XỬ lý KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP hấp THỤ

Khái ni ệm Hấp thụ là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạonên một dung dịch các c

NHÓM: 1 THỨ 2_TIẾT 10-12

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

1 Đoàn Thị Huỳnh Liên 2009120004

Các loại thiết bị hấp thụ:tháp phun, tháp đệm, tổnghợp Powerpoint; thuyết

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI QUÁ TRÌNH HẤP THỤ 6

1 Khái ni ệm 6

2 Phân lo ại 6

II ƯU NHƯỢC ĐIỂM, CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH 6

1 Ưu, nhược điểm 6

1.1 Ưu điểm 6

1.2 Nhược điểm 6

2 Cơ chế quá trình 6

III CHẤT HẤP THỤ (DUNG MÔI) 8

1 Điều kiện lựa chọn dung dịch hấp thụ 8

2 Ch ất hấp thụ phổ biến 9

IV CÁC LOẠI THIẾT BỊ HẤP THỤ 10

1 Tháp phun 10

1.1 Cấu tạo 11

1.2 Nguyên lý ho ặc động 13

1.3 Ưu nhược điểm: 14

2 Tháp đệm 15

2.1 C ấu tạo 15

2.2 Nguyên lý ho ặc động 18

2.3 Ưu nhược điểm 19

3 Tháp mâm 19

3.1 C ấu tạo 20

3.2 Nguyên lý ho ặc động 21

3.3 Ưu nhược điểm 22

V ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MỘT SỐ KHÍ THẢI 22

1 X ử lí SO 2 23

1.1 Phương pháp hấp thụ SO 2 b ằng nước 23

1.2 Phương pháp hấp thụ SO 2 b ằng đá vôi (CaCO 3), CaO ho ặc vôi sữa (Ca(OH)2) 24

2 X ử lí NO X 26

2.1 Phương pháp hấp thụ NO X b ằng nước 26

2.2 H ấp thụ bằng kiềm và huyền phù 26

VI HỆ THỐNG XỬ LÍ KHÍ THẢI ĐƠN GIẢN (KHÍ THẢI LÒ HƠI) 26

1 Đặc điểm của khói thải lò hơi 26

1.1 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt củi 27

1.2 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt than đá 27

1.3 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt dầu F.O 27

2 Quy trình x ử lý khói thải lò hơi 28

KẾT LUẬN 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, do sự phát triển của các nghành công nghiệp tạo ra các sản phẩmphục vụ con người, đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá

vỡ cân bằng sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Trong các loại ô nhiễm, ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến conngười, động vật, thực vật và các công trình xây dựng Sức khỏe và tuổi thọ conngười phụ thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường

Vì vậy, trong những năm gần đây ô nhiễm không khí từ các nghành sảnxuất công nghiệp ở nước ta đang là vấn đè quan tâm không chỉ của nhà nước màcòn là của toàn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã lên đến mức báo động

Viêc xử lý khí thải được dùng bằng nhiều phương pháp xử lý khác nhau,

nhưng cần tùy thuộc vào thành phần và tính chất của nguồn ô nhiễm mà áp dụngcác phương pháp xử lý hợp lý để Sau đây, chúng tôi xin trình bày một phương

pháp xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ.

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

1 Khái ni ệm

Hấp thụ là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất

lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạonên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng

Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thụ

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

2 Phân lo ại

 Có 2 loại hấp thụ:

 Hấp thu vật lý: không tương tác hóa học là quá trình thuận nghịch

 Hấp thu hoá học: là quá trình hấp thụ luôn đi kèm với một hay nhiều phảnứng hóa học Sau quá trình khuếch tán là quá trình xảy ra các phản ứng hóahọc

 Trong xử lý khí thải nói chung, hấp thụ hóa học được ứng dụng rộng rãihơn so với hấp thụ vật lý

