Ứng dụng và sản xuất khí ni tơ trong công nghiệp

Khí ni tơ từ lâu đã được coi là ” khí công nghiệp” bởi sự ứng dụng rộng rãi của loại khí này trong hầu hết các ngành công nghiệp: xây dựng, khai khoáng, ngành công nghiệp nặng đóng tàu, dầu mỏ, luyện kim …Hằng năm, trên thế giới và Việt Nam người ta sản xuất ra hàng tỉ mét khối khí ni tơ để phục vụ công nghiệp, nông nghiệp và y tế. Bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về loại khí ni tơ công nghiệp và những ứng dụng cụ thể của nó trong sản xuất và đời sống. Let’s go !!!

1. Tính chất vật lí và công thức hóa học của khí ni tơ

1.1 Tính chất vật lí của khí ni tơ

Điểm qua một chút kiến thức về khí ni tơ cho anh em nhớ lại để lát xuống phần dưới, chúng ta sẽ dùng lí thuyết này để giải thích những ứng dụng của nó. Mọi sự giải thích theo khoa học và thực tiễn, chúng ta đều dùng lí thuyết thì sẽ giàu tính thuyết phục và chuẩn xác. Phần này mình sẽ trình bày lại tất tần tật lí thuyết về ni tơ nên sẽ có tính chất hàn lâm, anh em đôi khi phải đọc lại hai lần nhé, mình sẽ cố gắng viết dễ hiểu cho anh em.

Lật lại bài 7 về khí ni tơ trong cuốn sách Hóa Học lớp 11 đã trình bày tất tần tật về khí ni tơ. Thứ nhất, trong bảng tuần hoàn hóa học, nguyên tố ni tơ( khí ni tơ bản chất là nguyên tố ni tơ, chữ khí trong khí ni tơ chính là sự tồn tại của nó trong tự nhiên dưới dạng nguyên chất, cái này anh em lưu ý nhé) đứng ở ô thứ 7, chu kì 2, nhóm VA, với cấu hình electron là: 1s² 2s² 2p³ .

Nguyên tố Ni tơ

Cấu hình electron của nguyên tố ni tơ sẽ giải thích cho tính chất của khí ni tơ mình sẽ trình bày bên dưới, anh em cứ tạm bỏ qua nó. Khí ni tơ có công thức cấu tạo là N₂.

Về tính chất vật lí của khí Ni tơ, khí ni tơ nguyên chất là một chất không màu, không mùi, không vị, khối lượng phân tử là 28, nhẹ hơn không khí với khối lượng phân tử là 29. Khí ni tơ hóa lỏng ở -196 độ C, hóa rắn ở – 210 độ C. Khí ni tơ rất ít tan trong nước, không duy trì sự sống, không duy trì tính cháy. Trong không khí, nó chiếm khoảng 78% thể tích khí của trái đất. Một lượng rất lớn trong thành phần thể tích.

khí ni tơ chiếm tỉ lệ lớn trong khí quyển

Xong phần kiến thức về tính chất vật lí của khí ni tơ. Tiếp theo anh em sẽ sang phần tính chất hóa học của khí ni tơ. Tất nhiên, ở phần này, mình sẽ không ngồi giảng bài như trong trường, mà sẽ chỉ nêu lên các tính chất mà nó gắn liền với ứng dụng của khí ni tơ. Mình làm vậy để tránh lạc đề của bài viết, đây là bài viết giải thích ứng dụng chứ không phải bài viết về lí thuyết khí ni tơ.

1.2 Tính chất hóa học của khí ni tơ

Ở nhiệt độ thường, tức là nhiệt độ phòng, khí ni tơ là một loại khí trơ, không tham gia bất cứ một phản ứng hóa học nào. Điều này anh chú ý cho mình. Đây là đặc điểm hết sức quan trọng, giúp nó trở thành loại khí chiếm được sản xuất và tiêu thụ lớn nhất trong công nghiệp.

tính trơ của khí ni tơ

Điều này được giải thích bằng liên kết hóa học của phân tử khí ni tơ N₂. Các nguyên tử mà cụ thể là 2 nguyên tử của khí ni tơ liên kết với nhau bằng một liên kết 3: N ≡ N. Đây là loại liên kết 3 không phân cực có năng lượng liên kết vô cùng lớn. Năng lượng liên kết giúp cho các phân tử có khả năng ” bên nhau” bền hơn, không ai có thể chia cách được, mà nếu có làm chúng chia cách được, thì phải dùng rất nhiều tiền, vàng bạc. Chính vì thế, liên kết của phân tử khí ni tơ rất bền, phải dùng một năng lượng lớn đến từ nhiệt độ, lực hút, lực đẩy, chất xúc tác mới có thể tách chúng ra.

Đó là ở nhiệt độ phòng, bây giờ, nếu dùng đến các yếu tố tác động như dùng nhiệt độ, dùng tia lửa điện, hồ quang, dùng áp suất cao thì khí ni tơ sẽ phản ứng hóa học anh em ạ. Năng lượng chia cách các nguyên tử ni tơ quá lớn, chúng sẽ không thể nào trơ mặt phớt lờ trước sự cám dỗ của đồng tiền nữa. Đó là quy luật của cuộc sống. Dễ hiểu phải không nào.

2 phản ứng hóa học mà anh em cần biết, không nhiều nhưng quan trọng chính là phản ứng với kim loại và phản ứng với phi kim dưới điều kiện có nhiệt độ và hoặc có áp suất. Phản ứng thế nào thì tôi sẽ không đề cập vì nó cũng không giúp ích gì nhiều. Đây là bài viết giải thích ứng dụng, không phải bài viết để thi học kì, luận án. Anh em đồng ý với tôi chứ.

