Công nghệ xử lý bằng electron - một phương pháp tiên tiến trong công nghiệp hoá chất và vật liệu

12:00' AM - Thứ sáu, 15/08/2003

Đây là một công nghệ tiên tiến xử lý vật liệu bằng elctron năng lượng cao do một máy gia tốc electron loại công nghiệp tạo ra. Thực ra,  công nghệ này đã được áp dụng trong công nghiệp từ những nắm 1950 nhưng gần đây mới đựơc thử nghiệp rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như hoá chất, vật liệu, đá quý, sinh học, y học, môi trường...

 Thiết bị chủ yếu của công nghệ này là máy gia tốc electron công nghiệp. Nó bao gồm các loại năng lượng thấp, trung bình và cao. Loại máy gia tốc năng lượng thấp tạo ra electron có. năng lượng dưới 1 triệu electrpn-von (MeV); loại trung bình tạo ra elctron có năngluợng trong khoảng 1 - 5 MeV; loại cao tạo ra electron có năng lượng trên 5 MeV. . 

Độ xuyên sâu của electron vào vật  liệu phụ thuộc vào năng lượng của electron và cả vào tỷ trọng vật liệu  được xử lý. Với một vật liệu có tỷ trọng 1g/cm3, các electron có năng lượng khoảng 1 Mev, chỉ một lần phóng là có thể xuyên và phát huy tác dựng tới độ sâu dưới 0,5cm. Loại electron có năng lượng 10MeV phát huy tác dụng tới độ  sâu 3,3 cm. .

Hiện nay, trên thế giới có hơn 800 máy gia tốc công nghiệp trong đó 75% thuộc loại năng lượng thấp và được dùng chủ yếu đê gia công bề mặt và tạo liên kết ngang. Gần đây, người ta đã sử dụng các máy gia tốc này trong việc chống ô nhiễm môi trường. Một trong những ứng dụng đó là khử SOX và NOX trong khí ống khói của các nhà máy điện cháy than, hoặc của các nhà máy luyện kim. Người ta kết hợp việc xử lý khí ống khói với xử lý khí amôniac để chuyển SOX và NOX thành  amoni nitrat và amoni sulfat làm phân bón.

Trên thế giới số máy gia tốc electron năng lượng cao được sử dụng trong công nghiệp mới chỉ chiếm khoảng 2% tổng số máy gia tốc hiện có. Các nhà khoa học đang tích cực nghiên cứu mở rộng các lĩnh vục sử dụng công nghệ dùng electron năng lượng cao. Trong vài năm gần đây, người ta đã thử nghiệm trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, chế biến xenluloza, xử lý Ô nhiễm đất và xử lý nước thải.

Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, người ta áp dụng công nghệ xử lý bằng lectron để sản xuất chất dẻo và compozit tiên tiến. Người ta dùng năng lượng electron để làm rắn compozit. Biện pháp này, so với phương pháp cũ, tiết kiệm năng lượng hơn và thực hiện nhiệt độ gần bằng nhiệt độ môi trường xung quanh. Xử lý ở nhiệt độ gần nhiệt độ thường sẽ giảm nội ứng suất của sản phẩm xuống rất nhiều. Cũng nhờ đó giảm được đáng kể các sản phẩm phân huỷ bay hơi hình thành trong quá trình gia công. Ngoài ra, so với phương pháp xử lý nhiệt thông thường,  phương pháp mới còn có nhiều ưu điểm khác như giảm thời gian xử lý, chất lượng xử lý tốt hơn, chi phí thấp. Những ưu điểm trong gia công compozit này đã khiến cho gần đây người ta sử dụng phương pháp gia công tiên tiến này để sản xuất máy bay hiện đại cất cánh nhanh hạ cánh thẳng đứng, là loại máy bay có tới 95% kết cấu làm bằng vật liệu compozit. Và nhờ đó, giảm sô bộ phận của máy bay xuống còn 150 so với 1000 nếu sản xuất bằng vật liệu thông thường.

Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, người ta còn nghiên cứu chất kết dính đóng rắn bằng electron dùng cho compozit; polyme đóng rắn bằng electron dùng làm chất phủ cho vệ tinh và các phương tiện vũ trụ khác.

Trong ngành công nghiệp hoá chất,  công nghệ mới được áp dụng trọng các lĩnh vực sản xuất các sản phẩm chế biến xenluloza, bao gồm giấy và bột giấy; xenluloza ete hoá và sợi vicoza.

Trong sản xuất bột giấy, công nghệ electron được dùng đê xử lý phoi gỗ trước khi nghiền bột bằng phương pháp cơ học. Công đoạn xử lý này đã làm giảm đáng kê nhu cầu năng lượng dùng cho quá trình nghiền rất tốn năng lượng.

Công nghiệp xenluloza ete, sản xuất ra xenluloza biến tính dùng trong các ngành dược phẩm, phụ gia thực phẩm, mỹ phẩm, chất tẩy rửa, xây dựng và sơn. Tính chất chính của xenluloza ete được sử dụng là độ nhớt. Để tạo nên các sản phẩm có độ nhớt khác nhau theo phương pháp cũ, các nhà sản xuất phải thay đổi các điều kiện sản xuất làm cho quá trình chế biến mất cân bằng, tăng chất thải làm mức độ ô nhiễm tăng lên. Với công nghệ xử lý bằng electron, người ta chỉ cần sản xuất một loại ete có độ nhớt cao, trong điều kiện chất thải và mức độ ô nhiễm ít nhất. Sau đó xử lý sản phẩm bằng electron với những liều lượng khác nhau để tan ra các ete có độ nhớt thấp hơn khác nhau. Với phương pháp này, người ta tạo được công nghệ sản xuất mềm dẻo, mức độ ô nhiễm thấp và cung cấp cho cơ sở tiêu thụ những sản phẩm có độ nhớt khác nhau theo yêu câu.

Trong công nghiệp sợi visco, phương pháp xử lý bằng electron cũng tạo ra những tiến bộ đáng kể. Công nghiệp sợi viscoz cho tới nay vẫn sử dụng công nghệ đã có từ 100 năm nay để chuyển hoá bột gỗ xenluloza thành sợi, dây, màng hoặc giấy. Các sản phẩm này được dùng đê sản xuất vải, lốp xe, bao bì, tã lót, đồ dùng ca nhân, vật liệu tăng cường trong băng mài, đai ô tô và đệm. Hiện nay trên thế giới có khoảng 130 nhà máy sản xuất sợi viscoz với tổng công suất trên 3 triệu tấn bột gỗ để sản xuất các sản phẩm tới vài tỷ đô la.

Trong quá trình sản xuất viscoz, người ta dùng xút và các bon disulfua, một hoá chất độc ở nồng độ cao để chuyển hoá bột xenluloza thành viscoz lỏng. Viscoz lỏng được xe trong bể axit để tạo thành sợi, dây, màng. Trong quá trình này, xút trong viscoz được trung hoà và thải ra sông. Còn carbon disufua thoát ra ở một số nhà máy có bộ phận thu hồi, nhưng ở phần lớn các nhà máy khác thì carbon disulfua, và một số sản phẩm phụ là hydro sulfua được thải ra ngoài khí quyển. Trong công nghệ sản xuất xenluloza có một khâu xử lý nhiệt để khử trùng bột xenluloza gọi là công đoạn làm chín. Đây là công đoạn tốn thời gian và khó khống chế. Có thể thực hiện quá trình này bằng bức xạ electron. Việc khử trùng hợp bằng năng lượng electron có ưu diềm là rất chính xác. Không những thế, còn hiệu quả hơn so với phương pháp nhiệt vì nó làm cho bột giấy dễ phản ứng và carbon disulfua, do đó lượng hóa chất sử dụng ít hơn tới 50% . Kết quả là không chỉ giảm được mức đô ô nhiễm môi trường mà còn góp phần hạ giá thành. Một nhà máy viscoz có công suất 40 - 60 nghìn tấn/năm có thể giảm chi phí về hoá chất tới vài triệu đô la Mỹ. Ngoài ra, còn bỏ được toàn bộ hệ thống thiết bị làm chín viscoz cồng kềnh, giảm được nhu cầu bảo dưỡng, sửa chữa máy móc giảm diện tích nhà máy; đặc biệt là thời gian xử lý giảm rõ rệt, tăng công suất sản xuất lên đáng kể.

Cuối năm 1996, Viện nghiên cứu, Atomic Energy of Canada Limited đã cộng tác với một nhà máy viscoz lớn của Canada thử nghiệm thành công phương pháp xử lý bằng electron ở quy mô công nghiệp với công suất thử nghiệm là 1000 tấn.

NGUYỄN VIỆT ANH

(Theo tài liệu của hội nghị quốc tế
Seoul: "Vai trò của vật liệu tiên tiến
trong sự phát triển bền vững”)

Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,