đồ án xử lý khí thải

Tính chất:  SO2 là một khí vô cơ không màu, mùi kích thích mạnh, không cháy, có vị hăng cay dễ hóa lỏng, dể hòa tan trong nước với nồng độ thấp.. Hấp thụ SO 2 bằng nước:  Hấp thụ SO2 b

Đồ án

Xử lý khí thải

MỤC LỤC

1.1 Giới thiệu: 41.2 Tính chất: 41.3 Tác hại: 5

1.3.1 Đối với con người: 51.3.2 Đối với thực vật: 61.3.3 Đối với các công trình kiến trúc: 61.4 Ứng dụng: 71.5 Ý nghĩa môi trường: 81.6 Các phương pháp hấp thụ SO2: 8

1.6.1 Hấp thụ SO2 bằng nước: 81.6.2.Hấp thụ bằng đá vôi (CaCO3), vôi nung CaO hoặc vôi sữa (Ca(OH)2): 9

1.6.3 Hấp thụ SO2 bằng NH3: 111.6.4 Hấp thụ SO2 bằng MgO: 121.6.5 Hấp thụ SO2 bằng ZnO: 131.6.6 Xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ: 141.6.7 Xử lý SO2 bằng natri cacbonat: 141.6.8 Xử lý SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn: 151.7 Các loại thiết bị hấp thụ: 17

1.7.1 Tháp rỗng: 171.7.2 Tháp đệm: 181.7.3 Tháp mâm: 20

1.7.4 Tháp màng: 22

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 25

2.1 Sơ đồ công nghệ 252.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ: 26

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ 27

3.1 Nồng độ của SO2: 28

3.1.1 Nồng độ đầu vào của SO2 283.1.2 Nồng độ đầu ra của SO2 293.1.3 Hiệu suất hấp thụ 293.2 Lập phương trình đường cân bằng: 293.3 Lập phương trình đường làm việc: 303.4 Tính toán tháp hấp thụ: 31

3.4.1 Đường kính tháp hấp thụ: 313.4.2 Chiều cao tháp hấp thụ: 333.5 Tính toán trở lực: 38

3.5.1 Trở lực đệm khô: 383.5.2 Trở lực đệm ướt: 38

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 40

4.1 Tính toán các thiết bị phụ trợ: 40

4.1.1 Ống dẫn khí vào tháp: 404.1.2 Ống dẫn khí ra tháp:404.1.3 Ống dẫn dung môi vào tháp: 40

4.1.5 Vòi phun: 424.1.6 Bơm: 424.1.7 Quạt: 444.2 Tính cơ khí thiết bị: 44

4.2.1 Tính thân thiết bị: 444.2.2 Tính chiều dài đáy và nắp thiết bị (dạng elip có gờ): 46

4.2.3 Mặt bích: 474.2.4 Chân đỡ và tai treo: 48

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 51

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu:

 Sunfua dioxit là một hợp chất hóa học có công thức SO2 Chất khíquan trọng này là sản phẩm chính của sự

đốt cháy hợp chất lưu huỳnh và nó là một

mối lo môi trường đáng kể SO2 thường

được mô tả là "mùi hôi của lưu huỳnh bị

đốt cháy" Nó là sản phẩm tạo thành

trong quá trình núi lửa hoạt động và một

số hoạt động công nghiệp khác nhau

 SO2 là loại chất ô nhiễm

phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp cũng như trong sinh hoạt của con người.Nguồn phát thải SO2 chủ yếu là từ Các trung tâm nhiệt điện, các loại lò nung, lò hơikhi đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt có chứa lưu huỳnh hoặc các hợp chất lưuhuỳnh

 Ngoài ra, một số công đoạn sản xuất trong công nghiệp hóa chất,luyện kim, cũng thải vào bầu khí quyển một lương SO2 đáng kể Trên thế giới hàngnăm tiêu thụ gần 2 tỷ tấn than đá các loại và gần 1 tỷ tấn dầu mỏ Khi thành phầnlưu huỳnh trong nhiên liệu trung bình chiếm 1% thì lượng khí SO2 thải vào khíquyển là 60 triệu tấn/năm Đó là chưa kể lượng SO2 thải ra từ các ngành côngnghiệp khác

