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 ...................................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................4
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................5
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT ...................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ ...........................................................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................9
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................10
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ OXY.....................................................................11
1.1 Thành phần của không khí ...............................................................................11
1.2 Các tính chất của không khí ẩm .......................................................................12
1.2.1 Áp suất không khí......................................................................................12
1.2.2 Độ ẩm của không khí.................................................................................12
1.2.3 Hàm ẩm của không khí ẩm. .......................................................................13
1.2.4 Nhiệt lƣợng riêng (entanpi) của không khí ẩm .........................................13
1.2.5 Điểm sƣơng ............................................................................................... 13
1.2.6 Nhiệt độ bầu ƣớt ........................................................................................14
1.2.7 Thể tích không khí ẩm ...............................................................................14
1.2.8 Khối lƣợng riêng của hỗn hợp không khí ẩm............................................14
1.2.9 Đồ thị I-d ...................................................................................................15
1.3 Các sản phẩm từ không khí .............................................................................16
1.4 Phƣơng pháp phân tách Oxy từ không khí ......................................................19
1.4.1 Phƣơng pháp chƣng cất phân đoạn không 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 của Oxy ...........................................................................................30
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ HẤP PHỤ .....................................32
HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

2.1 Khái niệm hấp phụ ...........................................................................................32
2.2 Cân bằng hấp phụ ............................................................................................34
2.2.1 Phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học .............................................34
2.2.2 Quá trình hấp phụ và trạng thái cân bằng hấp phụ ....................................36
2.3 Các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ trong 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 cơ bản của Zeolite .....................................................................45
2.4.3 Ứng dụng của Zeolite ................................................................................46
CHƢƠNG 3: CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG HẤP PHỤ .................49
3.1 Chu trình vận hành của cột hấp phụ và đƣờng cong thoát ..............................49
3.1.1 Chu trình vận hành của cột hấp phụ ..........................................................49
3.1.2 Đƣờng cong thoát của 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 và vận tốc dòng khí ...........................................54
3.2.2 Ảnh hƣởng của thiết bị ..............................................................................54

3.2.3 Ảnh hƣởng của khí còn dƣ trên vật liệu hấp phụ ......................................54
3.2.4 Ảnh hƣởng của nhiệt độ ............................................................................54
3.2.5 Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt vật liệu hấp phụ .......................................55
3.2.6 Ảnh hƣởng của 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 2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

3.4 Mô hình toán mô tả quá 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 mô hình công 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 về Aspen Adsorption ......................................................................75
4.4 Các giả thiết cơ bản .........................................................................................76
4.5 Mô phỏng quá trình làm việc của thiết bị tạo Oxy trên Aspen Adsorption.....77
4.6 Kết quả mô phỏng ............................................................................................82

KẾT LUẬN ...............................................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................85

HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn cao học, tôi đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ
hỗ trợ của thầy cô, bạn bè và gia đình. Luận văn này đƣợc thực hiện và hoàn thành
tại Bộ m n Máy và Thiết bị Hóa chất Công nghiệp – Dầu khí, Trƣờng Đại học Bách
khoa Hà Nội.
Có đƣợc bản luận văn này, cùng với sự nỗ lực của bản thân, t i đã nhận đƣợc sự
giúp đỡ to lớn và quí báu của các thầy, cô giáo của Khoa sau đại học trong Bộ môn
Máy và Thiết bị Hóa chất Công nghiệp – Dầu khí, đặc biệt là sự giúp đỡ của TS. Vũ
Đình Tiến.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Vũ Đình Tiến ngƣời đã trực tiếp
hƣớng dẫn, giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Đồng thời cũng xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh
giúp đỡ, động viên, khuyến khích và tạo điều kiện để t i hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2016
Học viên

Đỗ Phú Khánh

HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

LỜI CAM ĐOAN

T i xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu, mô phỏng chế độ làm việc của thiết bị
tạo O2 bằng nguyên lý hấp phụ” là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu kết quả
trong đề tài là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2016

Tác giả luận văn

HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 5


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 thế 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 không

HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ

TT

NỘI DUNG

TRANG

1

Hình 1.1

Cấu tạo cơ bản của đồ thị I-d

15

2

Hình 1.2

Đồ thị I-d xây dựng ở áp suất khí quyển Pkq=760mmHg

16

3

Hình 1.3

4

Hình 1.4

5

Hình 1.5

6

Hình 1.6

7

Hình 1.7

8

Hình 1.8

Nguyên lý cấu tạo mặt nạ Oxy trên máy bay

28

9

Hình 1.9

Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp phụ sản xuất Oxy

29

10

Hình 2.1

11

Hình 2.2

Các giai đoạn của quá trình hấp phụ

37

12

Hình 2.3

Sơ đồ cơ chế hấp phụ của Langmuir trên một 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 không
khí lỏng
Sơ đồ nguyên lý phƣơng pháp chƣng cất cột đơn
Sơ đồ nguyên lý công nghệ phân ly không khí theo
phƣơng pháp màng
Sơ đồ nguyên lý công nghệ màng vận chuyển ion sản
xuất khí Oxy

Sơ đồ công nghệ sản xuất Oxy bằng phƣơng pháp hấp
thụ

Sự khác biệt giữa hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học về
nhiệt hấp phụ

Ảnh hƣởng của các yếu tố đến quan hệ đẳng nhiệt
Langmuir
Một số kiểu cấu trúc Zeolite
Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ của các khí trên vật liệu rây
phân tử Cacbon
Quá trình vận hành của 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 7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

