CHỦ ĐỀ HẤP PHỤ VÀ ỨNG DỤNG CỦA HẤP PHỤ TRONG XỬ LÍ KHÍ

CHỦ ĐỀ HẤP PHỤ VÀ ỨNG DỤNG CỦA HẤP PHỤ TRONG XỬ LÍ KHÍ Thành viên nhóm: Nguyễn Thị Thúy- 2021605174 Vũ Thị Phương -2021602148 Hoàng Thu Trang- 2021603074 Lớp học phần: 20221CT6080004 GVHD: Đàm Xuân Thắng Hà Nội, 2022 MỤC LỤC Trang I TÌM HIỂU VỀ HẤP PHỤ Khái niệm Đặc điểm 3 Phân loại 4 Đặc tính vật liệu hấp phụ 5 Cơ chế hấp phụ Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ Các ứng dụng hấp phụ đời sống II ỨNG DỤNG CỦA HẤP PHỤ TRONG XỬ LÍ KHÍ Xử lí khí thải phương pháp hấp phụ Các phương thức hấp phụ Nguyên lí hoạt động hấp phụ khí thải Cách tiến hành Quy trình hồn nguyên- giải hấp phụ .9 Ưu nhược điểm hấp phụ xử lí khí Hệ thống xử lí khí thải 10 Ứng dụng hấp phụ xử lí khí 10 Một số hình ảnh tham khảo thiết bị hấp phụ xử lí khí 11 10 Tài liệu tham khảo 12 PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ TRONG XỬ LÍ KHÍ I Tìm hiểu hấp phụ 1.Khái niệm: - Hấp phụ q trình tích luỹ phân tử khí, lỏng hay chất hồ tan lên bề mặt phân cách pha Bề mặt phân cách pha khí – lỏng, khí – rắn hay lỏng – lỏng, lỏng – rắn,… - Chất bị hấp phụ: chất tích luỹ bề mặt - Chất hấp phụ: chất có bề mặt xảy hấp phụ Đặc điểm - Năng lượng hoạt hóa + Hấp phụ lí học tiến hành nhanh lượng hoạt hóa khơng + Hấp phụ hóa học tiến hành chậm có lượng hoạt hóa lớn - Tính thuận nghịch + Hấp phụ lí học thuận nghịch +Hấp phụ hóa học khơng phải thuận nghịch Phân loại *Hấp phụ vật lý : Lực hấp phụ lực Van de Van Nhiệt hấp phụ thường nhỏ 20 kJ/mol nên trình hấp phụ vật lý mang tính chất thuận nghịch, sản phẩm khử hấp phụ khơng bị biến đổi thành phần hóa học Tốc độ hấp phụ tương đối lớn tỉ lệ nghịch với nhiệt độ + Đặc điểm:  Khơng có tính đặc hiệu trường hợp hấp phụ vật lý Mọi chất khí bị hấp phụ bề mặt chất rắn  Bản chất chất hấp phụ: Khí dễ hóa lỏng hấp thụ mạnh mặt vật lý  Hấp phụ vật lý có chất thuận nghịch Nếu tăng áp suất, thể tích khí giảm có nhiều khí bị hấp phụ Vì vậy, cách giảm áp suất, khí loại bỏ khỏi bề mặt rắn Nhiệt độ thấp thúc đẩy trình hấp phụ vật lý nhiệt độ cao làm giảm tốc độ hấp phụ  Các chất xốp kim loại mịn chất hấp phụ tốt  Hấp phụ vật lý trình tỏa nhiệt  Khơng cần lượng kích hoạt *Hấp phụ hóa học: Lực hấp dẫn có chất hóa học Do nhiệt hấp phụ hóa học thường lớn 50 kJ/mol, nên trình trình bất thuận nghịch Sản phẩm khử hấp phụ thường bị biến đổi thành phần hóa học + Đặc điểm:  Sự hấp phụ xảy có hình thành liên kết hóa học chất hấp phụ chất bị hấp phụ  Hấp phụ hóa học trình tỏa nhiệt xảy chậm nhiệt độ thấp Sự hấp thụ hóa học kèm với gia tăng nhiệt độ Áp suất cao thúc đẩy q trình hấp thụ hóa học  Sự hấp thụ hóa học tăng lên diện tích bề mặt tăng lên  Sự hình thành liên kết hóa học nên entanpi q trình hấp thụ hóa học cao  Cần lượng kích hoạt  Hình thành lớp đơn phân tử *Ví dụ: Sự hấp phụ khí oxi than hoạt tính nhiệt độ thấp mang tính chất hấp phụ vật lý, nhiệt độ cao mang tính chất hấp phuj hóa học khử hấp phụ tạo CO CO2 Đặc tính vật liệu hấp phụ: a Một số vật liệu hấp phụ điển hình: - Các loại chất hấp phụ bao gồm: than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp có khả