Nghiên cứu mô phỏng, tối ưu hóa thiết bị tách khí ni tơ theo chu trình hấp phụ áp suất thay đổi (PSA) bằng phần mềm Aspen Adsorption

Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG, TỐI ƯU HÓA THIẾT BỊ TÁCH KHÍ NI<br /> TƠ THEO CHU TRÌNH HẤP PHỤ ÁP SUẤT THAY ĐỔI (PSA)<br /> BẰNG PHẦN MỀM ASPEN ADSORPTION<br /> Phạm Văn Chính1*, Vũ Đình Tiến2, Lê Quang Tuấn3, Nguyễn Tuấn Hiếu4<br /> Tóm tắt: Khí nitơ (N2) có thể xem như một khí trơ để sử dụng trong các lĩnh vực<br /> công nghiệp cơ khí, hóa chất, thực phẩm, dược phẩm, quân sự. Ở qui mô lớn, khí<br /> nitơ được phân tách từ không khí bằng kỹ thuật hóa lỏng và chưng phân đoạn. Ở<br /> qui mô nhỏ và vừa khí nitơ thường được phân tách bằng sàng phân tử carbon và<br /> chu trình hấp phụ thay đổi áp suất (PSA) ở áp suất thấp. Kỹ thuật này cho phép để<br /> phân tách một số cấu tử khí từ một hỗn hợp khí dưới điều kiện áp suất theo sự khác<br /> nhau về kích thước phân tử và ái lực của chúng đối với một vật liệu hấp phụ thích<br /> hợp. Trong nghiên cứu này, một thiết bị tạo khí nitơ theo chu trình PSA ở qui mô<br /> pilot đã được thiết kế và chế tạo tại Viện Công nghệ - Tổng cục Công nghiệp Quốc<br /> phòng. Chu trình làm việc của thiết bị này được nghiên cứu, mô phỏng và tối ưu<br /> bằng phần mềm Aspen Adsorption. Các thông số công nghệ thu được sẽ được ứng<br /> dụng để thiết kế và chế tạo thiết bị tạo khí nitơ ở qui mô công nghiệp.<br /> Từ khóa: Chu trình hấp phụ thay đổi áp suất (PSA); Sàng phân tử cacbon; Hấp phụ; Nitơ; Aspen Adsorption.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Hiện nay trên thế giới việc sử dụng phần mềm mô phỏng trong kỹ thuật hóa học đã trở<br /> nên phổ biến trên cơ sở các phần mềm chuyên dụng có cơ sở dữ liệu rất lớn và đầy đủ đã<br /> giúp cho các nhà khoa học giảm được nhiều thời gian nghiên cứu, khảo sát. Tuy nhiên ở<br /> Việt Nam việc áp dụng các phần mềm mô phỏng chưa được phổ biến rộng rãi. Vì vậy việc<br /> nghiên cứu, mô phỏng thiết bị tách khí nitơ theo chu trình PSA là rất cần thiết cho việc<br /> nghiên cứu, tính toán và tối ưu hóa thiết bị.<br /> Trong nghiên cứu này nội dung trọng tâm giới thiệu về vật liệu sàng phân tử và thiết bị<br /> làm việc theo chu trình hấp phụ áp suất thay đổi (PSA) để tách khí N2 từ không khí và<br /> nghiên cứu mô phỏng, tối ưu hóa thiết bị tách khí nitơ theo chu trình hấp phụ áp suất thay<br /> đổi bằng phần mềm Aspen Adsorption.<br /> Aspen Adsorption là một modul trong gói phần mềm Aspen One do Công ty<br /> AspenTech của Mỹ nghiên cứu và phát triển. Hiện nay, công ty đã cho ra đời phiên bản<br /> Aspen One 8.8 để phục vụ nghiên cứu trong lĩnh lực kỹ thuật hóa học. Phần mềm là một<br /> công cụ mạnh không thể thiếu trong nghiên cứu về kỹ thuật hấp phụ hiện nay.<br /> 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> Nghiên cứu mô phỏng thiết bị tách khí N2 từ không khí đã được chế tạo làm việc theo<br /> chu trình hấp phụ áp suất thay đổi (PSA) bằng phần mềm Aspen Adsorption.<br /> Trên cơ sở thiết bị tách khí N2 đã được chế tạo và vật liệu sàng phân tử đã lựa chọn:<br /> - Nghiên cứu cơ chế hấp phụ sàng phân tử.<br /> - Thiết lập các thông số của hệ thống làm việc để thực hiện mô phỏng.