Töø ngaøn xöa con ngöôøi ñaõ bieát khai thaùc, caûi taïo thieân nhieân nhaèm muïc ñích naâng cao möùc soáng, taïo ra nhöõng tieän nghi phuïc vuï cuoäc soáng con ngöôøi. Vôùi söï naêng ñoäng vaø oác saùng taïo khoâng meät moûi, nhaân loaïi ñaõ töøng böôùc xaây döïng khoa hoïc coâng ngheä, ñònh hình cho coâng nghieäp hieän ñaïi phaùt trieån. Vôùi ñaø phaùt trieån nhö hieän nay, khoa hoïc coâng ngheä ñaõ vaø ñang len loõi vaøo moïi maët cuûa cuoäc soáng, laøm thay ñoåi thôùi giôùi vaø ngaøy caøng phaùt trieån hôn ñöa con ngöôøi thaúng tieán vaøo kyû nguyeân cuûa khoa hoïc kyû thuaät.Song song ñoù, neàn kyû ngheä cuûa chuùng ta cuõng phaûi ñang ñoái maët vôùi nhöõng taùc ñoäng tieâu cöïc cuûa noù ñeán moâi tröôøng. Töø hoaït ñoäng coâng nghieäp caùc chaát thaûi raén, loûng, khí ñöôïc thaûi vaøo moâi tröôøng ngaøy caøng taêng. Laøm traùi ñaát noùng lean thay ñoåi thôøi tieát, oâ nhieåm nguoàn nöôùc, ñaát ñai vaø khoâng khí. Daãn ñeán caâng baèng sinh thaùi bò phaù vôõ, ñe doaï tröïc tieáp ñeán caùc söï toàn sinh cuûa caùc hoaït ñoäng soáng treân traùi ñaát.Ñeå phaùt trieån beàn vöõng con ngöôøi phaûi caûi tieán coâng ngheä saûn xuaát xanh vaø saïch hôn. Nhöng quan troïng nhaát vaãn laø coâng ngheä nghieân cöùu xöû lyù chaát thaûi coâng nghieäp nhaèm giaûm toái ña oâ nhieåm cho moâi tröôøng. Cuøng vôùi hoaït ñoäng ñoù, chuùng ta cuõng coù theå thu hoài taùi taïo nhöõng taøi nguyeân quyù giaù ñang ngaøy caøng caïn kieät, taïo neân moat heä sinh thaùi coâng nghieäp phaùt trieån beàn vöõng.Trong phaïm vi ñeà taøi COÂNG NGHEÄ HAÁP THU KHÍ SO2 BAÈNG H2O chuùng ta ñaõ bieát khí so2 ñöôïc thaûi ra ngoaøi moâi tröôøng töø nhieàu nghaønh coâng nghieäp: luyeän kim, saûn xuaát acid sunfuric, ñoát caùc nhieân lieäu hoaù thaïch, xöû lyù beà maët kim loaïi, vaø caùc nghaønh coâng nghieäp lieân quan söû duïng acid sunfuric vaø caùc daãn xuaát cuûa noù… Trong caùc ngaønh coâng nghieäp naëng nhö luyeän kim ñen söû duïng quaëng pirit ( FeS ), saûn xuaát acid sunfuric vaø daãn xuaát coù löôïng khí thaûi SO2 cao nhaát.Khí SO2 coù taùc ñoäng ñeán da, heä thaàn kinh vaø hoâ haáp cuûa con ngöôøi. Aûnh höôûng ñeán moâi tröôøng laøm vieäc vaø moâi tröôøng xung quanh nhaø maùy. Ngoaøi ra do phaûn öùng vôùi nöôùc taïo thaønh acid sunfurô xaûy ra trong khí quyeån khi tích tuï laâu daøi taïo möa acid SO2 + H2 O H2 SO3 aûnh höôûng tröïc tieáp con ngöôøi caây troàng vaät nuoâi vaø caùc coâng trình ngoaøi trôøi. Chính vì vaäy vieäc xöû lyù khí SO2 laø caàn thieát trong coâng nghieäp vaø coâng ngheä haáp thu khí SO2 baèng nöôùc laø coù hieäu quaû nhôø coâng ngheä ñôn giaûn, chi phí thaáp vaø ñaït hieäu suaát cao.
Từ ngàn xưa con người đã biết khai thác, cải tạo thiên nhiên nhằm mục đích nâng cao mức sống, tạo ra những tiện nghi phục vụ cuộc sống con người. Với sự năng động và ốc sáng tạo không mệt mỏi, nhân loại đã từng bước xây dựng khoa học công nghệ, đònh hình cho công nghiệp hiện đại phát triển. Với đà phát triển như hiện nay, khoa học công nghệ đã và đang len lõi vào mọi mặt của cuộc sống, làm thay đổi thới giới và ngày càng phát triển hơn đưa con người thẳng tiến vào kỷ nguyên của khoa học kỷ thuật. Song song đó, nền kỷ nghệ của chúng ta cũng phải đang đối mặt với những tác động tiêu cực của nó đến môi trường. Từ hoạt động công nghiệp các chất thải rắn, lỏng, khí được thải vào môi trường ngày càng tăng. Làm trái đất nóng lean thay đổi thời tiết, ô nhiểm nguồn nước, đất đai và không khí. Dẫn đến câng bằng sinh thái bò phá vỡ, đe doạ trực tiếp đến các sự tồn sinh của các hoạt động sống trên trái đất. Để phát triển bền vững con người phải cải tiến công nghệ sản xuất xanh và sạch hơn. Nhưng quan trọng nhất vẫn là công nghệ nghiên cứu xử lý chất thải công nghiệp nhằm giảm tối đa ô nhiểm cho môi trường. Cùng với hoạt động đó, chúng ta cũng có thể thu hồi tái tạo những tài nguyên quý giá đang ngày càng cạn kiệt, tạo nên moat hệ sinh thái công nghiệp phát triển bền vững. Trong phạm vi đề tài CÔNG NGHỆ HẤP THU KHÍ SO 2 BẰNG H 2 O chúng ta đã biết khí so 2 được thải ra ngoài môi trường từ nhiều nghành công nghiệp: luyện kim, sản xuất acid sunfuric, đốt các nhiên liệu hoá thạch, xử lý bề mặt kim loại, và các nghành công nghiệp liên quan sử dụng acid sunfuric và các dẫn xuất của nó… Trong các ngành công nghiệp nặng như luyện kim đen sử dụng quặng pirit ( FeS ), sản xuất acid sunfuric và dẫn xuất có lượng khí thải SO 2 cao nhất. Khí SO 2 có tác động đến da, hệ thần kinh và hô hấp của con người. nh hưởng đến môi trường làm việc và môi trường xung quanh nhà máy. Ngoài ra do phản ứng với nước tạo thành acid sunfurơ xảy ra trong khí quyển khi tích tụ lâu dài tạo mưa acid SO 2 + H 2 O → H 2 SO 3 ảnh hưởng trực tiếp con người cây trồng vật nuôi và các công trình ngoài trời. Chính vì vậy việc xử lý khí SO 2 là cần thiết trong công nghiệp và công nghệ hấp thu khí SO 2 bằng nước là có hiệu quả nhờ công nghệ đơn giản, chi phí thấp và đạt hiệu suất cao. GVHD: CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI HẤP THU I. ĐỊNH NGHĨA: Quá trình hấp thu là quá trình mà trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hoà tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí tạo nên một dung dòch các cấu tử trong chất lỏng. Ví dụ: khi khí hoà tan ta thu được một hỗn hợp khí này với nước để hoà tan amoniac, sau đó cho tiếp xúc với dung môi hữu cơ để hoà tan benzen, toluen. Các quá trình như vậy cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng, ta có quá trình nhả khí. Ví dụ: một hỗn hợp lỏng gồm dung môi và benzen toluen, ở trên được cho tiếp xúc với hơi nước quá nhiệt để benzen toluen sẽ đi vào pha khí và được mang đi, dung môi ban đầu được dùng lại. Nguyên lý của hai quá trình hấp thu và nhả khí về cơ bản là giống nhau nên ta có thể tìm hiểu hai quá trình này cùng một lúc. II. ỨNG DỤNG: Trong công nghiệp hoá chất thực phẩm, quá trình hấp thu được dùng để: • Thu hồi các cấu tử có giá trò trong pha khí • Làm sạch pha khí • Tách hỗn hợp thành các cấu tử riêng biệt • Tạo thành một dung dòch sản phẩm Trường hợp thứ nhất và thứ ba bắt buộc phải tiến hành quá trình nhả khí sau khi hấp thu để thu hồi cấu tử và dung môi. Trường hợp thứ hai quá trình nhả khí không cần thiết nếu dung môi rẽ tiền, dễ kiếm vì khí hoà tan thường là bỏ đi chỉ khi nào cần thiết thu hồi dung môi ta mới thực hiện quá trình nhả khí. Nếu mục đích chính của quá trình hấp thu là để tạo nên một sản phẩm nhất đònh. Ví dụ sản xuất dung dòch acid clohydric thì dung môi đã được xác đònh bởi bản chất của sản phẩm. Nếu mục đích quá trình hấp thu là tách các cấu tử hỗn hợp khí thì khi đó ta có thể lựa chọn một dung môi tốt dựa trên những tính chất sau: III. TÍNH CHẤT CỦA DUNG MÔI Độ hoà tan chọn lọc: đây là tính chất chủ yếu của dung môi, là tính chất chỉ hoà tan tốt cấu tử cần tách ra khỏi hỗn hợp khí mà không hoà tan các cấu tử còn lại hoặc hoà tan không đáng GVHD: kể. Tổng quát dung môi và dung chất tạo nên phản ứng hoá học thì làm tăng độ hoà tan lên rất nhiều. Nhưng nếu dung môi được thu hồi để dùng lại thì phản ứng có tính hoàn nguyên. Độ bay hơi tương đối: dung môi nên có áp suất hơi thấp vì pha khí sau quá trình hấp thu sẽ bảo hoà hơi dung môi do đó dung môi bò mất. Tính ăn mòn của dung môi: dung môi nên có tính ăn mòn thấp để vật liệu chế tạo thiết bò dễ tìm và rẽ tiền. Chi phí: dung môi rẽ tiền và dễ tìm để sự thất thoát không tốn kém nhiều. Độ nhớt: dung môi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thu, cải thiện điều kiện ngập lụt trong tháp hấp thu, độ giảm áp thấp và truyền nhiệt tốt. Các tính chất khác: dung môi nên có nhiệt dung riêng thấp để ít tốn nhiệt khi hoàn nguyên dung môi. Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắt thiết bò, không tạo kết tủa, không độc. Trong thực tế không có dung môi nào đáp ứng được tất cả các tính chất trên. Do đó khi chọn phải dựa vào những điều kiện cụ thể khi thực hiện quá trình hấp thu. Dù sao thì tính chất thứ nhất của dung môi cũng là quan trọng nhất. IV PHÂN LOẠI: Trong sản xuất có thể dùng nhiều loại thiết bò khác nhau để thực hiện quá trình hấp thu. Tuy nhiên yêu cầu cơ bản của thiết bò vẫn là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn để tăng hiệu suất của quá trình. Sau đây ta xét 2 loại tháp hấp thu là tháp chêm và tháp mâm. 1. THÁP MÂM: Để xác đònh số mâm lý thuyết cần thiết cho quá trình hấp thu, đường làm việc và đường cân bằng thường được vẽ theo toạ độ X, Y. Số mâm lý thuyết được xác đònh dựa vào 2 đường này. Hỗn hợp khí vào có nồng độ thấp: Trong trường hợp đường làm việc và đường cân bằng là đường thẳng, số mâm lý thuyết được xác đònh bằng giải tích mà không cần dùng đến đồ thò. Nếu lượng dung chất hấp thu nhỏ, suất lượng pha lỏng vào và ra khỏi tháp xem như không đổi L 0 = L N = L, và tương tự suất lượng pha khí không đổi G. do đó đường làm việc vẽ trên toạ độ phần mol với hệ số góc L / G sẽ là đường thẳng. Thừa số hấp thu A : thừa số hấp thu A = L / m G là tỷ số hệ số góc đường làm việc với hệ số góc đường cân bằng. Với GVHD: G 1 HG 1 L 0 HL 0 giá trò A nhỏ hơn 1 cho thấy mức độ hấp thu bò giới hạn. Với A > 1 ta có thể đạt được mức độ hấp thu nhất đònh nếu tháp có đủ mâm. Với một mức độ hấp thu xác đònh từ lượng khí cố đònh, khi A tăng lượng lỏng sử dụng nhiều hơn do đó làm dung dòch ra khỏi tháp có nồng độ loãng. Cùng lúc đó số mâm giảm, chi phí cho thiết bò giảm. Từ những giá trò nghòch biến , ta thấy trong tất cả các trường hợp sẽ có một giá trò của A, hay L / G cho quá trình hấp thu kinh tế nhất. Quá trình không đẳng nhiệt: nhiều tháp hấp thu và nhả khí hoạt động với điều kiện nồng độ của dung chất trong 2 pha là thấp, điều này phù hợp với giả sử là quá trình đẳng nhiệt. Nhưng trong thực tế quá trình hấp thu là phát nhiệt, và khi 1 số lượng lớn dung chất khí bò hấp thụ vào pha lỏng tạo nên một dung dòch đậm đặc, khi đó không thể bỏ qua hiệu ứng nhiệt. Nếu quá trình hấp thu làm tăng nhiệt độ pha lỏng đáng kể, độ hoà tan cân bằng pha lỏng sẽ bò giảm và năng suất tháp hấp thu sẽ bò giảm. Nếu nhiệt phát ra quá nhiều phải tiến hành làm nguội trong tháp trước hoặc đưa pha lỏng ra ngoài để làm nguội rồi đưa trở vào tháp. Trường hợp nhả khí quá trình thu nhiệt làm giảm nhiệt độ pha lỏng. GVHD: G N+1 HG N+1 L N H LN L 0 H L0 +G N+1 H GN+1 =L N H LN +G 1 H G1 +Q t (6.1) Với H là enthalpy (kJ/mol) của mỗi dòng ở nồng độ và nhiệt độ xác đònh .so với cùng một nhiệt độ chuẩn . H L =C L (t L –t 0 ) M tb + H S (6.2) công thức trên biểu diễn enthalpy của dung dòch lỏng có nồng độ x phần mol với nhiệt độ so với nhiệt độ chuẩn t 0 . H S :nhiệt hoà tan của dung dòch ứng với nồng độ và nhiệt độ của dung dòch . H S <0 :phát nhiệt - Nếu dung chất là chất khí ở t 0 ,1atm thì enthalpy của pha khí chỉ có số hạn C G . t với dung dòch lý tưởng H S = 0 và enthalpy của dung dòch là tổng enthalpy là tổng hợp của các cấu tử riêng biệt .Nếu dung dòch lỏng lý tưởng được tạo lên từ dung dòch khí thì nhiệt phát ra bằng lượng riêng ngưng tụ của dung chất hấp thu . -Nếu quá trình là đoạn nhiệt Q t = 0 :nhiệt độ dòng lỏng ra sẽ cao hơn nhiệt độ vào do nhiệt dung dòch .Thiết kế tháp hấp thu trong trường hợp này phải được tính từng mâm từ đáy tới đỉnh .Cân bằng vật chất tổng cộng và dung chất từ đáy cho tới mâm thêm là L N +G N+1 = L N + G N + 1 (6.3) GVHD: L N x N +G N + 1 +Y N+ 1 = L N x N +G N+1 Y N+1 (6.4) từ đó tính được L n và x n .Cân bằng enthalpy L n H L,n + G N+1 H G,N+1 = L N H LN +G n+1 H G,n+1 (6.5) từ đó tính được nhiệt độ của dòng L n .Dòng G n có cùng nhiệt độ với dòng L n và thành phần của dòng L n và G n là cân bằng vì các mâm là lý tưởng nên xác đònh được CY n .p dụng phương trình (6.3) đến (6.5) cho mâm thứ n -1 .Lúc bắt đầu tính vì chỉ biết nhiệt độ và các dòng vào L 0 và G N+1 nên cần phải giả sử nhiệt độ t 1 của G 1 (nhiệt độ này bằng nhiệt độ mâm số 1 và dùng(6.1) để tính nhiệt độ của dòng lỏng ra ở đáy tháp .Nhiệt độ t 1 sẽ được kiểm tra khi phép tính từng mâm lên tới mâm đỉnh, và nếu sai số lớn toàn bộ phép tính sẽ được lập lại . Hiệu suất mâm và số mâm thực : Để chuyển số mâm lý thuyết thành số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm . - Hiệu suất tổng quát ,liên quan đến toàn tháp - Hiệu suất mâm Murphree liên quan đến mâm - Hiệu suất cục bộ ,liên quan đến vò trí cụ thể trên một mâm .Hiệu suất tổng quát E 0 đơn giản khi sử dụng nhưng kém chính xác nhất ,được đònh nghóa là tỷ số giữa số mâm lý tưởng và số mâm thực cho toàn tháp . somamthuc ngsomamlytuo =Ε 0 Hiệu suất mâm Murphree Y n : nồng độ thực pha hơi rời mâm thứ n Y n+1 : nồng độ thực pha hơi rời mâm thứ n+1 Y*: nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thứ n. Tóm lại: hiệu suất mâm là hàm số theo nhiệt độ và thành phần của dòng lưu chất mà chúng biến đổi từ đáy đến đỉng tháp. Khi hiệu suất mâm Murphree không đổi cho tất cả các mâm và trong điều kiện đường làm việc và đường cân bằng là đường thẳng thì hiệu suất tổng quát tính theo công thức. GVHD: y n - y n+1 E M = y* n – y n+1 = Log[ 1+E MG ( 1/A -1 ) E 0 = Số mâm lý tưởng Số mâm thực log(1/A) (6.7) 2. THÁP CHÊM: a. Cấu tạo:tháp chêm là một tháp hình trụ gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn. Vật chêm được đổ đầy trong tháp theo một trong hai phương pháp là xếp ngẩu nhiên hay xếp thứ tự. Vật chêm được sử dụng gồm nhiều loại khác nhau phổ biến nhất là một số sau: • Vòng Rasching hình trụ rỗng bằng sứ hoặc kim loại hoặc nhựa, có đường kính bằng chiều cao. • Vòng chêm hình yên ngựa có kích thước 10 – 75 mm.vật chêm vòng xoắn đường kính dày từ 0.3 – 1mm. Đường kính vòng xoắn từ 3- 8 mm và chiều dài nhỏ hơn 25 mm. • Yêu cầu chung của các loại vật chêm là phải có diện tích bề mặt riêng lớn ( tầng chêm), ngoài ra độ rộng( hay thể tích tự do m 2 / m 3 tầng chêm) lớn để giảm trở lực cho pha khí. Vật liệu chế tạo vật chêm phải có khối lượng riêng nhỏ và bền hoá học. Trong thực tế không có loại vật chêm nào có thể đạt được tất cả yêu cầu trên, vì thế tuỳ theo trường hợp cụ thể mà chọn loại vật chêm thích hợp. Chất lỏng được phân phối ở đỉnh tháp qua bộ phận phân phối lỏng sao cho chất lỏng phải thấm ướt được toàn bộ vật chêm. b. Sự chuyển động của lưu chất qua tháp: • Trong hầu hết các tháp chêm ngẩu nhiên, độ giảm của pha khí chòu ảnh hưởng bởi suất lượng của pha lỏng. • Vận tốc khí cố đònh, độ giảm áp pha khí tăng theo suất lượng pha lỏng do pha lỏng đã chiếm các khoảng trống trong tháp chêm. • Khi tốc độ khí tăng tại một suất lượng pha lỏng không đổi một trong những hiện tượng sau có thể xảy ra. Pha khí sủi bọt qua lớp chất lỏng tại bề mặt lớp vật chêm. Pha lỏng chứa đầy tháp bắt đầu từ dưới lên và tạo nên sự đảo pha khí tiếp tục , pha lỏng ( phân tán ) thành pha khí (phân tán ), pha lỏng(liên tục ) Dòng bột khí nổi nhanh qua tháp chêm cùng ,cùng lúc đó hiện tượng pha khí lôi cuốn chất lỏng tăng mạnh và tháp ở trạng thái ngập lụt. Độ giảm áp của pha khí tăng rất nhanh. Điểm bắt đầu vùng ngập lụt thường xác đònh bằng sự thay đổi hệ số gốc của đường biểu biển. Trong thực tế tháp được điều hành trong vùng gia trọng. Vùng gia trong là vùng mà lượng chất bò giữ lại trong tháp tăng nhanh theo tốc độ khí , các chỗ trong tháp nhỏ dần và độ giảm áp pha khí tăng nhanh c. Độ giảm áp pha khí qua tháp chêm khô GVHD: Z (1-ε) d td p G G´ 2 = 150 (1-ε) Re + 1.75 Độ giảm áp pha khí qua tháp chêm khô không có pha lỏng chảy qua có thể được xác đònh theo phương trình Ergun như sau : P K : độ giảm áp pha khí qua tháp chêm khô N/m 2 Z : Chiều cao phần chức vật chêm ,m d td : đường kính tương đương của vật chêm ,m d td = 6 (1- ε ) /σ ε :thể tích tự do của vật chêm m 3 /m 3 tầng chêm σ: diện tích bề mặt riêng vật chêm m 2 /m 3 tầng chêm ρ : khối lượng riêng của pha khí ,Kg/m 3 G ’ : Suất lượng biểu kiến của pha khí qua 1 đơn vò tiết diện tháp Kg /m 2 .s Re = µ , G d td d.Độ giảm áp qua tháp chêm ướt : • Khi có pha lỏng chảy xuống độ giảm áp pha khí sẽ tăng lên theo hệ số : P ư = A L . P K A L :được biểu diễn theo phương trình của Leva : A L = 10 Giá trò * được cho ở sổ tay tương ứng với số loại vật chêm và chất lỏng sử dụng là nước và L ’ suất lượng nước cho 1 đơn vò tiết diện tháp ,Kg/m 2 h e. Hiện tượng ngập lụt trong tháp chêm • Khi suất lượng trong pha lỏng hoặc pha khí vượt quá giới hạn cho trước chất lỏng không chảy xuống được tạo lên một cột chất lỏng trong tháp . Độ giảm áp pha khí khi đó sẽ dao động mạnh .Điều này cần tránh khi vận hành tháp . • Hiện tượng ngập lụt là do 2 nhóm số vô thứ nguyên có liên hệ với nhau . π 1 = ( ƒσ /ε 3 ) . v 0 / 2g . P G / P L ( µ /µ) 0.2 π 1 = L ’ / G ’ ( P G / P L ) 0.5 V 0 : vận tốc dài biểu kiến của pha khí µ 1 ,µ 2 độ nhớt chất lỏng khác nước và độ nhớt của nước, Cp . 3. ƯU NHƯC ĐIỂM TỪNG LOẠI THÁP: a. THÁP ĐỆM: Hiệu suất hấp thu cao, trở lực thuỷ lực nhỏ và cấu tạo đơn giản. Dung môi không được tưới đều lên toàn bộ bề mặt của tháp đệm. b. THÁP ĐĨA LỖ: GVHD: P K . ε 3 . . Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, hiệu suất hấp thu cao. Khó không chế vận tốc khí và thiết bò thích hợp do lỗ bò ăn mòn. c. THÁP ĐĨA CHÓP: Năng suất và hiệu suất thấp cao, trở lực thuỷ lực nhỏ Cấu tạo phức tạp Nguyên lý làm việc: dung môi được bơm đưa vào đóa trên cùng của tháp chảy tràn qua miệng ống chảy truyền xuống các đóa phía dưới còn hỗn hợp khí cũng đưa vào đáy tháp hỗn hợp khí sẽ đi qua khe chóp, sục vào lớp chất lỏng trên bề mặt của đóa tạo thành một lớp màng linh động, những cấu tử khi bò hút vào bễ lỏng tạo thành dung dòch có nồng độ tăng dần từ đỉnh tháp xuống đáy tháp và ra ngoài gọi là sản phẩm, còn pha khí có nồng độ giảm dần từ đáy tháp đến đỉnh tháp và ra ngoài gọi là khí trơ. V. LÀM SẠCH KHÍ THẢI KHỎI CÁC KHÍ ĐỘC HẠI 1. khái niệm chung: Khí thải các nhà máy xí nghiệp công nghiệp còn chứa nhiều các khí độc hại và nồng độ của chúng vượt rất nhiều lần tiêu chuẩn cho phép. Các khí độc hại thải vào môi trường xung quanh rất đa dạng. Theo tính chất hoá lý người ta phân khí thải ra thành hai nhóm. Nhóm vô cơ gồm các khí SO 2 , SO 3 , H 2 S, CO, CO 2 , NO x , NH 3 , HCl, HF… nhóm hữu cơ bao gồm: benzen, axeton, axetylen, các acid hữu cơ các dung môi hữu cơ… Tuỳ theo thành phần và khối lượng khí thải mà người ta lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp, đảm bảo kỹ thuật xử lý và tính kinh tế của phương pháp đó. Khi lựa chọn thiết bò làm sạch khí thải cần phải tính đến hiệu quả làm sạch, những chi phí đầu tư ban đầu, những chi phí trong quá trình vận hành, tuổi thọ của hệ thống xử lý, đơn giản trong vận hành dễ dàng kiểm tra sửa chữa, diện tích chiếm chổ, chi phí điện năng vv… Xử lý các chất khí độc hại có trong khí thải bằng phương pháp hấp thụ được sử dụng nhiều khi lưu lượng dòng khí thải lớn với nồng độ các khí độc hại khá cao. Ngoài ra khi áp dụng các phương pháp này đạt hiệu quả kinh tế cao và có thể thu hồi các chất để sử dụng tuần hoàn hoặc chuyển sang công đoạn sản xuất sản phẩm khác. Trong số các phương pháp làm sạch khí thải phương pháp hấp thụ có ý nghóa quan trọng, nó cho phép lôi cuốn các tạp chất khí độc hại ra khỏi dòng khí thải. Trong trường hợp không yêu cầu hoặc không có khả năng thu hồi khí sinh ra thì có thể dùng phương pháp thiêu huỷ đối với các khí không sinh ra các khí độc hại thứ cấp. Xử lý giảm thiểu các khí độc hại có trong khí thải bằng trao đổi ion cũng đang được áp dụng trong một số lónh vực chuyên ngành khác nhau. GVHD: Xử lý các chất độc hại bằng phương pháp sinh học có ý nghóa trong việc bảo vệ môi trường sống xung quanh chúng ta. Người ta phân sự hấp phụ gồm 2 phương thức: hấp phụ vật lí và hấp phụ hoá học. Khi xảy ra sự hấp phụ vật lý, những phần tử bò hấp thụ không đi vào phần tử hấp thụ nghóa là quá trình hấp thụ thành phần riêng bằng chất hấp thụ không kéo theo phản ứng hoá học. Khi áp suất riêng phần của khí thành phần có trong hỗn hợp khí cao hơn áp suất cân bằng trên bề mặt thì quá trình hấp thụ liên tục. Khi hấp thụ hoá học những phần tử bò hấp thụ sẽ tác động tương hỗ hoá học với các phân tử hoạt tính của chất hấp thụ và tạo thành hỗn hợp hoá học mới. Khi này áp lực cân bằng của khí thành phần trên bề mặt dung dòch ít hơn một chút so với sự hấp thụ vật lý và nó có khả năng tách ra hoàn toàn khỏi dòng khí thải. Sự phối hợp hấp thụ và khử hấp thụ cho phép sử dụng thời gian dài mà không bò tiêu hao dòch hấp thụ trong một vòng kín hấp thụ – khử hấp thụ – hấp thụ và nhận được thành phần bò hấp thụ ở dạng sạch. Chất hấp thụ về nguyên tắc có thể sử dụng bất kỳ loại nào miễn sao nó có thể hoà tan được thành phần tách ra từ dầu khí. Tuy nhiên những chất hấp thụ công nghiệp áp dụng trong quá trình làm sạch liên tục dòng khí thải cần phải thoả mãn một số yêu cầu sau: Có đủ khả năng hấp thụ cao Có tính chọn lọc cao theo theo quan hệ với thành phần cần được tách ra. Có thể có tính bóc hơi nhỏ Có những tính chất động học tốt Có khả năng hoàn nguyên tốt Có tính ổn đònh nhiệt hoá học Không có tác động ăn mòn nhiều đến thiết bò Có giá thành rẽ và dễ kiếm trong sản xuất công nghiệp. Ta nhận thấy rằng yêu cầu thứ nhất nhằm giảm lưu lượng chất hấp thụ, dẫn tới làm giảm chi phí năng lượng để vận chuyển dòch trong khi làm việc và hoàn nguyên chất hấp thụ. Yêu cầu thứ hai bảo đảm khả năng phân li hoàn toàn hỗn hợp khí. Khi thực hiện quá trình hấp thụ áp suất riêng phần hơi chất háp thụ không cần lớn để tránh tiêu hao các chất này yêu cầu thứ ba cũng nhằm mục đích như vậy. Hoàn thành yêu cầu thứ tư sẽ làm giảm chiều cao thiết bò. Yêu cầu thứ năm , khi điều kiện dễ dàng hoàn nguyên chất hấp thụ sẽ làm giảm thời gian hoàn nguyên và giảm lưu chất mang nhiệt. Khi này chất hấp thụ cần có nhiệt độ sôi khá cao để ngăn ngừa tổn thất nhiệt do sự bay hơi trong giai đoạn hoàn nguyên. Nhiệt độ sôi của chất hấp thụ sử dụng thường trong khoảng bằng 170 – 200 0 C . GVHD: [...]... oxi hoá Ví dụ : SO2 + H2S = 3S + H2O Hidro và than khử SO2 ở nhiệt độ 5000C và 8000C tương ứng: SO2 + 2 H2 = S + 2H2O SO2 + 2C = S + 2CO Những phản ứng này được dùng trong công nghiệp để điều chế lưu huỳnh từ khí SO2 Khi có chất xúc tác ( boxit ) CO có thể khử SO2 đến lưu huỳnh ở 5000C : SO2 + 2CO = 2CO2 + S Phản ứng này đôi khi được dùng để thu hồi lại lưu huỳnh ở trong khí thải của một số nhà máy luyện... làm thu c trừ sâu và thu c sát trùng Trong công nghiệp, khí SO2 được điều chế bằng cách đốt cháy lưu huỳnh trong oxi hay trong không khí hoặc đốt các khoáng vật sunfua như pirit, galen và blenđơ Ví dụ: 4 FeS2 + 11 O2 = 2 Fe2O3 + 8 SO2 GVHD: Trong phòng thí nghiệm, khí SO2 có thể điều chế bằng cách nhỏ dần axit sunfuric đậm đặc vào muối sunfit hoặc hiđrosunfit Ví dụ : GVHD: NaHSO3 + H2SO4 = NaHSO4 + H2O. .. NaHSO4 + H2O + SO2 Chương 2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT QUÁ TRÌNH HẤP THU Lưu lượng vào tháp V = 1000 m3/ h Hàm lượng SO2 trong không khí ban đầu 7% theo thể tích Tỷ lệ hấp thu 85% Dung dòch khỏi tháp có nồng độ 0.36% khối lượng Lượng dung môi tối thiểu 1.4 Nhiệt độ 30o C p suất 760 mmHg xso 2 / M 0.0036 / 64 X so2 = xso2 / Mso2 + (1 − xso 2) / 18 = 0.0036 / 64 + (1 − 0.0036) / 18 = 1,015.10-3 Kmolso2 Kmoldm 1.015... chuyển dòch hấp thu Cần chú ý rằng không có chất hấp thụ tổng hợp nào thoả mãn tất cả các yêu cầu trên Vì vậy trong mỗi trường hợp cụ thể nên chọn chất hấp thụ thoả mãn được nhiều những yêu cầu cơ bản Những chất hấp thụ hay dùng hơn cả là những chất làm cho quá trình hấp thụ thành phần trong hỗn hợp khí được thực hiện bằng con đường hấp phụ vật lý hay bằng con đường hoá học với phản ứng thu n nghòch... −3 xso 2 Xc so2 = 1 − xso2 = = 1.016×10-3 kmolso2 / kmol dm 1 − 1.015 × 10 −3 Xd = 0 yd 0.07 Yd = 1 − y = 1 − 0.07 = 0.075 kmolso2 / kmolkhí trơ d Yc = ( 1- A ) Yd = ( 1-0.85 ) 0.07 = 0.011 kmol so2 / kmol hỗn hợp Lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bò hấp phụ ( kmol / h ) QY T P 1000 × 273 × 760 Gy = ( T + t ).P.22.4 = 303 × 760 × 22.4 = 40.223 kmolso2 / kmolh Lượng khí trơ đi vào thiết bò hấp phụ 1 1... dung dòch của SO2 ở trong nước có các cân bằng chủ yếu sau đây: SO2 + x H2O SO2 x H2O SO2 x H2O H3O+ + HSO3- + ( x – 2 ) H2O Tuy rằng acid sunfurơ không tồn tại như người ta biết rõ hai loại muối tương ứng với hai nấc đó là: muối hydrosunfit chứa amion HSO3- và muối sunfit chứaanion SO3- muối hydrosunfit được tạo nên khi dung dòch kiềm hoặc cacbonat kim loại kiềm tác dụng với dung dòch SO2 lấy dư và... dòch Khi hấp thụ vật lý thường người ta sử dụng chất hấp phụ phổ biến nhất là nước, đồng thời cả những dung dòch hữu cơ – không điện phân, không phản ứng với khí thành phần và dung dòch của chúng Sử dụng nước rất hợp lý để làm sạch thể tích lớn khí thải áp suất thấp ( khí thải sản xuất công nghiệp), bởi vì trong những thiết bò lớn khó mà tránh khỏi những tổn hao dung dòch hấp thụ, mà nước là chất hấp phụ... ở 200 c hoà tan khoảng 40 lít khí SO2 GVHD: Dung dòch SO2 ở trong nước có tính acid yếu Một thời gian dài trước đây người ta coi rằng đó là dung dòch của acid sunfurơ ( H2SO3 ) Nhưng nghiên cứu bằng phương pháp vật lí hiện đại, nhận thấy rằng trong dung dòch đó không có hoặc có rất ít phân tử H2SO3 Phần lớn khí SO2 đã tan vào trong dung dòch ở dạng được hydrat hoá SO2 7 H2O, vào trong đó cũng không... −3 kmolso2/ kmoldm d Lthực = 1.4 Lmin = 1.4 × 1641.32 = 2297.849 kmol/h Lượng dung môi tiêu tốn riêng Lthuc l= G tr 2297.849 IX.10a STTII / 141 l = 37.417 = 61.412 kmoldm / kmol khí trơ Phương trình cân bằng trong quá trình hấp thu GVHD: mX Ycb = 1 + (1 − m) X IX 4 STT II / 140 47.9 X Ycb = 1 − 46.9 X X 0 0.00112 0.00122 0.00132 Y 0 0.057 0.0620 0.067 Phương trình đường làm việc quá trình hấp thụ... trình hấp thụ Y = AX + B IX 6 STT II / 141 Lthuc 2297.849 A = G = 37.417 = 61.412 tr 0.00142 0.073 IX 8 STT II / 141 Gx B = Yc - G X d = 0.011 tr Y = 61.412 X + 0.011 X Y GVHD: 0 0.011 0.00112 0.080 0.00122 0.086 0.00132 0.092 0.00142 0.098 GVHD: Chương 3 TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH QUÁ TRÌNH HẤP THU Các thông số dòng khí Lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thu Vtb = V d + Vc 2 IX 101 STT II / 183 Vd . thiết trong công nghiệp và công nghệ hấp thu khí SO 2 bằng nước là có hiệu quả nhờ công nghệ đơn giản, chi phí thấp và đạt hiệu suất cao. GVHD: CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI HẤP THU I. ĐỊNH. hệ sinh thái công nghiệp phát triển bền vững. Trong phạm vi đề tài CÔNG NGHỆ HẤP THU KHÍ SO 2 BẰNG H 2 O chúng ta đã biết khí so 2 được thải ra ngoài môi trường từ nhiều nghành công nghiệp:. trình hấp thu và nhả khí về cơ bản là giống nhau nên ta có thể tìm hiểu hai quá trình này cùng một lúc. II. ỨNG DỤNG: Trong công nghiệp hoá chất thực phẩm, quá trình hấp thu được dùng để: • Thu