Nghiên cứu mô phỏng chế độ làm việc của thiết bị tạo o2 bằng nguyên lý hấp phụ

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .4 LỜI CAM ĐOAN .5 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ OXY 11 1.1 Thành phần khơng khí .11 1.2 Các tính chất khơng khí ẩm .12 1.2.1 Áp suất khơng khí 12 1.2.2 Độ ẩm khơng khí .12 1.2.3 Hàm ẩm khơng khí ẩm 13 1.2.4 Nhiệt lƣợng riêng (entanpi) khơng khí ẩm 13 1.2.5 Điểm sƣơng 13 1.2.6 Nhiệt độ bầu ƣớt 14 1.2.7 Thể tích khơng khí ẩm .14 1.2.8 Khối lƣợng riêng hỗn hợp khơng khí ẩm 14 1.2.9 Đồ thị I-d 15 1.3 Các sản phẩm từ khơng khí .16 1.4 Phƣơng pháp phân tách Oxy từ khơng khí 19 1.4.1 Phƣơng pháp chƣng cất phân đoạn khơng khí lỏng 19 1.4.2 Phƣơng pháp màng phân ly .24 1.4.3 Phƣơng pháp màng vận chuyển Ion 25 1.4.4 Phƣơng pháp hóa học 27 1.4.5 Phƣơng pháp hấp phụ 29 1.5 Ứng dụng Oxy 30 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ HẤP PHỤ .32 HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến 2.1 Khái niệm hấp phụ 32 2.2 Cân hấp phụ 34 2.2.1 Phân biệt hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học .34 2.2.2 Quá trình hấp phụ trạng thái cân hấp phụ 36 2.3 Các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ hệ Khí-Rắn .38 2.3.1 Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir cho hệ đơn cấu tử 38 2.3.2 Phƣơng trình đẳng nhiệt Henry 41 2.3.3 Phƣơng trình đẳng nhiệt cho hệ đa cấu tử 41 2.4 Vật liệu hấp phụ Zeolite 43 2.4.1 Cấu trúc tinh thể Zeolite 44 2.4.2 Tính chất Zeolite .45 2.4.3 Ứng dụng Zeolite 46 CHƢƠNG 3: CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG HẤP PHỤ 49 3.1 Chu trình vận hành cột hấp phụ đƣờng cong thoát 49 3.1.1 Chu trình vận hành cột hấp phụ 49 3.1.2 Đƣờng cong thoát cột hấp phụ 53 3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng tới hệ thống hấp phụ 54 3.2.1 Đƣờng kính cột hấp phụ vận tốc dịng khí 54 3.2.2 Ảnh hƣởng thiết bị 54 3.2.3 Ảnh hƣởng khí cịn dƣ vật liệu hấp phụ 54 3.2.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ 54 3.2.5 Ảnh hƣởng kích thƣớc hạt vật liệu hấp phụ .55 3.2.6 Ảnh hƣởng pha 55 3.2.7 Thiết kế hệ thống hấp phụ 55 3.3 Các chu trình nhả hấp phụ .57 3.3.1 Chu trình TSA 57 3.3.2 Chu trình DPA 60 3.3.3 Chu trình PSA 61 3.3.4 Chu trình VSA 64 HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến 3.4 Mơ hình tốn mơ tả q trình hấp phụ .67 3.5 Kết luận phần tổng quan 70 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG HẤP PHỤ 71 4.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị tạo Oxy theo chu trình VSA .71 4.2 Lựa chọn mơ hình cơng nghệ cho hệ thống hấp phụ .74 4.2.1 Lựa chọn vật liệu .74 4.2.2 Lựa chọn kích thƣớc cột hấp phụ 75 4.3 Giới thiệu Aspen Adsorption 75 4.4 Các giả thiết 76 4.5 Mơ q trình làm việc thiết bị tạo Oxy Aspen Adsorption 77 4.6 Kết mô 82 KẾT LUẬN .84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn cao học, nhận đƣợc nhiều giúp đỡ hỗ trợ thầy cô, bạn bè gia đình Luận văn đƣợc thực hoàn thành Bộ m n Máy Thiết bị Hóa chất Cơng nghiệp – Dầu khí, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Có đƣợc luận văn này, với nỗ lực thân, t i nhận đƣợc giúp đỡ to lớn q báu thầy, giáo Khoa sau đại học Bộ môn Máy Thiết bị Hóa chất Cơng nghiệp – Dầu khí, đặc biệt giúp