Vận hành hệ thống điều chế Oxy - Nitơ - Chương I: Đặc tính vật lý của đặc tính vật lý của không khí

11/13/2009 1 VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ OXY-NITƠ: CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH VẬT LÝ CỦA KHÔNG KHÍ A. ĐẶC TÍNH CỦA KHÔNG KHÍ 11/13/2009 2 1 kg lực ĐƠN VỊ ĐO ÁP SUẤT • Kg/cm2 1 cm • 1 Kg/cm2 y 1 bar • 1 Kg/cm2 y 0,1 Mpa • 1 Kg/cm2 = 14,2 psi m m P = 8 Kg/Cm2 D = 4 00 m Lực tác dụng = Diện tích X Áp suất =  x 20 x 20 X 8 = 10048 Kg = 10,048 Tấn 11/13/2009 3 Liên quan giữa áp suất và thể tích P = 1 bar V = 2 L P = 2 bar V = 1 L Yếu tố nhiệt độ  Nếu áp suất không đổi, khi gia nhiệt thể tí h ẽ tăc s ng.  Nếu thể tích không đổi, khi gia nhiệt áp suất sẽ tăng 11/13/2009 4 Quá trình đoạn nhiệt  Khi bị nén, nhiệt độ của khí sẽ tăng.  Khi giãn nở (từ áp suất cao xuống áp suất thấp) nhiệt độ sẽ giãm. Các trạng thái của không khí Ở nhiệt độ và áp suất xác định, không khí sẽ ở 1 trong 3 trạng thái: Khí, Lỏng hay Rắn. 11/13/2009 5 Biểu đồ trạng thái của không khí Thành phần không khí Loại khí Công thức Hàm lượng % Điểm đông đặt Điểm sôi Điểm tới hạn Nguyên tử lượng Oxy O2 20.99 -218.9 -182.8 -118.9 16 Nitơ N2 78.03 -209.7 -195.6 -147.2 14 Oxyd Carbon CO2 0.03 -78.3 31.1 Helium He 0.0005 -272.2 -268.9 -267.8 4 Neon Ne 0 0018 -248 3 -245 8 -238 3 20 2. . . . . Argon Ar 0.9323 -189.2 -185.6 -122.2 39.9 Krypton Kp 0.0001 -168.9 -151.7 -62.8 82.9 Xenon Xe 0.000009 -140 -109.2 16.7 130.2 Hơi nước H2O < 4-5 0 100 374.4 11/13/2009 6 B. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ OXY VÀ NI-TƠ Phương pháp chưng cất không khí hóa lỏng  Hệ thống tách khí cao áp  Hệ thống tách khí trung áp  Hệ thống tách khí hạ áp 11/13/2009 7 Những phương pháp điều chế Oxy khác  Điều chế Oxy bằng phương pháp hoá học.  Điều chế Oxy bằng điện phân  Điều chế Oxy bằng phương pháp hấp thụ.  Điều chế Oxy bằng sinh hóa. Điều chế nitơ bằng phương pháp lọc cao áp  Phương pháp này dùng để điều chế Ni tơ ó độ ti h khiết khô - c n ng cao.  Ưu điểm là hệ thống đơn giản, gọn và độ an toàn cao. 11/13/2009 8 C. QUẢN LÝ NHÀ NƯỚC Thiết bị có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn lao động  Các thiết bị có yêu cầu nghiêm ngặt ề t à l độ hải đượ đă v an o n ao ng p c ng ký với thanh tra an toàn địa phương và kiểm định định kỳ.  Hệ thống điều chế Oxy-Nitơ là 1 thiết bị có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn lao động. 11/13/2009 9  Mỗi bình áp lực trong hệ thống điều hế à khí hải đượ đă kiể Thiết bị có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn lao động c v nạp p c ng m.  Hệ thống phải được đăng kiểm. Hồ sơ bắt buộc phải có khi đăng kiểm bình áp lực  Bản vẽ cấu tạo. ể Biên bản ki m tra không phá hủy (NDT).  Lý lịch thiết bị  Chứng chỉ xuất xưởng (Thiết bị mới) 11/13/2009 10  Hồ sơ thiết kế. Hồ sơ nên có khi mua bình áp lực  Chứng chỉ xuất xưỡng  Chứng chỉ kim loại  Biên bản kiểm tra không phá hủy. Hồ sơ bắt buộc phải có khi đăng kiểm hệ thống điều chế và nạp khí  Hồ sơ đăng kiểm tất cả thiết bị trong hệ thống.  Bản vẽ mặt bằng  Bản vẽ sơ đồ nguyên lý  Chứng chỉ xuất xưởng bơm, van, hệ thống nạp và các thiết bị đo kiểm, khống chế.  Hồ sơ đăng kiểm chai chứa khí 11/13/2009 11 VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ OXY-NITƠ: CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP PHÂN LY KHÔNG KHÍ A. Nguyên tắc chung  Oxy lỏng sôi ở nhiệt độ -182.8o C  Ni tơ lỏng sôi ở nhiệt độ -195.6o C Vì nhiệt độ sôi của nitơ thấp hơn, khi không khí Khí OxyKhí Ni tơ lỏng hóa hơi, nitơ sẽ bay hơi nhanh hơn Oxy. Không khí lỏng 11/13/2009 12 Sơ đồ nguyên tắc Máy nén Bộ lọc khí Bộ lọc khí Máy giản khí hay tiết lưu Thá Hóa lỏng p chưng cất Oxy Ni tơ Những bộ phận chính  Máy nén khí.  Bộ phận lọc không khí.  Thiết bị trao đổi nhiệt.  Bộ phận tiết lưu và giãn khí.  Bộ phận chưng cất – tách ly không khí lỏ ng.  Bộ phận tồn trữ và chiết nạp. 11/13/2009 13 B. Các phương pháp chưng cất  Chưng cất cao áp với áp suất đầu vào đến 200 bar.  Chưng cất trung áp với áp suất đầu vào đến 70 bar.  Chưng cất thấp áp với áp suất đầu vào đến 6.5 bar. Sơ đồ cụm thiết bị Các thiết bị Nén và lọc khí Bộ tách ly không khí nằm trong thùng máy chèn đầy chất cách nhiệt Hệ thống chiết nạp và tồn trữ 11/13/2009 14 1. Phương pháp chưng cất cao áp 2. Phương pháp chưng cất trung áp Oxy Không khí 60 – 70 bar Bình trao đổi nhiệt Bộ quá lạnh Van tiết lưu Van tiết lưu Nitơ Tháp chưng cất Bơm Oxy Van tiết lưu Máy giãn khí 11/13/2009 15 3. Phương pháp chưng cất thấp áp 4. Tháp chưng cất Tháp chưng cất gồm:  Phần cao áp.  Phần thấp áp.  Bộ làm lạnh bổ xung.  Hệ thống tuần hoàn và tiết lưu. 11/13/2009 16 Moâi chaát laøm laïnh vaøo Moâi chaát laøm laïnh ra Phần cao áp tháp chưng cất Nitô loûng ra Khí hoùa loûng giaøu oâxy chaûy xuoáng Hôi giaøu Ni tô bay leân Khoâng khí loûng vaøo OÂâxy loûng ra Hôi N2 töø khay CHI TIEÁT CUÛA KHAY Phần thấp áp tháp chưng cất N2 hôi ra N2 loûng vaøo OÂxy loûng vaøo OÂxy loûng thaønh phaåm ra 11/13/2009 17 Ảnh chụp phần trên tháp chưng cất C. MÁY NÉN KHÍ  Máy nén khí kiểu piston.  Máy nén khí ly tâm. 11/13/2009 18 1. Máy nén piston Máy nén 4 cấp dạng đứng Piston 4 Piston 3 Piston 1 Piston 2 11/13/2009 19 Máy nén 4 cấp dạng đứng Bộ phận là l hm ạn Bộ phận làm lạnh cấp 2 và 3 Máy nén dạng nằm ngang Vùng nén 2 Vùng nén 1 Vùng nén 3 Vùng nén 4 11/13/2009 20 2. Máy nén ly tâm Luồn không khí đi trong máy nén ly tâm 11/13/2009 21 Máy nén ly tâm nhiều cấp Cấu tạo cánh bơm 11/13/2009 22 D. MÁY GIÃN KHÍ  Khi gia tăng thể tích, nhiệt độ của khí giãm. Các kiểu thiết bị giãn khí  Van tiết lưu  Máy giãn kiểu piston  Máy giãn kiểu turbin (Ly tâm) 11/13/2009 23 Cấu tạo van tiết lưu Phóng to chi tiết van tiết lưu 11/13/2009 24 Máy giãn khí kiểu pit-tông Máy giãn khí kiểu pit-tông 11/13/2009 25 Đầu van hút của máy giãn Máy giãn kiểu ly tâm 11/13/2009 26 Máy giãn kiểu ly tâm – Nhìn bên ngoài Máy giãn kiểu ly tâm 11/13/2009 27 E. Bộ phận lọc và làm khô khí  Làm sạch khí carbonic, accetylen và những loại tạp chất khác.  Tách hơi nước ra khỏi không khí. Tại sao phải làm sạch và làm khô không khí?  Các chất khí và hơi nước có nhiệt độ đóng băng cao hơn nhiệt độ hóa lỏng của ni-tơ và Oxy có thể làm tắc nghẽn các ống dẫn.  