1.2 Tính chất:

 SO2 là một khí vô cơ không màu, mùi kích thích mạnh, không cháy,

có vị hăng cay dễ hóa lỏng, dể hòa tan trong nước với nồng độ thấp

 SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở –750C và nhiệt độ sôi ở –100C

 SO2 rất bền nhiệt (H0

tt = - 296,9 kJ/mol)

 SO2 oxy hóa chậm trong không khí sạch, do quá trình quang hoá hay

do sự xúc tác khí SO dễ dàng bị oxy hoá biến thành SO trong khí quyển và hòa tan

 Nó có khả năng làm mất màu dung dịch Brom và làm mất màu cánhhoa hồng.

 SO2 tan trong nước tạo thành axit yếu

kết hợp với nước tạo thành H2SO4 Đây chính là nguyên nhân tạo ra các cơn mưaacid mưa axit ăn mòn các công trình, làm cho thực vật, động vật bị chết hoặc chậmphát triển, biến đất đai thành vùng hoang mạc Khí SO2 gây ra các bệnh viêm phổi,mắt, da Nếu H2SO4 có trong nước mưa với nồng độ cao làm bỏng da người hay làmmục nát quần áo

1.3.1 Đối với con người:

 SO2 và hợp chất của SO2 là những chất có tính kích thích, ở nồng độnhất định có thể gây co giật cơ trơn của khí quản Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăngtiết dịch niêm mạc đường khí quản Khi tiếp xúc với mắt chúng có thể tạo thànhaxit

 SOx có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấphoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt Và cuối cùng chúng

có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn Khi tiếp xúc với bụi, SOx có thể tạo ra các hạtaxit nhỏ, các hạt này có thể xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúngnhỏ hơn 2-3 μm.m

 SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể của người qua da và gây ra cácchuyển đổi hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, amoniac bịthoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt Hầu hết dân cư sốngquanh khu vực nhà máy có nồng độ SO2, SO3 cao đều mắc bệnh đường hô hấp Nếuhít phải SO2 ở nồng độ cao có thể gây tử vong

30 – 20

13 – 8

500 – 400

100 – 5020

y, hàm lượng 0,15 - 0,30 ppm có thể gây độc tính cấp

1.3.3 Đối với các công trình kiến trúc:

Sự có mặt của SOx trong không khí ẩm tạo thành axit là tác nhân gây ăn mònkim loại, bê-tông và các công trình kiến trúc SOx làm hư hỏng, làm thay đổi tínhnăng vật lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôi, đá hoa, đá cẩmthạch; phá hoại các tác phẩm điêu khắc, tượng đài Sắt, thép và các kim loại khác ở

làm hư hỏng và giảm tuổi thọ các sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da vàgiấy

sử dụng chất bảo quản này cũng làm cho các loại hoa quả có hương vị khác

- Khí SO2 được sử dụng trong nghành công nghiệp chế biến rượuvang Tuy tỷ lệ rất ít, đóng vai trò như một chất kháng khuẩn và chống oxy hóa.Tùy từng quốc gia, có thể cho phép nồng độ SO2 trong rượu ở một mức độ nhấtđịnh Ở Mỹ là 350 ppm, EU là 160 ppm và 210 ppm đối với rượu vang đỏ và trắng,hồng Ở nồng độ thấp dưới 50 ppm SO2 không ảnh hưởng đén mùi vị của rượu,nhưng nếu nồng độ cao hơn, nó cũng tạo ra một hương vị khác

- SO2 còn được dùng trong quá trình vệ sinh thiết bị trong các nhàmáy sản xuất rượu

- Chống nấm mốc

 Làm tác nhân khử: Điôxít lưu huỳnh cũng là một chất khử Trongnước, sulfur dioxide có thể làm phai màu Cho nên nó thường được sử dụng để làmchất tẩy quần áo, tẩy trắng giấy, bột giấy Ngoài ra, nó còn được sử dụng để xử lýnước thải

 Làm thuốc thử và dung môi trong các phòng thí nghiệm: Lưu huỳnhdioxit là một dung môi trơ đa năng đã được sử dụng rộng rãi cho các muối hòa tanoxy hóa cao Nó cũng đôi khi được sử dụng như là một nguồn của nhóm sulfonyltrong tổng hợp hữu cơ