trao đổi ion, cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc, đôlomit, cao lanh, tro dung dịch hấp phụ lỏng - Tùy theo tính chất lưu lượng khí thải nhà máy, công xưởng mà chọn kiểu tháp hấp phụ khác Vật liệu hấp phụ đa dạng, kể đến như: than hoạt tính, silicagel, zeolit,… tùy loại cần xử lí mà chọn vật liệu hấp phụ phù hợp b Yêu cầu vật liệu hấp phụ - Vật liêu hấp phụ thường hạt có kích thước từ 6-10mm có độ rỗ lớn vật liệu hấp phụ phải đảm bảo yêu cầu + Có khả hấp phụ cao + Phạm vi tác dụng rộng- tách nhiều loại khí + Có độ bền học cần thiết + Có khả hồn ngun dễ dàng + Gía thành thấp c Phân loại vật liệu hấp phụ chia thành ba loại: + Vật liệu có cực: Trên bề mặt chúng xảy q trình hấp phụ hóa học không làm thay đổi cấu trúc phân tử chất khí cấu trúc bề mặt vật liệu hấp phụ + Vật liệu khơng có cực: Trên bề mặt chúng chủ yếu xảy tượng hấp phụ vật lí +Vật liệu mà bề mặt chúng xảy q trình hấp phụ hóa học q trình làm thay đổi cấu trúc phân tử khí Cơ chế hấp phụ *Q trình 1: Sự khuếch tán chất đến bề mặt vật liệu hấp phụ *Quá trình 2: Sự di chuyển chất đến mao quản vật liệu hấp phụ *Quá trình 3: Hình thành đơn lớp chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ - Ảnh hưởng nồng độ chất bị hấp phụ: Với nồng độ loãng , phụ thuộc mơ tả phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich hay phương trình Langmuir Cũng dùng phương trình Gibbs song song thường khơng xác định sức căng bề mặt ranh giới vật rắn – dung dịch nên khơng thể tính tốn trực tiếp từ phương trình - Ảnh hưởng dung môi: Giữa môi trương chất tan thường xảy cạnh tranh trình hấp phụ lên bề mặt vật rắn Về mặt nhiệt động học, chất có sức căng bề mặt nhỏ bị hấp phụ mạnh - Anh hưởng chất vật bị hấp phụ: Bản chất độ xốp vật hấp phụ ảnh hưởng lớn đến khả hấp phụ Vật hấp phụ xốp khả hấp phụ cao ngược lại Chất hấp phụ phân cực hấp phụ tốt chất phân cực ngược lại - Ảnh hưởng chất chất bị hấp phụ: Nếu có mặt chất bị hấp phụ có tác dụng làm giảm nhiều khác biệt độ phân cực bề mặt phân cách pha khả bị hấp phụ cao - Ảnh hưởng thời gian nhiệt độ: Sự hấp phụ dung dịch xảy chậm nhiều so với pha khí khuếch tán diễn chậm Đặc biệt, chất bị hấp phụ có kích thước lớn khó khuếch tán vào vật hấp phụ có đường kính lỗ xốp nhỏ, cần thời gian tiếp xúc dài để đạt tới trạng thái cân Các ứng dụng hấp phụ đời sống - Ứng dụng hấp phụ xử lí nước - Ứng dụng hấp phụ xử lí khí - Ứng dụng hấp phụ y học - Ứng dụng hấp phụ dầu mỏ II Ứng dụng hấp phụ xử li khí Xử lí khí thải phương pháp hấp phụ - Là trình phân li khí dựa lực số chất rắn số loại khí có mặt hỗn hợp khí nói chung khí thải nói riêng, q trình phân tử chất khí nhiễm khí thải bị giữ lại bề mặt vật liệu rắn Các phương thức hấp phụ - Để xử lí khí thải cách hiệu đem lại nhiều lợi nhuận chuyên gia lựa chọn tháp hấp phụ - Dưới hai phương pháp hấp phụ xử lí khí a Hấp phụ vật lí Các phân tử khí bị giữ lại bề mặt chất hấp phụ nhờ lực liên kết phân tử Qúa trình có tỏa nhiệt, độ tỏa nhiệt phụ thuộc vào cường độ lực liên kết phân tử b Hấp phụ hóa học Khí bị hấp phụ có phản ứng hóa học với vật liệu hấp phụ, lực liên kết phân tử