18

Hình 3.4

Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên cân bằng 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 4 bƣớc

64

23

Hình 3.9

Sơ đồ chu trình VSA

65

24 Hình 3.10 Chu trình VSA 8 bƣớc
Sơ đồ khối công nghệ sản xuất Oxy theo chu trình VSA

66

25

Hình 4.1

26

Hình 4.2

27

Hình 4.3

Các thông số kỹ thuật của dòng vào F1

79

28

Hình 4.4

Bảng cài đặt chu kỳ làm việc

79

29

Hình 4.5

Cài đặt các thông số hoạt động của các van

80

30

Hình 4.6

Cài đặt các thông số kỹ thuật bên trong cột 1

81

31

Hình 4.7

Quá trình mô phỏng hoàn thành

81

32

Hình 4.8

Biến thiên áp suất và nhiệt độ

82

33

Hình 4.9

Sơ đồ dây chuyền công nghệ tạo khí Oxy theo chu trình
VSA trong phần mềm Aspen Adsorption

Biến thiên phần mol của Oxy và Nitơ trong dòng khí
sản phẩm

HVTH: Đỗ Phú Khánh

71
78

83

Trang 8


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT

NỘI DUNG

TRANG

1

Bảng 1.1

Thành phần của không khí khô theo thể tích

11

2

Bảng 1.2

Các tính chất cơ bản của Oxy, Nitơ và Argon

17

3

Bảng 1.3

4

Bảng 1.4

Lƣu lƣợng và nồng độ Oxy dùng trong y tế

31

5

Bảng 2.1

Ứng dụng của một số vật liệu hấp phụ xốp điển hình

32

6

Bảng 2.2

Phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học

35

7

Bảng 2.3

Đặc tính của một số loại Zeolite phổ biến

45

8

Bảng 3.1

Các yếu tố ảnh hƣởng tới vùng chuyển khối

52

9

Bảng 4.1

Chu trình hoạt động bƣớc 1 của các van

72

10

Bảng 4.2

Chu trình hoạt động bƣớc 2 của các van

72

11

Bảng 4.3

Chu trình hoạt động bƣớc 3 của các van

72

12

Bảng 4.4

Chu trình hoạt động bƣớc 4 của các van

73

13

Bảng 4.5

Chu trình hoạt động bƣớc 5 của các van

73

14

Bảng 4.6

Chu trình hoạt động bƣớc 6 của các van

73

15

Bảng 4.7

Chu trình hoạt động bƣớc 7 của các van

73

16

Bảng 4.8

Chu trình hoạt động bƣớc 8 của các van

74

17

Bảng 4.9

Các đặc tính của Zeolite 13X

75

Thành phần không khí và tính chất nhiệt động của khí
thành phần (nhiệt độ s i đo tại áp suất 101,3 kPa)

HVTH: Đỗ Phú Khánh

20

Trang 9


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Oxy là nguyên tố phổ biến nhất ở vỏ Trái Đất. Oxy không những đóng vai trò

quan trọng trong việc duy trì sự sống trên hành tinh của chúng ta, mà nó còn có rất
nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp.
Một trong những lĩnh vực mà Oxy đƣợc sử dụng nhiều nhất là lĩnh vực y tế.
Việc cung cấp Oxy y tế để đáp ứng nhu cầu trong điều trị, cấp cứu ở các cơ sở y tế
là rất cần thiết, đặc biệt là trong các khoa: phẫu thuật, cấp cứu, hồi sức tích cực…
Tại các bệnh viện và cơ sở y tế ở thành phố thƣờng đƣợc đầu tƣ hệ thống cấp Oxy
trung tâm hoặc bình chứa lớn. Nhƣng ở các bệnh viện tuyến huyện, đặc biệt là các
bệnh viện vùng sâu, vùng xa thì hầu nhƣ thiếu nguồn cung cấp Oxy phục vụ cho
quá trình điều trị. Điều này đã gây ra nhiều khó khăn cho các cơ sở y tế và làm tăng
nguy cơ tử vong cho các bệnh nhân.
Hiện nay, các bệnh viện của nhiều quốc gia trên thế giới đều sử dụng các máy
làm giàu Oxy từ không khí. Việc nghiên cứu chế tạo ra các máy tạo Oxy có ý nghĩa
khoa học và thực tiễn rõ rệt.
Từ thực tế của sự cấp thiết trên, t i đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu, mô phỏng
chế độ làm việc của thiết bị tạo Oxy bằng nguyên lý hấp phụ” để trình bày trong
luận văn này.
Nội dung nghiên cứu đề tài
-

Nghiên cứu tổng quan về các phƣơng pháp sản xuất Oxy.

-

Nghiên cứu tổng quan về cơ sở lý thuyết hấp phụ và ứng dụng.

-

Thiết lập mô hình toán và mô phỏng chế độ làm việc của thiết bị tạo Oxy
bằng nguyên lý hấp phụ.

HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 10


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ OXY
Không khí là hỗn hợp khí bao gồm khoảng 21% khí Oxy, 78% khí Nitơ và gần
2% các khí khác. Trong đó, khí Oxy là chất khí quan trọng đóng vai trò then chốt
duy trì sự sống trên Trái Đất, ngoài ra khí Oxy còn đƣợc ứng dụng rộng rãi trong
nhiều ngành nhƣ y tế, quân sự, năng lƣợng, hóa chất... Ở qui mô lớn, khí Oxy đƣợc
phân tách từ không khí bằng kỹ thuật hóa lỏng và chƣng cất phân đoạn, còn ở qui
mô vừa và nhỏ khí Oxy thƣờng đƣợc phân tách bằng phƣơng pháp hấp phụ. Trong
chƣơng 1, Oxy trong kh ng khí đƣợc tìm hiểu về các tính chất vật lý, hóa học và
các kỹ thuật phân tách Oxy từ không khí.
1.1 Thành phần của không khí [11]
Thành phần phần trăm theo thể tích của không khí khô đƣợc cho trong bảng
sau:
Bả

1.1: Thành phần của không khí khô theo thể tích

Chất khí

Nitơ

Oxy

Argon

CO2

Neon

Thành phần

78,084%

20,948%

0,934%

390ppm

18,18ppm

Chất khí

Heli

Metan

Krypton

Hidrô

Thành phần

5,24ppm

20,745ppm

1,14ppm

0,55ppm

Trong tự nhiên không có không khí khô tuyệt đối mà hoàn toàn là không khí
ẩm. Thành phần của không khí ẩm có thêm hơi nƣớc, th ng thƣờng dao động
khoảng 1%. Thành phần hơi nƣớc trong không khí ẩm thay đổi theo thời tiết, theo
vùng địa lý và theo thời gian trong ngày, trong năm.
Ngoài ra, thành phần không khí còn có nhiều chất khác nhƣ: bụi, SO2, NO2,
NH3, H2S, CH4… đƣợc sinh ra do các hoạt động sinh hoạt, giao thông, sản xuất của
con ngƣời. Các thành phần này là nguyên nhân gây ra ô nhiễm không khí.

HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 11


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

1.2 Các tính chất của không khí ẩm [1]
1.2.1 Áp suất không khí
Áp suất kh ng khí thƣờng đƣợc gọi là khí áp. Giá trị của khí áp thay đổi theo
không gian và thời gian. Ta có thể biểu diễn khí áp bằng gam hay kg trọng lƣợng

trên diện tích 1cm2 hay 1m2. Trong tính toán, ngƣời ta lấy áp suất không khí ở trạng
thái tiêu chuẩn Bo= 760mmHg.
1.2.2 Độ ẩm của không khí
a) Độ ẩm tuyệt đối
Độ ẩm tuyệt đối của kh ng khí là lƣợng hơi nƣớc chứa trong 1m3 không khí
ẩm, về trị số bằng khối lƣợng riêng của hơi nƣớc trong hỗn hợp không khí ẩm. Kí
hiệu là D (kg/m3).
D

Ghn
P
 hn
V
Rhn .T

(1.1)

Khi đạt trạng thái bão hòa không khí không còn khả năng nhận thêm đƣợc hơi
nƣớc. Nếu cung cấp thêm hơi nƣớc vào kh ng khí thì ngay lúc đó lƣợng hơi nƣớc
thừa sẽ đọng lại thành nƣớc, hiện tƣợng này gọi là hiện tƣợng đọng sƣơng.
b) Độ ẩm tƣơng đối
Độ ẩm tƣơng đối của không khí hay còn gọi là mức độ bão hòa hơi nƣớc là tỷ
số giữa lƣợng hơi nƣớc chứa trong 1m3 không khí, với lƣợng nƣớc chứa trong 1m3
kh ng khí đó đã bão hòa hơi nƣớc ở cùng nhiệt độ và áp suất, ký hiệu là φ (%):


h
bh

(1.2)

Nếu coi không khí ẩm tuân theo phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng thì:


ph
100%
pbh

(1-3)

Trong đó:
- ρh: khối lƣợng riêng của hơi nƣớc trong 1m3 không khí ẩm, kg/m3
- ρbh: khối lƣợng riêng của hơi nƣớc trong 1m3 kh ng khí đã bão hòa hơi
nƣớc, kg/m3
- ph: áp suất riêng phần của hơi nƣớc trong hỗn hợp không khí ẩm
HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 12


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

- pbh: áp suất riêng phần của hơi nƣớc trong hỗn hợp không khí ẩm đã bão
hòa hơi nƣớc
Khi lƣợng hơi nƣớc trong hỗn hợp kh ng khí tăng đến trạng thái bão hòa (ph =
pbh) thì φ = 1 = φmax.
1.2.3 Hàm ẩm của không khí ẩm.
Hàm ẩm (hay còn gọi là độ chứa hơi) của không khí ẩm là lƣợng hơi nƣớc chứa

trong 1kg không khí khô (kkk), kí hiệu là d (kg/kg kkk).
d

h
 kkk

(1.4)

1.2.4 Nhiệt lượng riêng (entanpi) của không khí ẩm
Nhiệt lƣợng riêng của không khí ẩm là tổng nhiệt lƣợng của không khí khô và
của hơi nƣớc ở trong hỗn hợp, đƣợc tính bởi công thức:
I  Ckkk t  dih

(1.5)

Trong đó:
- I: nhiệt lƣợng riêng của không khí ẩm có hàm ẩm d, J/kgkkk
- Ckkk: nhiệt dung riêng của kh ng khí kh ng, J/kg.độ
- t: nhiệt độ của không khí, oC
- d: hàm ẩm của không khí, kg/kg kkk
- ih: nhiệt lƣợng riêng của hơi nƣớc ở nhiệt độ t, J/kg
ih  r0  Cht  (2493  1,97.t).103

(1.6)

