ON TAP XL KHI THAI

6/1/16 NỘI DUNG ƠN TẬP XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: TS THÁI PHƯƠNG VŨ XỬ LÝ BỤI XỬ LÝ BỤI  PHƯƠNG PHÁP KHƠ  PHƯƠNG PHÁP ƯỚT XỬ LÝ KHÍ ĐỘC     PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ BỤI KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI BỤI phân tử chất rắn rời rạc tạo thành q trình nghiền, ngưng kết phản ứng khác nhau; BỤI thường tồn lơ lửng khơng khí Phân loại – Nguồn gốc: tự nhiên, nhân tạo, thực vật, kim loại,… – Kích thước: XỬ LÝ BỤI KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI • Phân loại – Nguồn gốc: – Kích thước: Kích thước (µm) Tên Đặc tính 1-200 Bụi thơ Lắng nhanh khơng khí 0,01-1 Khói Từ q trình đốt nhiên liệu 0,1-1 10 Khói hố chất Sương mù Từ q trình bay hơi, ngưng tụ hố chất, lun kim Là hạt lỏng < 10 Sol khí Giữa lỏng-hơi/khói XỬ LÝ BỤI KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI • Phân loại – Nguồn gốc: – Kích thước: – Theo tác hại: • Bụi nhiễm độc chung: chì, thuỷ ngân, benzen • Bụi gây dị ứng: phấn hoa, tinh dầu, phân hố học • Bụi gây ung thư: phóng xạ, crom, • Bụi gây xơ hố phổi: aminang, KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI Tính chất 3.1 Khối lượng riêng: tuỳ thuộc loại bụi 3.2 Độ phân tán: hạt nhỏ - độ phân tán lớn 3.3 Kích thước hạt: Là thơng sớ bụi, để chọn thiết bị lọc bụi Trong kỹ thuật lọc bụi, kích thước Stoke có ý nghĩa quan trọng, đường kính hạt cầu có vận tốc lắng chìm (vts) hạt khơng phải hình cầu 6/1/16 XỬ LÝ BỤI XỬ LÝ BỤI KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỤI Tính chất 3.4 Độ mài mòn: phụ thc vào độ cứng, hình dạng, kích thước, khối lượng riêng, nồng độ vận tốc chuyển động hạt 3.5 Độ thấm nước: liên quan đến xử lý ướt tuần hồn nước (vật liệu háo nước: canxi, thach anh; thấm nước: than, lưu huỳnh; kỵ nước: parafin, nhựa đường) 3.6 độ dẫn điện: liên quan đến xử lý tĩnh điện, bụi có điện trở lớn khó xử lý pp Tính chất 3.7 Tính hút ẩm: bụi có tính hút ẩm dễ áp dụng pp xử lý ướt 3.8 Tính kết dính: bụi nhỏ chúng dễ bị bám vào bề mặt thiết bị Bụi có 60 – 70% hạt có đường kính nhỏ 10 µm coi bụi kết dính 3.9 Tính cháy nổ: chủ yếu bụi hữu cơ, hàm lượng oxy hỗn hợp cao dễ nổ (O2 < 16% khơng nổ) XỬ LÝ BỤI XỬ LÝ BỤI CƠ SỞ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI  Phụ thuộc vào tính chất/loại bụi nhiễm cần xử lý  Q trình tạo nên chất nhiễm dạng bụi – kích thước hạt bụi  Mức độ kiểm sốt cần đạt sau xử lý (QCVN 19:2009 = 200 mg/m3 (cột B) – Kích thước hạt bụi < 75 µm)  Phương pháp xử lý khí thải thơng dụng điều kiện  Khả hay hiệu xử lý thiết bị XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ BUỒNG LẮNG XỬ LÝ BỤI – PHƯƠNG PHÁP KHƠ Stt Dạng thiết bò Buồng lắng bụi Xiclon Năng suất tối đa Hiệu xử lý m3/h Không giới hạn (> 50m), 8090% 85.000 (10m), 5080% 170.000 (5m), 90% Xiclon tổ hợp Lọc tĩnh điện Thiết bi lắng quán tính 