trường hợp mạnh hấp phụ vật lí Do lượng nhiệt tỏa lớn cần nhiều lượng Nguyên lí hoạt động hấp phụ khí thải - Tháp hấp phụ có phận: Gía đỡ chứa than hoạt tính, cửa khí vào khí ra, thân thiết bị, giá đỡ thiết bị - Phương pháp hấp phụ có khả làm khơng khí cao, hiệu xử lí 90% Qúa trình hấp phụ xảy buồng hấp phụ có chứa vật liệu hấp phụ, dịng khí thải dẫn qua tháp, theo chất cần hấp phụ giữ lại bề mặt vật liệu hấp phụ dịng khí dẫn ngoài, vật liệu thường xử dụng than hoạt tính - Khí dung mơi vào thiết bị hấp phụ theo hướng từ xuống Khí sau hấp phụ thiết bị Sau thời gian định luồng khí chưá dung mơi thiết bị hấp phụ lại Khí thải đưa vào thiết bị tiến hành trình giải hấp - Nếu dung mơi trộn lẫn nước tách việc chưng cất Trước quay trở lại thiết bị hấp phụ, chất hấp phụ cần làm nguội làm khơ Nhằm mục đích giữ khả cung cấp vào để tiếp tục lại trình - Thiết bị hấp phụ phải đảm bảo kích thước để chứa chất hấp phụ đủ lớn, đảm bảo vận tốc khí tồn thiết diện ngang thiết bị nằm khoảng từ 0.1-0.5m/s Thiết bị chuyển động đứng từ xuống để xử lí khí có lưu lượng 1,4-2 m3/s Thiết bị dùng chuyển động ngang để xử lí khí có lưu lượng lớn đến 20m3/s - Giải hấp khử hấp phụ giai đoạn quan trọng chu trình hấp phụ, khẳng định tính hồn thiện q trình làm khí thải Q trình nhằm khơi phục lại hoạt tính vốn có chất hấp phụ q trình hấp phụ ngược Cách tiến hành - Cho tiếp xúc hai pha khơng hịa tan pha rắn ( chất hấp phụ) với pha khí Dung chất (chất bị hấp phụ) từ pha khí đến pha rắn nồng độ dung chất phân bố hai pha đạt cân - Bây ta cần phải tiến hành giải thoát dung chất khỏi pha rắn, tức giải thoát chất ô nhiễm bị hấp phụ khỏi bề mặt vật liệu Qúa trình gọi trình giải hấp hồn ngun Qúa trình hồn ngun- giải hấp phụ - Khi xuất điểm ngưng, tức nồng độ chất nhiễm pha khí đầu thiết bị bắt đầu tăng vượt giới hạn cho phép, cần phải ngưng chu kì hấp phụ chuyển sang chu kì hồn ngun - Là trình ngược với trình hấp phụ, dựa nguyên tắc sử dụng yếu tố bất lợi với trình hấp phụ: + Giảm nồng độ chất bị hấp phụ để thay đổi cân hấp phụ +Tăng nhiệt độ làm lệch hệ số cân hấp phụ trình tỏa nhiệt thực chất làm yếu tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ +Thay đổi chất tương tác hệ thống qua thay đổi pH môi trường + Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh để đẩy chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất rắn + Sử dụng tác nhân vi sinh vật + Giải hấp phụ mang đặc trưng hiệu kinh tế chất hấp phụ rẻ tiền mà phương pháp tái sinh tốn nên sử dụng lần Cần tính tốn kĩ lưỡng trước tái sinh + Trong thực tế người ta thường áp dụng số phương pháp sau để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ • Hồn ngun nhiệt • • • • Hoàn nguyên áp suất Hoàn nguyên khí trơ Hồn ngun cách đuổi Hồn ngun nước Ưu nhược điểm hấp phụ xử lí khí: a) Ưu điểm - Áp dụng phương pháp xử lí khí thải đạt hiệu kinh tế cao - Có khả làm khơng khí cao (hiệu xử lý lên đến 90%) - Giá thành xử lý thấp (do vật liệu hấp phụ có khả tái sinh, tiết kiệm chi phí xử lý cho nhà máy) - Phạm vi tác dụng rộng (Tách nhiều lọi khí khác nhau) - Có độ bền học cần thiết: khơng bị vỡ vụn, nghiền nhỏ trình vận chuyển b) Nhược điểm - Không thể sử dụng nguồn thải có tải trọng nhiễm cao - Q trình xử lý thường phải thực theo phương thức gián đoạn Hệ thống xử lí khí Đất nước ngày phát triển, kéo theo phát triển khoa học kĩ thuật Cơng nghiệp hóa, đại hóa ngày đại khu cơng nghiệp, nhà máy không ngừng xây dựng Việc áp dụng công nghệ sản xuất tiên tiến, gia tăng sản phẩm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng người dân Tuy nhiên xu hướng phát triển kinh tế, vấn đề môi trường chưa quan tâm mực, đặc biệt việc xử lí khí thải khu cơng nghiệp, nhà máy, xí nghiệp sản xuất Vì việc hiểu áp dụng phương pháp xử lí khí thải hoạt động sản xuất công nghiệp vấn đề lớn cần quan tâm xã hội - Vậy hệ thống xử lí khí thải tổ hợp tất thiết bị cơng nghiệp sử dụng để gom lượng khí thải sản sinh trình sản xuất buồng chứa để làm chúng phương pháp học trước thải khí ngồi mơi trường, đảm bảo khí thải mơi trường Xử lí khí thải q trình xử lí lượng khí thải từ nhà máy xí nghiệp q trình hoạt động Tùy vào đặc tính sản xuất nhà máy mà khí thải mơi trường có thành phần tính chất khác Các chất thường gặp khí thải ngành cơng nghiệp H2S, SO2, CO2, tro bụi trình đốt nhiên liệu nhà máy nhiệt điện, lò đốt than, nhà máy sản xuất xi măng Dựa vào thành phần khí thải thóat đơn vị mà ta có phương án phù hợp để xử lí triệt để nguồn khí gây nhiễm - Cấu tạo hệ thống xử lí khí thải bao gồm: + Hệ thống điều khiển điện + Quạt bụi khí thải + Hệ thống đường ống dẫn + Tháp xử lí khí thải + Bể chứa + Cổng khí - Quy trình xử lí khí thải q trình sản xuất Trong q trình sản xuất khí thải đưa đến khu vực hệ thống gom khí để xử lí đưa qua buồng lắng để thu hồi bụi Dịng khí qua buồng lắng dẫn vào tháp hấp phụ Khí thải cịn khí thải CO dẫn đến buồng đốt khí CO Tại sử dụng phương pháp thiêu đốt có xúc tác bước xử lí cuối để đưa khí thải ngồi Ứng dụng hấp phụ xử lí khí Xử lý khí thải phương pháp hấp phụ có ứng dụng nhiều cho trường hợp đây: - Xử lý khí thải nhiễm phát sinh nhà máy, xưởng sản xuất - Cơng nghệ làm khí thải từ công nghiệp sợi VISCO khỏi CS2 - Sử dụng để hấp phụ khí thải cần xử lý SOx, HCl, HF, NOx, Cl2, H2S, axeton… - Xử lí khí thải lị đốt chất thải rắn y tế, sản xuất phân bón,… - Thu hồi chất tuần hồn chuyển sang cơng đoạn sản xuất khác - Nồng độ chất ô nhiễm không nhỏ Với ứng dụng trên, việc xử lý khí thải phương pháp hấp phụ phù hợp sử dụng cho ngành đây: - Các nhà máy chế biến hải sản, thực phẩm Các nhà máy chế biến khoáng sản, khai thác đá Nhà máy sản xuất xi măng, lò gạch, lị hơi… Một số hình ảnh tham khảo thiết bị hấp phụ xử lí khí Tháp hấp phụ xử lí khí độc hại Hệ thống hấp phụ xử lí khí hiệu Tháp hấp phụ xử lí khí nhà máy N Một góc tháp hấp phụ xử lí khí 10 Tài liệu tham khảo https://boncomposite.com/tim-hieu-thap-hap-phu-trong-xu-ly-khi-thai/ https://moitruonganhduong.vn/xu-ly-khi-thai-bang-phuong-phap-hap-phu https://pendin.vn/1700-2/?fbclid=IwAR34reAfuKY7iAdSP5DfcIfx5gPgn1_3owrtiOR1RgOgcQyNp6ILmoq97U https://xemtailieu.net/tai-lieu/tieu-luan-mon-cong-nghe-xu-ly-khi-thai-va-tieng-onphuong-phap-hap-phu-trong-xu-ly-moi-truong-1-524982.html