Với:
- r0: nhiệt lƣợng riêng của hơi nƣớc ở 0oC, r0= 2493.103 J/kg
- Ch: nhiệt dung riêng của hơi nƣớc, Ch= 1,97.103 J/kgoC
- Ckkk: nhiệt dung riêng của không khí khô, Ckkk= 1000 J/kgoC
Thay tất cả các giá trị vào biểu thức (1.6) ta có:

I  1000  1,97.103.d  t  2493.103 d

(1.7)

1.2.5 Điểm sương
Giả sử có một hỗn hợp không khí ẩm chƣa bão hòa hơi nƣớc. Khi ta làm lạnh
hỗn hợp này trong điều kiện d= const thì nhiệt độ của không khí giảm dần, và độ ẩm
HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 13


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

tƣơng đối của kh ng khí tăng đến trạng thái bão hòa hơi nƣớc (φ=1). Nếu tiếp tục
giảm nhiệt độ của khí thì trong hỗn hợp khí bắt đầu xuất hiện những hạt nƣớc
ngƣng tụ lại, khi đó hàm ẩm của hỗn hợp khí bắt đầu giảm. Nhiệt độ của không khí
ẩm tƣơng ứng với trạng thái bão hòa hơi nƣớc gọi là nhiệt độ điểm sƣơng, kí hiệu là
ts. Do đó, điểm sƣơng là giới hạn của quá trình làm lạnh không khí ẩm trong điều
kiện hàm ẩm d kh ng đổi.
1.2.6 Nhiệt độ bầu ướt
Nhiệt độ bầu ƣớt là thông số đặc trƣng cho khả năng cấp nhiệt của kh ng khí để
làm bay hơi nƣớc cho đến khi kh ng khí bão hòa hơi nƣớc.
Khi cho bay hơi nƣớc trong khối kh ng khí chƣa bão hòa ở điều kiện đoạn
nhiệt, nghĩa là quá trình bay hơi nƣớc xảy ra chỉ do nhiệt độ của khối không khí
cung cấp, thì trong suốt quá trình bay hơi nhiệt độ của không khí giảm dần, hàm ẩm
tăng dần, đến khi khối kh ng khí bão hòa hơi nƣớc thì hệ đạt trạng thái cân bằng
động. Nhiệt độ của không khí không giảm nữa và bằng nhiệt độ của nƣớc bay hơi,

nhiệt độ này gọi là nhiệt độ bầu ƣớt, thƣờng kí hiệu là tƣ.
1.2.7 Thể tích không khí ẩm
Thể tích không khí ẩm tính theo 1 kg kh ng khí kh đƣợc tính theo công thức:
V

RT
, m3 / kgkkk
P  . pbh

(1.8)

Trong đó:
- R: hằng số khí, đối với không khí thì R = 287 J/kg.K
- T: nhiệt độ của không khí, K
- P: áp suất chung của hỗn hợp không khí ẩm, N/m2
- φ.pbh = ph : áp suất riêng phần của hơi nƣớc, N/m2
1.2.8 Khối lượng riêng của hỗn hợp không khí ẩm
Khối lƣợng riêng của hỗn hợp không khí ẩm bằng tổng khối lƣợng riêng của
không khí khô và khối lƣợng riêng của hơi nƣớc ở cùng nhiệt độ:
  kkk  h , kg/m3

HVTH: Đỗ Phú Khánh

(1.9)

Trang 14


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

1.2.9 Đồ thị I-d
Trong kỹ thuật, để xác định trạng thái của không khí ẩm ta lập biểu đồ I-d thể
hiện mối quan hệ giữa các thông số của trạng thái không khí ẩm: t, φ, I, d.
Th ng thƣờng, đồ thị I-d đƣợc xây dựng tại áp suất khí quyển Pkq= 760mmHg
hoặc Pkq= 745mmHg. Biểu đồ đƣợc cấu tạo từ hai trục chính hợp với nhau 1 góc
1350, với trục tung là Entropy I, trục hoành là hàm ẩm d. Các đƣờng đẳng I đi xiên
góc vớ trục hoành, các đƣờng đẳng d là các đƣờng thẳng song song với trục tung.
Ngoài ra, trên dồ thị I-d còn có các đƣờng đẳng nhiệt t= const là những đƣờng thẳng
chếch lên phía trên. Các đƣờng φ= const là các đƣờng cong biểu diễn độ ẩm tƣơng
đối của không khí. Đƣờng φ= 100% chia biểu đồ thành 2 vùng: vùng phía trên đặc
trƣng cho kh ng khí chƣa bão hòa hơi nƣớc, nó còn có khả năng nhận thêm hơi
nƣớc. Vùng phía dƣới là vùng không ổn định. Không khí nằm trong vùng này có xu
hƣớng trở về trạng thái bão hòa giới hạn φ= 100%, hơi nƣớc thừa trong không khí
sẽ ngƣng thành nƣớc.

I
on
C

I=
st

φ=100%

10

I=
5

I=
d=Const

135°

d
H
HVTH: Đỗ Phú Khánh

1.1: Cấu tạo cơ bản của đồ thị I-d
Trang 15


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

Dựa vào đồ thị I-d, ta có thể xác định đƣợc trạng thái của không khí ẩm thông
qua các thông số cơ bản t, φ, d, I. Từ các thông số trạng thái của của không khí ẩm,
ta có thể mô tả sự thay đổi trạng thái của kh ng khí thƣờng gặp ở quá trình: đun
nóng, làm nguội, làm ẩm, làm khô, trộn lẫn hai loại không khí có trạng thái khác
nhau. Ngoài ra, th ng qua đồ thị I-d, có thể xác định nhiệt độ điểm sƣơng, nhiệt độ
bầu ƣớt để tính toán quá trình sấy và chọn nhiệt độ sấy thích hợp.