127.500 (2m), 90% Thiết bò thu hồi bụi động 42.500 (2m), 90% Trở lực Giới hạn nhiệt độ Pa oC 50130 350550 2501500 350550 7501.500 350450 7501.500 đến 400 (> 0,01 m) >95% đến 400 XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ BUỒNG LẮNG Thuyết minh buồng lắng • Buồng lắng có cấu tạo hình hộp nằm ngang: chiều dài L, chiều cao H, bề rộng B • Vận tốc dòng khí ngang (u) tồn tiết diện ngang buồng lắng đặn • Hạt bụi có vận tốc chuyển động ngang = u • Hạt bụi rơi tác dụng trọng lực theo phương thẳng đứng chạm đáy trước điểm N xem giữ lại buồng lắng Vận tốc lắng (rơi) = vts 6/1/16 XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ BUỒNG LẮNG BUỒNG LẮNG Ưu nhược điểm Ngun lý hoạt động:  Sự lắng bị bụi buồng lắng tạo điều kiện để trọng lực tác dụng lên hạt bụi thắng lực đẩy ngang dòng khí Trên sở đó, buồng lắng chế tạo cách tăng đột ngột mặt cắt dòng khí chuyển động Thời điểm đó, hạt bụi lắng xuống Các hạt bụi có kích thước lớn 50 m lắng tốt  Hạt bụi nhỏ lắng cách tăng thêm chắn lửng buồng lắng Các hạt bụi chuyển động theo qn tính đập vào vật chắn rơi nhanh xuống đáy XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM - Có thể thu gom bụi > 10 µm -Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo -Chi phí vận hành bảo trì thấp -Thường sử dụng làm sơ -Buồng có kích thước lớn, thiết bị cồng kềnh -Khó dọn vệ sinh -Vận tốc dòng khí nhỏ 12m/s - Chỉ xử lý hiệu với bụi > 50 µm -Khơng thể xử lý bụi < µm - Hiệu suất xử lý: < 70% XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ BUỒNG LẮNG Các cơng thức tính tốn Vận tốc chuyển động ngang (u) hạt bụi Q u  B x H BUỒNG LẮNG Các cơng thức tính tốn Điều kiện để hạt bụi giữ lại buồng lắng  Chiều dài tối thiểu buồng lắng Thời gian để hạt bụi chạm đáy H τ1  v Thời gian lưu bụi buồng lắng τ2  L u XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ L  u H v XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ Các cơng thức tính tốn Đường kính hạt bụi tối thiểu (do = d min) để hạt bụi lắng buồng lắng 18 x µ x u x H 18 x µ x Q  (ρb  ρk) x g x L (ρb  ρk) x g x B x L Phương trình buồng lắng Bx L  τ Thơng thường vận tốc làm việc buồng lắng 0,5 – 2,5 m/s Tuy nhiên, để buồng lắng làm việc hiệu cao u < 0,3 m/s BUỒNG LẮNG  dmin  τ 18 x µ x Q ρ b x g x d BUỒNG LẮNG Các cơng thức tính tốn Vận tốc lắng cuối hạt có đường kính d v ts  g x d xb 18 x µ m/s Độ nhớt khơng khí (0oC) oC = 17,17 x 10-6 Pa.s Tại 30oC, µ = 18,85 10-6 Pa.s µ toc  µ oC x 273  t    273   387 x 387  t 3/2 6/1/16 XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ Bài tập Xử lý bụi Buồng lắng BUỒNG LẮNG Các cơng thức tính tốn 10 Hiệu suất làm việc buồng lắng η v ts xLx B Q  η  1   C C Một nhà máy sản xuất gỗ có khí thải bảng Lưu lượng khí m3/h Nồng độ bụi đầu vào, g/m3 Tỷ lệ bụi % 20-40 µm 10.500 10 40-60 µm > 60 µm 70 25 x 100%   x 100%   v  r C v C  C r x 100% v 11 Lượng bụi thu buồng lắng M  Q x (C v  C r)  Q x C v x η Biết: Nhiệt độ khí thải 35oC; nhớt động học µ35oC = 18,87 x 10-6 (Pa.s) ρk =1,149 kg/m3 ρb = 800 kg/m3 35oC Tính tốn: Tính kích thước buồng lắng (cho H = 3m, u = 0,18 m/s) Hiệu suất xử lý loại 20, 30, >40 µm Lượng bụi thu được/h Tính nồng độ bụi đầu khỏi hệ thống Nồng độ bụi đầu có đạt QCVN hay khơng? Giải thích Giải Tính kích thước buồng lắng Vận tốc vận chuyển ngang (u) hạt bụi u = Q/(B x H) (m/s) Thời gian τ1 (s) để hạt chạm đáy buồng lắng: τ1 = H/v Thời gian lưu bụi buồng lắng τ2 = L/u (s) Vậy để hạt bụi giữ lại buồng lắng τ1 < τ2 Do đó, chiều dài tối thiểu buồng lắng L > (u/v) x H = (0,18/v) x H Chọn vân tốc làm việc buồng lắng = 0,18 m/s Giải Tính kích thước buồng lắng Giải Tính tốn hiệu suất Giải Tính tốn lượng bụi thu Tải lượng bụi buồng lắng: Mb = QxCb = 10.500 m3/h x 10 g/m3 = 105 kg/h Trong bụi có kích thước từ 40 µm trở lên xem xử lý 100% Khối lượng bụi thu hạt có kích thước d > 40 µm: M1 = 95% x 105 x 100% = 99,75 kg/h  Khối lượng bụi thu hạt d = 20 - 40 µm: M2 = 5% x 105 (100% + 56,63% + 25,04%)/3 = 3,18 kg/h  Tổng khối lượng bụi thu M = M1 + M2 = 99,75 + 3,18 = 102,93 kg/h  Hạt > 40 µm: buồng lắng giữ lại η1 = 100%  Hạt 20 – 40 µm  Hạt có d = 30 µm Vận tốc lắng cuối hạt có d = 30 µm Vts = (g x d2 x ρb)/(18 x µ) = 9,81x(30x10-6)2 x 800/18x18,87x10-6 = 0,0208 (m/s) η2 = vtsxLxB x100%/Q = 0,0208x15x5,3x100%/2,92 = 56,63%  Hạt có d = 20 µm Vận tốc lắng cuối hạt có d = 20 µm Vts = (g x d2 x ρb)/(18 x µ) = 9,81x(20x10-6)2 x 800/18x18,87x10-6 = 0,0092 (m/s) η3 = vtsxLxB x100%/Q = 0,0092x15x5,3x100%/2,92 = 25,05% Chọn kích thước tối thiểu hạt bụi mà buồng lắng giữ lại dmin = 40 µm Vận tốc lắng cuối hạt bụi có đường kính d = 40 µm Vts = (g x d2 x ρb)/(18 x µ) = 9,81x(40x10-6)2 x 800/18x18,87x10-6 = 0,037 (m/s) Chọn chiều cao buồng lắng bụi H = m Từ phương trình buồng lắng ta có B x L = 18xµxQ/ (gxdmin2xρb) = 18x18,87x10-6 x2,92/ 9,81x(40x10-6)2 x 800 = 78,9 m2 ≈ 79 m2 Kết hợp với điều kiện L > 0,18H/v = 0,18x3/0,037 = 14,6 m Chọn L = 15 m  B = 5,3 m 6/1/16 Giải Giải Nồng độ bụi khỏi thống Khối lượng bụi lại theo dòng khí khỏi buồng lắng Mr = 105 – 102,93 = 2,07 kg/h Nồng độ bụi khỏi buồng lắng Cr = Mr/Qr = 2,07/10.499,87 = 0,199 g/m3 = 197 mg/m3 Đánh giá chất lượng khí đầu Nồng độ bụi khỏi buồng lắng 197 mg/m3 So với tiêu chuẩn (QCVN 19;2009/BTNMT cột B) 200 mg/m3 Vậy khí thải đầu đạt tiêu chuẩn qui định Qr = Qv-Qb = 10.500 m3/h – 102,93 /800 = 10.499,87 m3/h Hoặc: Cr = Cv x η = 10 g/m3 x [(95%x100%) + 5% [(100% + 56,63% + 25,04%)/3 = 10 (95 + 3,03)% = 197 mg/m3 XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ CYCLONE CYCLONE Cyclon đơn Cyclon chùm (tổ hợp/nhóm) XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ Ngun lý hoạt động: Phần khí bẩn đưa vào phần cyclon Thân cyclon thường hình trụ có đáy chóp cụt Ống dẫn khí