ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ CLO

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ CLO

1

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

I.1 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN NaOH-Cl 2 :

I.1.1 Công Nghệ Sản Xuất Xút:

Sản xuất xút(NaOH) 31,5% được sản xuất theo phương pháp điện phân nước

muối trong thùng điện phân có màng trao đổi iôn Quá trình điện phân xảy ra theo

phương trình

2NaCl + 2H 2 O -> 2NaOH + Cl 2 + H 2

Quy trình sản xuất được hình thành từ 5 công đoạn sản xuất chính là:

1 Công đoạn tinh chế nước muối sơ cấp

Muối nguyên liệu từ kho chứa được đưa vào thiết bị hòa tan bằng băng tải

Nước muối đi từ dười lên qua cột muối Tiếp đó các iôn Ca2+

, Mg2+, SO42- có ảnh hưởng xấu đến quá trình điện phân được kết tủa bằng Na2CO3, BaCl2, NaOH theo

phương trình:

SO 4 2- + BaCl 2 -> BaSO 4 + 2Cl -

Ca 2+ + Na 2 CO 3 -> CaCO 3 + 2Na +

Mg 2+ + NaOH -> Mg(OH) 2 + 2Na +

2 Công đoạn điện phân

Hệ thống thùng điện phân hoạt động theo công nghệ màng trao đổi iôn Quá

trình điện phân xảy ra theo phương trình:

2NaCl + 2H 2 O -> 2NaOH + Cl 2 + H 2

3 Công đoạn xử lý nước muối thứ cấp và nước muối nghèo

Trong quá trình điện phân đồng thời xảy ra phản ứng phụ tạo ra sản phẩm

không mong muốn như ClO

-, ClO3- Các iôn này tồn tại trong nước muối nghèo và có hại đối với quá trình tái bão hòa nước muối, do đó cần được xử lý theo các bước sau

đây:

Dùng axit HCl phân hủy ClO-

, ClO3- thành Cl2

HCl + HClO -> Cl 2 + H 2 O HCl + NaClO 3 -> Cl 2 + NaCl + H 2 O

Tách khí clo ra khỏi dung dịch nước muối bằng cách giảm áp suất riêng phần

trên bề mặt dung dịch trong tháp đệm làm việc ở áp suất chân không

4 Công đoạn điều dụng xút

2

NaOH sau khi ra khỏi thùng điện phân một phần tuần hoàn về thùng điện phân,

phần còn lại được đưa tới hệ thống kho chứa hoặc hệ thống phân phối sử dụng

5 Công đoạn điều dụng khí clo, hydro

Khí clo, hidro ra khỏi thùng điện phân sẽ được làm nguội, điều chỉnh áp suất

thích hợp bảo đảm cho hệ thống luôn làm việc ở áp suất âm đối với clo và dương đối

với hydro Quạt đẩy vận chuyển khí clo đến vị trí có nhu cầu sử dụng thuộc các dây

chuyền sản xuất sản phẩm gốc clo

I.1.2 Công Nghệ Sản Xuất HCl:

Axit HCl được tổng hợp từ khí clo và hidro đã làm nguội, ở điều kiện áp suất

dương Quá trình tổng hợp là phản ứng giữa khí clo và hydro xảy ra trong tháp hỗn

hợp

v PHÂN TÍCH CÁC KHÍ Ô NHIỄM TỪ QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN :

Có một vài nguồn gây ô nhiễm cho trong các quá trình điện phân Do các điện

cực làm việc ở điều kiện chân không thấp, trong trường hợp không giữ được điều kiện

làm việc thì có thể gây ra áp suất và dẫn tới khí cho có thể thoát ra ngoài không khí

Ngoài ra còn có một lượng nhỏ clo bị thoát ra do lấy mẫu và khi thay điện cực Khí clo

cũng có thể bị thoát ra ngoài ở chỗ các van, vòng đệm của bơm và trục của máy nén