Khi phản ứng như vậy thì nó sẽ cùng với các chất mà nó phản ứng tạo ra chất mới. Chất mới có chứ nguyên tố ni tơ nên không còn tính chất hóa học và tính chất vật lí như khí ni tơ nguyên chất ban đầu. Hợp chất của khí ni tơ có những tính chất riêng, ứng dụng riêng, lợi ích riêng nhưng chúng ta chỉ tìm hiểu về khí ni tơ nguyên chất thôi.

1.3 Điều chế khí ni tơ trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp

1.3.1 Điều chế khí ni tơ trong phòng thí nghiệm

điều chế khí ni tơ trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, người ta tiến hành điều chế khí ni tơ nguyên chất phục vụ cho quá trình thí nghiệm bằng cách đun nóng dung dịch bão hòa muối amoni nitrit

NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂O

hoặc cũng có thể cho phản ứng sau xảy ra để có thể thu được khí ni tơ nguyên chất

NH₄Cl + NaNO₂ →  N₂ + NaCl + 2H₂O

1.3.2 Sản xuất khí ni tơ số lượng lớn trong công nghiệp

1.3.2.1 Sản xuất khí ni tơ bằng chưng cất phân đoạn không khí

chưng cất không khí

Trong công nghiệp, khí ni tơ được sản xuất số lượng lớn bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Bước đầu tiên, người ta sẽ loại bỏ hơi nước H20 ra khỏi không khí. Tiếp theo là loại bỏ khí co2.

Hợp chất thu được sau khi loại bỏ hơi nước và co2 sẽ được hóa lỏng dưới áp suất cao và nhiệt độ thấp. Tất cả các quá trình này người ta sẽ dùng máy móc và mình cũng không trình bày kĩ đâu vì đây không phải mục đích chính của bài viết.

Tiếp theo, người ta sẽ làm một việc thừa thãi là nâng dần nhiệt độ của khối khí đã hóa lỏng ở nhiệt độ thấp lên. Họ nâng từ từ đến -196 độ C thì lúc này xảy ra hiện tượng, khí ni tơ bị sôi, tách hẳn ra khỏi oxi. Nếu anh em nào tìm hiểu, hay học qua thì cũng sẽ để ý thấy rằng, oxi có nhiệt độ sôi ở mức cao hơn khí ni tơ -183 độ C. Thế là trải qua một số công đoạn, người ta sẽ thu được khí ni tơ nguyên chất. Việc tích trữ và vận chuyển khí ni tơ sẽ được diễn ra ngay sau khi thu khí ni tơ. Họ dùng các bình thép để chứa khí ni tơ, dưới áp suất cỡ khoảng 150 bar tới 300 bar tùy thuộc vào công nghệ.

bình khí ni tơ

1.3.2.2 Sản xuất khí ni tơ bằng lọc không khí

Một cách khác để sản xuất khí ni tơ là dùng màng lọc, song phương pháp này lại giảm độ tinh khiết của khí ni tơ xuống khoảng 90 tới 99,9 %. Phương pháp này gồm 2 loại chính là sản xuất khí ni tơ bằng cách thông qua màng lọc sợi rỗng và sản xuất khí ni tơ bằng phương pháp hấp thụ áp suất PSA.

màng lọc khí ni tơ

Với việc sử dụng các màng lọc ống sợi rỗng bán nhỏ để tách riêng các hợp chất trong không khí, anh em sẽ thu được khí ni tơ. Nguyên lí của việc tách khí ni tơ từ không khí chính là tách các hợp chất riêng rẽ ra dựa theo tốc độ di chuyển và trọng lượng của chúng. Ưu điểm của phương pháp tách không khí để lấy khí ni tơ sử dụng màng lọc là nhanh, đơn giản, song lại thu được khí ni tơ với mức độ tinh khiết thấp hơn.

Loại thứ 2 là sử dụng cơ chế hấp thụ để có thể tách các hợp chất khác trong không khí riêng khỏi khí ni tơ. Anh em sẽ phải sử dụng các chất, các vật liệu để làm sao, nó có thể hấp thụ được các hỗn hợp khí và tách riêng chúng dựa trên tính chất phân tử. Cụ thể thế này, tôi sẽ trình bày để anh em hiểu.

Về lí thuyết, các ông nghiên cứu bảo rằng, các khí luôn có xu hướng bị hút vào các bề mặt rắn, bị hấp thụ vào đó khi áp suất tăng lên. Để dễ nhớ thì anh em cứ hiểu, dưới áp lực cao, khi nó cũng như người, nó sẽ tìm cách trốn vào trong các bề mặt rắn.

Áp suất càng cao thì khí lại càng bị hấp phụ nhiều. Nghe như định luật vạn vật hấp dẫn. Và cũng ngược lại, nếu áp suất giảm thì khi đó, khí nó thoải mái hơn, khí nó sẽ chui ra ngoài, giải phóng khỏi bề mặt rắn.

máy lọc khí ni tơ

Mấy ông nước ngoài các ông ý để ý tới hiện tượng này và sử dụng chất xám của mình để tạo ra máy móc phục vụ sản xuất rất hiệu quả. Mấy ông Việt Nam thì ít biết đến định luật này, song lại áp dụng vào trong công việc rất hiệu quả. Anh em hiểu ý tôi chứ @@.

Những khí khác nhau thì có khả năng bị hấp phụ bởi các bề mặt rắn khác nhau và cũng bị hấp phụ ít nhiều bởi các bề mặt rắn khác nhạu. Giả sử như nếu không khí được thổi qua một bình chứa chất hấp phụ zeolite, khí ni tơ sẽ bị giữ lại nhiều hơn khí oxi. Toàn bộ lượng khí ni tơ sẽ ở lại,những khí khác sẽ rời đi. Kiểu này giống như kiểu, đi qua một cô gái, sẽ có ông muốn ở lại tán tỉnh, số khác sẽ lướt qua mà không để ý gì.

Người ta sẽ thổi liên tục không khí qua các bề mặt rắn hay các chất hấp phụ ở áp suất cao cho tới khi đạt ngưỡng bão hòa anh em ạ. Tới khi đó, người ta sẽ tự động giảm áp suất xuống và lúc này, khí ni tơ sẽ được tự động giải phóng ra ngoài. Đây là một ứng dụng thông minh mà đơn giản, hiệu quả trong việc sản xuất ra khí ni tơ sử dụng trong công nghiệp.

1.4 Ứng dụng của khí ni tơ

Phần cuối cùng trong kiến thức của khí ni tơ là những ứng dụng của khí ni tơ. Dựa vào tính chất vật lí và hóa học của khí ni tơ, người ta khéo léo vận dụng sử dụng nó để tạo nên ứng dụng của khí ni tơ trong đời sống và trong công nghiệp, y tế.

khí ni tơ trong bảo quản thực phẩm

Đầu tiên, là trong đời sống hàng ngày, khí ni tơ được sử dụng để bảo quản lạnh đồ ăn, thực phẩm. Nhiệt độ sôi của khí ni tơ rất thấp là -196 độ C nên được dùng để bảo quản lạnh được. Những thực phẩm ăn uống thịt cá, trứng, sữa, rau củ quả được bảo quản tươi sống bằng khí ni tơ làm mát kéo dài thời gian sử dụng.

Khí ni tơ lỏng được sử dụng để bảo quản máu và các bộ phận trên cơ thể. Trong bệnh viện, khí ni tơ được bơm vào các bình chứa các bộ phận và máu nhằm cách li môi trường vô khuẩn và giữ chúng ở nhiệt độ thấp. Khí ni tơ có tác dụng tạo ra môi trường không có oxi, không duy trì sự sống, sinh sôi phát triển của các vi khuẩn, vi sinh vật.

Tiếp theo là khí ni tơ trong công nghệ sinh học, nó được cho phản ứng với các chất để tạo nên chất dinh dưỡng cho cây phát triển. Ni tơ dưới dạng NH4+ và NO3 –  là chất mà rễ cây có khả năng hấp thụ trực tiếp. Phân đạm u rê có công thức hóa học là (NH₂)₂CO có tác dụng sống còn với thực vật.

Phần ứng dụng của khí ni tơ trong công nghiệp, mình sẽ trình bày ở phần sau. Đây chính là mục tiêu chính trọng tâm của bài ngày hôm nay.

2. Ứng dụng của khí ni tơ trong công nghiệp

2.1 Khí ni tơ được sử dụng để chống oxy hóa kim loại

Trong không khí thông thường, luôn luôn tồn tại một lượng oxi và hơi nước đáng kể. Các thiết bị bằng kim loại trong các chi tiết máy, vật dụng như đường ống thép, mặt bích, bình chứa kim loại, hay các dụng cụ cơ khí có nguy cơ cao bị han gỉ theo thời gian. Đó là quá trình oxi hóa của không khí gây nên cho các thiết bị này. Khi quá trình oxi hóa từ không khí xảy ra ngay ở nhiệt độ phòng, bề mặt các vật liệu sẽ trở thành o xít han gỉ. Cơ tính của lớp bề mặt này sẽ không còn như kim loại nguyên chất. Độ bền, độ sắc của thiết bị sẽ giảm và biến chúng trở thành đống sắt han gỉ.

khí ni tơ bảo vệ đường ống kim loại

Đối với các đường ống khí hay các thiết bị mà không sử dụng đến lâu ngày, trong các nhà máy, người ta sẽ bơm khí ni tơ vào các đường ống khí, các hộp hay căn phòng kín để đẩy hết khí oxi ra ngoài. Môi trường do khí ni tơ tạo ra sẽ hoàn toàn không có hơi nước, không có oxi và khí ni tơ có đặc tính trơ như phần lí thuyết bên trên mình đã trình bày nên bề mặt kim loại các thiết bị sẽ được bảo vệ. Bơm khí ni tơ vào để tạo ra môi trường trơ chính là một biện pháp tốt để bảo vệ các thiết bị kim loại

2.2 Khí ni tơ bảo vệ bề mặt cắt, mối hàn hiệu quả

Hàn là mối ghép cố định hai hay nhiều chi tiết máy, khung dầm… lại với nhau để tạo lên bộ phận, hệ thống để có thể hoạt động được. Trong hầu hết tất cả các máy hay hệ thống ống, khung dầm hay công trình thì không một lĩnh vực nào vắng bóng mối hàn.

khí ni tơ bảo vệ các mối hàn

Hàn là phương pháp dùng nhiệt lượng từ điện tạo ra nhiệt độ cao, làm nóng chảy kim loại tại nơi cần hàn. Người ta có thể dùng chính kim loại nóng chảy đó để gắn, tạo chất kết dính các bề mặt, chi tiết lại với nhau hoặc cũng có thể dùng thêm kim loại từ các que hàn bên ngoài. Trong quá trình nóng chảy này, nhiệt độ tạo ra cao sẽ thúc đẩy một số phản ứng hóa học.

Điển hình là kim loại khi nóng chảy tại vùng đó, không khí có nhiệt độ cao sẽ phản ứng ngay với kim loại. Oxi là một chất có thể phản ứng với kim loại ngay lúc đó để hình thành lên oxit. Tính chất của oxit kim loại chính là tính chất các lớp han gỉ. Kim loại sẽ xốp, sẽ yếu, liên kết giữa các nguyên tử sẽ yếu và chỉ cần một năng lượng nhỏ cũng sẽ phá vỡ được liên kết này.

Sử dụng khí trơ trong quá trình hàn bằng cách, dẫn một đường khí vào đúng mối hàn chảy, loại bỏ không khí và bao phủ môi trường xung quanh sẽ giúp mối hàn an toàn tuyệt đối. Những khí thường được sử dụng là Argon và Heli là những khí trơ ở nhiệt độ cao. Đó là những khí tốt nhất được sử dụng khi hàn. Người ta cũng hay sử dụng khí ni tơ trong quá trình hàn.

khí ni tơ bảo vệ kim loại cắt

Bên cạnh hàn, việc sử dụng khí ni tơ trong gia công kim loại( cắt kim loại) cũng rất phổ biến. Trong những máy cắt laser, khí ni tơ đóng vai trò là khí đuổi, đuổi oxi trong không khí tránh xa bề mặt cắt. Nhiệt độ cao tại các vùng cắt khi laser chiếu vào làm cho oxi dễ dàng phản ứng với kim loại tương tự như những mối hàn. Khí ni tơ giúp loại bỏ không khí chứa oxi ra khỏi vùng cắt.

2.3 Khí ni tơ được dùng để xì khô các linh kiện bán dẫn

Trong quá trình sản xuất các linh kiện điện tử, chất bán dẫn hay đường ống khí nén sử dụng trong phòng sạch, các thiết bị y tế, các dụng cụ máy móc phục vụ cho thí nghiệm đòi hỏi môi trường sạch không bụi. Rỉ sét trong những thiết bị này là điều không thể chấp nhận được. Han gỉ làm cho các vật dụng hay công cụ không còn giữ được cơ tính và độ chính xác như ban đầu thiết kế, nó làm tắc nghẽn hoặc nhiễu đi những tín hiệu truyền dẫn đến sự sai lệch trong điều khiển, trong đo đạc dẫn tới một loạt các sai số.

Khí ni tơ trong việc làm sạch các linh kiện điện tử

Lấy ví dụ cho anh em cụ thể về việc sản xuất đường ống phục vụ trong các tên lửa đẩy hay trong các phòng mổ y tế. Đối với những đường ống này, sự chính xác và độ sạch phải luôn đi kèm và dẫn đầu trong quá trình sản xuất. sự chính xác về kích thước luôn phải được duy trì trong thời gian dài sử dụng. Những thiết bị này mặc dù luôn được chế tạo bằng những vật liệu như thép không gỉ, song trong quá trình sản xuất, hơi nước và bụi trong không khí bằng mắt thường không nhận diện được cũng cần phải được loại bỏ hoàn toàn.

Những thiết bị này được tẩy rửa và lắp ráp trong những phòng sạch như Clearn room CR1000, Clear room CR100 …được thiết kế hệ thống lọc bụi và thông gió theo tiêu chuẩn. Sau khi quá trình sản xuất gia công xong, chúng sẽ được tẩy rửa bằng nước siêu sạch và xì khô. Không khí bình thường luôn sau khi được nén vào máy nén khí, luôn tồn tại một lượng hơi ẩm nhất định. Việc xử lí khô không khí tốn một chi phí nhất định xong lại không an toàn vì có oxi trong đó. Khí ni tơ được dùng để xì khô các linh kiện bán dẫn yêu cầu cao về độ sạch. Hơn nữa, khí ni tơ có giá thành rất rẻ.

2.4 Khí ni tơ được dùng để thử test rò rỉ

test rò rỉ khí nén bằng khí ni tơ áp suất cao

Đường ống khí trong một hệ thống nhỏ hoặc trong các nhà máy sau khi lắp ráp hoàn thiện, luôn luôn phải kiểm tra rò rỉ tại những nơi lắp ghép, nối ống. Thông thường họ sẽ bơm đầy khí vào đường ống, qua các thiết bị trong hệ thống. Sau đó, họ dùng dung dịch xà phòng xịt bên ngoài tại những điểm ghép nối. Nơi nào khí rò, dung dịch xà phòng sẽ sủi bọt không ngừng.

test khí ni tơ rò rỉ sủi bọt liên tục

Khí được sử dụng để bơm vào hệ thống, thường là khí ni tơ. Người ta tránh dùng không khí nén, vì không khí nén chứa hơi ẩm, điều này khiến cho hệ thống sẽ fail khi sử dụng tại những ứng dụng siêu sạch.

2.5 Khí ni tơ được dùng để thu hồi dầu về thùng

Trong hệ thống thủy lực, khi muốn sửa chữa, thay thế hay di dời, bảo dưỡng một thiết bị nào đó, người ta phải thu hồi hết dầu thủy lực về bể chứa. Tuy nhiên, đường ống dầu thì không phải lúc nào cũng thẳng đứng mà có những đoạn nằm ngang làm cho dầu rất khó thu hồi hết về được nếu không dùng tác động từ bên ngoài. Đấy là chưa kể, dầu thủy lực sẽ còn ứ đọng tại những thiết bị có trong hệ thống.

khí ni tơ áp suất cao đẩy dầu về bể

Để có thể thu hồi toàn bộ lượng dầu về bể, người ta sẽ bơm đầy khí vào đường ống dầu thủy lực để tạo áp suất. Khi đó, dầu thủy lực sẽ được đẩy hết về bể. Không khí thông thường sẽ không được lựa chọn để bơm vào hệ thống dầu, vì chúng tồn tại lượng hơi ẩm và những khí như oxi có thể hòa tan trong dầu.

Việc hơi ẩm nước và khí tan vào dầu làm giảm chất lượng dầu thủy lực. Chúng hình thành lên các bọt nước, gây nên những đặc tính xấu cho dầu thủy lực. Điển hình là việc truyền không đủ công suất cho hệ thống và hiện tượng xâm thực. Anh em tham khảo bài viết dưới đây để hiểu tác hại của hiện tượng xâm thực trong hệ thống thủy lực.

• Hiện tượng xâm thực trong hệ thống thủy lực

Khí ni tơ ít tan trong các dung dịch như dầu thủy lực, hơn nữa do đặc tính trơ ở nhiệt độ thường, nên sẽ không tham gia bất kì phản ứng nào, giữ cho dầu thủy lực của chúng ta ở trạng thái tốt nhất.

2.6 Khí ni tơ dùng trong khai thác dầu khí

Ngành công nghiệp dầu khí đóng vai trò quan trọng để phát triển tất cả các ngành công nghiệp khác như công nghiệp năng lượng, công nghiệp khai khoáng, ảnh hưởng trực tiếp tới giá cả tất cả các mặt hàng. Giá xăng, giá dầu chỉ cần tăng nhẹ là mọi thứ đồng loạt lên theo.

Việc khai thác dầu khí được diễn ra trong lòng đất và để có thể lấy chúng lên, các kĩ sư dầu khí sẽ dùng bơm để hút chúng lên mặt đất rồi tiến hành xử lí. Dầu mỏ sau quá trình bơm lên, sẽ dần vơi và quá trình hút tiếp dầu sẽ trở nên khó khăn hơn.

Bơm khí ni tơ tạo áp lực xuống giếng dầu

Để khắc phục được tình trạng này, người ta sẽ bơm khí xuống các bể chứa dầu mỏ dưới lòng đất nhằm mục đích, tạo ra áp suất đẩy dầu lên phía trên. Khí được sử dụng để bơm xuống các giếng dầu tạo áp suất chính là CO2 và khí ni tơ. Với đặc tính trơ quý của mình cộng với khả năng nén cao, chi phí rẻ, khí ni tơ như một loại khí lí tưởng để đẩy dầu còn kẹt trong các giếng dầu.

2.7 Khí ni tơ sử dụng trong các nhà máy sản xuất bia

Khí ni tơ trong công nghệ thực phẩm nói chung và trong các nhà máy sản xuất bia nói riêng đóng vai trò then chốt trong việc, giữ cho thực phẩm hay bia đúng chất lượng tươi sống cho thực phẩm và tạo nên các thương hiệu bia nổi tiếng.

khí ni tơ trong sản xuất bia

Quá trình sản xuất bia được chia làm nhiều giai đoạn và khí ni tơ luôn gắn liền với các quá trình. Những bể chứa bia trong các nhà máy sản xuất, hay những thùng lớn chứa bia, sau khi được sử dụng, sẽ được tẩy rửa sạch sẽ và dùng khí ni tơ để loại bỏ oxi. Khi ni tơ có bản chất trơ ở nhiệt độ thường nên sẽ không có tác dụng gì với bia.

Tuy nhiên, nếu là khí oxi còn xót lại thì khi đó, đó thực sự là vấn đề. Khí oxi còn xót lại sẽ làm cho bia có vị chua, không còn giữ được hương vị ngon tươi tự nhiên nữa. Chất lượng bia như vậy là không chấp nhận được.

Sau khi quá trình sản xuất bia được hoàn thành, việc sử dụng khí ni tơ để thay thế khí CO2 nhằm tạo ra áp suất cho các chai bia, duy trì độ tươi ngon của bia. Bên cạnh đó, khí ni tơ còn giúp loại bỏ hết khí oxi, kéo dài tuổi thọ bảo quản của bia tươi.

2.8 Khí ni tơ trong ngành công nghiệp đóng gói

Thực phẩm gồm rất nhiều các chất. Dưới độ ẩm và chất dinh dưỡng, chúng sẵn sàng tạo các phản ứng nếu có đủ oxi. Công việc của các nhà máy đóng gói thực phẩm, mà cụ thể là các giải pháp mang tính đột phá của các chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm, là làm sao giữ chúng thật lâu mà vẫn giữ được các chất dinh dưỡng và độ tươi ngon. Đây là một bài toán tổng hợp khó khăn.

bảo quản thực phẩm bằng khí ni tơ

Khí oxi tồn tại trong các hộp, bao bì đựng quả thật gây hại rất nhiều cho thực phẩm. Chúng oxi hóa thực phẩm, duy trì và kích thích cho các sinh vật, vi khuẩn phát triển, làm thực phẩm ôi thiu.

Từ lâu, người ta đã nghĩ ra phương pháp, bơm khí ni tơ vào trong các hộp, túi chứa đựng thực phẩm. Khí ni tơ giúp đẩy hết khí oxi ra khỏi, kéo dài tuổi thọ sử dụng của thực phẩm vì đây là một loại khí trơ, không duy trì sự sống. Các vi khuẩn cũng không thể sinh trưởng.

Tuy nhiên, giải pháp bơm khí ni tơ vào bao bì bảo quản thực phẩm, lại vô tình lấy đi sự tươi ngon của những thực phẩm cần oxi. Ví dụ như, thịt bò, thịt lợn hay những thực phẩm có màu đỏ, chúng cần oxi để có thể duy trì màu sắc bắt mắt. Các chuyên gia hàng đầu trong linh vực thực phẩm biết rằng, chỉ cần giảm độ tinh khiết của khí ni tơ trong đóng gói sản phẩm tươi sống, sẽ giúp giải quyết được tình trạng trên.

Một ngành công nghiệp nữa mà người ta hay sử dụng khí ni tơ, tôi sẽ giới thiệu cho anh em, đó chính là cà phê. Dùng khí ni tơ trong sản xuất cà phê đã từ lâu trở thành một phương pháp tạo bọt đặc trưng của ngành công nghiệp này. Cà phê được ủ với ni tơ đã trở nên phổ biến.

2.9 Khí ni tơ trong sản xuất thép không gỉ

Bổ sung ngoài lề cho anh chút kiến thức về thép không gỉ . Thép không gỉ là hợp kim của sắt và 11,5% crom. Để thép không gỉ mang một số tính chất đặc biệt như tăng cứng, tăng bền, niken, cacbon, crom, và một số kim loại màu khác có thể được pha thêm vào.

Nguyên lí của việc, thép thường khi thêm crom vào lại có khả năng chống gỉ là do, khi crom oxi hóa thành oxit Cr₂O₃ rất bền, bảo vệ lớp kim loại bên trong, ngăn chặn sự ăn mòn kim loại xảy ra.

vai trò của khí ni tơ trong sản xuất thép không gỉ

Khí ni tơ được thấm vào bề mặt kim loại, sẽ giúp tăng độ cứng bề mặt. Thép khi được thấm ni tơ, sẽ mang lại độ cứng cao hơn.