đỡ TS Vũ Đình Tiến Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Vũ Đình Tiến ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành luận văn Đồng thời xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè ln bên cạnh giúp đỡ, động viên, khuyến khích tạo điều kiện để t i hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2016 Học viên Đỗ Phú Khánh HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến LỜI CAM ĐOAN T i xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu, mô chế độ làm việc thiết bị tạo O2 nguyên lý hấp phụ” thân thực Các số liệu kết đề tài trung thực chƣa đƣợc công bố Nếu sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2016 Tác giả luận văn HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT TSA (Thermal Swing Adsorption): Chu trình hấp phụ thay đổi nhiệt độ DPA (Displacement Purge Adsorption): Chu trình thay chất bị hấp phụ PSA (Pressure Swing Adsorption): Chu trình hấp phụ thay đổi áp suất VSA (Vacuum Swing Adsorption): Chu trình hấp phụ thay đổi độ chân khơng HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ TT NỘI DUNG TRANG Hình 1.1 Cấu tạo đồ thị I-d 15 Hình 1.2 Đồ thị I-d xây dựng áp suất khí Pkq=760mmHg 16 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Nguyên lý cấu tạo mặt nạ Oxy máy bay 28 Hình 1.9 Sơ đồ ngun lý cơng nghệ hấp phụ sản xuất Oxy 29 10 Hình 2.1 11 Hình 2.2 Các giai đoạn trình hấp phụ 37 12 Hình 2.3 Sơ đồ chế hấp phụ Langmuir mặt phẳng 39 13 Hình 2.4 14 Hình 2.5 15 Hình 3.1 16 Hình 3.2 17 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống chƣng cất phân đoạn khơng khí lỏng Sơ đồ ngun lý phƣơng pháp chƣng cất cột đơn Sơ đồ nguyên lý công nghệ phân ly khơng khí theo phƣơng pháp màng Sơ đồ nguyên lý công nghệ màng vận chuyển ion sản xuất khí Oxy Sơ đồ cơng nghệ sản xuất Oxy phƣơng pháp hấp thụ Sự khác biệt hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học nhiệt hấp phụ Ảnh hƣởng yếu tố đến quan hệ đẳng nhiệt Langmuir Một số kiểu cấu trúc Zeolite Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ khí vật liệu rây phân tử Cacbon Quá trình vận hành cột hấp phụ Dạng đƣờng cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ HVTH: Đỗ Phú Khánh 21 22 24 26 27 35 41 44 49 51 53 Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến 18 Hình 3.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên cân hấp phụ 57 19 Hình 3.5 Sơ đồ chu trình TSA 58 20 Hình 3.6 Sơ đồ chu trình DPA 61 21 Hình 3.7 Sơ đồ chu trình PSA 62 22 Hình 3.8 Chu trình PSA bƣớc 64 23 Hình 3.9 Sơ đồ chu trình VSA 65 24 Hình 3.10 Chu trình VSA bƣớc Sơ đồ khối cơng nghệ sản xuất Oxy theo chu trình VSA 66 25 Hình 4.1 26 Hình 4.2 27 Hình 4.3 Các thơng số kỹ thuật dịng vào F1 79 28 Hình 4.4 Bảng cài đặt chu kỳ làm việc 79 29 Hình 4.5 Cài đặt thơng số hoạt động van 80 30 Hình 4.6 Cài đặt thông số kỹ thuật bên cột 81 31 Hình 4.7 Q trình mơ hồn thành 81 32 Hình 4.8 Biến thiên áp suất nhiệt độ 82 33 Hình 4.9 Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ tạo khí Oxy theo chu trình VSA phần mềm Aspen Adsorption Biến thiên phần mol Oxy Nitơ dịng khí sản phẩm HVTH: Đỗ Phú Khánh 71 78 83 Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến DANH MỤC CÁC BẢNG TT NỘI DUNG TRANG Bảng 1.1 Thành