1 Ưu, nhược điểm

1.1 Ưu điểm

 Rẻ, dễ ứng dụng,có thể sử dụng dung môi là nước để hấp thụ các khí độc

hại như SO2, H2S rất hiệu quả

 Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có

chứa cả bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt

trong nước rửa

1.2 Nhược điểm

 Hiệu suất làm sạch không cao, không dùng để xử lý dòng khí có nhiệt độ

cao

 Quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế nhiều trường hợp

cần phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội

tăng hiệu quả quá trình xử lý như vậy thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh,vận

hành phức tạp

 Việc lựa chọn dung môi thích hợp để xứ lý rất kho khăn khi chất khí không

có khả năng hoà tan trong nước

 Phải tiến hành tái sinh dung môi khi dung môi đắt tiền để giảm giá thành xử

lý mà công việc này là rất khó khăn

2 Cơ chế quá trình

Hấp thụ là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng trong rấtnhiều quá trình khác Hấp thụ 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 của quá trình có thể chia thành 3 bước:

 Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặtcủa chất lỏng hấp thụ Nồng độ phân tử ở phía chất khí phụ thuộc vào cả 2 hiệntượng khuếch tán:

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

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

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 đặntrong toàn bộ khối chất lỏng

Khuếch tán phân tử: làm dòng chuyển các phân tử đến lớp biênhoặc 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

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 tăngnếu giữa pha lỏng và pha khí có diễn ra phản ứng hóa học hay các phân tử khíkhông thể 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 hệthống

Khi pha khí phân tán vào pha lỏng xảy ra hiện tượng dẫn nhiệt làmnăng lượng của cấu tử pha khí bò giảm Hiện tượng này xảy ra là do sự chuyểnđộng hỗn loạn của các phân tử khí, làm cho các phân tử này bò xáo trộn từ đódẫn tới sự cân bằng năng lượng giữa hai pha Nhờ có chuyển động này mà sựkhác biệt cục bộ về nồng độ chất khí trong hỗn hợp sẽ được giảm dần ngay cảkhi 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 giảm

do thể tích pha khí giảm Theo Nguyên lý Le Chartelier: độ hòa tan của khítrong 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 lỏngbằng thiết bị truyền nhiệt bố trí trong tháp hấp thụ Nếu nồng độ ban đầu khônglớn hoặc khi lưu lượng chất lỏng lớn thì sự thay đổi nhiệt độ của chất lỏngkhông đáng kể

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

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

 Trao đổi chất và lí thuyết lớp biên:

 Để trao đổi một lượng (khối lượng) chất ô nhiễm từ khí thải vào chất lỏng hấpthụ, cần phải trao các phần tử qua vùng ranh giới

 Cường độ trao đổi thực phụ thuộc vào các yếu tố: nhiệt độ, áp suất, nồng độ,

độ hòa tan

 Nồng độ phân tử ở phía chất khí phụ thuộc vào hai hiện tượng khuếch tán:Khuếch tán rối và khuếch tán phân tử

 Phương trình trao đổi chất:

 Đối với lớp biên khí: NA = k G (p AG – p Ai )

 Đối với lớp biên chất lỏng: NA = k L (C Ai – C AL )

Trong đó:

 kG: Hệ số trao đồi chất

 PAG: Áp suất riêng của chất A trong khối khí

 pAI: Áp suất riêng của chất A thuộc pha khí trên bề mặt chất lỏng

 CAi: nồng độ chất A thuộc pha lỏng trong lớp biên chất lỏng

 CAL: nồng độ chất A trong khối chất lỏng

III CHẤT HẤP THỤ (DUNG MÔI)

1 Điều kiện lựa chọn dung dịch hấp thụ

 Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách vàhòa tan không đáng kể các cấu tử còn lại Đây là điều kiện quan trọng nhất

 Độ nhớt của dung môi: càng bé thì trở lực quá trình càng nhỏ, tăng tốc độhấp thu và có lợi cho quá trình chuyển khối

 Nhiệt dung riêng: bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi

Nhiệt độ sôi: khác xa với nhiệt độ sôi của chất hoà tan sẽ dễå tách các cấu

tử ra khỏi dung môi

 Nhiệt độ đóng rắn: thấp để tránh tắc thiết bò, không tạo kết tủa, không độc

và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn

 Ít bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn

thiết bị

2 Ch ất hấp thụ phổ biến

 Nước (H2O)

 Dung dịch bazơ: KOH, NaOH, Na2CO3, K2CO3, Ca(OH)2, CaCO3…

 MonoEtanolAmin (OHCH2CH2NH2), Dietanolamin (RNH), trietanolamin

(R3N) Các dung dịch này có nhược điểm:

 Dễ bay hơi nên thất thoát nhiều

 Ăn mòn hoá học

 Liên kết với CO2rất bền nên khó phân hủy để hoàn nguyên…

 Nên ít được sử dụng rộng rãi

 Vi ệc lựa chọn chất hấp thụ phụ thuộc vào các yếu tố:

 Trong kỹ thuật xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, nước là loại chất hấp thụ

sẵn có, giá rẻ và thuận lợi nhất Tuy nhiên nước chỉ hấp thụ một số ít chất khí độc

hại, hơn nữa mức độ hấp thụ vật lý cũng hạn chế Trong nhiều trường hợp người taphải áp dụng phương pháp hấp thụ hóa học bằng nhiều hóa chất khác nhau tùy

theo mức độ độc hại cần khử, cụ thể như sau:

Khí ô nhiễm cần khử Chất hấp thụ

Oxit nitơ: N2O,O2, N2O5 Nước và các chất huyền phù: dung dịch

NaOH, Na2CO3, NaHCO3, KOH, K2CO3,KHCO3, Ca(OH)2, CaO, MgCO3, Mg(OH)2,Ba(OH)2, BaCO3, NH4HCO3

Nitơ Oxit NO Dung dịch FeCl2, FeSO4, NaSO3, Na2S2O3,

NaHCO3, NaHSO3Sunfua Điôxít SO2 Nước, Dung dịch NaOH, CaOH, CaCO3,

K2CO3, Na2CO3 (15-20%), KOH…Đihyđro sunfua H2S Dung dịch Na2CO3 + Na3AsO4

Ca(OH)2

Hơi sương, HCl Nước, dung dịch Na2CO3, NaOH, KOH,

K2CO3, Ca(OH)2

IV CÁC LOẠI THIẾT BỊ HẤP THỤ

1 Tháp phun

Thiết bị tháp phun cũng có nhiều loại khác nhau tùy theo thiết kế giàn phunhay chiều tiếp xúc của dòng khí và dung dịch hấp thụ vv Tuy nhiên cấu tạo cơbản của chúng gần như giống nhau.

1.1 Cấu tạo

 Cấu tạo: Hình trụ tròn, rỗng bên trong có chứa hệ thống ống dẫn phânphối khí thải và dung môi hấp thụ

 Giàn phun: có thể bố trí một tầng hay nhiều tầng, hoặc đặc dọc theo trụcthiết bị

 Vật liệu: Vỏ tháp được làm bằng thép không gỉ: inox 201, inox 304hoặc thép CT3 phủ sơn cách nhiệt

 Công suất: theo kiểu modul, tùy theo công suất yêu cầu của khách hàng

 Khả năng xử lý: thích hợp với hỗn hợp khí thải ít ô nhiễm, được ứngdụng chủ yếu trước một công trình xử lý quan trọng

 Tháp có dạng hình trụ thẳng đứng, được sử dụng trên nguyên tắc tạo ra

sự tiếp xúc giữa chất ô nhiểm và dòng nước phun Dung dịch hấp thụđược phung thành giọt xuyên qua dòng khí bốc lên trong thể tích rổngcủa thiết bị

 Một số thiết bị tháp phun thường thấy:

 Tháp phun r ổng:

 Tháp phun d ạng đĩa quay:

 Tháp phun ph ản lực:

1.2 Nguyên lý ho ặc động:

Buồng phun được sử dụng để kết hợp lọc sạch bụi và hơi khí độc bằngdung dịch phun Người ta đưa dòng khí thải có lẫn bụi và hơi khí độc vào một đầubuồng phun qua một thiết bị có thể phân đều dòng khí thải theo toàn bộ tiết diệnngang của buồng Trong không gian buồng phun có bố trí 1,2 hay 3 giàn mũi phun

để phun dung dịch thành chùm các hạt nước nhỏ ngược chiều dòng khí thải Hơikhí độc bị dung dịch hấp thụ qua bề mặt các hạt dung dịch, không khí sạch quakhỏi buồng phun được dẫn vào Cyclon ướt để thu lại các hạt nước phun Sau đókhí thải có thể được thải thẳng vào khí quyển hay đưa qua bộ sấy nóng trước khithải để giảm độ ẩm tương đối của dòng khí

Dung dịch nước phun được thu hồi đưa qua thiết bị lắng cặn và xử lý hóatrước khi được phun trở lại Sau một khoảng thời gian làm việc, dung dịch phunđược thải vào hệ thống xử lý nước thải

Người ta thường cấu tạo buồng phun với tốc độ khí thải v = 1 ~ 2,5 kg/ms Lượng nước phun trung bình trên đơn vị khí thải thường là : μ = 1,2 ~ 7 kg/kg.Các vòi phun dung dịch hấp thụ thường là vòi phun góc có lưu lượng 250 l/h vớiđường kính lổ phun 2,5 ~ 3,5 mm Áp suất dung dịch phun nhỏ nhất là 2,5 kg/cm2

1.3 Ưu nhược điểm:

 Ưu điểm:

 Thiết kế và vận hành đơn giản, dể dàng cho việc chế tạo và lắp đặt

 Vận tốc khí trong tháp cao, làm tăng khả năng hấp thụ.

 Đường kính tháp nhỏ, nên mật độ tưới nhỏ (50 – 90 m3/m2) tiết kiệm dungtích hấp thụ mà vẩn cho hiệu suất cao

 Lọc được bụi mịn với hiệu quả tương đối cao

 Có thể kết giữa lọc bụi và khử khí độc hại trong phạm vi có thể, nhất làtrong các khí hơi cháy

Tháp đệm thường là một tháp chứa lớp vật liệu rỗng như các loại khâu bằng

sứ, kim loại hay plastic Khi thải được dẫn vào ở đáy tháp và thoát ra ở đỉnh tháp.Dung dịch hấp thụ được tưới đều lên đỉnh lớp đệm và chảy dọc theo các bề mặtvật liệu Phản ứng hấp thụ xảy ra trên bề mặt ướt của lớp đệm Hiệu quả lọc phụthuộc vào vận tốc dòng khí trong lớp vật liệu tổng diện tích bề mặt tiếp xúc lớpđệm

 Một số dạng tháp đệm thường thấy:

 Vật liệu đệm:

Có nhiều loại vật liệu như: than hoạt tính, silicagel, zeolit, và các chất hấpphụ tự nhiên khác… Tùy vào từng loại khí thải mà lựa chọn vật liệu hấp phụ

 Than hoặc tính khử màu, mùi, chất hữu cơ, độc chất:

 Vòng sứ Raschig được làm bằng vật liệu Ceramic sử dụng cho các hệ

thống xử lý khí Vòng sứ có khả năng chịu được nhiệt độ cao (700oC) Cókhả năng chống ăn mòn nên có thể dùng trong môi trường acid hoặc bazơ

2.2 Nguyên lý ho ặc động:

Tháp đệm được dùng để lọc hơi khí độc có lẫn rất ít bụi để tránh nghẹtlớp đệm Tốc độ dòng khí qua lớp đệm được cấu tạo sao cho tránh hiện tượng sặctrong lớp đệm

Trong thực tế, người ta thường kết hợp buồng phun và tháp đệm để tiếnhành lọc hơi khí độc Thiết bị loại này có một buồng phun ở phía trên và một tháp

đệm ở phía dưới Khi thải đi từ dưới lên qua tháp đệm và qua buồng phun, sau đóđược đưa qua một lớp vật liệu rỗng khác để tách lại các hạt nước phun.

Vận tốc dòng khí đi qua lớp đệm trong khoảng v=1~1,5 m/s Chiều dàylớp đệm h = 0,4~3 m Dung dịch hấp thụ được phân phối đều trên toàn mặt cắtngang tháp bắng vòi phun hay ống khoan lỗ Cường độ tưới dung dịch hấp thu μ =1,5 ~ 4 kg/kg kk Trở lực của tháp cho dòng khí thải p = 60 x (h/0,4) kg/m2

2.3 Ưu nhược điểm:

 Ưu điểm:

 Hiệu quả xử lý cao

 Thiết kế vận hành đơn giản

 Giá thành phù hợp

 Nhược điểm:

 Khó khăn trong việc rửa vật liệu đệm

 Hay gây tắc ngẽn vật liệu đệm do tích tụ cặn, làm tăng trở lực quá trình hấpthụ

 Phân phối dung dịch hấp thụ phải điều khắp diện tích tháp

3 Tháp mâm

Tháp mâm có hoặc động đơn giản và cấu tạo gần như giống nhau chỉ khácnhau ở số lượng mâm, cách thức bố trí và dạng mâm ( mâm xuyên lổ, mâmchớp )

3.1 C ấu tạo:

Tháp hình trụ thẳng đứng, trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau, trên

đó pha lỏng và pha khí được cho tiếp xúc với nhau

Quá trình chung của cả tháp là sự tiếp xúc pha nghịch dòng mặc dù trênmỗi mâm hai pha khí vàl ỏng tiếp xúc giao dòng

 Các loại mâm thường được sử dụng:

 Mâm xuyên lổ:

 Mâm chóp:

3.2 Nguyên lý ho ặc động

Trong tháp bọt, người ta đưa không khí đi qua một tấm phẳng đục lỗ, phíatrên có nước hay dung dịch hấp thụ Khí thải đi qua lớp nước dưới dạng các bọtkhí và nổ vỡ ở mặt trên của mặt nước Quá trình thu bắt hạt bụi và hấp thụ hơi khíđộc xảy ra trên bề mặt các bọt khí.

Người ta thường làm mặt sàng bằng kim loại có chiều dày từ 4 - 6mm cócác lỗ hình tròn đường kính d = 4 ~ 8mm Tổng diện tích lỗ chiếm 20 ~ 25% diệntích mặt sàng Lượng nước trên lưới đươc tính hay cấu tạo máng tràn sao cho lớpbọt có chiều cao 80 ~ 120mm Tốc độ khí đi qua lỗ giới hạn trong khoảng 6 ~10m/s là vận tốc tốt nhất để có lớp bọt ổn định Tốc độ khí đi qua thiết diện ngangcủa thiết bị trong khoảng 1,5~2,5 m/s Thiết bị thường có nhiều lớp mặt sàng đểnâng cao hiệu quả của thiết bị

3.3 Ưu nhược điểm:

 Ưu điểm:

 Có thể xử dụng cho cả quá trình chưng cất lẩn hấp thụ

 Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lương hơi

 Các mâm dể dàng tháo lắp vệ sinh hoặc tùy nhu cầu sử dụng

 Nhược điểm:

 Khi vận tốc khí lớn có thể gây nên sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trongdòng hơi từ mâm dưới lên mâm trên làm giảm sự biến đổi nồng độ tạo nênbởi quá trình truyền khối, làm giảm hiệu suất

 Ngoài ra còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nénkhí cho tháp

Trong thực tế sản xuất và đời sống, có rất nhiều loại khí thải mang theochất ô nhiễm dạng khí Việc lọc sạch chúng phụ thuộc rất nhiều vào tính chất hóahọc của chất ô nhiễm, có thể chia chúng thành hai nhóm:

 Nhóm các chất có nguồn gốc hữu cơ: Bao gồm các chất có nguồn gốc

từ khí thiên nhiên, dầu mỏ như: Xăng, etylen, benzen, butan…

 Nhóm có nguồn gốc vô cơ như: H2S, SO2, NOX…

Không thể có quy trình và thiết bị nào chung cho mọi loại chất ô nhiểmdạng khí Quy trình lọc sạch chúng phụ thuộc vào tính chất hóa lý và nồng độ thực

tế trong khí thải và hiệu quả kinh tế của công việc