bẫn vào thường có dạng khối chữ nhật, bố trí theo phương tuyến tính với thân cyclon Khí vào cyclon chuyển động xoắn ốc, dịch chuyển xuống hình thành dòng xốy ngồi Lúc hạt bụi tác dụng lực ly tâm văng vào thành cyclon Các hạt bụi dịch chuyển xuống nhờ lực đẩy dòng khí trọng lực, từ khỏi cyclon, qua ống xả bụi Tiến gần đáy chóp, dòng khí bắt đầu quay ngược lên hình thành dòng xoắn Khí phía cyclon ống trụ tâm cyclon XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ CYCLONE ƯU ĐIỂM Khơng có phần chuyển động  tăng độ bền thiết bị Có thể làm việc nhiệt độ cao (500oC) Thu hồi bụi dạng thơ  Trở lực gần cố định, khơng lớn (2501500 N/m2)  Làm việc áp suất cao  Năng suất cao, rẻ  Có khả thu hồi bụi mài mòn mà khơng cần bảo vệ bề mặt cyclon  Hiệu suất khơng phụ thuộc nồng độ bụi Chế tạo đơn giản CYCLON NHƯỢC ĐIỂM  Hiệu vận hành bụi < µm  Khơng thể thu hồi bị kết dính CÁC CƠNG THỨC TÍNH TỐN Đường kính cyclon 4Q π x v tu D  (m) Chọn D số chẳn Vtu thường = 2,5 m/s Vận tốc thực dòng khí cyclon (vthuc vtu khơng lệch q 15%) v thuc  4Q π xD 6/1/16 XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ BT2 Xử lý bụi Cyclone CYCLON CÁC CƠNG THỨC TÍNH TỐN Kích thước thiết bị cyclon Thiết bị cyclon Kích thước Chiều cao ống tâm h3=1,5D Chiều cao phần hình trụ h1=1,51D Chiều cao phần hình nón h2=1,5D Chiều cao chung H H=3,31D Đường kính ống tâm d1=0,6D Đường kính cửa tháo bụi d2=0,35D Chiều rộng cửa vào b= 0,2D Chiều dài cửa vào l=0,6D Giải BT2 Tính tốn thiết bị lọc bụi cho máy mài Biết Tỷ lệ cỡ hạt, % Q, m3/h C, mg/m3 ρ, kg/m3 10.000 2.000 1.100 > – 10 µm > 10-20 > 20-40 25 70 Tính vận tốc thực cyclon biết vtu = 2,5 m/s Tính kích thước chiều cao ống tâm, chiều cao hình trụ, chiều cao hình nón, đường kính ống xả bụi, chiều rơng dài cửa khí bẩn vào, đường kính ống khí Hiệu suất cyclon, biết lượng bụi thu 19kg/giờ Nồng độ bụi đầu có đáp ứng tiêu chuẩn qui định? giải thích Giải BT2 Tính tốn cyclone  Đường kính cyclone (vtu = 2,5 m/s) Kích thước phận cyclone Thơng số Cơng thức Kết D  4xQ πVtu  4x10.000 3,14x2,5x3.600  1,189m Chiều cao ống tâm h1=1,5D 1,8 m Chiều cao phần hình trụ h2=1,51D 1,812 m Chiều cao phần hình nón h3=1,5D 1,8 m Chọn D = 1,2 m  Vận tốc thực dòng cyclone Vt = 4xQ/πD2 = 4x10.000/3,14x(1,2)2 = 2,46 m/s Ta có: [(2,5-2,46)/2,5]x100% = 1,6% 20 µm 10.000 18 45 50 Biết: Nhiệt độ khí thải 35oC; nhớt động học khối lượng riêng khí thải 35oC 18,87.10-6 Pa.s 1,146 kg/m3, vận tốc tối ưu dòng khí túi vải = 90m3/m2.h (đường kính tay áo D=0,2 m; chiều dài l=2,5m) Tính tốn: Tính số lượng ống tay áo Lượng bụi thu được/h, nồng độ bụi đầu ra, biết hiệu suất xử lý 99% Tính thời gian rũ bụi Giải BT3  Phân bố ống tay áo -Bố trí ống tay áo thành hàng, hàng ống  số ống: 8x9 =72 ống -Thiết kế thêm hàng túi hồn lưu  số ống thực: 9x9 = 81 ống -Khoảng cách ống tay áo (ngang dọc nhau): 8-10cm, chọn cm -Khoảng cách từ ống tay áo ngồi đến thành thiết bị 8-10cm, chọn cm  Kích thước thiết bị Chiều rộng thiết bị = đường kính ống tay áo x số hàng + khoảng cách ống tay áo x (số hàng – 1) + khoảng cách từ ống tay áo ngồi đến thành thiết bị x = x + 0,08 x (9-1) + 0,08 x = 2,6 m Chọn kích thước tiết diện ngang: a x b = 2,6 x 2,6 m Chiều cao thiết bị = Chiều cao phí túi vải + chiều cao túi vải + chiều cao phía túi vải + chiều cao thùng lấy bụi + chiều cao phễu thu bụi = + 2,5 + 0,8 + 1,7 = m Giải BT3 (tt5) Thời gian rũ bụi  Rung rũ bụi khí nén  Thời gian rũ bụi: 5s  Thời gian lần rũ: 2,34 phút  Lưu lượng khí nén cần để rung rũ = 0,2%  Lưu lượng khí cần làm Q = 0,2% x 10.000 = 20 m3/h 6/1/16 XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ LỌC TĨNH ĐIỆN LỌC TĨNH ĐIỆN Ngun lý hoạt động Trong điện trường đều, khơng khí cực bị ion hố Trên đường đi, ion bám dính vào hạt bụi làm chúng tích điện (âm dương) chuyển cực trái dấu Tại chúng trung hồ nằm lại Khí sau xử lý phía thiết bị Bụi thu hồi phía buồng lắng Các điện cực làm búa gõ XỬ LÝ BỤI – Phương pháp khơ XỬ LÝ BỤI – Phương pháp ướt LỌC TĨNH ĐIỆN ƯU ĐIỂM  Xử lý hạt bui có kích thước nhỏ (0,01 µm)  Hiệu suất xử lý cao (95%) Vận hành đơn giản XỬ LÝ BỤI - PHƯƠNG PHÁP ƯỚT NHƯỢC ĐIỂM  Giá đầu tư cao  Tiêu tốn điện  Độ an tồn XỬ LÝ BỤI – Phương pháp ướt XỬ LÝ BỤI - PHƯƠNG PHÁP ƯỚT NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG Q trình thu hồi bụi dựa tiếp xúc dòng khí bụi với chất lỏng, biên pháp thực hiện:  Dòng khí bụi vào thiết bị rửa chất lỏng Các hạt bụi tách khỏi chất lỏng nhờ va chạm với giọt nước  Chất lỏng tưới ướt bề mặt làm việc thiết bị, dòng khí tiếp xúc với bề mặt Các hạt bụi bị hút màng nước tách khỏi dòng khí  Dòng khí bụi sụt vào nước bị chia thành bọt khí Các hạt bụi dinh ướt bị loại khỏi dòng khí XỬ LÝ BỤI – Phương pháp ướt XỬ LÝ BỤI - PHƯƠNG PHÁP ƯỚT ƯU ĐIỂM  Hiệu thu hồi bụi cao  Xử lý hạt bụi có kích thước nhỏ (0,1 µm) Sử dụng nhiệt độ độ ẩm cao Nguy hiểm cháy nổ thấp  Cùng với bụi, thu hồi khí  Chất lỏng thường sử dụng nước nên rẻ tiền NHƯỢC ĐIỂM  bụi thu dạng cặn, phải xử lý nước thải (tăng chi phí xử lý)  bụi dính ướt bị theo khí dính vào ống, quạt,  Cần chống ăn mòn trường hợp khí bụi ướt có tính ăn mòn 6/1/16 TỔNG HỢP PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ LẮNG BỤI/XL BỤI Kích thước Loại thiết bị hạt µm 40 - 1.000 Buồng lắng Kích thước hạt µm 0,9 - 100 20 - 1.000 0,05 - 100 - 1.000 Cyclon, D = 1-2 m Cyclon, D = m Lọc có vải lọc Lọc sợi 0,1 - 10 Lọc điện 20 - 100 Thùng lọc 0,01 -10 pp ướt HIỆU SUẤT CỦA THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI  Theo nồng độ bụi không khí vào thiết bò: Loại thiết bị  Qv = lưu lượng thể tích khí vào, m3/s (Điều kiện chuẩn t = 25oC p = 760 mmHg) Qr = lưu lượng khí ra, m3/s Cv = nồng độbụi khí vào, g/m3 Cr = nồng độbụi khí ra, g/m3 HIỆU SUẤT CỦA THIẾT BỊ LỌC BỤI