]  V: Thể tích chất khí [m3 ]  T: nhiệt độ tuyệt đối chất khí [oK] Nếu ta lấy khối khơng khí ẩm tích V(m3 ); áp suất khí nhiệt độ tuyệt đối T[oK] trọng lượng Ga tách làm phần riêng biệt khơng khí khơ nước Theo định luật bảo tồn khối lượng ta có: = (1.3) Theo định luật Dalton: (1.4) Phương trình trạng thái viết cho khối khí riêng biệt sau:  Đối với thành phần khơng khí khơ: (1.5)  Đối với phần nước: (1.6) Trong đó:  [mmHg]: Áp suất khí  [mmHg]: Áp suất riêng phần khơng khí khơ nước  Ga, Gk, Ghn [kg]: Khối lượng khơng khí ẩm, khối lượng khơng khí khơ khối lượng phần nước khơng khí = 2,153 : Hằng số khơng khí khô = 2,153 : Hằng số nước Dựa vào phương trình từ (1.1) đến (1.6) ta xác định thơng số vật lý khơng khí ẩm 1.2.2 Nhiệt độ khơng khí Cũng vật thể, khơng khí có nhiệt độ khác với độ khơng tuyệt đối Nhiệt độ khơng khí điểm khí thường xuyên biến đổi điểm nơi khác Trái Đất Ở mặt đất nhiệt độ khơng khí biến thiên lớn Những đai lượng cực trị quan trắc đến gần 60oC (ở sa mạc miền nhiệt đới) gần -90ºC (ở chân Nam Cực) Theo chiều cao, nhiệt độ khơng khí biến đổi tầng khác trường hợp khác nhau, nhiệt độ biến đổi khác Tinh trung bình, nhiệt độ giảm đến độ cao 10-15 km; sau tăng đến 50- 60km, sau lại giảm Ở phần lớn nước nhiệt độ khơng khí thổ nhưỡng nước biểu diễn độ theo bảng nhiệt độ quốc tế quy định chung đo lường vật lí Nhưng Mỹ nhiều nước khối liên hiệp Anh, đến sử dụng nhiệt độ Faranet đời sống lí thuyết Trong bảng này, khoảng điểm tan băng điểm sôi nước chia làm 1800oF điểm băng tan, bảng ghi giá trị +32ºF Như nhiệt độ Faranet 5/9ºC 0ºC ứng với +32ºF, 100ºC 212ºF Ngồi tính tốn người ta cịn dùng bảng nhiệt độ tuyệt đối (bảng Kenvanh K) Không độ bảng tương ứng với ngưng hoàn toàn chuyển động nhiệt phần tử, nghĩa nhiệt độ thấp có Theo bảng Selsi đại lượng -273,18 + 0,03ºC Nhưng thực tế, người ta thường lấy độ không tuyệt đối -273ºC; độ chia bảng nhiệt độ tuyệt đối độ chia bảng Selsi Có thể so sánh ba thang nhiệt độ phân tử Selsi ( ºC), nhiệt độ Faranet (ºF) nhiệt độ tuyệt đối Kenvanh (K) (hình 1.1) 1.2.3 Áp suất khơng khí (khí áp) Mọi loại khí gây áp suất lên thành bình chứa nó, nghĩa tác dụng lên thành bình áp lực hướng vng góc với thành bình Người ta gọi trí số áp lực đơn vị diện tích áp suất Áp suất chất khí gây nên chuyển động phần tử khí va chạm phần tử khí vào thành bình Khi nhiệt độ tăng thể tích chất khí giữ ngun tốc độ chuyển động phần tử khí tăng lên áp suất tăng Khơng khí phịng kín điều hịa áp suất với khơng khí bên ngồi dễ dàng qua lỗ khe hở tường, cửa sổ … Sự chênh lêch khí áp phịng kín với khí áp ngồi trời (cùng độ cao) thơng thường nhỏ Khơng khí phịng bị nén mức độ khơng khí ngồi trời độ cao Vì vậy, trạm khí áp biểu diễn khơng cần để ngồi trời, người ta thường đặt phịng Ta biểu diễn khí áp gam hay kg trọng lượng diện tích hay Trên mặt biển khí áp gần 1kg/1 1.2.4 Thơng số vật lí khơng