Tại khu vực cho clo vào bình hoặc thùng chứa clo cũng có thể có clo thoát ra với lượng

nhỏ khi cấp clo hoặc lấy ra

Khí HCl được hình thành trong tháp tổng hợp HCl từ H2 và Cl2 , khí này được

đưa sang tháp hấp thụ tại đây axit HCl đặc được tạo ra do quá trình hấp thụ hơi HCl

bằng axit loãng Dòng khí ra khỏi tháp hấp thụ được tiếp tục đi qua thiết bị phun để thu

hồi phần hơi axit còn lại

Sau tháp tổng hợp HCl, khí thải ra còn chứa hơi HCl chưa hấp thụ hết, một

lượng khí Cl2 còn lại cùng với khí hidro và hơi nước Tuy nhiên hàm lượng khí Cl2

tương đối nhỏ nên không đáng kể nên khí thải chính là HCl với hàm lượng

y (phần khối lượng) Ta sẽ lựa chọn phương pháp hợp lý thiết kế tháp có năng

suất 5000m3/h để xử lý lượng khí thải HCl trên trước khi thải ra ngoài môi trường

I.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHÍ THẢI Cl 2 - HCl:

I.2.1 Nguồn Gốc:

Trong khí quyển, khí Clo và HCl cĩ nhiều ở vùng nhà máy hĩa chất , các nhà máy

sản xuất bột giặt , chất tẩy rửa

Khi đốt than , giấy , chất dẻo và nhiên liệu rắn cũng tạo ra khí clo và HCl

Khí thải từ các nhà máy gia công bề mặt kim loại điển hình là nhà máy mạ kẽm

bằng phương pháp nhúng nóng với công suất hàng trăm nghìn tấn

I.2.2 Đặc Điểm

3

Dung dịch HCl được tạo thành từ khí hydroclorua hoà tan trong nước

Khi mở nút chai đựng HCl thường bốc ra khói trắng

Khí HCl gặp hơi nước trong không khí thường ngưng tụ thành các giọt nhỏ rất

kích ứng

I.2.3 Tác Hại :

Gây kích ứng , làm hư hại , tổn thương (bỏng) các bộ phận cơ thể tiếp xúc , va

chạm gây dính như : đường hô hấp, đường tiêu hóa , mắt , da, răng …

Theo kết quả nghiên cứu của Tổ chức Y tế thế giới(WHO), HCl có thể gây ảnh

hưởng hệ thống vị giác, mắt, da, mũi, mồm

- Bắt đầu ở nồng độ 0,1-3,23 mg/m3 đã thấy có mùi; từ 2,83-12,8 mg/m3 thấy

mùi rõ và từ 8,3-32,9 mg/m3: thấy mùi nặng

- Công nhân làm việc nồng độ 15 mg/m3ở thời gian dài có thể bị hỏng răng

và để bảo vệ sức khỏe công nhân nên duy trì nồng độ ở mức 2,9 mg/m3

- Không gây ung thư

Khi hít phải các hơi axit trong không khí hoặc các sản phẩm của hơi axit luôn

luôn bốc ra khí HCl gây kích ứng đường hô hấp khi tác dụng với kim loại và đun nóng

càng bốc ra nhiều khí HCl , có thể gây viêm phổi hóa học

HCl làm cho cây cối chậm phát triển , với nồng độ cao thì cây chết

HCl có tác dụng làm giảm độ mỡ bóng của lá cây , làm cho các tế bào biểu bì

của lá bị co lại

I.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHUNG :

Đối với khí thải công nghiệp , các cơ sở cần xử lý tại nguồn , các phương pháp

căn bản có thể áp dụng là:

- Pha loãng khí bằng ống khói có chiều cao phù hợp

- Thay đổi nhiên liệu , nguyên vật liệu thiết bị nhằm giảm ô nhiễm

- Lắp đặt các hệ thống xử lý ô nhiễm (lắng , lọc , hấp thụ hấp phụ , phân hủy

sinh học…)

I.3.1 Cơ Sở Lý Thuyết Của Quá Trình Xử Lý Khí Độc Hại :

Gồm 3 phương pháp chính :

- Hấp thụ các chất khí độc hại bằng chất lỏng (nước , dung dịch …)

- Hấp phụ các chất ô nhiễm trên bề mặt vật liệu rắn ( than hoạt tính , than bùn

than nâu , đất xốp, phân rác….)