1.5 Ý nghĩa môi trường:

 Vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO2 từ lâu đã trở thành mốihiểm họa của nhiều quốc gia, nhất là các nước phát triển trên thế giới Vì những lý

do nêu trên, công nghệ xử lý khí SO2 trong khí thải công nghiệp đã được nghiên cứurất sớm và phát triển mạnh mẽ

 Ngoài tác dụng làm sạch bầu khí quyển, bảo vệ môi trường, xử lý khí

SO2 còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO2 thu hồi được từ khí thải lànguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit Sunfuric (H2SO4) và lưuhuỳnh nguyên chất

1.6 Các phương pháp hấp thụ SO 2 :

1.6.1 Hấp thụ SO 2 bằng nước:

 Hấp thụ SO2 bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớmnhất để loại bỏ khí SO2 trong khí thải

 Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 băng nước bao gồm 2 giai đoạn:

• Hấp thụ SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khíthải đi qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng ) có tưới nước – scrubo;

• Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 nếu cần vànước sạch

 Quá trình diễn ra theo phản ứng sau:

SO2 + H2O ↔ H+ + HSO

3- Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăngcao, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp Còn đểgiải thoát khí SO2 khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao Cụ thể là ở nhiệt độ

1000C thì SO2 bốc ra một cách hoàn toàn và trong không khí thoát ra có lẫn cả hơinước Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thu được SO2 với độ đậm đặckhoảng 100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric

 Để giải hấp cần thụ cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tứcphải có một nguồn cấp nhiệt (hơi nước) công suất lớn Đó là một khó khăn Ngoài

ra để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nước xuống gần 100C –

tức phải cần đến nguồn cấp lạnh Đó cũng là vấn đề không đơn giản và khá tốnkém.

 Từ những nhược điểm nói trên, phương pháp khí SO2 bằng nước chỉ

áp dụng được khi:

- Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tương đối cao

- Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ

- Có sẵn nguồn cấp lạnh

- Có thể xả được nước có ít nhiều axit ra sông ngòi

 Trường hợp khí thải giàu SO2 như trong công đoạn nấu quặng sunfuakim loại của công nghiệp luyện kim (nồng độ SO2 trong khí thải có thể đạt 2 ÷12%) Người ta có thể xử lý bằng nước kết hợp vơi quá trình oxy hóa SO2 bằng chấtxúc tác vanadi (V)

 Quá trình cũng được thực hiện thành hai giai đoạn:

• Khí SO2 kết hợp với oxy nhờ sự có mặt của chất xúc tác vanadi đểbiến thành anhidrit sunfuric (SO3), phản ứng này có tỏa nhiệt và xảy ra càng mạnh ởnhiệt độ càng thấp, do đó cần thực hiện quá trình này qua nhiều tầng xúc tác, saumỗi tầng đều được làm nguội

• Dùng nước tưới trong scruber để anhidrit sunfuric kết hợp vớinước tạo thành axit sunfuric (H2SO4)

1.6.2 Hấp thụ bằng đá vôi (CaCO 3 ), vôi nung CaO hoặc vôi sữa (Ca(OH) 2 ):

 Xử lý SO2 bằng vôi là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trongcông nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi

 Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:

CaCO3 + SO2 CaCO3 + CO2

CaO + SO2  CaSO3

2CaSO3 + O2  2CaSO4

1-tháp hấp thu, 2- bộ phận tách tinh thể, 3-bộ lọc chân không,

4,5- máy bơm, 6-thùng trộn sữa vôi

Hình 1: sơ đồ hệ thống xử lý SO 2 bằng CaCO 3 và CaO

 Khói thải sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubo 1,trong đó xảy raquá trình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi tưới trên lớp đệm bằng vật liệurỗng Nước chứa acid chảy ra từ scrubo có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dướidạng tinh thể: CaSO3.0,5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọctro bụi, do đó cần tách các tinh thể nói trên ra khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinhthể 2 Thiết bị số 2 là 1 bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại 1 thời gian đủ để hìnhthành các tinh thể sunfit và sunfat canxi Sau bộ phận tách tinbh thể 2, dung dịch 1phần đi vào tưới cho Scruber, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó cáctinh thể bị giữ lại dưới dạng cặn bùn và được thải ra ngoài Đá vôi được đập vụn vànghiền thành bột và cho vào thùng 6 để pha trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bộlọc chân không số 3 cùng với 1 lượng nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới

 Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98% Sức cản khí động của hệthống không vượt quá 20 mm H2O

 Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn

từ hệ thống xử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng saukhi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung

Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế

tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và khôngchiếm nhiều diện tích xây dựng

 Lưu huỳnh đơn chất lại tác dụng với sunfit Cứ như vậy tốc độ phảnứng phân hủy dung dịch làm việc tăng dần và dung dịch làm việc sẽ hoàn toàn biếnthành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất.

 SO2 được hấp thụ bởi oxit –hydroxit magiê, tạo thành tinh thể ngậmnước sunfit magiê Trong thiết bị hấp thụ xảy ra các phản ứng sau:

MgO + SO2 = MgSO3

MgO + H2O = Mg(OH)2

MgSO3 + H2O + SO2 = Mg(HSO3)2

Mg(OH)2 + Mg( HSO3)2 = 2MgSO3  + 2H2O

 Độ hòa tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ởdạng MgSO3.6H2O và MgSO3.3H2O rơi xuống thành cặn lắng

 Tỉ lệ rắn: lỏng trong huyền phù là 1:10

 Độ pH ở đầu vào là 6,8 – 7,5; còn ở đầu ra là 5,5 – 6,0

 Sunfat magiê được hình thành do oxit hóa sunfit magiê

MgSO3 + O2  MgSO4

 Tái sinh oxit magie trong lò nung:

MgSO3 MgO + SO2

 SO2 thoát ra là 7-15% được làm nguội, tách bụi và sương mù axit

Than cốc

t 0

= 900 0 C

 Có các phương pháp hấp thụ sau:

- Phương pháp magie oxit “kết tinh” theo chu trình

- Phương pháp magie oxit “không kết tinh”

- Phương pháp magie oxit “sủi bọt”

- Phương pháp magie oxit kết hợp với Potas (kali cacbonat)

Ưu điểm:

- Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ

- Thu được axit sunfuric

- Hiệu quả làm sạch cao

Nhược điểm:

- Quy trình công nghệ phức tạp

- Không phân giải hoàn toàn sulfat khi nung

- Tổn hao MgO khá nhiều

1.6.5 Hấp thụ SO 2 bằng ZnO:

 Xử lí khí SO2 bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như phương phápoxit magiê tức là dùng phản ứng giữa SO2 với kẽm oxit để thu các muối sunfit vàbisunfit, sau đó dùng nhiệt để phân ly thành SO2 và ZnO

 Trong phương pháp này, chất hấp thụ là kẽm oxit Phản ứng hấp thụnhư sau:

SO2 + ZnO + 2,5H2O ZnSO3.2,5H2O

 Khi nồng độ SO2 lớn:

2SO2 + ZnO + H2O  Zn(HSO3)2

 Sunfit kẽm tạo thành không tan trong nước được tách ra bằng xycloneướt và sấy khô.Tái sinh ZnO bằng cách nung sunfit ở 350oC

ZnSO3.2,5H2O SO2 + ZnO + 2,5H2O

 SO2 được chế biến tiếp tục, còn ZnO quay lại hấp thụ

 Có các phương pháp hấp thụ sau:

- Phương pháp kẽm oxit đơn thuần

- Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit

 Quá trình xử lí theo phương pháp trên là:

- Quá trình sunfidin: Quá trình này được các hãng công nghiệp hóachất và luyện kim của Đức nghiên cứu và áp dụng ở nhà máy luyện kim Hamburg

để khử SO2 trong khói thải của lò thổi luyện đồng Nồng độ của khí trong khói thảidao động trong phạm vi 0,5 ÷ 8%, trung bình là 3,6%.Chất hấp thụ là hỗn hợpxylidin và nước tỉ lệ ≈ 1:1

- Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – Quá trình ASARCO: quátrình này được nghiên cứu và áp dụng ở nhiều các nhà máy luyện kim