Khí Accetylen có thể đóng rắn trên thành tháp chưng cất và phát nổ 11/13/2009 28 1. Làm sạch không khí  Phương pháp dùng tháp rửa bằng d dị h kiềung c m.  Hấp thụ bằng các hợp chất rắn như đất sét hoạt tính, silicagel, zeolit 11/13/2009 29 Tháp hấp thụ khí CO2 bằng dung dịch sút (NaOH) Các cột chứa các hạt hấp thụ 11/13/2009 30 2. Làm khô không khí  Hạ thấp nhiệt độ để ngưng tụ hơi ướn c.  Các hạt hấp thụ mà thành phần chính là Si-li-cát và Oxyt nhôm.  Hiện nay chủ yếu dùng hạt zeolit để tách ẫm và làm sạch. Thành phần hóa học trung bình của zeolit SiO2 67.2% Al2O3 11.3% K2O 1.5% Na2O 1.8% MgO 0.8% Cao 3.3% Fe2O3 0.8% MnO 0.06% TiO2 0.50% P2O5 0.01% SO3 Không đáng kể Cl Không đáng kể 11/13/2009 31 F. Bình trao đổi nhiệt Phân loại bình trao đổi nhiệt  Số dòng môi chất tham gia trao đổi nhiệt (2 hoặc 3)  Dòng môi chất chuyển động song song hay vuông góc. 11/13/2009 32 Nguyên lý bình trao đổi nhiệt Nguyên lý bình trao đổi nhiệt Loại 3 dòng môi chất: Oxy, nitơ, không khí. 11/13/2009 33 Cấu tạo bình trao đổi nhiệt Loại 3 dòng môi chất: Oxy, nitơ, không khí. Cấu tạo bình trao đổi nhiệt Loại 3 dòng môi chất: Oxy, nitơ khí & nitơ lỏng. 11/13/2009 34 G. THIẾT BỊ CHIẾT NẠP VÀ TỒN TRỮ 1. Bơm nén khí và bơm lỏng. 2. Chai chứa khí, nạp khí vào chai. 3. Bình chứa khí hóa lỏng – bình trên xe và cố định. 1. Bơm và máy nén  Để nạp khí vào chai, cần có bơm nén khí đế á ất t ê 150 bn p su r n ar.  Để đưa khí hóa lỏng vào bồn chứa cần có bơm lỏng. 11/13/2009 35  Bơm Oxy không bôi trơn bằng dầu mở.  Các sét-măng không bằng kim loại mà bằng các loại sợi tổng hợp.  Không cần bôi trơn hay bôi trơn bằng nước cất và glycerin (7-8%). Bơm Oxy lỏng Máy nén khí Oxy 11/13/2009 36 2. Nạp khí vào chai Van và chai chứa khí 11/13/2009 37 Ống dẫn từ van xuống giúp cho trong chai có vùng chứa hơi - Điều này giúp chai an toàn hơn 11/13/2009 38 Cơ cấu cặp ống nạp vào van chai 11/13/2009 39 Các loại máy nạp  Thủ công  Bán tự động  Tự động 11/13/2009 40 Nạp thủ công  Lắp ống nạp vào van chai  Mở van chai  Mở van nạp trên khung nạp  Khi áp suất đạt đền áp suất nạp, đóng van chai ó ê kh Đ ng van nạp tr n ung nạp  Mở ống nạp ra khỏi van chai. Nạp bán thủ công  Lắp ống nạp vào van chai  Mở van chai  Ấn nút bắt đầu nạp, van nạp tự động mở cho khí vào chai.  Khi áp suất đạt đền áp suất nạp, van nạp tự động đóng lại  Mở ống nạp ra khỏi van chai. 11/13/2009 41 3. Bình chứa khí hóa lỏng Bình 2 vỏ chứa khí hóa lỏng  Bình 2 vỏ, ở giửa là chân không để á h hiệtc c n .  Một số bình còn có bộ làm lạnh.  Việc duy trì chân không trong võ bình là hết sức quan trọng. 11/13/2009 42 Sơ đồ bình chứa 2 vỏ dạng đứng 11/13/2009 43 Robot ACFM (Alternating Current Field Messurement) Chai 2 vỏ 11/13/2009 44 Tóm tắt chương 2 Các bước điều chế Oxy và Ni-tơ từ khô khíng .  Không khí được nén và làm sạch khỏi các loại khí CO2, Axetilen, khí trơ và hơi nước.  Hổn hợp khí được đưa vào bộ chưng cất với áp suất 6 bar nhiệt độ -173o C  Ở đầu ra của bộ chưng cất nhiệt độ có thể thấp hơn nửa và áp suất còn khoảng 0.6 bar.  Sản phẩm dạng khí sẽ được nén đến 200-300 bar trước khi nạp vào chai.  Sản phẩm dạng lỏng sẽ được chứa trong các bình 2 vỏ.