<br /> - Tiến hành mô phỏng thiết bị theo các bước bằng phần mềm Apsen Adsorption.<br /> - So sánh, kiểm chứng và biện luận so với kết quả thực nghiệm.<br /> Xuất kết quả và kết luận.<br /> <br /> <br /> 140 P. V. Chính, …, N. T. Hiếu, “Nghiên cứu mô phỏng, tối ưu hóa … Aspen Adsorption.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1. Sàng phân tử Cacbon<br /> Sản suất N2 theo chu trình hấp phụ áp suất thay đổi dựa trên đặc tính hấp phụ chọn lọc<br /> của sàng phân tử cacbon (Carbon Molecular Sieves - CMS). Về cơ bản nó cũng là một loại<br /> than hoạt tính, tuy nhiên miền phân bố kích thước mao quản rất hẹp nên có khả năng hấp<br /> phụ chọn lọc theo kích thước phân tử (sàng phân tử). Phần lớn CMS trên thị trường hiện<br /> nay được tạo ra từ nguyên liệu than antraxit với một quá trình hoạt hóa có kiểm soát. Cấu<br /> trúc mao quản sau đó có thể tiếp tục thay đổi bởi một quá trình xử lý nhiệt tiếp theo, bao<br /> gồm việc cracking các hydrocarbon trong hệ vi mao quản và khí hóa thêm một phần trong<br /> các điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt. Nhờ đó, rây phân tử carbon thu được có đường kính<br /> mao quản hiệu dụng trong khoảng từ 0,4 nm đến 0,9 nm, tuy nhiên, độ xốp và dung lượng<br /> hấp phụ sẽ thấp hơn so với các loại than hoạt tính thông thường[1].<br /> Để phân tách nitơ, thường sử dụng loại CMS có đường kính lỗ mao quản là 4Å. Vì vậy,<br /> khi dòng không khí với áp suất thích hợp đi qua lớp vật liệu CMS thì phân tử O2 với kích<br /> thước phân tử là 3,9 x 2,8 Å sẽ đi vào trong mao quản và bị giữ lại, còn các phân tử N2<br /> với kích thước phân tử là 4,1 x 3,0 Å sẽ đi qua, như vậy sẽ thu được N2 với nồng độ cao.<br /> Đặc tính hấp phụ chọn lọc CMS được minh họa như hình 1.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Cơ chế hấp phụ chọn lọc của CMS.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Sự thay đổi thể tích hấp phụ theo thời gian.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 141<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Rây phân tử carbon được ký hiệu dựa trên năng suất tạo khí Nitơ. Trong nghiên cứu<br /> này sử dụng loại CMS-240, có nghĩa là năng suất lý thuyết thu được là 240 m3 Nitơ ở điều<br /> kiện tiêu chuẩn trong 1 giờ trên 1 tấn vật liệu CMS được sử dụng. Loại CMS – 240 này<br /> được mua từ công ty Jiangxi Xintao Technology Co.Ltd<br /> Sàng phân tử cacsbon (CMS) là hoàn toàn hồi phục và có tuổi thọ trên 40.000 giờ để<br /> hoạt động.<br /> Tóm lại, tách N2 từ không khí bằng vật liệu sàng phân tử có kích thước vi mao quản<br /> nhỏ hơn kích thước phân tử khí N2 để hấp phụ khí O2 cho phân tử khí N2 đi qua. Thể tích<br /> hấp phụ khí O2 thay đổi theo thời gian và theo chu trình áp suất thay đổi trong cột, như<br /> hình 2.<br /> 3.2. Thiết bị tạo khí N2<br /> 3.2.1. Sơ đồ PID (Sơ đồ công nghệ và thiết bị đo lường)<br /> Dựa trên cơ sở mô hình thiết bị hấp phụ áp suất thay đổi (PSA) ta xây dựng sơ đồ công<br /> nghệ, thiết bị và thiết bị đo lường (PID) của hệ thống thiết bị để nghiên cứu, tối ưu hóa<br /> việc tách khí N2 từ không khí bằng vật liệu sàng phân tử CMS-240 đã lựa chọn bao gồm<br /> các thiết bị chính sau [2-4], như hình -3: Máy nén khí đồng bộ bao gồm: lọc khí F1, máy<br /> nén khí C1, bình tích T01, đồng hồ và bộ điều khiển áp suất đặt; Thiết bị tách nước và tách<br /> dầu F2; Cột tách ẩm D1; Hai cột hấp phụ B1 và B2; Bình tích lấy sản phẩm T02; Các van<br /> điện từ đóng mở: V1, V2, V3ab, V4, V5, V6ab, V7, V8; Các van một chiều, van tiết lưu;<br /> Các cảm biến, đồng hồ đo áp suất: PT, PI; Các thiết bị đo lưu lượng: FT; Bộ điều khiển<br /> PLC S7-300 lập trình trên WinCC; Máy tính giám sát và điều khiển SCADA, thu thập số<br /> liệu nghiên cứu.