1.6.7 Xử lý SO 2 bằng natri cacbonat:

 Nguyên tắc:

Na2CO3 + SO2  Na2SO3 + CO2

Na2SO3 + SO2 + H2O  2NaHSO3

 Cho ZnO vào dung dịch tạo thành

NaHCO3 + ZnO  ZnSO3 + NaOH

 Nung ZnSO3 để thu khí SO2 và ZnO dùng lại

 Than hoạt tính được hoàn nguyên bằng cách nâng nhiệt độ lên

400-450oC Khí SO2 thoát ra từ quá trình hoàn nguyên có nồng độ 40-50% và đạtkhoảng 96-97% lượng khí SO2 có trong khói thải

 Sau khi hoàn nguyên than hoạt tính được sàn chọn lại để loại bỏ phầnthan quá vụn nát và bổ sung thêm than mới để đưa lên hấp phụ trở lại

 Khí thoát ra từ quá trình hoàn nguyên ngoài SO2 còn có một số loạikhí khác như: H2S là 2-4%, lưu huỳnh là 0,1-0,3%

1.6.8.2 Hấp phụ khí SO 2 bằng than hoạt tính có tưới nước – quá trình LURGI:

 Theo phương pháp này khí thải được làm cho bão hòa hơi nước ởnhiệt độ dưới 100oC đi qua lớp than hoạt tính có tưới nước làm ẩm trong thiết bị hấpphụ Khí SO2 bị giữ lại trong lớp than hoạt tính và oxy hóa thành SO3 nhờ có oxytrong khí thải Tiếp theo, SO3 kết hợp với nước biến thành axit sunfuric H2SO4 vàtheo nước chảy vào thùng chứa Axit sunfuric thu được trong thùng chứa với nồng

độ 20-25%

 Hệ thống thử nghiệm ban đầu với lưu lượng khỏi thải 1000-1500

m3/h Nồng độ ban đầu của SO2 trong khói khi đốt nhiên liêu mazut là 0,1-0,15%.Hiệu quả khử SO2 đạt 98-99% Chất hấp phụ làm việc trong hơn 3 năm liên tục màhoạt tính của nó không hề bị giảm sút

1.6.8.3 Xử lý SO 2 bằng nhôm oxit kiềm hóa:

Quá trình xử lý khí SO2 bằng nhôm oxit kiềm hóa được dựa trên tính chấthấp phụ của hỗn hợp nhôm oxit (Al2O3) và natri oxit (Na2O)với thành phần natrioxit chiếm 20% khối lượng hỗn hợp Trong quá trình hấp phụ, khí SO2 bị oxy hóa,sau đó tác dụng với các oxit kim loại để biến thành sunfat Chất hấp phụ đã bão hòađược hoàn nguyên bằng khí trơ ở nhiệt độ 600-650oC

1.6.8.4 Xử lý SO 2 bằng Mangan oxit:

 Có 2 phương pháp tiêu biểu của quá trình xử lý SO2 bằng Manganoxit là “quá trình Mangan” được nghiên cứu áp dụng ở Mỹ và “quá trình DARMangan” do hãng Mitsubishi của Nhật Bản đề xuất

 Trong quá trình Mangan của Mỹ, chất hấp phụ được sử dụng làMangan oxit (Mn2O3) dạng hạt được làm khô trong không khí và trong chân không

ở nhiệt độ 300-400oC

 Quá trình DAR-Mangan của hãng Mitsubishi sử dụng chất hấp phụ làhỗn hợp của một số oxit được gọi là oxit Mangan hoạt tính Chất hấp phụ thu đượcbằng cách dùng amoniac để xử lý Mangan sunfat và tiếp theo là oxy hóa hydratbằng oxy trong không khí và hơi nước:

MnSO4 + 2NH4OH  Mn(OH)2 + (NH4)2SO4

Mn(OH)2 + 0,5iO2 + n(n-1)H2O  MnO1+i.nH2O

Trong đó: i = 0,5-0,8 và n = 0,1-1,0

1.6.8.5 Xử lý SO 2 bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền

 Quá trình đốt nhiên liệu than nghiền có trộng bột vôi và dolomit đểkhử khí SO2 mới được áp dụng trong những năm gần đây và hiện nay vẫn đangđược tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện

 Phản ứng giữa vôi (CaO) và dolomit (CaCO3.MgCO3) với SO2 xảy ranhư sau:

2CaO + 2 SO2 +O2  2CaSO4

2CaCO3.MgCO3 + 2SO2 + O2  2[CaSOCaSO4 + MgO] + 4CO2

 Phản ứng giữa vôi và SO2 xảy ra mạnh nhất ở nhiệt độ 760-1040oC,còn phản ứng giữa dolomit và SO2 ở nhiệt độ 600-1200oC.