- Biến đổi hóa học các chất ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt ( đốt cháy sau )

hoặc xử lý bằng chất xúc tác đối với khí thải

I.3.2 Hấp Thụ Khí Bằng Chất Lỏng :

Hấp thu là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng

do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng Nếu quá trình xảy ra ngược lại, nghĩa là cần sự

4

truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhả khí Nguyên lý của cả hai

quá trình là giống nhau

Quá trình hấp thu tách bỏ một hay nhiều chất ô nhiễm ra khỏi dòng khí thải

(pha khí) bằng cách xử lý với chất lỏng (pha lỏng) Khi này hỗn hợp khí được cho tiếp

xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp

khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng

- Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thụ

- Chất lỏng dùng để hấp thu gọi là dung môi (chất hấp thụ)

- Khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ

Nguyên tắc: cho khí thải tiếp xúc với chất lỏng , các khí này hoặc được hòa tan

vào chất lỏng hoặc được biến đổi thành phần

Hiệu quả của hấp thụ phụ thuộc vào :

ü Sự tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng

ü Thời gian tiếp xúc

ü Nồng độ môi trường hấp thụ

ü Tốc độ phản ứng giữa chất hấp thụ và khí thải

Phương pháp này được sử dụng nhiều trong khử SOx trong khí thải do đốt than,

dầu và từ lò nấu kimloại , khử hơi H2SO4 từ công nghệ sản xuất hóa chất; khử H2S từ

công nghệ xử lý khí thiên nhiên và lọc dầu ; khử khí Cl2 từ sản xuất hóa chất;khử NH3

từ quá trình mạ kim loại và khử các halogen,CO2, NO2 và bụi từ các quá trình công

nghệ khác …

I.3.3 Hấp Phụ Khí Bằng Vật Liệu Rắn :

Quá trình hấp phụ phù hợp cho những trường hợp sau :

1 Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó cháy

2 Chất khí cần khử là có giá trị và cần thu hồi

3 Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các khí khử khác không

thể áp dụng

Hấp phụ bao gồm 2 loại

I.3.3.1 Hấp Phụ Vật Lý :

Ưu điểm :

- Hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch vì vậy để thu hồi chất bị hấp phụ

có giá trị hoặc hoàn nguyên chất hấp phụ đã bão hòa để tái sử dụng

- Tồc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh

Khuyết điểm :

- Lượng khí bị hấp phụ vật lý giảm đi rất nhanh khi nhiệt độ tăng và có trị số

rất bé khi cao hơn nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ

I.3.3.2 Hấp Phụ Hóa Học :

5

- Lượng nhiệt tỏa ra lớn hơn nhiều so với lượng nhiệt được giải phóng vì thế

năng lượng cần cho phản ứng các chất ấy trong pha khí

- Tính không thuận nghịch vì vậy bản chất hóa học của chất khí thay đổi khi

giải hấp

Phạm vi ứng dụng : tái sinh hơi cồn từ kho chứa rượu , lọc sạch khí thải lò đốt ,

khử ẩm trong không khí , khử khí độc hại và mùi trong khí thải , thu hồi các loại khí có

giá trị lẫn trong không khí thải

I.3.4 Xử Lý Ô Nhiễm Bằng Quá Trình Thiêu Đốt-Đốt Cháy Sau :

Lượng khí thải lớn nồng độ cháy được lại rất bé , đặc biệt là những chất ô

nhiễm có mùi khó chịu

Nguyên lý : đốt cháy trực tiếp các hơi khí độc cần xử lý để tạo nên sản phẩm

cháy là các loại khí khác

Ưu điểm :