phần khơng khí khơ theo thể tích 11 Bảng 1.2 Các tính chất Oxy, Nitơ Argon 17 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Lƣu lƣợng nồng độ Oxy dùng y tế 31 Bảng 2.1 Ứng dụng số vật liệu hấp phụ xốp điển hình 32 Bảng 2.2 Phân biệt hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học 35 Bảng 2.3 Đặc tính số loại Zeolite phổ biến 45 Bảng 3.1 Các yếu tố ảnh hƣởng tới vùng chuyển khối 52 Bảng 4.1 Chu trình hoạt động bƣớc van 72 10 Bảng 4.2 Chu trình hoạt động bƣớc van 72 11 Bảng 4.3 Chu trình hoạt động bƣớc van 72 12 Bảng 4.4 Chu trình hoạt động bƣớc van 73 13 Bảng 4.5 Chu trình hoạt động bƣớc van 73 14 Bảng 4.6 Chu trình hoạt động bƣớc van 73 15 Bảng 4.7 Chu trình hoạt động bƣớc van 73 16 Bảng 4.8 Chu trình hoạt động bƣớc van 74 17 Bảng 4.9 Các đặc tính Zeolite 13X 75 Thành phần khơng khí tính chất nhiệt động khí thành phần (nhiệt độ s i đo áp suất 101,3 kPa) HVTH: Đỗ Phú Khánh 20 Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Oxy nguyên tố phổ biến vỏ Trái Đất Oxy khơng đóng vai trị quan trọng việc trì sống hành tinh chúng ta, mà cịn có nhiều ứng dụng ngành công nghiệp Một lĩnh vực mà Oxy đƣợc sử dụng nhiều lĩnh vực y tế Việc cung cấp Oxy y tế để đáp ứng nhu cầu điều trị, cấp cứu sở y tế cần thiết, đặc biệt khoa: phẫu thuật, cấp cứu, hồi sức tích cực… Tại bệnh viện sở y tế thành phố thƣờng đƣợc đầu tƣ hệ thống cấp Oxy trung tâm bình chứa lớn Nhƣng bệnh viện tuyến huyện, đặc biệt bệnh viện vùng sâu, vùng xa hầu nhƣ thiếu nguồn cung cấp Oxy phục vụ cho trình điều trị Điều gây nhiều khó khăn cho sở y tế làm tăng nguy tử vong cho bệnh nhân Hiện nay, bệnh viện nhiều quốc gia giới sử dụng máy làm giàu Oxy từ khơng khí Việc nghiên cứu chế tạo máy tạo Oxy có ý nghĩa khoa học thực tiễn rõ rệt Từ thực tế cấp thiết trên, t i lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu, mô chế độ làm việc thiết bị tạo Oxy nguyên lý hấp phụ” để trình bày luận văn Nội dung nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tổng quan phƣơng pháp sản xuất Oxy - Nghiên cứu tổng quan sở lý thuyết hấp phụ ứng dụng - Thiết lập mơ hình tốn mô chế độ làm việc thiết bị tạo Oxy nguyên lý hấp phụ HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 10 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến Các bƣớc chu trình hoạt động hệ thống đƣợc thực nhờ việc điều chỉnh van hệ thống Chi tiết hoạt động van theo bƣớc đƣợc miêu tả chi tiết nhƣ sau: Trong đó: - Trạng thái 0: Đóng van - Trạng thái 1: Mở van - Trạng thái 2: Điều chỉnh lƣu lƣợng qua van  Bƣớc 1: Điều áp, hấp phụ cột A1, hút chân không cột A2 Thời gian 12s Bả 4.1: Chu trình hoạt động bƣớc van Van 10 Trạng thái 0 0  Bƣớc 2: Điều áp, hấp phụ lấy sản phẩm cột 1, hút chân không cột Thời gian 10s Bả 4.2: Chu trình hoạt động bƣớc van Van 10 Trạng thái 0 2  Bƣớc 3: Giải hấp phụ cột Thời gian 5s Bả 4.3: Chu trình hoạt động bƣớc van Van 10 Trạng thái 0 2 0 HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 72 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến  Bƣớc 4: Cân áp hai cột Thời gian 3s Bả 4.4: Chu trình hoạt động bƣớc van Van 10 Trạng thái 0 0 0  Bƣớc 5: Hút chân không cột 1, điều áp hấp phụ cột Thời gian 12s Bả 4.5: Chu trình hoạt động bƣớc van Van 10 Trạng thái 2 0  