<br /> 3.2.2. Thông số chính của thiết bị<br /> Để có thể xác lập các thông số công nghệ và thông số vận hành cho thiết bị tách khí<br /> nitơ, một hệ thống thí nghiệm ở qui mô pilot đã được thiết lập. Hệ thống gồm có: hai cột<br /> hấp phụ bằng thép có đường kính D = 108 mm và chiều cao H = 700 mm. Mỗi cột được<br /> nhồi 3,1 kg vật liệu hấp phụ CMS-240; một máy nén khí có lưu lượng V = 185 l/phút với<br /> áp suất làm việc Pmax = 8 bar; một bộ lọc không khí F1 kích thước lưới lọc < 5 µm và<br /> một cột khử ẩm sử dụng 3 kg vật liệu hút ẩm Silicagel.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ PID thiết bị tách khí N2.<br /> <br /> <br /> 142 P. V. Chính, …, N. T. Hiếu, “Nghiên cứu mô phỏng, tối ưu hóa … Aspen Adsorption.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Thiết bị tách khí N2.<br /> 3.3. Mô phỏng và tối ưu hóa hoạt động của thiết bị<br /> 3.3.1. Mô phỏng chế độ làm việc trên Aspen Adsorption<br /> Để có thể mô phỏng sử dụng mô hình toán có sẵn trong Aspen Adsorption, cần chấp<br /> nhận các giả thiết cơ bản sau:<br /> - Hệ được xem là đẳng nhiệt với áp suất tổng trong cột được duy trì là hằng số trong<br /> các bước lấy sản phẩm và làm sạch;<br /> - Quan hệ hấp phụ cân bằng tuân theo đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, với giá trị hằng số<br /> hấp phụ cân bằng của N2 và O2 có sẵn trong cơ sở dữ liệu của Aspen Adsorption;<br /> - Biến thiên áp suất riêng phần chỉ theo chiều dọc cột (bỏ qua biến thiên theo phương<br /> hướng kính);<br /> - Hệ số cấp khối được biểu diễn thông qua quan hệ động lực tuyến tính (Linear driving<br /> force);<br /> - Tổn thất áp suất dọc theo chiều dài cột có thể bỏ qua.<br /> - Vận tốc dòng khí trong lớp vật liệu hấp phụ được xác định theo cân bằng vật chất và<br /> phương trình khí lý tưởng PV = nRT;<br /> Nếu tiến hành ngay các thực nghiệm trên hệ thống, sau đó tiến hành phân tích mẫu khí<br /> để để tìm chế độ làm việc phù hợp thì sẽ rất tốn kém thời gian và chi phí phân tích. Trên<br /> cơ sở phần mềm Aspen Adsorption, chúng tôi đã tiến hành mô phỏng chế độ làm việc từ<br /> đó xác định thời gian cho các bước trong chu trình làm việc của thiết bị tạo khí nitơ. Về cơ<br /> bản, các bước thiết lập mô hình trong Aspen Adsorption bao gồm:<br /> (1) Nhập các thông số vật lý của các cấu tử trong hệ (trong trường hợp này là không<br /> khí, N2 và O2) từ ngân hàng dữ liệu của Aspen Properties;<br /> (2) Trong phần “Gas Dynamic” của thư viện “Libraries” của Aspen Adsorption, chọn<br /> các biểu tượng đầu vào (gas feed), van các loại (valves), cột hấp phụ (gas bed), đầu<br /> ra (gas product) và các đường nối (connections) để xây dựng sơ hệ thống thiết bị<br /> phù hợp với thiết bị thí nghiệm đã chế tạo như Hình 5;<br /> (3) Click đúp chuột và từng thành phần trong sơ đồ đã xây dựng để nhập thông số hoặc<br /> chọn các thông số sẵn có trong cơ sở dữ liệu.<br /> (4) Trong phần công cụ “Tool”, chọn “Cycle Organizer” để thiết lập chu trình làm việc<br /> 4 bước như đã mô tả ở phần trên;<br /> (5) Tiến hành chạy mô phỏng bằng công cụ “Run”. Sau mỗi lần chạy, tiến hành điều<br /> chỉnh thời gian trong “Cycle Organizer” để tìm điều kiện làm việc phù hợp và trích<br /> xuất kết quả để xử lý ra Excel.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 143<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Sơ đồ mô phỏng như trên hình 5<br /> <br /> S21 S22<br /> <br /> VP1 P1<br /> <br /> <br /> S17 S20<br /> <br /> T2<br /> <br /> VP1_1 VP2_1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T 1_2 T 2_2<br /> <br /> S18 S23 S24<br /> <br /> VPurge<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> B1 B2<br /> <br /> <br /> S8<br /> <br /> Cyc le_O rganizer S7<br /> <br /> VW 1 _1 T3 VW 2 _1<br /> <br /> S10<br /> T 1_1<br /> T 2_1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> VF1_1 VW 1 VF2_1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> F1 VF1<br /> <br /> S1 T1 W1<br /> <br /> <br /> S4<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Sơ đồ hệ thống thiết bị tạo khí Nitơ thiết lập trên Aspen Adsorption.<br /> 3.3.2. Kết quả mô phỏng và thảo luận<br /> Lựa chọn mô hình PSA có sẵn trong Demonstration hay có thể thiết lập như hình 5 và<br /> coi thời gian cân bằng rất nhanh (thời gian cân bằng không đáng kể) tiến hành nhập các<br /> thông số đầu vào F1 như hình dưới với các thông số như thiết bị thực đã xây dựng:<br /> Lưu lượng dòng vào: 1,94 e-5 kmol/s.<br /> Nhiệt độ dòng vào: 298,15K<br /> Áp suất dòng vào: 6,0 bar.<br /> Nồng độ phần mol của Nito: 0.79.<br /> Nồng độ phần mol của Oxy: 0,21.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Các thông số đầu vào của dòng F1.<br /> Đã tiến hành chạy mô phỏng hệ thống tạo khí nitơ bằng phần mềm Aspen Adsorption ở<br /> chế độ Dynamic. Mặc dù áp suất làm việc tối đa của máy nén khí là 7,5 bar và áp suất làm<br /> <br /> <br /> 144 P. V. Chính, …, N. T. Hiếu, “Nghiên cứu mô phỏng, tối ưu hóa … Aspen Adsorption.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> việc với vật liệu hấp phụ CMS có thể là 8 bar, tuy nhiên trong điều kiện máy nén khí làm<br /> việc liên tục và tổn thất áp suất trong hệ thống và cột silicagen làm khô không khí nên áp<br /> suất thực trong mỗi cột đo bằng áp kế chỉ đạt khoảng 5 bar. Vì vậy mô phỏng cũng được<br /> tiến hành ở áp suất làm việc của cột là 5 bar Biến thiên áp suất trong cột 1 và cột 2 được<br /> biểu diện trong hình 7. Sau khoảng chừng 3 chu kỳ làm việc, áp suất làm việc trong từng<br /> cột là tương đối ổn định.<br /> <br /> <br /> 5 .5<br /> <br /> 5 .0<br /> <br /> 4 .5<br /> <br /> 4 .0<br /> Ap suat [bar]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 3 .5<br /> <br /> 3 .0<br /> <br /> 2 .5<br /> <br /> 2 .0<br /> <br /> 1 .5<br /> <br /> 1 .0<br /> <br /> 0 .5<br /> 0 1 2 3 4 5 6 7<br /> T h o i g ia n [p h u t]<br /> <br /> <br /> Hình 7. Sự thay đổi áp suất trong từng cột theo thời gian.<br /> <br /> <br /> 1 .0 0<br /> Phan mol cua N2 [kmol/kmol]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0 .9 5<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0 .9 0<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0 .8 5<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0 .8 0<br /> 0 5 10 15 20<br /> T h o i g ia n [p h u t]<br /> <br /> <br /> Hình 8. Biến thiên phần mol của N2 trong dòng khí sản phẩm.<br /> Theo chu kỳ làm việc 4 bước, khí nitơ sản phẩm được lấy ra gián đoạn. Biến thiên phần<br /> mol của khí nitơ sản phẩm được biểu diễn trong hình 8. Kể từ khi hệ thống bắt đầu làm<br /> việc, sau khoảng 8 chu kỳ thì phần mol của khí Nitơ sản phẩm đã dần ổn định và đạt<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 145<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> khoảng từ 92 - 95%. Trên cơ sở kết quả mô phỏng, đã cài đặt bộ điều khiển PLC để chạy<br /> hệ thống thực nghiệm theo đúng chế độ công nghệ đã mô phỏng. Sau khi hệ thống chạy ổn<br /> định khoảng 10 chu kỳ, tiến hành lấy mẫu khí sản phẩm bằng các túi chứa khí chuyên<br /> dụng ở đầu, giữa và cuối giai đoạn lấy sản phẩm. Các mẫu khí đã được phân tích thành<br /> phần bằng thiết bị sắc ký khí tại Phòng thí nghiệm công nghệ lọc hóa dầu & vật liệu xúc<br /> tác - hấp phụ của Đại học Bách khoa Hà Nội. Kết quả cho thấy, phần mol của khí sản<br /> phẩm thu được trong suốt giai đoạn lấy sản phẩm của hai cột trong khoảng từ 91 ~ 95%.<br /> Kết quả này là khả quan và phù hợp với kết quả đã mô phỏng. Trong thời gian tới, nếu<br /> trang bị thiết bị kiểm soát lưu lượng và ổn định áp suất ở đầu vào cũng như thiết bị đo hàm<br /> lượng N2 ở đầu ra của hệ thống thiết bị thí nghiệm thì hoàn toàn có thể tối ưu chế độ công<br /> nghệ và đưa sản phẩm khí N2 đạt mức 99%.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 9. Dải áp suất làm việc.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 10. Bảng báo cáo kết quả chạy mô phỏng.<br /> So sánh với kết quả chạy thực nghiệm với tương tự các tham số đầu vào lưu lượng và<br /> áp suất không khí như trên:<br /> Theo kết quả tính toán và giả thiết ban đầu:<br /> Thời gian hấp phụ của 3,1kg CMS: T1 = T4 = 15s<br /> <br /> <br /> 146 P. V. Chính, …, N. T. Hiếu, “Nghiên cứu mô phỏng, tối ưu hóa … Aspen Adsorption.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Thời gian lấy sản phẩm và nhả hấp phụ cài đặt ban đầu: T2 = T5 = 35s<br /> Thời gian cân bằng cài đặt ban đầu: T3 = 15s<br /> Bảng kết quả chạy thực nghiệm với các thông số<br /> - Áp suất máy nén khí: Pmax = 8 bar<br /> Plv = 5 bar<br /> Bảng 1. Kết quả chạy thực nghiệm với thời gian cân bằng là 15s.<br /> <br /> Cột B1 Cột B2<br /> <br /> Plv (bar) 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5<br /> <br /> Pcb (bar) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5<br /> <br /> O2 min (%) 3,1 3,1 3,1 3,2 3,1 3,1<br /> <br /> Thời gian cân bằng t(s) 15 15 15 15 15 15<br /> <br /> Nhận xét:<br /> + Nồng độ O2 trong sản phẩm cao (độ tinh khiết của N2 thấp) lý do có thể là do O2<br /> khuếch tán nhanh hơn N2 rất nhiều, thời gian cân bằng để quá lâu, thời gian lấy sản phẩm<br /> và giải hấp phụ ngắn dẫn đến việc O2 khuếch tán sang cột còn lại nhanh hơn là N2. Và có<br /> thể áp suất làm việc của hệ thống còn thấp.<br /> Vì vậy, cần giảm thời gian cân bằng, tăng thời gian lấy sản phẩm và tăng áp suất các thí<br /> nghiệm tiếp theo.<br /> Kết quả thí nghiệm cuối cùng tìm ra bộ thông số làm việc tối ưu nhất các tham số cơ<br /> bản để đạt được độ tinh khiết của khí N2 cao nhất (nồng độ khí O2 thấp nhất trong dòng<br /> sản phẩm) là:<br /> - Áp suất làm việc: Plv = 6,0 bar.<br /> - Thời gian cân bằng: T3 = 5s; Thời gian lấy sản phẩm và nhả hấp phụ: T2 = T5 = 45s<br /> Bảng 2. Kết quả chạy thực nghiệm với thời gian cân bằng là 5s,<br /> thời gian lấy sản phẩm là 45s.<br /> <br /> Cột 1 Cột 2<br /> <br /> Plv(bar) 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5<br /> <br /> Pcb(bar) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5<br /> <br /> O2 min(%) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0<br /> <br /> Thời gian cân bằng t(s) 5 5 5 5 5 5<br /> <br /> Từ các kết quả thí nghiệm cho chúng ta thấy:<br /> - Ở áp suất làm việc 6 bar và thời gian hấp phụ 15s (năng suất của hệ thống): khi thời<br /> gian cân bằng giảm xuống 5s; thời gian lấy sản phẩm và nhả hấp phụ 45s, thì nồng độ N2<br /> đã tăng lên cao đạt > 99,5%. Nồng độ nitơ duy trì ổn định ở mức cao.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 147<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Kết quả mô phỏng phù hợp với thực tế làm việc của thiết bị.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Chế độ làm việc của thiết bị đã được thiết lập dựa trên các kết quả mô phỏng bằng phần<br /> mềm Aspen Adsorption.<br /> Kết quả mô phỏng là hoàn toàn phù hợp với thực tế hoạt động của thiết bị, điều này cho<br /> thấy Aspen Adsorption là công cụ đáng tin cậy để mô phỏng và tối ưu các quá trình và<br /> thiết bị hấp phụ.<br /> Trong thời gian tới để có thể nâng cao nồng độ N2 sản phẩm đạt mức trên 99%, nhóm<br /> tác giả sẽ tiếp tục hoàn thiện thiết bị và trang bị thêm các thiết kiểm soát lưu lượng, áp suất<br /> cũng như thiết bị đo và phân tích liên tục. Đồng thời, cần tiến hành chạy thêm nhiều mô<br /> phỏng để đánh giá ảnh hưởng của các thông số và điều kiện làm việc đến chế độ làm việc<br /> của thiết bị, từ đó xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu để chuyển sang thiết kế thiết bị ở<br /> qui mô công nghiệp.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Tạ Ngọc Đôn, “Rây phân tử và vật liệu hấp phụ”, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, [2012].<br /> [2]. Đinh Trọng Xoan, Nguyễn Trọng Khuông, Tưởng Thị Hội, Nguyễn Phương Khuê,<br /> Hà Thị An, Hà Văn Trương, Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Long Thanh Hùng, Phan<br /> Văn Thơm, Lê Nguyên Đương, Đinh Văn Huỳnh, Trần Xoa, Phạm Xuân Toản,<br /> “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất - Tập 1”, Nhà xuất bản khoa học<br /> và kỹ thuật, [1999].<br /> [3]. Đinh Trọng Xoan, Nguyễn Trọng Khuông, Tưởng Thị Hội, Nguyễn Phương<br /> Khuê, Hà Thị An, Hà Văn Trương, Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Long Thanh Hùng,<br /> Phan Văn Thơm, Lê Nguyên Đương, Đinh Văn Huỳnh, Trần Xoa, Phạm Xuân<br /> Toản, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất - Tập 2”, Nhà xuất bản<br /> khoa học và kỹ thuật, [1999].<br /> [4]. Hồ Hữu Phương, “Cơ sở tính toán thiết bị hóa chất”; Khoa Đại học tại chức đại học<br /> Bách Khoa Hà Nội, [1977].<br /> [5]. Douglas M. Ruthven, Shamsuzzaman Farroq, Kent S. Knaebel, “Pressure swing<br /> adsorption”, VCH Publishers, Inc, [1994].<br /> [6]. A.R.Smith, J.Klosek; “A review of air separation technologies and their integration<br /> with energy conversion processes”, Fuel Processing Technology 70 [2001].<br /> [7]. Carlos A.Grande; “Advance in Pressure Swing Adsorption for Gas Separation”,<br /> International Scholarly Research Network ISRN Chemical Engineering, Volume<br /> 2012, Article ID 982934, 13 page [2012].<br /> [8]. Snehal V.Patel, Dr.J.M.Patel; “Separation of High Purity from Air by Pressure Swing<br /> Adsorption on Carbon Molecular Sieve”, International Journal of Engineering<br /> Research and Technology, Volume 3, Issue 3, March [2014].<br /> [9]. M.Delavar, N.Nabian; “An investigation on the Oxygen and Nitrogen separation from<br /> air using carbonaceous adsorbents”, Journal of Engineering Science and<br /> Technology, Volume 10, No.11, [2015].<br /> [10]. D.Roy Chowdhury, S.C.Sarkar; “Application of Pressure Swing Adsorption Cycle<br /> in the quest of production of Oxygen and Nitrogen”, International Journal of<br /> Engineering Science and Innovative Technology, Volume 5, Issue 2, March<br /> [2016].<br /> <br /> <br /> 148 P. V. Chính, …, N. T. Hiếu, “Nghiên cứu mô phỏng, tối ưu hóa … Aspen Adsorption.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> ABSTRACT<br /> INVESTIGATION OF SIMULATION AND OTIMIZATION FOR NITROGEN<br /> GENERATOR USING PRESSURE SWING ADSORPTION TO SEPARATION N2 GAS<br /> BY ASPEN ADSORPTION SOFTWARE.<br /> Nitrogen gas (N2) can be considered as an inert gas to use in mechanic,<br /> chemical, food, pharmaceutical and military industries. In large scale, nitrogen can<br /> be separated from the air by liquefaction and fractional distillation techniques. In<br /> small and medium scales, nitrogen gas is usually separated by carbon molecular<br /> sieve and pressure swing adsorption cycle (PSA) at low pressure. This technique<br /> allows to separate some component gas from a gas mixture under pressure<br /> conditions by difference in their molecular size or affinity with a sufficient<br /> adsorbent. In this research, a nitrogen generator based on the PSA cycle at pilot<br /> scale was designed and assembled at the Institute of Technology - General<br /> Administration of Defense Industry. The operation cycle of this equipment is<br /> studied, simulated and optimized by Aspen Adsorption software. The operating<br /> parameters obtained will be applied to design and manufacture the nitrogen<br /> generator in industrial scale.<br /> Keywords: Pressure swing adsorption cycle (PSA); Carbon Molecular Sieves – CMS; Nitrogen; Adsorption;<br /> Aspen Adsorption.<br /> <br /> Nhận bài ngày 04 tháng 4 năm 2019<br /> Hoàn thiện ngày 14 tháng 6 năm 2019<br /> Chấp nhận đăng ngày 17 tháng 6 năm 2019<br /> <br /> Địa chỉ: 1 Viện Công nghệ - TCCNQP;<br /> 2<br /> Trường Đại học Bách khoa Hà nội;<br /> 3<br /> Viện Hóa học Vật liệu – Viện KHQS;<br /> 4<br /> Viện Công nghệ - TCCNQP.<br /> *<br /> Email: pvchinhvcn@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 149<br />