- Phân hủy được hoàn toàn các chất ô nhiễm cháy được khi thiết bị thiêu đốt

được thiết kế và vận hành đúng quy cách

- Thích ứng với thay đổi nồng độ lưu lượng khí

- Hiệu quả xử lý cao

- Không cần hoàn nguyên

- Tận dụng được nhiệt thải

Khuyết điểm :

- Chi phí đầu tư và vận hành lớn

- Phức tạp thêm vần đề ô nhiễm không khí do có chứa thêm những hợp chất

của clorin, nitơ và lưu huỳnh… ngoài các nguyên tố C , H , O

- Cung cấp thêm nhiên liệu , chất xúc tác gây cản trở hoạt động thiết bị

I.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

Trong 3 phương pháp trên , để xử lý lượng khí HCl do nhà máy điện phân

NaOH-CL2 thải ra phương pháp thường được sử dụng hơn cả là hấp thụ và hấp phụ

Hấp thụ hidro clorua bằng nước được thực hiện trong các thiết bị khác nhau

Hiệu quả xử lý phụ thuộc lượng nước tưới Trong tháp đệm hiệu quả có thể đạt 88%,

tháp đĩa 90-99%, tháp dĩa chóp 97,8%

Để hấp thụ hidro clorua người ta thường sử dụng nước,dung dịch kiềm NaOH,

Ca(OH)2 hoặc Na2CO3 để hấp thụ HCl cho phép tăng hiệu quả xử lý và đồng thời

trung hòa nườc thải Phương pháp cho phép tận dụng hidro clorua để sản xuất các

clorua kim loại: CaCl2 ,FeCl3 ,ZnCl2 ,BaCl2 ,NaCl

Để hấp phụ hydro clorua người ta có thể dùng oxit clorua sắt và clorua oxit

đồng trong hỗn hợp với oxit magiê,sunfat và photphat đồng ,chì ,cadmi tạo thành các

phức với 2 phân tử HCl và vài vật liệu polime hữu cơ,zeolit…Các hợp chất hấp phụ này

cho phép xử lý khí với nồng độ HCl thấp đến 1% thể tích trong khoảng nhiệt độ

6

rộng.Phương pháp này ít được sử dụng là do chi phí phục hồi chất hấp phụ lớn,chất hấp

phụ thường đắt và hiếm

Từ việc phân tích ưu và nhược điểm của từng phương pháp trên và theo yêu cầu

của đồ án : năng suất cuả tháp là 5000 m3/h ,khí đạt tiêu chuẩn loại B: nồng độ đầu ra

200 mg/l (TCVN 5939-1995), hiệu suất xử lý của thiết bị chính đạt được 90% , ta sẽ

chọn thiết bị xử lý dùng trong trường hợp này là HẤP THỤ

7

II.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

II.1.1 Cơ Chế Quá Trình:

Hấp thu là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng trong rất nhiều quá

trình khác.Hấp thu trên cơ sở của quá trình truyền khối ,được mô tả và tính toán dựa

vào phân chia 2 pha (cân bằng pha, khuếch tán)

Cơ chế quá trình có thể chia thành 3 bước:

+ Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt

của chất lỏng hấp thụ Nồng độ phân tử ở phía chất khí phụ thuộc vào cả 2 hiện tượng

khuếch tán:

Khuếch tán rối: có tác dụng làm nồng độ phân tử được đều đặn trong khối khí

Khuếch tán phân tử: làm cho các phân tử khí chuyển động về phía lớp biên

Trong pha lỏng cũng xảy ra hiện tượng tương tự như thế:

Khuếch tán rối: được hình thành để giữ cho nồng độ được đều đặn trong toàn bộ

khối chất lỏng

Khuếch tán phân tử: làm dịch chuyển các phân tử đến lớp biên hoặc từ lớp biên

đi vào pha khí

+ Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ

+ Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt nhăn cách vào sâu trong lòng chất

lỏng hấp thụ

Quá trình hấp thụ phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ

trong pha khí

II.1.2 Quá Trình Trao Đổi Chất:

Khi chất ô nhiễm từ khí thải vào chất lỏng hấp thụ các phân tử được trao đổi qua

vùng ranh giới gọi là lớp biên (màng, phim) Các phân tử đi qua lớp biên từ cả 2 phía,

một số từ phía chất khí, một số từ phía chất lỏng

Cường độ trao đổi phụ thuộc vào các yếu tố tác động lên hệ thống như áp suất,

nhiệt độ, nồng độ và độ hòa tan của phân tử Cường độ trao đổi sẽ tăng nếu giữa pha

lỏng và pha khí có diễn ra phản ứng hóa học hay các phân tử khí không hể quay trở về

khối khí khi có tác động của các quá trình vật lý

Quá trình hấp thụ kèm theo sự tỏa nhiệt và làm tăng nhiệt độ của hệ thống

Khi pha khí phân tán vào pha lỏng xảy ra hiện tượng dẫn nhiệt làm năng lượng của

cấu tử pha khí bị giảm Hiện tượng này xảy ra là do sự chuyển động hỗn loạn của các

phân tử khí, làm cho các phân tử này bị xáo trộn từ đó dẫn tới sự cân bằng năng lượng

8

giữa hai pha Nhờ có chuyển động này mà sự khác biệt cục bộ về nồng độ chất khí

trong hỗn hợp sẽ được giảm dần ngay cả khi không có sự can thiệp của ngoại lực như

quấy, lắc

Mặt khác tổng thể tích của hệ thống trong quá trình hấp thụ cũng bị giảm do thể

tích pha khí giảm Theo Nguyên lý Le Chartelier: độ hòa tan của khí trong chất lỏng

tăng nếu tăng áp suất và giảm nhiệt độ của quá trình

Trong thực tế có 2 hiện tượng hấp thụ:

Hấp thụ đẳng nhiệt: được tiến hành với sự giải nhiệt pha lỏng bằng thiết bị

truyền nhiệt bố trí trong tháp hấp thụ Nếu nồng độ ban đầu không lớn hoặc khi lưu

lượng chất lỏng lớn thì sự thay đổi nhiệt độ của chất lỏng không đáng kể

Hấp thụ đẳng áp: diễn ra khi không có sự trao đổi với môi trường bên ngoài,

khi này cơ cấu thiết bị được đơn giản hóa nhưng điều kiện cân bằng không tốt

Có 2 phương pháp hấp thụ :

Hấp thụ vật lý: được dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng

Hấp thụ hóa học: có phản ứng hóa học giữa chất bị hấp thụ và chất hấp thụ

Khi này hiệu nồng độ ở bề mặt phân chia pha tăng, vận tốc hấp thụ hóa học tăng hơn

khi hấp thụ vật lý Vận tốc phản ứng hóa học càng tăng, vận tốc hấp thụ hóa học càng

tăng

II.2 CÁC LOẠI THÁP HẤP THỤ

Thiết bị hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng càng

lớn càng tốt Có nhiều dạng tháp hấp thu:

1 Tháp phun:

Là tháp có cơ cấu phun chất lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất trong đó chất

lỏng được phun thành những giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi

qua Tháp phun đươc sử dụng khi yêu cầu trở lực bé và khí có chứa hạt rắn

2 Tháp sủi bọt:

Khí được cho qua tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nước mỏng

3 Tháp sục khí:

Khí được phân tán dưới dạng các bong bóng đi qua lớp chất lỏng Quá trình phân

tán khí có thể thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ hoặc bằng cách

khuấy cơ học

4 Tháp đệm:

Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của

lớp đệm để dòng khí tiếp xúc khi đi từ dưới lên Tháp đệm thường được sử dụng khi

năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng : khí lớn, khí không chứa bụi và hấp thụ