khí ẩm a) Độ ẩm tuyệt đối: D [kg/ ] Độ ẩm tuyệt đối khơng khí lượng nước chứa 1m3 khơng khí ẩm, trị số khối lượng riêng nước hỗn hợp khơng khí ẩm biểu diễn công thức: (1.7) Thay D = 0.298.vào (1.7) ta có: D = 0.298 (1.7a) Khi đạt trạng thái bão hịa khơng khí khơng cịn khả nhận thêm nước Nếu cung cấp thêm nước vào khơng khí lúc lượng nước thừa đọng lại thành nước, tượng gọi tượng đọng sương b) Độ ẩm tương đối  [%] Độ ẩm tương đối khơng khí hay cịn gọi mức độ bão hòa nước tỷ số lượng nước chứa khơng khí, với lượng nước chứa khơng khí bão hịa nước nhiệt độ áp suất, biểu diễn cơng thức:  (1.8) Trong đó:  D: độ ẩm tuyệt đối khơng khí, kg/m3  Dbh: độ ẩm tuyệt đối khơng khí trạng thái bão hịa nước, kg/m3  Phn: áp suất riêng phần nước hỗn hợp khơng khí ẩm  Pbh: áp suất riêng phần nước hỗn hợp khơng khí ẩm bão hịa nước Khi lượng nước hỗn hợp khơng khí tăng đến trạng thái bão hịa (Phn=Pbh) thì: = c) Hàm ẩm khơng khí ẩm Hàm ẩm khơng khí ẩm lượng nước chứa kg khơng khí khơng; kí hiệu d; kg/kg kkk (kg ẩm/ kg khơng khí khô), biểu diễn công thức: (1.9) C= d = 623 = 623 = 623 (1.10) Trong đó:     G: khối lượng khơng khí khơ, kg; W: khối lượng ẩm, g; Pn: áp suất riêng phần nước khơng khí ẩm; Pk: áp suất riêng phần khơng khí khơ khơng khí ẩm; d) Nhiệt lượng riêng (entanpi) khơng khí ẩm Nhiệt lượng riêng khơng khí ẩm tổng nhiệt lượng khơng khí khơ nước hỗn hợp, tính cơng thức: I=t+d (1.11) Trong đó:     I: nhiệt lượng riêng khơng khí ẩm có hàm ẩm x,J/kgkkk; Ckkk: nhiệt dung riêng khơng khí khơng, J/kg.độ; t: nhiệt độ khơng khí, oC; ih: nhiệt lượng riêng nước nhiệt độ t, J/kg; (1.12) đây:  : nhiệt lượng riêng nước oC, =2493.103 J/kg;  : nhiệt dung riêng nước, Ch=1,97.103 J/kgoC;  : nhiệt dung riêng khơng khí khô, Ckkk=1000 J/kgoC; Thay tất giá trị vào biểu thức (1.11) ta có: I 1000t 2493 1,97t ) , J/kgKKK (1.13) e) Điểm sương Giả sử có hỗn hợp khơng khí ẩm chưa bão hịa nước Làm lạnh hỗn hợp điều kiện d=const nhiệt độ khơng khí giảm dần, độ ẩm tương đối khơng khí tăng dần đến trạng thái bão hòa nước (  1 ) Nếu tiếp tục giảm nhiệt độ khí hỗn hợp khí bắt đầu xuất giọt sương mù nước hỗn hợp khí ngưng tụ lại, hàm ẩm hỗn hợp khí bắt đầu giảm Nhiệt độ hỗn hợp khí tương ứng với trạng thái bão hịa nước gọi nhiệt độ điểm sương, kí hiệu ts Vậy điểm sương giới hạn q trình làm lạnh khơng khí điều kiện hàm ẩm x= const Theo phương trình (1.10) ta xác định điểm sương khơng khí ẩm Khi hỗn hợp nhiệt độ điểm sương khơng khí ẩm có  1 Thay giá trị vào phương trình (1.10) ta có: (1.10b) Biết giá trị áp suất bão hòa Pbh (tương ứng với áp suất trạng thái điểm sương) tra bảng áp suất bão hòa phụ thuộc vào nhiệt độ tìm nhiệt độ nước, nhiệt độ nhiệt độ điểm sương Trong tính tốn kĩ thuật người ta thường xác định nhiệt độ điểm sương độ thị I.d trình bày sau f) Nhiệt độ bầu ướt Hình 1.2: Nhiệt kế đo nhiệt độ bầu ướt nhiệt độ bầu khơ khơng khí Nhiệt độ bầu ướt thông số đặc trưng cho khả cấp nhiệt khơng khí để làm bay nước khơng khí bão hịa nước Nếu ta cho nước bay khối không khí chưa bão hịa nước điều kiện đoạn nhiêt, nghĩa trình bay nước xảy nhiệt độ khối khơng khí cung cấp mà không cung cấp thêm nhiệt không bớt nhiệt khối khơng khí, suốt q trình bay nhiệt độ khơng khí giảm dần, hàm ẩm tăng dần, đến khí khối khơng khí bão hịa nước hệ đạt trạng thái cân động Nhiệt độ khơng khí khơng giảm nhiệt độ nước bay hơi, nhiệt độ gọi nhiệt độ bầu ướt, thường kí hiệu 1.2.5 Biểu diễn trạng thái khơng khí ẩm đồ thị I.d a) Giới thiệu đồ thị i.d Trong trình tính tốn muốn xác định trạng thái hỗn hợp khơng khí ẩm cần thơng số là: t, φ, I, d khơng thể xác định trạng thái biết thơng số Cho nên tính tốn gặp nhiệt khó khăn phức tạp Để thuân tiên nhanh chóng, kĩ thuật người ta lập biểu đồ thể mối quan hệ thơng số trạng thái khơng khí ẩm Việc lập biểu đồ nước có khác Các nước tư thường dùng biểu đồ I.t Moillier (Đức) Các nước xã hội chủ nghĩa (Liên Xô cũ) đa số nước dùng biểu đồ I.d giáo sư RamZin (Nga) thiết lập năm 1918 Nhờ có biểu đồ này, biết trước thông số ta tìm thơng số cịn lại Để lập biểu đồ I.d người ta sử dụng phương trình (1.13) (1.14) (1.13) (1.14) Cấu tạo biểu đồ Hai trục biểu đồ hợp với góc Trên đồ thị biểu diễn thông số: t, φ, I, d, Đường  100% chian biểu đồ thành vùng: vùng phía đặc trưng cho khơng khí chưa bão hịa nước, cịn có khả nhận thêm nước Vùng phía vùng khơng ổn định Khơng khí nằm vùng có xu hướng trở trạng thái bão hòa giới hạn  100% , nước thừa khơng khí ngưng thành nước Trục tung, có ghi giá trị nhiệt hàm I (Kcal/kg) trục hồnh, ghi giá trị dung ẩm d (g ẩm/kg khơng khí khơ) Các đường nhiệt hàm I=const xiên song song trục hoành d Các đường dung ẩm d=const có xu hướng thẳng đứng song song với trục tung I Ngoài đường I d, đồ thị I.d cịn có đường đẳng nhiệt độ t =const đường thẳng gần song song chếch lên trên, phía gốc đường ta ghi trị số nhiệt độ Các đường   const đường cong biểu diễn mức độ no nước khơng khí xếp từ xuống theo trị só  tăng dần hình 1.2 Để cho kích thước biểu đồ gọn nhẹ, thông thường biểu đồ trục d thực (tức trục d xiên góc) mà có trục hồnh phụ trợ hợp với trục tung thẳng góc hệ trục vng góc khác trục phụ trợ người ta chiếu tỷ lệ xích giá trị số dung ẩm d từ trục d xiên góc xuống xem hình 1.3 Thơng thường đồ thị I.d xây dựng áp suất khí Pkq= 760mmHg Pkq=745mmHg Hình 1.3: Các đường để xây dựng đồ thị I.d (góc trục tọa độ ) b) Cách xử dụng đồ thị i.d Hình 1.4: đồ thị I.d đầy đủ xây dựng áp suất khí =760mmHg Ngồi phương pháp sử dụng đồ thị I-d để xác định trạng thái không khí ta cịn xác định trạng thái khối không thông qua đồ thị t-d Đồ thị t-d sử dụng nhiều nước Anh, Mỹ, Nhật, Úc Đồ thị t-d có hai trục t d vng góc với nhau, cịn đường thẳng entapi I= const tạo thành góc so với trục d Các đường φ =const đường cong tương tự đồ thị I-d Đồ thị d-t Carrier xây dựng năm 1919 Hình 1.5: đồ thị t-d (psychrometric chart) xây dựng áp suất 101,325kPa Để xác định trạng thái khơng khí ẩm 10 Hình 1.9: Quy trình luyện thép sơ đồ lò thổi oxy trình luyện thép để loại bỏ tạp chất P, Mn, Si, S Năm 1926, Robert Goddard thử nghiệm động tên lửa nhiên liệu lỏng Động ông sử dụng xăng oxygen lỏng Ý tưởng thật đơn giản Trong đa số động tên lửa nhiên liệu lỏng, nhiên liệu chất oxy hóa (ví dụ, xăng oxygen lỏng) bơm vào buồng đốt Tại đó, chúng cháy sinh áp suất cao dịng khí nóng tốc độ cao Những dịng khí chảy qua miệng vịi làm tăng tốc chúng thêm (thường vận tốc từ 5.000 đến 10.000 dặm giờ), sau chúng khỏi động Sơ đồ đơn giản hóa sau cho bạn thấy phận Sơ đồ phức tạp thực động điển hình Chẳng hạn, thường nhiên liệu chất oxy hóa chất khí hóa lỏng đơng lạnh hydrogen lỏng oxygen lỏng Một vướng mắc lớn động tên lửa nhiên liệu lỏng việc làm mát buồng đốt vòi phun, nên chất lỏng đơng lạnh trước tiên cho xoay vịng quanh phận nhiệt để làm nguội chúng Người ta sử dụng nhiều loại hỗn hợp nhiên liệu làm chất đẩy lỏng động tên lửa Ví dụ:  Hydrogen lỏng oxygen lỏng – dùng động tàu thoi vũ trụ  Xăng oxygen lỏng – dùng tên lửa sơ khai Goddard · Dầu lửa oxygen lỏng – dùng giai đoạn đầu tên lửa đẩy Saturn V chương trình Apollo ·  Cồn oxygen lỏng – dùng tên lửa V2 Đức  Nitrogen tetroxide/ monomethyl hydrazine – dùng động Cassini Một ứng dụng khác oxi công nghiệp công nghệ hàn cắt kim loại Kỹ sư pháp Edmond Fouché Charles Picard trở thành người phát triển oxy-axetylen hàn năm 1903 Hàn khí Oxy-fuel welding (hay cịn gọi hàn hơi,hàn oxy axetylen) phương pháp hàn sử dụng nhiệt lửa sinh đốt cháy chất cháy (C2H2,CH4,C6H6…) H2 với oxy để nung chảy kim loại,thông dụng hàn khí oxy –axetylen nhiệt sinh phản ứng cháy hai khí lớn tập chung ,tạo thành ngon lửa có nhiệt độ cao (vùng cao tới 3200);còn lửa giửa oxy chất khí cháy khác có nhiệt độ từ 2000-2200 18 Đặc điểm hàn     Có thể hàn nhiều loại kim loại hợp kim (gang ,đồng,nhôm thép ) Hàn chi tiết mỏng loại vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp Hàn khí sử dụng rộng rãi thiết bị hàn rẻ tiền Năng suất thấp, vật hàn bị nung nóng nhiều nên dễ cong vênh Phạm vi ứng dụng hàn  Hàn khí dùng nhiều hàn vật hàn có chiều dày bé, chế tạo sửa chữa chi tiết mỏng, sửa chữa chi tiết đúc gang, đồng thanh, nhơm, magie  Hàn nối ống có đường kính nhỏ trung bình  Hàn chi tiết kim loại màu, hàn vảy kim loại, hàn đắp hợp kim cứng v.v…  Ngọn lửa hàn dùng để cắt loại thép mỏng, kim loại màu nhiều vật liệu khác Đối với công nghiệp hóa chất, Oxy có vai trị quan trọng phản ứng oxy hóa Oxy dạng tinh khiết sử dụng nhiều hóa chất quan trọng etilen oxit titan oxit Nó sử dụng để tăng lực sản xuất trình oxy hóa Trong lượng, Sử dụng oxy làm tăng hiệu suất hiệu nhiều ngành cơng nghiệp Nó thường sử dụng nồi q trình đun nóng men cơng nghiệp q trình khí hóa để nâng cao suất Khí oxy giúp nâng cao suất sản xuất kính, oxy sử dụng để tăng cường q trình đốt cháy lò nấu thủy tinh, giảm lượng khí thải NOx Trong nhà máy giấy, khí oxy giúp bạn đáp ứng quy định an toàn môi trường thông qua sử dụng delignification – trình loại bỏ chất gỗ từ mơ gỗ enzyme tự nhiên q trình hóa học cơng nghiệp hay oxy sử dụng chiết oxy hóa xử lý nước thải Với ngành lọc hóa dầu, Oxy sử dụng rộng rãi để nâng cao suất Fluid Catalytic Cracking (FCC), nhà máy thu hồi lưu huỳnh (SRU), để cải thiện hoạt động xử lý nước thải Cracking xúc tác FCC q trình chuyển hóa phân đoạn hydrocarbon có nhiệt độ sơi cao, phân tử lượng lớn thành sản phẩm nhẹ có giá trị kinh tế cao xăng, diesel, sản phẩm khí… Kết luận: Khơng khí nguồn ngun liệu dồi sẵn có tự nhiên sở quan trọng để nghiên cứu phát triển ứng dụng việc sản xuất khí oxy cơng nghiệp Khí Oxy có nhiều ứng dụng sản xuất đời sống nên từ lâu việc nghiên cứu cải tiến phương pháp tách oxy từ khơng khí nhiều nhà khoa học giới triển khai Vì với phát triển khoa học nên phương pháp tách oxy có nhiều thành tựu cải tiến vượt trội mà tiếp sau đâu tìm hiểu kĩ phương pháp sản xuất Oxy chương CHƯƠNG KỸ THUẬT SẢN XUẤT OXI 19 Oxy Carl Wilhelm Scheele phát Uppsala năm 1773 sớm Joseph Priestley Wiltshire năm 1774 độc lập nhau, Priestley thường cho phát trước vi ấn phẩm ông xuất trước Tên gọi ôxy (oxygen) Antoine Lavoisier đặt năm 1777, thí nghiệm ông với ôxy giúp loại trừ thuyết phlogiston cháy ăn mòn phổ biến vào thời Ơxy sản xuất cơng nghiệp cách chưng cất phân đoạn khơng khí lỏng, sử dụng zeolit để loại bỏ carbon dioxide nitơ khỏi khơng khí, điện phân nước cách khác Tùy vào lĩnh vực ứng dụng, nhu cầu, ứng dụng oxy sản xuất theo phương pháp khác nhau, trình bày phần sau 2.1 Phương pháp chưng cất phân đoạn khơng khí lỏng Ngun lí chung Trong khơng khí thành phần chủ yếu bao gồm oxi, nito, argon Nó ba sản phẩm thu q trình phân tách khơng khí phương pháp chưng cất phân đoạn Khơng khí lỏng thương mại hóa sớm vào năm 1895 Carl von Linde William Hampson Năm 1902, kĩ sư người Đức Carl von Linde tách oxi từ khơng khí lỏng phương pháp chưng đơn cột, sản phẩm oxi hóa lỏng có suất 5kg/h Đến năm 1904 dự án thương mại sản xuất nito tinh khiết đưa vào sản xuất Hệ thống chưng cột đôi đăng kí Linde Ngày nay, có số cơng ty lớn chun cung cấp sản phẩm từ khơng khí hóa lỏng như: AGA, Air Liquid, Air Product and Chemicals, the BOC Group, Linde, Messer Group, NiPon Sanso, Praxair Hình 2.1: Kĩ sư Carl von Linde sáng chế sản xuất oxi cấp 27.2.1902 Và bảng thông số thành phần khơng khí: Bảng 2-1: Thành phần khơng khí khơ tính chất nhiệt động khí thành phần (nhiệt độ sôi đo áp suất 101,3 kPa) 20 Chưng phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng hỗn hợp khí hóa lỏng ) thành cấu tử riêng biệt dựa độ bay khác cấu tử hỗn hợp Sự khác áp suất cấu tử (