Khí ni tơ được thêm vào sẽ làm tăng độ ổn định của austenite, giúp cải thiện khả năng chống lại hiện tượng mỏi bề mặt kim loại, chống mòn, chống phá hủy.

Dưới đây là bảng tổng hợp độ tinh khiết của khí ni tơ trong tất cả các ứng dụng.

• Chế biến thực phẩm, bảo quản trái cây – Ni tơ 99% tới 99,9%
• Phòng cháy – Ni tơ 95%
• Hàn điện tử – Ni tơ 99.95% – 99,9%
• Cắt laze – Ni tơ 99.95% – 99,9%
• Dược phẩm – Ni tơ 99.95% – 99,9%
• Kiểm tra áp suất – Ni tơ 95%

3. Các loại khí ni tơ trong công nghiệp

3.1 Bình khí ni tơ 4.0

Trong công nghiệp, y tế và các phòng nghiên cứu thí nghiệm, khí ni tơ được sử dụng với nhiều loại khác nhau, tùy thuộc vào độ tinh khiết yêu cầu.

Loại đầu tiên mình muốn giới thiệu đến cho các bạn là khí ni tơ 4.0 . Khí ni tơ 4.0 có nghĩa là gì ? mình sẽ giải thích cho anh em hiểu. Bình khí ni tơ 4.0 về thể, nó là khí ni tơ được nén lại, với thành phần khí ni tơ khoảng 99.995%, thành phần khí oxi là nhỏ hơn 60 phần triệu và độ ẩm là cũng nhỏ hơn 30 phần triệu.

Bình khí ni tơ

Nhìn chung, loại khí ni tơ này có độ tinh khiết không cao trong các loại khí ni tơ hiện nay sản xuất trong công nghiệp. Loại khí ni tơ này, thường được dùng trong hàn xì không đòi hỏi quá cao về độ tinh khiết của khí ni tơ.

Bình khí ni tơ loại 50 lít 4.0 này nếu nén dưới áp suất 300 bar, tức là gấp đôi áp suất thông thường( đối với những bình khí ni tơ loại nhập khẩu mới, áp suất nạp khí ni tơ lớn hơn rất nhiều so với các loại bình khí ni tơ Trung Quốc), thì khi giải phóng ra, nó sẽ cho ra khoảng 13,2 mét khối khí ni tơ.

Các thông số quy đổi của bình khí ni tơ 4.0 mình sẽ chỉ cho anh em.

• 1 m3 khí ni tơ = 1,171 kg ở 15 độ C và 1 bar
• 1 kg khí ni tơ = 0,854 mét khối khí ni tơ
• Khối lượng mol: 28,01 g mol⁻¹
• Nhiệt độ sôi -195,8 °C
• Nhiệt lượng bay hơi 198,70 kJ kg⁻¹
• Mật độ: 808,6 kg m⁻³

3.2 Bình khí ni tơ 4.6

khí ni tơ 4.6

Loại bình khí ni tơ tiếp theo mình muốn giới thiệu đến cho các bạn, là bình khí ni tơ 4.6. Bình khí ni tơ 4.6 có nghĩa là gì ? Chính là thành phần, độ nguyên chất của khí ni tơ trong bình khoảng 99,996%, còn lại là khí oxi với tỉ lệ là nhỏ hơn 5 phần triệu. Hơi ẩm trong bình chứa khí ni tơ 4.6 cũng nhỏ hơn 5 phần triệu.

Bình chứa khí ni tơ 4.6 loại 10 lít, khi nén ở áp suất 200 bar, sẽ giải phóng ra khoảng 1,9 mét khối khí ni tơ. Bình chứa khí ni tơ loại 4.6 50 lít, khi nén ở áp suất 200 bar, sẽ giải phóng ra khoảng 9,6 mét khối khí ni tơ, còn khi nén ở áp suất 300 bar, bình khí ni tơ 50 lít sẽ giải phóng ra khoảng 13,1 mét khối khí ni tơ.

Dưới đây là một vài thông số của loại khí ni tơ 4.6

• 1 m3 khí ni tơ = 1,170 kg ở 15 độ C và 1 bar
• 1 kg khí ni tơ = 0.854 mét khối khí ni tơ
• Khối lượng mol: 28,013 g mol⁻¹
• Nhiệt độ sôi -195,8 °C
• Nhiệt lượng bay hơi 198,70 kJ kg⁻¹
• Mật độ: 808,6 kg m⁻³

3.3 Bình khí ni tơ 5.0

bình khí ni tơ 5.0

Loại bình khí ni tơ 5.0 này là loại tinh khiết cao, sử dụng trong những ứng dụng, đòi hỏi cao về độ tinh khiết của khí ni tơ, như bảo vệ các mối hàn khí cho các đường ống khí nén siêu sạch, trong các phòng thí nghiệm.

Bình chứa khí ni tơ 5.0 có nghĩa là gì? Nó giải thích thành phần trong bình chứa khí ni tơ này, thành phần ni tơ nguyên chất đạt khoảng 99,999%. Phần còn lại, khí oxi chiếm chưa đến 2 phần triệu. Độ ẩm 5 phần triệu.

Bình chứa khí ni tơ 5.0 loại 10 lít khi nạp với áp suất 200 bar, nó sẽ giải phóng ra khoảng 1,9 mét khối khí ni tơ.

Bình chứa khí ni tơ 5.0 loại 50 lít, áp suất nạp là 200 bar, khi giải phóng ra khỏi bình, thể tích mà nó giải phóng ra là cỡ khoảng 9,6 mét khối khí ni tơ.