không tạo ra cặn lắng

9

Cho phép vận tốc khí lớn nên đường kính tháp tương đối nhỏ, kinh tế hơn những

tháp khác Được sử dụng khi năng suất lớn, lưu lượng lỏng nhỏ và môi trường không ăn

mòn

Tháp hấp thụ phải thoả mãn những yêu cầu sau: hiệu quả và có khả năng cho khí

đi qua, trở lực thấp (<3000Pa), kết cấu đơn giản và vận hành thuận tiện, khối lượng

nhỏ, không bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp thụ

Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ của mỗi khí bị giảm xuống

Khí hấp thụ hoá học trong tháp xuất hiện đối lưu bề mặt, nghĩa là trên bề mặt phân

chia pha xuất hiện dòng đối lưu cưỡng bức thúc đẩy quá trình truyền khối

II.3 DUNG MÔI HẤP THỤ :

Chất hấp thụ có thể là H2O , dung dịch NaOH , KOH , Ca(OH)2 , Na2CO3 ,

K2CO3…

II.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ HẤP THU:

II.4.1 Aûnh Hưởng Của Nhiệt Độ:

Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henry sẽ tăng

Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung Nếu đường làm

việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, số đĩa lý thuyêt sẽ tăng và chiều

cao của thiết bị sẽ tăng Thậm chí có khi tháp không làm việc được vì nhiệt độ tăng

quá so với yêu cầu kỹ thuật Nhưng nhiệt độ tăng cũng có lợi là làm cho độ nhớt cả hai

pha khí và lỏng tăng

II.4.2 Aûnh Hưởng Của Aùp Suất :

Nếu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng áp suất trong tháp thì hệ số cân

bằng sẽ tăng và cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành

Khi đường làm việc AB không đổi dẫn đến động lực trung bình tăng quá trình

truyền khối sẽ tốt hơn vì thế số đĩa lý thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp thấp hơn

Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăng nhiệt độ Mặt khác, sự tăng

áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vậân hành của tháp hấp thụ

II.4.3 Các Yếu Tố Khác:

Tính chất của dung môi, loại thiết bị, cấu tạo thiết bị, độ chính xác của dụng cụ đo,

chế độ vận hành tháp… đều có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu

II.5 CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ KHÍ CL 2 VÀ HCl BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP

THỤ

II.5.1 Hấp Thụ Bằng Huyền Phù CaCO 3 , Sữa Vôi :

Ca(OH)2 + 2Cl2 = Ca(OCl)2 + CaCl2 + 2H2O Phản ứng trên xảy ra trong môi trường kiềm (đầy đủ vôi ) và cho ra các chất canxi

hypoclorit , canxi clorua và nước

10

Ca(OCl)2 + 4HCl = CaCl 2 + 4HClO Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O

Ưu điểm :

a Rẻ nhất , tác chất dễ kiếm

b Không cần chống ăn mòn thiềt bị kĩ lưỡng vì môi trường kiềm

Nhược điểm

a Hiệu quả xử lý không cao , dễ bị đóng cặn gây tách nghẽn đường ống

b Dùng dung dịch NaOH và Na2CO3 hiệu quả tăng đến 98%

II.5.2 Hấp Thụ Bằng Phương Pháp Axit

Phương pháp này được sử dụng nhiều khi trong khí thải ngoài clo và hidro clorua

còn chứa nhiều khí suafua dioxit

Ưu điểm :

a Phương pháp axit cho khả năng hấp thụ đồng thời clo và sunfua dioxit

Nhược điểm :

b Vận hành tốn kém do kèm theo xử lý thêm hidro sunfua

II.5.3 Hấp Thụ Khí HCl Bằng Nước :