H

1.2: Đồ thị I-d xây dựng ở áp suất khí quyển Pkq=760mmHg

1.3 Các sản phẩm từ không khí [9,12,13]
Kh ng khí đóng vai trò quan trọng trong đời sống sinh hoạt cũng nhƣ sản xuất

của con ngƣời. Trong công nghiệp, không khí là nguồn nguyên liệu quan trọng và
kinh tế để tinh chế ra các chất khí phục vụ cho các quá trình sản xuất (nhƣ Oxy,
Nitơ, Argon…).
HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 16


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

Các khí tinh chế đƣợc từ không khí có các tính chất vật lý, hóa học khác nhau.
Hiểu rõ đƣợc các tính chất này sẽ tạo cơ sở cho các quá trình phân tách chúng, giúp
cho quá trình phân tách đạt đƣợc hiểu quả cao, tiết kiệm chi phí. Dƣới đây là một
vài tính chất cơ bản của Oxy, Nitơ, Argon (3 khí chính thu đƣợc từ quá trình phân
tách không khí).
Bả

1.2: Các tính chất cơ bản của Oxy, Nitơ và Argon
NITƠ

OXY

ARGON

TÍNH CHẤT CHUNG
Tên, ký hiệu

Nitơ, N

Oxy, O

Argon, Ar

Khí không màu, có Không màu ở cả ba Khí không màu, phát
màu
Hình dạng

xanh

dƣơng dạng khí, lỏng, rắn sáng với ánh sáng tím

nhạt khi hóa lỏng, sẽ phát sáng với ánh nhạt khi ở thể plasma
phát sáng với ánh sáng tím khi ở dạng
sáng xanh dƣơng khi plasma
ở thể plasma

Số hiệu

8

7

18

15,9994

14,0067

39,948

Phân loại

Phi kim

Phi kim

Khí hiếm

Nhóm, phân lớp

VIA, p

VA, p

VIIIA, p

Chu kỳ

Chu kỳ 2

Chu kỳ 2

Chu kỳ 3

1s2 2s2 2p4

1s2 2s2 2p3

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

nguyên tử
Khối lƣợng
nguyên tử

Cấu hình
electron

TÍNH CHẤT VẬT LÝ
Trạng thái

Chất khí

Chất khí

Chất khí

Nhiệt độ

54,36 K

63,15 K

83,80 K

nóng chảy

(-218,79 °C)

(-210,00 °C)

(−189,35°C)

vật chất

HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 17


Luận văn tốt nghiệp

Nhiệt độ sôi
Mật độ

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

90,20 K

77,36 K

87,30 K

(-182,95 °C)

(-195,79 °C)

(−185,85°C)

1,429 g/L

1,251 g/L

1,784 g/L

ở 0 °C, 101.325 kPa

ở 0 °C, 101.325 kPa

ở 0°C, 101.325 kPa

1,141 g.cm−3

0,808 g.cm−3

1,40 g.cm−3

154,59 K;

126,19 K;

150,87 K;

5,043 Mpa

3,3978 MPa

4,898 MPa

0,444 kJ.mol−1

0,72 kJ.mol−1

1,18 kJ.mol−1

6,82 kJ.mol−1

5,56 kJ.mol−1

6,43 kJ.mol−1

29,378 J.mol−1·K−1

29,124 J.mol−1·K−1

20,786 J.mol−1·K−1

Mật độ ở thể
lỏng
(Tại nhiệt độ sôi)
Điểm tới hạn
Nhiệt lƣợng nóng
chảy
Nhiệt lƣợng bay
hơi
Nhiệt dung

TÍNH CHẤT NGUYÊN TỬ
Trạng thái ôxi

hóa

Ôxyt trung hòa

Độ âm điện

5, 4, 3, 2, 1, -1, -2,
-3 Axít mạnh

0

3,44

3,04

-

Thứ nhất:

Thứ nhất:

Thứ nhất:

1313,9 kJ.mol−1

1402,3 kJ·mol−1

1502,6 kJ.mol−1

Năng lƣợng ion

Thứ hai:

Thứ hai:

Thứ hai:

hóa

3388,3 kJ.mol−1

2856 kJ·mol−1

2665,8 kJ.mol−1

Thứ ba:

Thứ ba:

Thứ ba:

5300,5 kJ.mol−1

4578,1 kJ·mol−1

3931 kJ.mol−1

66±2 pm

71±1 pm

106±10 pm

152 pm

155 pm

188 pm

Lập phƣơng

Lục phƣơng

Lập phƣơng tâm mặt

(Thang Pauling)

Bán kính liên kết
cộng hóa trị

Bán kính
Van der Waals
Cấu trúc tinh thể

HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 18


Luận văn tốt nghiệp

Độ dẫn nhiệt
Tính chất từ

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

26,58x10-3

25,83x10-3

−1

−1

−1

W·m ·K

Thuận từ

−1

W·m ·K

Nghịch từ

17,72x10-3 W·m−1·K−1
Nghịch từ

Đƣờng kính

1,88 Ao

phân tử

(bán kính nguyên tử)

1.4 P ƣơ

p áp p â tác Oxy từ không khí [4,7,14]

Oxy đƣợc phát hiện độc lập vào những năm 1774, bởi hai nhà hóa học thuộc hai
nƣớc khác nhau là Anh và Thụy Điển. Tên chính thức của Oxy đƣợc đặt ra năm
1779 do nhà hóa học Pháp Antoine Lavoisier. Trong suốt thời gian đó, đã có nhiều
nghiên cứu về các tính chất của Oxy. Đến năm 1902, một kỹ sƣ ngƣời Đức đã tìm ra
cách tách Oxy từ không khí. Trong hơn 100 năm qua, đã có rất nhiều những cải tiến
kỹ thuật trong việc phân tách Oxy cũng nhƣ các phƣơng pháp mới để sản xuất Oxy
đã đƣợc ra đời. Tùy vào lĩnh vực ứng dụng, nhu cầu, ứng dụng Oxy đƣợc sản xuất
theo những phƣơng pháp khác nhau.
1.4.1 Phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng
1.4.1.1 Nguyên lý chung
Sản phẩm chính thu đƣợc trong quá trình phân tách không khí bằng phƣơng
pháp chƣng cất phân đoạn là ba khí Oxy, Nitơ, Argon. Không khí lỏng đã đƣợc
thƣơng mại hóa sớm nhất vào năm 1895 bởi Carl von Linde và cũng nhƣ bởi
William Hampson. Năm 1902, kĩ sƣ ngƣời Đức Carl von Linde đã tách Oxy từ
không khí lỏng bằng phƣơng pháp chƣng cất trong cột đơn, khi đó sản phẩm Oxy
hóa lỏng đầu tiên có năng suất 5kg/h. Hệ thống chƣng cột đ i đầu tiên đƣợc đăng kí
bởi Linde và vẫn đƣợc sử dụng cho đến hiện tại. Ngày nay, một số công ty lớn
chuyên cung cấp sản phẩm từ không khí hóa lỏng trên thế giới có thể kể đến nhƣ:
HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 19


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

AGA, Air Liquid, Air Product and Chemicals, the BOC Group, Linde, Messer
Group, NiPon Sanso, Praxair.
Bả

1.3: Thành phần không khí và tính chất nhiệt động của khí thành phần
(nhiệt độ s i đo tại áp suất 101,3 kPa)
Nhiệt độ sôi

Nhiệt độ tới hạn

(%mol)

(0C)

(0C)

Nitơ

78,12

-195,8

-146,9

Oxy

20,95

-182,9

-118,8

Argon

0,93

-185,9

-122,4

Neon

18 ppm

-246,1

-228,8

Heli

5,3 ppm

-268,9

-267,9

Krypton

1,1 ppm

153,4

-63,8

Xenon

0,08 ppm

-108,1

-16,6

Thành phần khí

Nồ

độ

Chƣng phân đoạn là phƣơng pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng nhƣ hỗn hợp
khí đã hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt dựa trên độ bay hơi khác nhau của
các cấu tử trong hỗn hợp. Sự khác nhau giữa áp suất hơi của từng cấu tử (PO2Hệ thống chƣng cất phân đoạn không khí lỏng bao gồm 4 c ng đoạn. Công

đoạn thứ nhất, kh ng khí ban đầu đƣợc nén bằng máy nén, sau đó đƣợc làm lạnh tới
nhiệt độ của m i trƣờng. Để tiến hành chƣng cất đƣợc không khí cần đƣợc hóa lỏng,
tuy nhiên nếu hóa lỏng thì các chất nhƣ hơi nƣớc, Cabonic, Metan… sẽ đóng cặn
làm tắc đƣờng ống. Vì vậy, trong c ng đoạn thứ hai không khí cần đi qua bộ phận
lọc để làm sạch các tạp chất nhƣ nƣớc, Cacbonic, Oxit Nitơ, Metan và hợp chất
chứa lƣu huỳnh. C ng đoạn thứ ba, kh ng khí đã đƣợc nén và làm sạch đƣợc hạ
xuống nhiệt độ điểm sƣơng bởi thiết bị trao đổi nhiệt, và cuối cùng không khí lỏng
đƣợc đƣa vào hệ thống chƣng cất phân đoạn. Tại đây, kh ng khí đƣợc chƣng cất
thành ít nhất hai dòng sản phẩm, một là dòng giàu khí Oxy và dòng còn lại là giàu
khí Nitơ. Hai dòng này đƣợc gia nhiệt đến nhiệt độ của m i trƣờng bằng cách đi qua
HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 20


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

thiết bị trao đổi nhiệt để trao đổi với dòng kh ng khí vào tháp chƣng. Khi sản phẩm
đƣợc yêu cầu ở áp suất cao hơn, nó tiếp tục đƣợc nén và đƣa vào các bồn chứa sản
phẩm, các sản phẩm Oxy lỏng, Nitơ lỏng, Argon lỏng đều có thể thu hồi đƣợc bằng
phƣơng pháp này. Hệ thống trao đổi nhiệt và hệ thống chƣng cất đƣợc tiến hành
trong một hộp lạnh (vì vậy phƣơng pháp này còn gọi là phƣơng pháp phân tách
bằng làm lạnh không khí). Một hệ thống lạnh sẽ làm lạnh cho hộp lạnh để cho có
nhiệt độ thích hợp cho quá trình.

Sản phẩm giàu Oxy

H

1.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chƣng cất phân đoạn không khí lỏng

HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 21


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

1.4.1.2 Phương pháp chưng cất cột đơn
Năm 1902, Carl Vol Linde lần đầu tiên giới thiệu kỹ thuật chƣng cất phân đoạn
không khí lỏng sử dụng tháp chƣng cất đơn. Kh ng khí sau khi đƣợc làm sạch nén
và hạ nhiệt độ xuống gần nhiệt độ điểm sƣơng thì đƣợc đƣa vào thiết bị đun s i đáy
tháp chƣng để gia nhiệt đun s i cho dòng lỏng ở đáy tháp tạo pha hơi đi từ dƣới
tháp đi lên, kh ng khí sau khi ngƣng tụ qua van giảm áp và đƣa vào đĩa đầu của
tháp chƣng cất. Lỏng đi từ trên suống, hơi đi từ dƣới lên, kết quả dòng lỏng dọc từ
trên suống nồng độ Oxy tăng dần, và nồng độ Nitơ tăng dần trong pha hơi từ dƣới
lên trên. Khí Oxy đƣợc lấy ra một phần hơi từ đáy tháp đi lên. Dòng Oxy lỏng phải
đƣợc lấy ra liên tục cả khi chúng không có nhu cầu sử dụng. Vì nếu để chúng ở đáy
tháp sẽ dẫn đến hiện tƣợng tích tụ lƣợng hidrocabon trong đáy tháp. Dòng sản phẩm
hơi Nitơ và Oxy đƣợc lấy ra qua thiết bị trao đổi nhiệt với dòng không khí vào tháp
đƣợc cấp nhiệt đến nhiệt độ m i trƣờng và đƣợc đƣa vào bồn chứa. Các kỹ thuật sản
suất Oxy trƣớc đó chỉ đạt đƣợc nồng độ Oxy 80 - 90%, khi kỹ thuật này ra đời nó đã
cải thiện nồng độ Oxy đạt đƣợc cao hơn để dùng đƣợc trong quá trình hàn xì và cắt
thép (hai quá trình này cần nồng độ Oxy thấp nhất là 99,5%).
Dòng giàu Nitơ

Cột chƣng cất

Van

Khí Oxy
Không khí

Không khí nén

Đun đáy tháp

H

1.4: Sơ đồ nguyên lý phƣơng pháp chƣng cất cột đơn

HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 22


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

1.4.1.3 Phương pháp chưng cất cột đôi
Nhƣợc điểm với cột chƣng cất đơn là lƣợng Oxy thu hồi thấp. Tháp chƣng cất
đơn hoạt động ở P= 1,4 atm, dòng không khí lỏng vào đầu tháp có P= 5atm sẽ sản
suất đƣợc sản phẩm Oxy có độ tinh khiết cao tới 99,5%. Tuy nhiên dòng Nitơ chỉ có
độ tinh khiết là 93%, điều này sẽ gây khó khăn cho những công nghệ cần nồng độ
Nitơ tƣơng đối cao. Để khắc phục vấn đề này yêu cầu dòng hồi lƣu về đỉnh tháp cần

có nồng độ Oxy nhỏ. Vì vậy, năm 1910 công nghệ chƣng cất phân đoạn không khí
lỏng sử dụng tháp đ i ra đời để khắc phục nhƣợc điểm trên của công nghệ tháp
chƣng cất cột đơn.
Kh ng khí sau khi đƣợc nén, làm sạch và làm lạnh tới gần nhiệt độ điểm sƣơng,
đƣợc đƣa vào tháp áp suất cao làm việc ở áp suất 6atm, pha hơi đi lên trên đỉnh tháp
áp suất cao có thành phần giàu Nitơ đƣợc ngƣng tụ bởi thiết bị trao đổi nhiệt đặt ở
trên đỉnh tháp áp suất cao, khoảng 60% dòng hơi sau khi ngƣng tụ thành pha lỏng
đƣợc hồi lƣu quay trở lại tháp áp suất cao, 40% đƣợc đƣa qua van giảm áp và lên
đỉnh của tháp áp suất thấp làm việc ở 1,4 atm nhƣ là dòng hồi lƣu. Dòng lỏng đi
xuống tháp áp suất cao có nồng độ Oxy tăng dần, đƣợc lấy ra (nồng độ Oxy thu
đƣợc khoảng 35%) qua van giảm áp và vào đoạn giữa của tháp áp suất thấp. Dòng
Oxy lỏng th này đƣợc tiến hành chƣng cất ở tháp áp suất thấp, dòng hơi đi lên tháp
giàu Nitơ đƣợc lấy ra ở đỉnh tháp, dòng lỏng đi xuống đáy tháp áp suất thấp giàu
Oxy đƣợc lấy ra một phần làm sản phẩm, phần còn lại đƣợc đƣa về đáy tháp để đun
sôi tạo dòng hơi, nhiệt để cấp cho chất lỏng sôi ở đáy tháp áp suất thấp đƣợc tiến
hành trong thiết bị trao đổi nhiệt với dòng hơi giàu Nitơ của tháp áp suất cao. Trong
hệ thống tháp chƣng cất đ i, nhiệm vụ chính của tháp cao áp là chƣng cất để cung
cấp hai dòng lỏng giàu Nitơ và dòng lỏng Oxy thô, hai dòng này dùng làm dòng vào
cho tháp áp suất thấp. Tháp áp suất thấp chƣng cất dòng Oxy lỏng th để cung cấp
lƣợng Oxy cần thiết cho dòng sản phẩm. Dòng Nitơ lỏng là dòng hồi lƣu về tháp áp
suất thấp sẽ làm tăng độ tinh khiết của dòng hơi sản phẩm Nitơ. Hệ thống này có thể
tạo dòng sản phẩm tinh khiết cao, nồng độ Oxy trong pha hơi đƣợc giảm tới mức
thấp nhất, độ tinh khiết của hai sản phẩm có thể đạt tới 99,5%.
HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 23


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

1.4.2 Phương pháp màng phân ly
Phƣơng pháp màng phân ly tách Oxy, Nitơ trong kh ng khí nhờ sự khuếch tán
khác nhau Oxy và Nitơ qua một màng polyme ở áp suất cao. Màng sử dụng trong
phƣơng pháp này gồm những bó sợi rỗng có khả năng thẩm thấu chọn lọc. Những
sợi này cho phép những khí “nhanh” (Oxy, Cacbon Oxit và hơi nƣớc) thẩm thấu
qua màng nhanh hơn rất nhiều so với các khí “chậm” (Nitơ). Lớp màng sẽ phân tách
hỗn hợp khí ban đầu thành 2 dòng. Dòng thứ nhất gọi là dòng thấm qua, chứa Oxy,
Cacbon Oxit và hơi nƣớc. Dòng thứ hai là dòng sản phẩm, chứa Nitơ cao áp. Một
thông số đặc chƣng cho các loại màng là tính thấm. Tính chọn lọc là tỉ lệ thấm của
các khí đƣợc tách ra. Do kích thƣớc phân tử của Oxy nhỏ hơn của Nitơ vì vậy hầu
hết các màng đều có tính thấm của Oxy lớn hơn của Nitơ. Hệ thống màng thƣờng
giới hạn sản xuất đƣợc dòng giàu Oxy từ 25 - 50 %. Để tăng tính tích cực vận
chuyển Oxy qua màng thì cần kết hợp màng với một chất tạo phức Oxy để tăng tính
chọn lọc của Oxy với màng, đó là khả năng để làm tăng chất lƣợng dòng Oxy từ hệ
thống màng. Độ tinh khiết của sản phẩm có thể đƣợc thay đổi bằng cách thay đổi
lƣu lƣợng khí. Lƣu lƣợng đƣợc quyết định bởi bề mặt của của màng và nó là một
hàm của chênh lệch áp suất trên và dƣới màng chia cho bề dày của lớp màng.

Thải

Hệ màng ngăn

Bộ lọc
Không khí

Oxy

Bộ lọc

Máy thổi khí

H

Máy thổi sản phẩm

1.5: Sơ đồ nguyên lý công nghệ phân ly kh ng khí theo phƣơng pháp màng

HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 24


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Vũ Đình Tiến

Kh ng khí đƣợc qua bộ lọc làm sạch, sau đó đƣợc máy thổi khí tăng áp đủ để
dòng khí vƣợt qua bộ lọc và màng ống. Vật liệu polime màng thƣờng đƣợc lắp ráp
thành các modun hình ống đa dạng với nhau để cung cấp lƣợng Oxy và Nitơ cho
phù hợp với nhu cầu. Oxy đƣợc thấm qua màng và đƣợc thu hồi thành sản phẩm.
Nitơ đƣợc lấy qua khi nhả thấm và cũng đƣợc thu hồi. Một hệ thống bơm chân
kh ng đƣợc sử dụng để duy trì chênh lệch áp suất qua màng và cung cấp Oxy theo
yêu cầu.
 Ƣu điểm:
-

Phƣơng pháp này tối ƣu nhất với lƣu lƣợng thấp

-

Cần ít thiết bị cho quá trình khởi động

-

Dễ dàng vận hành, tốn ít chi phí sửa chữa và bảo trì hệ thống

 Nhƣợc điểm:
-

Độ tinh khiết của sản phẩm không cao, vẫn lẫn CO2 và hơi nƣớc trong dòng
sản phẩm Oxy.

Hệ thống phân tách kh ng khí theo phƣơng pháp màng phù hợp vận hành ở quy
mô nhỏ. Trong tƣơng lai, cùng với sự phát triển của công nghệ vật liệu, công nghệ
này hứa hẹn cho sản phẩm Oxy có chất lƣợng cao hơn với lƣu lƣợng lớn hơn.
1.4.3 Phương pháp màng vận chuyển Ion
Màng vận chuyển ion là vật liệu gốm Oxit v cơ rắn dùng để sản xuất Oxy và
Nitơ theo phƣơng pháp các ion Oxy đƣợc đi xuyên qua cấu trúc tinh thể gốm, còn
các phân tử Oxy thì đƣợc giữ lại. Hệ thống này đƣợc vận hành ở nhiệt độ cao
khoảng 5900C. Các phân tử Oxy thì đƣợc chuyển thành các ion tại bề mặt của màng
gốm và chúng đƣợc vận chuyển qua màng nhờ một chênh lệch điện áp và sự chênh
lệch áp suất riêng phần tại hai bề mặt của màng. Khi đi qua màng các phân tử ion
Oxy lại đƣợc chuyển hóa thành phân tử Oxy. Vật liệu màng đƣợc chế tạo thành các
dạng màng hay dạng ống.
Đối với sự chuyển đổi năng lƣợng lớn, sự vận chuyển vật chất qua màng nhờ sự
chênh lệch áp suất là phƣơng pháp đƣợc lựa chọn. Màng hoạt động nhờ sự chênh
lệch áp suất tại hai bề mặt là loại màng dẫn hỗn hợp vì chúng dẫn cả hai điện tử đi
HVTH: Đỗ Phú Khánh

Trang 25