Dưới đây là các thông số của khí ni tơ 5.0

• 1 m3 khí ni tơ = 1,171 kg ở 15 độ C và 1 bar
• 1 kg khí ni tơ = 0,854 mét khối khí ni tơ
• Khối lượng mol: 28,01 g mol⁻¹
• Nhiệt độ sôi -195,8 °C
• Nhiệt lượng bay hơi 198,70 kJ kg⁻¹
• Mật độ: 808,6 kg m⁻³

3.4 Bình chứa khí ni tơ 6.0

Bình chứa khí ni tơ 6.0 là loại khí ni tơ có độ tinh khiết cao nhất. Thành phần khí ni tơ trong bình chứa khí 6.0 là 99,9999%, tỉ lệ khí oxi là khoảng 0,5 phần triệu, độ ẩm 1 phần triệu.

Loại khí ni tơ 6.0 thường được dùng trong nghiên cứu phòng thí nghiệm, trong y tế. Thông số của loại khí ni tơ được trình bày dưới đây.

• 1 m3 khí ni tơ = 1,171 kg ở 15 độ C và 1 bar
• 1 kg khí ni tơ = 0,854 mét khối khí ni tơ
• Khối lượng mol: 28,01 g mol⁻¹
• Nhiệt độ sôi -195,8 °C
• Nhiệt lượng bay hơi 198,70 kJ kg⁻¹
• Mật độ: 808,6 kg m⁻³

4. Bình chứa khí ni tơ

Ni tơ hay những khí thông thường khác sau khi được sản xuất xong, được chứa lại để sử dụng hoặc tích trữ. Tại các nhà máy sản xuất khí ni tơ ,người ta thường xây những cột tháp trụ lớn có thể tích tới cả trăm ngàn kilogram khí ni tơ.

khí ni tơ trong các nhà máy công nghiệp

Tại hầu hết tất cả những nhà máy công nghiệp, nhất là những nhà máy liên quan tới hệ thống đường khí, hàn xì thì người ta cũng luôn xây dựng cột tháp nhỏ để tích chứa khí ni tơ sử dụng trong một vài tháng. Kích cỡ của nhà máy thông thường chỉ có thể chứa được vài trăm kilogram khí ni tơ

Đối với công trường xây dựng, hoặc những nơi thi công trong thời gian ngắn, người ta phải mua những bình khí ni tơ hoặc chai ni tơ có các kích thước lớn nhỏ khác nhau để tiện cho việc vận chuyển đến nơi và di chuyển tại chỗ.

khí ni tơ bình nhỏ

Những bình khí ni tơ hay đối với các bình chứa khí khác như bình chứa khí argon, heli, oxi, co2… có thể được làm bằng những vật liệu có khả năng tích chứa và chịu được áp suất lớn. Bình chứa khí có thể được chế tạo từ nhôm, thép, thép hợp kim, vật liệu Composite. Những vật liệu này giúp cho bình chứa khí ni tơ, argon, heli có độ bền cơ học rất tốt, chịu được áp suất cao, chống chọi được với va đập trong quá trình di chuyển, chống chịu được sự ăn mòn.

Một loại bình chứa khí với áp suất cao tuyệt đối an toàn là loại bình chứa khí ni tơ 2 lớp tường bảo vệ. Loại này thường được dùng trong quá trình vận chuyển khí ni tơ. Lớp bên trong tường bằng thép không gỉ, lớp bên ngoài bình chứa khí ni tơ là thép các bon. Bể chứa ni tơ vận chuyển thường có hai dạng là bể đứng hay bể nằm mà người ta còn hay gọi là tank.

Bình chứa khí ni tơ về kích thước mình sẽ trình bày cụ thể ở phía dưới, vì có rất nhiều kích thước. Chúng thường có hình dạng trụ như xy lanh, trên đầu có gắn một chiếc van khí. Đây thực chất chỉ là chiếc van đóng mở thông thường nhằm kiểm soát lưu lượng khí ni tơ trong quá trình sử dụng.

Dưới đây, mình xin nêu lên một số loại bình khí ni tơ thường hay được sử dụng

4.1 Bình khí ni tơ 10 lít

Bình chứa khí ni tơ dạng nhỏ nhất hiện nay được các nhà sản xuất bình chứa khí ni tơ có thể tích là 10 lít. Với bình chứa khí ni tơ 10 lít, nén dưới áp suất 150 bar, khi giải phóng ra ngoài, tổng thể tích khí ni tơ là 1,5 mét khối khí ni tơ.

Bình chứa khí ni tơ 10 lít có trọng lượng là 13.9 kg, thành vỏ thường dày cỡ 6mm đủ bền cho khí ni tơ chứa với áp suất 150 bar. Loại bình khí ni tơ nhỏ này thích hợp với anh em đi công trường xây dựng, hàn xì trong ngày.

4.2 Bình khí ni tơ 14 lít

mua bình khí ni tơ 10 lít

Bình khí ni tơ 14 lít là loại bình khí lớn tiếp theo đang được phân phối trên thị trường hiện nay. Những anh em nào muốn di chuyển bình khí ni tơ và sử dụng nhiều hơn một chút, loại bình này là thích hợp.

Loại bình khí ni tơ 14 lít có khả năng tích trữ được 2 mét khối khí ni tơ ở áp suất nạp 150 bar hay 150 cân. Khối lượng bình khí ni tơ 14 lít vào khoảng 19 kg nên rất tiện dụng di chuyển bình đi lại.

4.3 Bình chứa khí ni tơ 40 lít

mua bình khí ni tơ 14 lít

Bình chứa khí ni tơ 40 lít lớn hơn rất nhiều so với các bình chứa khí ni tơ 10 lít, 14 lít. Loại bình này có chiều cao khoảng hơn 1m2, đường kính ngoài là 220 mm. Dưới áp suất 150 bar, bình chứa khí ni tơ 40 lít có khả năng giải phóng ra ngoài một lượng khí ni tơ khoảng 7 mét khối khí ni tơ.

Thông thường, bình chứa khí ni tơ 40 lít không chứa khí sẽ nặng khoảng 48 kg và cỡ khoảng 56 kg nếu chứa đầy khí ở áp suất 150 cân.

Với trọng lượng như thế này, loại bình khí ni tơ cỡ lớn này khi di chuyển phải dùng các xe đẩy hỗ trợ.

4.4 Bình chứa khí ni tơ 47 lít

bình khí ni tơ 40 lít

Bình chứa khí ni tơ 47 lít bằng thép có tổng trọng lượng khoảng 60 kg. Với trọng lượng bình nặng như thế này, bắt buộc anh em cần phải dùng các thiết bị và phương tiện khi muốn di chuyển.

Áp suất nạp của bình khí ni tơ 47 lít là 150 bar, khi giải phóng hoàn toàn, tổng thể tích khí ni tơ là 7,5 mét khối khí ni tơ. Bình khí ni tơ cỡ lớn này, có thể dùng cho cả một đội lớn hàn xì cả ngày ngoài công trường.

4.5 Bình chứa khí ni tơ 50 lít

bình khí ni tơ giá tốt

Đây là loại bình chứa khí ni tơ lớn nhất có mặt trên thị trường hiện nay. Bình cao 1m5, nặng khoảng 65 cân. Dưới áp suất nén khí ni tơ khoảng 200 cân hay 200 bar, nó sẽ giải phóng ra khoảng 10 mét khối khí ni tơ.

5. Vỏ bình chứa khí ni tơ và những lưu ý khi sử dụng

Vỏ bình chứa khí ni tơ, ngoài tác dụng chứa được khí ni tơ, nó còn đảm nhiệm chức năng bảo vệ những vật xung quanh. Dưới áp suất 150 bar, những bình chứa khí luôn tiềm ẩn khả năng nổ. Chưa kể là, những bình chứa khí khi vận chuyển, nhiệt độ ngoài trời cao sẵn sàng phát nổ bất cứ khi nào.

Vật liệu làm vỏ bình chứa khí ni tơ, hay các bình chứa khí khác, thường bằng kim loại. Các nhà sản xuất luôn tính đến khả năng an toàn, với áp suất phá hủy, thường là gấp đôi áp suất làm việc. Tuy vậy, đó là những bình chứa khí trong thời gian sử dụng.

Sau quá trình sử dụng, nhất là đối với những vỏ chai chứa khí ni tơ đặt ở ngoài hay hoạt động ngoài công trường, nắng mưa oxi hóa, làm giảm tuổi thọ bình đi một cách đáng kể.

Những dấu hiệu của việc vỏ bình khí ni tơ xuống cấp là han gỉ và rò rỉ. Bình chứa khí ni tơ thường phải được kiểm định chất lượng thường xuyên bằng cách, mang đi thử áp suất. Tùy thuộc vào môi trường làm việc, độ hư hại, ăn mòn, mà thời gian kiểm định an toàn có thể là vài tháng, một năm.

Chất lượng bình chứa khí ni tơ là lựa chọn quan trọng nhất khi mua vỏ chai chứa khí ni tơ. Những vỏ bình chứa khí ni tơ của Nhật Bản, thường có giá đắt hơn rất nhiều so với bình chứa khí ni tơ Trung quốc. Chất liệu thép tốt với độ dày, hệ số an toàn của bình chứa khí ni tơ Nhật Bản thường cao và đảm bảo an toàn trong thời gian dài sử dụng.

Dưới đây là một vài lưu ý để nâng cao thời gian sử dụng vỏ bình khí ni tơ

• Lựa chọn bình chứa khí ni tơ chất lượng tốt. Những bình chứa khí nhập khẩu từ Nhật, từ Ấn Độ có chất lượng tốt. Nói chung cái này vô cùng, vì nó còn liên quan tới giá thành
• Không nạp khí quá áp suất làm việc của vỏ chai khí ni tơ. Áp suất làm việc thường được in  trên cổ bình chứa.
• Tránh để bình chứa khí ni tơ dưới ánh nắng trực tiếp, nhiệt độ cao và ngoài trời. Nước mưa có khả năng làm bình rỉ sét, ăn mòn. Bình chứa khí ni tơ ngoài công trường, còn phải chú ý cả hóa chất.
• Không vứt hay hạ bình chứa khí ni tơ bằng việc đạp hay đẩy bình chứa khí ni tơ. Quá trình va đập mạnh, sẽ làm hư hại nặng tới vỏ bình.
• Kiểm tra định kì áp suất bình để đảm bảo an toàn. Tốt nhất, không nên dùng bình chứa khí ni tơ quá thời hạn nhà sản xuất qui định, khuyến cáo.

Trên đây là một vài kiến thức về khí ni tơ nói chung, ứng dụng của khí ni tơ trong công nghiệp nói riêng. Hi vọng giúp ích cho anh em được phần nào. Mình sẽ trở lại bài viết cũng tương tự, nhưng về khí argon chuyên dùng cho hàn xì. Hẹn gặp lại các bạn. See you later !!!

THỦY KHÍ HÙNG ANH là đơn vị chuyên cung cấp bình chứa khí ni tơ, vỏ bình khí ni tơ. Tất cả các bình chứa khí ni tơ 10 lít, bình chứa khí ni tơ 14 lít, bình chứa khí ni tơ 40 lít, bình chứa khí ni tơ 47 lít và bình chứa khí ni tơ luôn sẵn sàng để phục vụ anh em. Bên cạnh đó, những bạn hàng của THỦY KHÍ HÙNG ANH cam kết, cung cấp bình chứa khí ni tơ với chất lượng tốt nhất, giá cả hợp lí nhất. Anh em muốn mua bình và khí ni tơ số lượng lớn, alo mình giới thiệu.

Còn chần chừ gì nữa mà không gọi ngay cho chúng tôi để có được sự hài lòng nhất. Với đội ngũ tiến sĩ kỹ sư trẻ năng động trong và ngoài nước trên 5 năm kinh nghiệm hi vọng sẽ mang lại sự lựa chọn tốt nhất cho khách hàng.

Sự cố của các bạn là trách nhiệm của chúng tôi! Gọi ngay đi!