II.6 LỰA CHỌN THIẾT BỊ

Từ những điều phân tích ở trên,ta sẽ lựa chọn tháp hấp thụ là tháp đệm vì năng

suất tháp khoảng 5000m3/ngày tương đối nhỏ hơn nữa HCl là một môi trường ăn mòn

cao , quá trình điện phân cũng không phát sinh nhiều bụi

Dùng dung môi hấp thụ là nước do những ưu điểm đã được phân tích ở trên

11

III.1 YỀU CẦU THIẾT KẾ:

III.1.1 Đầu đề các số liệu cho Các số liệu ban đầu cho thiết kế như sau:

- Năng suất 5000 m3/h

- Đạt tiêu chuẩn khí thải loại B

- Hiệu suất xử lý của thiết bị chính 90%

Các số liệu tự chọn:

- Nhiệt độ pha khí HCl: 300C

- Nhiệt độ của nước : 300C

- Aùp suất khí quyển : 1at

III.1.2 Yêu cầu thiết kế:

Thiết kế hệ thống xử lý khí thải HCl từ nhà máy điện phân NaOH-Cl 2

III.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ :

III.3 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ :

Khí thải HCl từ quá trình điện phân đi vào Scubơ để lọc bỏ bụi Sau đó được đưa

qua tháp hấp thụ Nước từ bể chứa được bơm lên bồn cao vị để chảy vào tháp hấp

lọc bụi

Bụi

Tháp hấp thụ

Bơm

Bồn cao vị

Bể chứa Nước

Oáng khói Phát thải

Bồn chứa

12

thụ.Nước được đưa vào tháp hấp thụ qua bộ phận phân phối lỏng phải thấm ướt toàn bộ

vật chêm tiếp xúc với khí thải HCl đi từ dưới lên Tại lớp vật liệu đệm trong tháp sẽ

xảy ra quá trình hấp thụ khí thải HCl vào trong dung môi là nước.Do hiệu suất hấp thụ

của tháp hấp thụ chỉ đạt đến 90% nên khoảng10% lượng khí thải sẽ thoát ra ngoài qua

quạt hút đi vào ống khói thải ra khí quyển với tiêu chuẩn thải được cho phép.90% khí

thải HCl được hấp thụ vào nước thành dung dịch axit clohidric.Dẫn dung dịch qua bể

trung hòa cho hoàn lưu trở lại tháp hấp thụ, phần còn lại cho qua hệ thống xử lý nước

thải của nhà máy

13

Các thông số chọn:

- Nhiệt độ pha khí HCl: 300C

- Nhiệt độ của nước : 300C

- Aùp suất khí quyển : 1at

IV.1 TÍNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO, ĐẦU RA:

Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí ở đầu vào thiết bị

Gđ =V0 ρ0

4,22

14

,220

d B d

08,015,36

08,0

5,36

08,0

−+

=

−+

=

B d

A d A d

d

M

y M

y M

y

4,22

290646,0.4,22

5,

m Kg

1463,0

Kgkk KgHCl G

14

Nồng độ phần khối lượng HCl ở đầu ra:

)/(

0087,06819,1

0146,0

Kgkk KgHCl G

IV.2 XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG KHỐI LƯỢNG PHA LỎNG

Lưu lượng pha lỏng(nước) được tính bằng phương pháp đồ thị.Trên đồ thị ta dựng

đường cân bằng và đường làm việc của quá trình hấp thụ

IV.2.1 PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG CÂN BẰNG:

Đường cân bằng dựng được nhờ vào phương trình Henry:

)1(

*

P

H X M M

X p

H M

M Y

C

A B

A

−+

MA , MB ,MC : lần lượt là khối lượng phân tử của khí HCl,không khí,nước

H: hằng số Henry(tra bảng IX.1 trong[1])

P: áp suất tuyệt đối trong thiết bị

Nồng độ tối đa HCl trong chất lỏng có thể xác định từ phương trình(*):

Ơû điều kiện 300C hằng số Henry tra bảng IX.1[1] H=2200mmHg

18

5,36

.760

2200.29

5,360870,0

max

max

X

X Y

L: lưu lượng chất lỏng(kg/s)

c: nhiệt dung riêng của nước c=4,19KJ/Kg.K

tđ,tc : nhiệt độ đầu và cuối của nước

• Lượng khí hòa tan trong lỏng: L.q 

x) : tra bảng thay đổi theo nhiệt độ

• Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

=

Nhiệt độ chất lỏng tc tương ứng với nồng độ Χcđược xác định theo phương trình

cân bằng nhiệt lượng:

10.925,1

3,3230

+

đối với nhiệt độ này hằng số Henry là H=2230 mmHg

Từ công thức (*) ta tính được nồng độ cân bằng:

Kgkk KgHCl

)760

22301

.(

005,018

5,36

005,0

760

2230.29

5,36

=

−+

=

Tính tương tự cho các khoảng tiếp theo ta được bảng số liệu sau:

Nồng độ HCl Nhiệt độ chất hấp thụ (0C)

IV.2.2 Phương Trình Đường Làm Việc:

Dạng đường làm việc đi qua 2 điểm:

Y d

16

• A(X , d Y c) A(0;0,0087)

• B (X , c Y d ) Y d =0,087, điểm B là giao điểm của đường cân bằng và đuờng

làm việc Vì vậy ta dựng được đường làm việc của quá trình hấp thụ tương

ứng với lưu lượng chất hấp thụ tối thiểu (mmin)

KgH X

X

Y Y tg

m

d

c d

/9773

,100396,0

0087,0087,0

2

* min

3728,29773,1.2

=

d

Y dựa vào phương trình đường làm việc ⇒ X c =0,033

Lưu lượng nước hấp thụ:

Lđ = m.GBđ = 2,3728.1,6819 = 3,9908 Kg/s

Lưu lượng pha lỏng ở đầu vào: 4 Kg/s

Lưu lượng pha lỏng ở đầu ra:

4

1903

=+

17

IV.3 TÍNH THÁP HẤP THỤ

Chọn vật liệu đệm:(Bảng IX.8 Đặc trưng của đệm[1])

Đệm vòng rasig xếp ngẫu nhiên đệm bằng sứ :

• Kích thước: 30x30x3,5 mm

• Bề mặt tự do riêng σ = 165m2/m3

• Thể tích tự do vđ= 0,76m3/m3

• Số đệm trong 1 m3: 25.103

• Khối lượng riêng xốp: ρđ = 570 kg/m3

IV.3.1 Vận Tốc Dòng Khí Đi Trong Tháp :

Vận tốc dòng khí đi trong tháp:

n w

w k = g

wg: vận tốc tới hạn tương ứng với điểm nghịch đảo, nghĩa là chuyển từ chế độ chảy màng sang dạng như sương, xác định theo công thức:

8 / 1 4 / 1 16

, 0 3

2

).(

).(

75,1

lg

l k

tb tb

n x

l d

k d g

G

L A

v

ρm

mρ

ρσω

ρxđ=1000 (kg/m3)

780

016,011134

016,0

∑

x c

(016,05,36033,0.18

033,0.18

Kmolhhkhi KmolHCl

M X M

X M x

A c B

c b

+

=+

6965,18282,1

G G

ρđ .ρc : khối lượng riêng của khí ở đầu vào và đầu ra

( c)

B c A

4,224

,22ρ

)/

(0069,05,360087,0.29

0087,0.29

hi Kmolkhongk kmolHCl

M Y M

Y M y

A c B

c B

+

=+

=

)/(2969,1)0069,01(4,22

290069,04,22

5,

m Kg

ρ

Khối lượng riêng trung bình của pha khí:

)/(3066,1)2969,13163,1.(

5,

m Kg

ρ

• Giá trị A=0,022 khi hấp thụ [1]

Vận tốc tới hạn:

125 , 0 25

, 0 16

, 0 3 3 2

2

784

3066,1.7624,1

0516,475,1022,010

.1

10.6918,0784.76,0.81,9

3066,1.165