 Phương pháp này là sự kết hợp giữa quá trình cháy với quá trình khửkhí SO2 thành 1 quá trình thống nhất trong buồng đốt của lò mà không đòi hỏi phảilắp đặt thêm nhiều thiết bị phụ trợ khác

 Trong một số trường hợp khác, người ta còn dùng vôi dưới dạng vữa(30% chất rắn trong nước theo khối lượng) và phun vào dòng khói thải trong thiết bịgọi là buồng sấy khô kiểu phun đặt trên đường khói của lò Khí SO2 trong khói thảikết hợp với Ca(OH)2 theo phản ứng:

là phương pháp rửa khí ướt-khô hỗn hợp bằng đá vôi

1.7 Các loại thiết bị hấp thụ:

1.7.1 Tháp rỗng:

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

 Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bềdày δ Đối với đệm trụ, h = d chứa được nhiều phần tử nhất trong 1 đơn vị thể tích.

 Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a(m2/m3); thể tích tự do ε (m3/m3); đường kính tương đương d (tđ) = 4r(thủy lực) =4.S/n = 4 ε/a; tiết diện tự do S (m2/m3)

 Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích

tự do và và tiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí khi

ε và S lớn; khối lượng riêng nhỏ; phân phối đều lỏng; có tính chịu ăn mòn cao, rẻtiền, dễ kiếm Để làm việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có khối lượngriêng nhỏ

1.7.2.2 Nguyên lý hoạt động:

 Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng màng nên bề mặt tiếpxúc pha là bề mặt thấm ướt của đệm

 Tháp đệm làm việc ngược chiều có các chế độ thủy động lực sau:

• Chế độ màng OA: khi mật độ tưới không lớn, tốc độ khí nhỏ, chấtlỏng chảy thành màng theo bề mặt đệm, khí đi ở khe giữa các màng

• Chế độ hãm AB: từ A tăng tốc độ khí sẽ làm tăng ma sát củadòngkhí với bề mặt lỏng và kìm hãm sự chảy của màng lỏng, lượng lỏng giữ lạitrong đệm tăng

• Khi tăng tốc độ khí làm tăng xoáy đảo màng lỏng trên đệm nêntăng cường quá trình truyền khối

• Chế độ nhũ tương BC: Khí-lỏng tạo thành hệ nhũ tương không bền

2 pha liên tục-gián đoạn của khí-lỏng đổi vai trò cho nhau liên tục, làm tăng bề mặttiếp xúc pha và cường độ truyền khối lên cực đại, đồng thời trở lực thủy lực cũngtăng nhanh; chế độ này duy trì rất khó mặc dù cường độ truyền khối lớn

• Chế độ cuốn theo: quá giới hạn sặc, nếu tăng tốc độ khí, toàn bộchất lỏng sẽ bị giữ lại trong tháp và cuốn ngược trở ra theo dòng khí

 Hiệu ứng thành thiết bị (channeling effect): Chất lỏng có xu hướngchảy từ tâm ra thành thiết bị, gây giảm hiệu suất do tiếp xúc pha kém Khắc phụcbằng cách:

• Nếu chiều cao đệm lớn hơn 5 lần đường kính đệm thì chia đệmthành từng đoạn; giữa các đoạn đệm đặt bộ phận phân phối lại chất lỏng

• Chọn d/Φ = đường kính đệm/đường kính tháp = 1/15 – 1/8

• Xếp đệm: nếu d < 50mm: đổ lộn xộn, d > 50mm: xếp thứ tự

• Tưới lỏng và phun khí ngay từ đầu

1.7.2.3 Ưu – nhược điểm - ứng dụng:

 Ưu điểm: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ

1.7.3.1 Sơ đồ cấu tạo:

 Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân

hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt các tấm

ngăn (đĩa) cách nhau một khoảng nhất định Trên

mỗi đĩa hai pha chuyển động ngược hoặc chéo

chiều:lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi

từ dưới lên hoặc xuyên qua chất lỏng chảy ngang;

ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là đĩa.Tùy

thuộc cấu tạo của đĩa chất lỏng trên đĩa có thể là

 Tháp đĩa có ống chảy chuyền: bao gồm tháp đĩa, chóp, lỗ, xupap,lưới, Trên đĩa có cấu tạo đặc biệt để lỏng đi từ đĩa trên xuống đĩa dưới theo đườngriêng gọi là ống chảy chuyền, đĩa cuối cùng ống chảy chuyền ngập sâu trong khốichất lỏng đáy tháp tạo thành van thủy lực ngăn không cho khí (hơi hay lỏng) đi theoống lên đĩa trên.

 Pha khí (hơi hay lỏng) xuyên qua các lỗ, khe chóp, khe lưới,hay khexupap sục vào pha lỏng trên đĩa Để phân phối đều chất lỏng người ta dùng tấmngăn điều chỉnh chiều cao mức chất lỏng trên đĩa

 Tháp đĩa không có ống chảy chuyền: khi đó khí (hơi hay lỏng) và lỏng

đi qua cùng một lỗ trên đĩa

1.7.3.2 Ưu – nhược điểm và ứng dụng:

 Tháp đĩa lỗ: ưu điểm là kết cấu khá đơn giản, trở lực tương đối thấp,

hiệu suất khá cao Tuy nhiên không làm việc được với chất lỏng bẩn, khoảng làmviệc hẹp hơn tháp chop (về lưu lượng khí)

 Tháp chóp: có thể làm việc với tỉ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh,

khá ổn định Song có trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế tạo, kết cấu phứctạp Nói chung tháp chop có hiệu suất cao hơn tháp đĩa lỗ

1.7.4 Tháp màng:

 Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt chất lỏng chảy thành màng theo bề mặtvật rắn thường là thẳng đứng Bề mặt vật rắn có thể là ống, tấm song song hoặc đệmtấm

1.7.4.1 Tháp màng dạng ống:

 Có cấu tạo tương tự thiết bị trao đổi nhiệt

dạng ống chùm, gồm có ống tạo màng được giữ bằng

hai vĩ ống ở hai đầu, khoảng không giữa ống và vỏ thiết

bị để tách khi cần thiết Chất lỏng chảy thành màng

theo thành ống từ trên xuống, chất khí (hơi) đi theo

1.7.4.2 Tháp màng dạng tấm phẳng:

 Các tấm đệm đặt ở dạng thẳng đứng được làm từ những vật liệu khácnhau (kim loại, nhựa, vải căng treo trên khung ) đặt trong thân hình trụ Để đảmbảo thấm ướt đều chất lỏng từ cả 2 phía tấm đệm ta dùng dụng cụ phân phối đặcbiệt có cấu tạo răng cưa

1.7.4.3 Tháp màng dạng ống khi lỏng và khí đi cùng chiều:

 Cũng có cấu tạo từ các ống cố định trên 2 vỉ, khí đi qua thân gồm cácống phân phối tương ứng đặt đồng trục với ống tạo màng Chất lỏng đi vào ống tạomàng qua khe giữa 2 ống Khi tốc độ khí lớn sẽ kéo theo chất lỏng từ dưới lênchuyển động dưới dạng màng theo thành ống tạo màng Khi cần tách nhiệt có thểcho tác nhân lạnh đi vào khoảng không gian giữa vỏ và ống Để nâng cao hiệu suấtngười ta dùng thiết bị nhiều bậc giống nhau

 Thủy động lực trong thiết bị dạng màng:

 Khi Re < 300 – chảy màng , bề mặt pha nhẵn trơn

 Khi 300 < Re < 1600 – chảy màng bắt đầu có gợn sóng

 Khi Re > 1600 – chảy rối

 Khi có dòng khí chuyển động ngược chiều sẽ ảnh hưởng lớn đến chế

độ chảy của màng Khi đó, do lực ma sát giữa khí và lỏng sẽ có cản trở mạnh củadòng khí làm bề dày màng tăng lên, trở lực dòng khí tăng Tiếp tục tăng vận tốcdòng khí sẽ dẫn đến cân bằng giữa trọng lực của màng lỏng và lực ma sát và dẫnđến chế độ sặc (nhiều khi pha khí chỉ 3-6m/s đã xảy ra sặc) Khi tốc độ vượt qua tốc

độ sặc sẽ làm kéo chất lỏng theo pha khí ra ngoài

1.7.4.4 Ưu và nhược điểm của tháp màng:

 Nhược điểm:

- Năng suất theo pha lỏng nhỏ

- Cấu tạo phức tạp, khi vận hành dễ bị sặc

 Ứng dụng:

- Trong phòng thí nghiệm

- Trong trường hợp có năng suất thấp

- Trong những hệ thống cần trở lực thấp (hệ thống hút chânkhông, )

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Chọn phương pháp xử lý SO2: hấp thụ bằng H2O Vì tính chất nước sau hấpthụ không có cặn ( nước sau hấp thụ là H2SO3) nên chọn tháp hấp thụ bằng thápđệm SO2 là chất khí khó hấp thụ ở nhiệt độ cao (>60oC), do đó phải giải nhiệt khíthải trước khi cho vào tháp hấp thụ

2.1 Sơ đồ công nghệ.

1-Vật liệu đệm; 2-Bơm;

Sơ đồ hấp thụ SO 2 bằng nước

BỒN CAO VỊ

BỂ CHỨA

NƯỚC

BỂ TRUNG HÒA1

2

2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

 Nước ở bể chứa được bơm lên bồn cao vị Tại đây nước được dẫn vàotháp bằng một đường ống khác Nước được phun từ trên tháp xuống trải đều trênlớp vật liệu đệm thông qua hệ thống vòi phun

 Khí thải được quạt thổi vào tháp, đi từ dưới lên trên qua lớp vật liệuđệm Tại lớp vật liệu đệm sẽ xảy ra quá trình tiếp xúc pha giữa nước và khí thải

SO2 sẽ được nước hấp thụ

 Nước sau khi hấp thụ SO2 sẽ tạo thành H2SO3 rơi xuống đáy tháp đệm

và được bơm đến bể trung hòa Tại bể trung hòa, H2SO3 được trung hòa trước khi xảthải ra môi trường

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ

Số liệu thiết kế ban đầu:

- Năng suất: 2500m3/h

- Nồng độ SO2 trong khí thải: 1% theo khối lượng

- Nhiệt độ đầu vào: 30oC

- Nhiệt độ đầu ra: 30oC

Kí hiệu tính toán:

• Xv – Tỷ số mol khí trong dòng lỏng vào tháp hấp thụ,(kmolSO2/kmolH2O)

• Xr – Tỷ số mol khí trong dòng lỏng ra tháp hấp thụ,(kmolSO2/kmolH2O)

• Yv – Nồng độ mol tương đối của khí trong hỗn hợp khí thải vào tháphấp thụ, (kmolSO2/kmolkk)

• Yr – Nồng độ mol tương đối của khí trong hỗn hợp khí thải khi đi ratháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolkk)

• xv – Phần mol khí trong pha lỏng đi vào tháp hấp thụ,(kmolSO2/kmolhh)

• xr – Phần mol khí trong pha lỏng ra khỏi tháp hấp thụ,(kmolSO2/kmolhh)

• yv – Phần mol khí trong dòng khí khi đi vào tháp hấp thụ,(kmolSO2/kmolkk)

• yr – Phần mol khí trong dòng khí khi đi ra tháp hấp thụ,(kmolSO2/kmolkk)

• G – Suất lượng hỗn hợp khí, (kmolhh/h)

• Gtr – Suất lượng khí trơ, (kmol khí trơ/h)

• L – Suất lượng nước, (kmolH2O/h)

• Ltr – Suất lượng cấu tử lỏng trơ, (kmol trơ/h)

Sơ đồ cân bằng vật chất của tháp hấp thụ: