Trong không khí Oxy chiếm hơn 20% và là tác nhân chính gây ra nhiều hiện tượng Oxy hóa:
– Oxy hóa thực phẩm, dược phẩm… qua đó làm sản phẩm bị ôi thiu, giảm chất lượng và thời gian bảo quản
– Là môi trường tốt cho vi khuẩn phát triển
– Là yếu tố không thể thiếu trong quá trình cháy (Thiếu oxy không thể xảy ra quá trình cháy)
– Với các linh kiện điện tử, bán dẫn… cần bảo quản chất lượng cao, oxy cần được loại bỏ bởi nó sẽ gây oxy hóa nghiêm trọng, làm giảm tuổi thọ và chất lượng sản phẩm
Với các tác động nói trên của Oxy, gần đây người ta đã sử dụng Nitơ với độ tinh khiết cao (High purity nitrogen) để thay thế cho oxy để bảo quản sản phẩm. Nitơ không màu, không mùi, không vị và khá trơ và tồn tại dưới dạng phân tử N2, còn gọi là đạm khí. Do đó nó sẽ làm chậm sự phát triển của các vi sinh yếm khí, ngăn ngừa các phản ứng oxy hóa, giảm độ PH hoặc ức chế vi khuẩn phát triển, ngăn ngừa cháy nổ, bảo quản kim loại không bị han gỉ do quá trình oxy hóa…
Tùy thuộc vào các đặc điểm ngành nghề mà đặc tính của Nitơ sẽ được lựa chọn phù hợp:
1. Trong công nghệ thực phẩm: Hầu hết thực phẩm hiện tại được đóng gói và bảo quản bởi Nitơ bảo vệ (Túi hoa quả sấy khô, bim bim, thịt cá đóng gói, thực phẩm đóng gói đạng hộp, sữa, sữa chua, nước trái cây đóng chai (không ga)…).
– Nitơ sẽ được bơm vào bao bì đựng sản phẩm ở công đoạn đóng gói thành phẩm. Oxy sẽ bị đuổi ra hầu như 100%, được thay thế bởi Nitơ hầu như nguyên chất (Độ tinh khiết sử dụng dao động từ 99% đến 99.99%).
– Nitơ được bơm vào bao bì ngoài tác dụng chủ đạo là bảo quản chất lượng sản phẩm còn làm bao bì căng đẹp, giúp quá trình dán nhãn sản phẩm được thao tác dễ dàng, đặc biệt là quá trình tự động hóa
– Do đặc tính thay đổi nhiệt độ cực nhanh, Nitơ trong nhiều lĩnh vực thực phẩm có thể tham gia vào bảo quản ở nhiệt độ lạnh.
2. Trong công nghệ dược phẩm: Các loại dược phẩm dạn siro… khi sản xuất luôn cần Nito độ tinh khiết rất cao để bảo quản. Với đặc thù của dược phẩm, Nitơ có yêu cầu rất cao về chất lượng sản phẩm:
– Yêu cầu độ tinh khiết rất cao (High purity), tối thiểu là 99.9%, có loại tá dược yêu cầu độ tinh khiết Nitơ bảo quản tới 99.999% để đảm bảo ngăn ngừa hoàn toàn tác động oxy hóa của Oxy tiềm tang
– Yêu cầu độ khô của khí Nitơ hầu như ở mức tuyệt đối (Điểm sương tối thiểu là -40 độ C, cá biệt có trường hợp yêu cầu tới -70 độ C)
– Độ sạch của khí ở mức tuyệt đối, do đó ngoài các lọc thông thường (lọc bụi 1 micro, lọc tinh 0.01 micro) còn cần đến cấp độ lọc khử mùi carbon (0.003 wt ppm)
– Công nghệ đóng gói tự động hóa tuyệt đối để tránh tác nhân gây nhiễm oxy vào sản phẩm
3. Với công nghệ điện tử, bán dẫn: Trong quá trình sản xuất các linh kiện điện tử, bán dẫn, thiết bị y tế luôn yêu cầu phòng sạch, không bụi. Các tác nhân oxy hóa gây han gỉ làm cho sản phẩm không còn giữ được chất lượng, cơ tính, độ chính xác như thiết kế, từ đó sẽ dẫn đến những sai lệch đáng kể trong điều khiển, đo đạc… Khí Nito được sử dụng để xì khô và bảo quản các linh kiện này, giúp chúng duy trì tốt nhất như yêu cầu thiết kế. Độ tinh khiết trong lĩnh vực này thường được chọn ở mức 99% – 99.9%.
4. Với công nghệ cắt/ hàn kim loại: Trong hàn/ cắt kim loại, dòng nhiệt lượng rất lớn sẽ làm tan chảy kim loại tiếp xúc với nó. Khi đó oxy có trong không khí sẽ nhanh chóng phản ứng với kim loại nóng chảy này tạo ra các oxit. Các oxit này chính là nguyên nhân tạo ra các lớp han gỉ, làm biến dạng vật liệu, độ cứng cũng như độ bền vững của sản phẩm.
Để khắc phục điểm này, người ta sử dụng khí trơ để tạo một lớp khí đệm bảo vệ xung quanh mối hàn/ cắt. Khi đó vật liệu nóng chảy sẽ được ngăn cách với oxy bên ngoài, giúp bề mặt hàn/cắt giữ được nguyên bản vật liệu, bề mặt sáng bóng và chất lượng sản phẩm được đảm bảo. Nitơ với đặc tính trơ và giá thành rẻ luôn được ưu tiên sử dụng trong lĩnh vực này, đặt biệt là công nghệ cắt Laser rất phổ biến hiện tại áp dụng cho cắt kim loại không gỉ.
Độ tinh khiết sẽ phụ thuộc vào vật liệu hàn/ cắt. Với công nghệ Laser cho thép không gỉ thì độ tinh khiết thường yêu cầu 99.999%.
5. Trong test và bảo quản đường ống:
– Khí Nitơ thường được sử dụng để test rò rỉ đường ống với yêu cầu cao về chất lượng. Do đặc tính trơ nên khí sẽ không gây han gỉ oxy hóa đường ống, mối hàn.
– Khi đường ống ngưng sử dụng một thời gian dài, người ta thường bơm khí Nitơ vào trong để bảo quản. Qua đó giúp hệ thống được giữ an toàn qua thời gian dài.
Độ tinh khiết Nitơ ở múc độ không quá cao, thương ở khoảng 95% ~ 98%.
6. Trong khai thác dầu khí: Các mỏ dầu sẽ được hút lên để khai thác. Tuy nhiên khi trữ lượng giảm thì việc hút này sẽ rất khó khăn. Khi đó người ta sẽ bơm một lượng khí xuống để đẩy trữ lượng dầu còn lại nổi lên phía trên, giúp quá trình hút được diễn ra thuận lợi. Các khí được sử dụng là khí trơ, phòng tránh được cháy nổ cũng như có hiệu suất nén tốt. Nitơ là khí thường được lựa chọn do thỏa mãn tất cả các đặc tính trên và giá thành rẻ. Độ tinh khiết cũng không cần quá cao, ở khoảng 98%.
7. Trong công nghiệp sản xuất bia:
– Trong tất cả các nhà máy bia, các thùng lớn chứa bia sẽ cần được vệ sinh trước khi tái sử dụng. Nitơ sẽ được dùng để tẩy sạch (Flushing) bình, đuổi oxy cũng như không làm ảnh hưởng đến chất lượng bia.
– Ngoài ra Nitơ cũng được dùng thay thế CO2 để bơm vào chai/lon bia để bảo quản duy trì độ tươi ngon của bia, tránh bị oxy tiếp xúc làm bia bị oxy hóa, lên men, chua.
Độ tinh khiết trong lĩnh vực này yêu cầu khá cao, khoảng 99.9% trở lên.
8. Phòng cháy chữa cháy: Như ta đã biết, quá trình cháy xảy ra khi và chỉ khi có đủ oxy. Do đó đối với một số loại vật liệu dễ cháy, dễ nổ thì việc bảo quản phải trong môi trường hiếm khí. Khi đó người ta lựa chọn bơm khí Nito vào kho bảo quản giúp giảm thiểu tối đa nguy cơ cháy nổ. Độ tinh khiết chỉ cần ở mức thấp từ 95% là đảm bảo.
9. Ngoài ra với các siêu xe, máy bay… người ta cũng dùng Nitơ để bơm vào lốp (tire). Nitơ với đặc tính ít an toàn sẽ giữ cho lớp cao su ít bị lão hóa, kim loại mâm xe ít bị han gỉ. Ngoài ra ở nhiệt độ cao ít bị giãn nở gây nguy cơ vỡ lốp.
Khí Nitơ trong các ngành sản xuất công nghiệp Nitơ đang là sản phẩm khí được sản xuất và cung ứng khá phổ biến. Trên thị trường hiện nay có cácK phương pháp sản xuất phổ biến:
– Phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng, sau đó đóng bình để bán hàng loạt
– Phương pháp hóa lỏng siêu lạnh kết hợp tách phân tử
– Phương pháp tạo khí Nitơ bằng công nghệ dạng màng (Membrane)
– Phương pháp tạo khí Nitơ bằng công nghệ tách phân tử thẩm thấu PSA (Pressure Swing Absorption)