Bƣớc 6: Hút chân không cột 1, điều áp, hấp phụ lấy sản phẩm cột Thời gian 10s Bả 4.6: Chu trình hoạt động bƣớc van Van 10 Trạng thái 2 0  Bƣớc 7: Giải hấp phụ cột Thời gian 5s Bả 4.7: Chu trình hoạt động bƣớc van Van 10 Trạng thái 0 2 0  Bƣớc 8: Cân áp hai cột thời gian 3s HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 73 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến Bả 4.8: Chu trình hoạt động bƣớc van Van 10 Trạng thái 0 0 0 Tổng thời gian hoạt động chu trình 60s Trong đó, sản phẩm đƣợc lấy bƣớc số (ứng với cột hấp phụ số 1) bƣớc số (ứng với cột hấp phụ số 20) Áp suất hấp phụ hai cột 1,5bar, áp suất nhả nhấp phụ 0,3bar Độ chân khơng hệ thống đƣợc trì nhờ bơm chân kh ng th ng qua van V5 4.2 Lựa chọn mơ hình cơng nghệ cho hệ thống hấp phụ Các thông số thiết kế của hệ thống thiết bị đƣợc lấy theo mơ hình thực nghiệm Richard S Todd [8] với thông số công nghệ nhƣ sau: - Lƣu lƣợng khí đầu vào: 0,01m3/s - Nhiệt độ khí vào: 296K - Thành phần khí đầu vào: + Oxy (0,22kmol/kmol khí) +Nitơ (0,78 kmol/kmol khí) - Áp suất hấp phụ: 1,5 bar - Áp suất nhả hấp phụ: 0,3 bar 4.2.1 Lựa chọn vật liệu Trong trình xây dựng đƣợc hệ thống làm giàu Oxy, phƣơng pháp hấp phụ nhả hấp phụ cần tới lựa chọn vật liệu hấp phụ Oxy nhằm đạt đƣợc hiệu hấp phụ tối ƣu Th ng thƣờng, ngƣời ta thƣờng sử dụng Zeolite 10X, 13X 5A Các loại Zeolite có mức độ hấp phụ tƣơng đƣơng nhau, nhƣng loại Zeolite lại thích hợp cho chu trình riêng Zeolite 5A thích hợp với chu trình hấp phụ PSA Ngƣợc lại, 10X 13X phù hợp dây chuyền cơng nghệ sử dụng chu trình VSA Trong giới hạn nghiên cứu chu trình hấp phụ thay đổi độ chân kh ng VSA, Zeolite 13X đƣợc lựa chọn sử dụng cho q trình tính tốn Một số thơng số vật lý Zeolite 13X HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 74 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến Bả 4.9: Các đặc tính Zeolite 13X Cơng thức hóa học Na86[(AlO2)86(SiO2)106].H2O Khối lƣợng riêng đổ đống ~647 kg/m3 Kích thƣớc pellet trung bình ~1,97mm Độ xốp 0,375 Đƣờng kính mao quản 0,3 µm 4.2.2 Lựa chọn kích thước cột hấp phụ Sau tham khảo số mơ hình phịng thí nghiệm hệ thống hấp phụ VSA Kích thƣớc cột hấp phụ đƣợc lựa chọn tính tốn có D=0,102m, L=1,95m, chiều cao chất hấp phụ cột H=1,8m 4.3 Giới thiệu Aspen Adsorption Mô - simulation phƣơng pháp m hình hóa dựa việc thiết lập mơ hình số sử dụng phƣơng pháp số để tìm lời giải với trợ giúp máy vi tính Để mơ q trình thực tế địi hỏi: - Mơ hình ngun lí: ngun lí q trình mối liên hệ thơng số liên quan - Mơ tả tốn học: dùng cơng cụ tốn học để mơ tả mơ hình ngun lí - Xử lý biểu thức ràng buộc Tất nhiên trình thực tế tập hợp gồm nhiều yếu tố phức tạp mà khơng thể có mơ tả tốn học cho kết xác tuyệt đối Độ phức tạp trình tăng lên, đồng nghĩa với số lƣợng thông số liên quan, biến số, phƣơng trình, ràng buộc tăng lên Giải lúc bƣớc đòi hỏi khối lƣơng tính tốn lớn, nhƣ mơ với trợ giúp máy vi tính tất yếu Trong ngành cơng nghệ hóa học nói chung cơng nghệ lọc hóa dầu nói riêng, mơ đóng vai trị v quan trọng việc thiết kế, phân tích, vận hành tối ƣu hố hệ thống Aspen One gói phần mềm mơ q trình cơng nghệ hóa học hãng AspenTech Mỹ phát triển, đƣợc sử dụng rộng rãi nghiên cứu HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 75 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến ứng dụng để tối ƣu q trình sản xuất cơng nghiệp Aspen sử dụng mơ hình tốn học để mơ trình Với nguồn sở liệu khổng lồ, Aspen xử lý q trình phức tạp, bao gồm hệ thống phân tách nhiều cột, thiết bị phản ứng, chƣng cất hợp chất phản ứng hóa học Aspen Adsorption modul phần mềm mô Aspen One Modul Aspen Adsorption ứng dụng để thiết kế, mơ tối ƣu hóa q trình hấp phụ để phân tách khí, chẳng hạn nhƣ chu trình hấp phụ thay đổi áp suất (PSA), chu trình hấp phụ thay đổi nhiệt độ (TSA), chu trình hấp phụ thay đổi độ chân khơng (VSA) Aspen Adsorption có cơng cụ mạnh Cyclic Steady State (CSS) cho phép trình hấp phụ có chu kỳ trạng thái ổn định Mơ hình Aspen hấp phụ CSS cung cấp cơng cụ thiết kế hiệu dễ dàng sử dụng nhƣ gói phần mềm tối ƣu hóa để xác định thiết kế điều hành điều kiện tối ƣu cho q trình tính tốn thiết kế hệ thống hấp phụ Trong nghiên cứu này, Aspen Adsorption đƣợc sử dụng để thiết lập mô hình mơ hệ thống thiết bị tạo Oxy chu trình thay đổi độ chân khơng (VSA) 4.4 Các giả thiết Để mơ sử dụng mơ hình tốn có sẵn Aspen Adsorption, cần chấp nhận giả thiết sau: - Hệ đƣợc xem đẳng nhiệt với áp suất tổng cột đƣợc trì số bƣớc lấy sản phẩm làm - Quan hệ hấp phụ cân tuân theo đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, với giá trị số hấp phụ cân Nitơ Oxy có sẵn sở liệu phần mềm Aspen Adsorption - Biến thiên áp suất riêng phần theo chiều dọc cột (bỏ qua biến thiên theo phƣơng hƣớng kính) - Hệ số cấp khối đƣợc biểu diễn thông qua quan hệ động lực tuyến tính (Linear driving force) - Tổn thất áp suất dọc theo chiều dài cột bỏ qua HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 76 Luận văn tốt nghiệp - GVHD: TS Vũ Đình Tiến Vận tốc dịng khí lớp vật liệu hấp phụ đƣợc xác định theo cân vật chất phƣơng trình khí lý tƣởng PV = nRT 4.5 Mơ q trình làm việc thiết bị tạo Oxy Aspen Adsorption Về bƣớc thiết lập mơ hình Aspen Adsorption bao gồm: - Nhập thông số vật lý cấu tử hệ (trong trƣờng hợp không khí, Nitơ Oxy) từ ngân hàng liệu Aspen Properties - Trong phần “Gas Dynamic” thƣ viện “Libraries” Aspen Adsorption, chọn biểu tƣợng đầu vào (gas feed), van loại (valves), cột hấp phụ (gas bed), đầu (gas product) đƣờng nối (connections) để xây dựng sơ hệ thống thiết bị phù hợp với mơ hình nhƣ Hình 4.1 - Click đúp chuột thành phần sơ đồ xây dựng để nhập thông số chọn thông số sẵn có sở liệu - Trong phần cơng cụ “Tool”, chọn “Cycle Organizer” để thiết lập chu trình làm việc bƣớc nhƣ m tả phần - Tiến hành chạy mô công cụ “Run” Sau lần chạy, tiến hành điều chỉnh thời gian “Cycle Organizer” để tìm điều kiện làm việc phù hợp trích xuất kết Lựa chọn mơ hình VSA có sẵn Demonstration hay thiết lập nhƣ hình theo bƣớc nhƣ ta có sơ đồ dây truyền công nghệ nhƣ sau: HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 77 Luận văn tốt nghiệp H GVHD: TS Vũ Đình Tiến 4.2: Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ tạo khí Oxy theo chu trình VSA phần mềm Aspen Adsorption Tiến hành nhập thông số đầu vào F1 nhƣ hình 4.2 với: - Nhiệt độ dịng vào: 296,15K - Áp suất dòng vào: 1,5 bar - Nồng độ phần mol Nitơ: 0,78 - Nồng độ phần mol Oxy: 0,22 HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 78 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến H 4.3: Các thơng số kỹ thuật dịng vào F1 Tiếp đó, cài đặt chu kỳ làm việc Cycle Organizer H 4.4: Bảng cài đặt chu kỳ làm việc Các bƣớc chu kỳ làm việc gồm bƣớc sau: - Bƣớc 1: Cột điều áp hấp phụ, cột hút chân không Với thời gian điều chỉnh áp suất hai cột 12 giây, chọn Time driven = 12s - Bƣớc 2: Cột điều áp lấy sản phẩm, cột hút chân không Chọn Time driven = 10s HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 79 Luận văn tốt nghiệp - GVHD: TS Vũ Đình Tiến Bƣớc 3: Cột xả áp, cột giải hấp phụ Chọn Time driven = 5s - Bƣớc 4: Cân áp suất cột cột Chọn Time driven = 3s - Các bƣớc từ 5-8 giống bƣớc từ 1-4 nhƣng đổi vai trò cột với cột Trong Cycle Organizer, chọn Step vào Manipulated để tiến hành cài đặt hoạt động van bƣớc chu kỳ, với thơng số hoạt động nhƣ sau: Có thể tiến hành thêm hay bớt biến phần Variable, thêm hay bớt bƣớc chu kỳ step/ add insert step Các bƣớc cài đặt hoạt động van giống nhƣ sơ đồ dây chuyền công nghệ đề cập phần H 4.5: Cài đặt thông số hoạt động van Sau cài đặt xong bƣớc chu kỳ, vào Cycle chọn Generate Task, cài đặt hoàn thành xuất HVTH: Đỗ Phú Khánh góc dƣới Cycle Organizer Trang 80 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến Tiếp theo cài đặt cột hấp phụ Froms, điều chỉnh thông số cột hấp phụ, chất hấp phụ, chế độ trao đổi chất, trao đổi nhiệt bên Trong mục Default from, cài đặt thông số: chiều kiểu cột, biên dạng cột, chiều cao lớp chất hấp phụ cột, đƣờng kính cột H 4.6: Cài đặt thông số kỹ thuật bên cột Sau hoàn thành tất cài đặt chọn nút cơng cụ, q trình mơ bắt đầu Q trình mơ hồn thành hiển thị bảng sau: H HVTH: Đỗ Phú Khánh 4.7: Q trình mơ hồn thành Trang 81 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến 4.6 Kết mô Tiến hành chạy mô hệ thống tạo khí Oxy phần mềm Aspen Adsorption chế độ Dynamic Vì mơ đƣợc tiến hành áp suất hấp phụ cột 1,4 bar áp suất nhả hấp phụ 0,3bar Biến thiên áp suất cột cột đƣợc biểu diện Hình 4.8 H 4.8: Biến thiên áp suất nhiệt độ Nhìn vào đồ thị ta thấy, hai cột áp suất có biến thiên áp suất giống nhau, nhƣng lệch pha nửa chu kỳ làm việc (30 giây) Theo chu kỳ làm việc bƣớc, khí Oxy sản phẩm đƣợc lấy gián đoạn Biến thiên phần mol khí Oxy sản phẩm đƣợc biểu diễn Hình 4.9 Kể từ hệ thống bắt đầu làm việc, sau khoảng 10 chu kỳ phần mol khí Oxy dòng sản phẩm đạt đƣợc khoảng 93-95% HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 82 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến Oxy Nitơ H 4.9: Biến thiên phần mol Oxy Nitơ dịng khí sản phẩm Kết khả quan phù hợp với kết thực tế điều cho thấy Aspen Adsorption công cụ đáng tin cậy để mô tối ƣu trình thiết bị hấp phụ HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 83 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến KẾT LUẬN Phƣơng pháp phân tách Oxy chu trình VSA phƣơng pháp tƣơng đối mẻ Việt Nam Sau thời gian nghiên cứu triển khai, đề tài thu đƣợc số kết sau: Đƣa đƣợc sở lý thuyết chung sản xuất Oxy từ khơng khí lý thuyết hấp phụ Lựa chọn xây đựng đƣợc mơ hình sản xuất Oxy theo chu trình hấp phụ VSA Đƣa đƣợc kết mô chế độ làm việc thiết bị tạo Oxy theo chu trình VSA Chế độ làm việc thiết bị đƣợc thiết lập dựa kết mô phần mềm Aspen Adsorption Kết mơ hồn tồn phù hợp với lý thuyết đƣa điều cho thấy Aspen Adsorption công cụ đáng tin cậy để mô tối ƣu trình thiết bị hấp phụ Hƣớng nghiên đề tài: Do hạn chế định nên kết tính tốn, mô đƣa đƣợc số liệu, cần phải có mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng kết Tiếp tục chạy thêm nhiều mô để đánh giá ảnh hƣởng thông số điều kiện làm việc đến chế độ làm việc thiết bị, từ xác lập thơng số công nghệ tối ƣu để chuyển từ thiết kế phịng thí nghiệm sang quy mơ cơng nghiệp HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 84 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Vũ Đình Tiến TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bin (2008), Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, Tập 4, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nhiều tác giả (2006), Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, Tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Vũ Đình Tiến (2015), Giáo trình hấp phụ trao đổi ion (Đang biên soạn) R Agrawal D.M Herron (2000), "Air liquefaction: Distillation", Air Products and Chemicals, p 1895-1910 Jeong-Geun Jeeet al (2006), "Comparison of vacuum swing adsorption process for air separation using Zeolite 10X and 13X", Revue Roumaine de Chimie 51(11), p 1095-1108 D.M Ruthven (1984), Principles of Adsorption and Adsorption Process, Wiley, NewYork A.R Smith J Klosek (2001), "A review of air separation technologies and their integration with energy conversion processes", Fuel Processing Technology 70(2), p 115-134.6 Richard S Toddet al "Fast Finite-Volume Method for PSA/VSA Cycle SimulationsExperimental Validation", Industrial & Engineering Chemistry Research 40, p 3217-3224 Argon, truy cập ngày 20/08/2016, trang web https://vi.wikipedia.org/wiki/Argon 10 Cho bệnh nhân thở Oxy, truy cập ngày 15/9/2016, trang web http://www.ykhoa.net/baigiang/dieuduong/bai29.htm 11 Khơng khí, truy cập ngày, trang web https://vi.wikipedia.org/wiki/Khơng_khí 12 Nitơ, truy cập ngày 20/8/2016, trang web https://vi.wikipedia.org/wiki/Nitơ HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 85 Luận văn tốt nghiệp 13 GVHD: TS Vũ Đình Tiến Ơxy, truy cập ngày 19/8/2016, trang web https://vi.wikipedia.org/wiki/Ôxy 14 Sự thật biết mặt nạ dưỡng khí máy bay, truy cập ngày 10/9/2016, trang web https://tinhte.vn/threads/su-that-it-biet-ve-mat-na-duong-khitren-may-bay.2456516/ 15 Vacuum Swing Adsorption, truy cập ngày 20/9-2016, trang web http://www.vacuumswingadsorption.com/ HVTH: Đỗ Phú Khánh Trang 86 ... dung nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tổng quan phƣơng pháp sản xuất Oxy - Nghiên cứu tổng quan sở lý thuyết hấp phụ ứng dụng - Thiết lập mơ hình tốn mơ chế độ làm việc thiết bị tạo Oxy nguyên lý hấp. .. nghiên cứu chế tạo máy tạo Oxy có ý nghĩa khoa học thực tiễn rõ rệt Từ thực tế cấp thiết trên, t i lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu, mô chế độ làm việc thiết bị tạo Oxy nguyên lý hấp phụ? ?? để trình... hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học nhiệt hấp phụ Các điểm khác biệt hai q trình hấp phụ hóa học hấp phụ vật lý đƣợc thể bảng sau Bả 2.2: Phân biệt hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học Hấp