HIỆU SUẤT CỦA THIẾT BỊ LỌC BỤI  Theo khối lượng bụi giữ lại thiết bị lọc và nồng đợ bụi vào thiết bị:   Theo khối lượng bụi giữ lại thiết bị lọc nồng đợ bụi thiết bị:   Theo hiệu lọc nhóm hạt:  Hiệu lọc theo nhóm hạt hiệu lọc hạt theo kích thước xác định, biểu thị cơng thức: G 100 Qv C v Trong đó: G: lượng bụi giữ lại thiết bị lọc, kg/s) G 100 G  Qr C r  QC  Qv C v  Qr C r  100  1  r r   100 Qv C v  Qv C v    '   ''  100 ' ηФ: hiệu lọc theo nhóm hạt, (%); Ф’, Ф” nồng đợ nhóm hạt khơng khí vào (Ф’) (Ф”) thiết bị lọc, (%)  Biết hiệu lọc theo nhóm hạt, xác định hiệu lọc chung thiết bị:     11    2     n n ηФ1, ηФ2,…, ηФn hiệu lọc theo nhóm hạt 1, 2,…, n tương ứng, %; Ф1, Ф1, Ф1 ,…, Фn nồng độ nhóm hạt 1, 2,…., n tương ứng, % XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC Khái niệm khí thải Các phương pháp xử lý XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC     Hấp thụ Hấp phụ Nhiệt - Xúc tác Sinh học 10 6/1/16 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC KHÍ THẢI KHÍ THẢI Một số khí độc hại thường gặp nguồn phát sinh  Phân biệt khí hơi: khí (CO2 , SOx , NOx,…) vs độc hại (hơi xăng, dầu hỏa,…)  Khí độc hại: chất nhiễm khơng khí dạng khí gây độc hại cho sức khỏe người, sinh vật hệ sinh thái  Các chất nhiễm phổ biến: CO2, NOx, SO2, O3, VOC, H2S, HCl, Cl2, XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC Khái niệm truyền khối (1) Khái niệm truyền khối (2) Truyền khối q trình vận chuyển vật chất từ pha vào pha khác theo hướng đạt trạng thái cân vật chất  Các trình truyền khối gọi trình khuếch tán vận tốc chúng xác đònh vận tốc khuếch tán với tham gia cấu tử  Các trình truyền khối bao gồm:  Ký hiệu pha:  Hấp thụ: trình vận chuyển vật chất từ pha khí vào pha lỏng dựa khả hoà tan chất khí vào chất lỏng Hấp thụ chia làm loại: hấp thụ vật lý hấp thụ hóa học  Pha nhẹ: pha y  Pha nặng: pha x  Hấp phụ: trình lôi mọât hay nhiều cấu tử pha khí hay lỏng chất rắn (gọi chất hấp phụ) Quá trình Pha nhẹ – pha y Pha nặng – pha x Hấp thụ Khí Lỏng  Sấy; Hòa tan; Chưng cất; kết tinh; trích ly Hấp phụ Lỏng (Khí) Rắn 63 64 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC - CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC - CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ CÁC DUNG MƠI HẤP THỤ KHÍ ĐỘC CÁC DUNG MƠI HẤP THỤ KHÍ ĐỘC KHÍ Ơ NHIỄM DUNG MƠI Oxit Nitơ Dung dịch nước chất huyền phù: NaOH, Na2SO3, (N2O, NO2,N2O5) NaHCO3, KOH, K2CO3, KHCO3, Ca(OH)2, CaCO3, Mg(OH)2, MgCO3, Ba(OH)2, BaCO3, NH4HCO3 Nitơ oxit (NO) Dung dịch FeCl2, FeSO4, Na2SO3, Na2S2O3, NaHCO3, NaHSO3 Sulfua dioxit (SO2) Nước, dung dịch nước: NaSO3 (18-25%), NH4OH (515%), Ca(OH)2, Na2CO3 (15-20%), NaOH (15-25%), KOH, (CH4)2SO3 (20-25%), ZnSO3, K2CO3, MgO, ZnO, dung dịch Xilidin – nước 1:1, (CH3)2C6H3NH2 – nước, dimethylanilin C6H5N(CH3)2 Cacbon oxit (CO) Nitơ lỏng, dung dịch [Cu(NH3)]n KHÍ Ơ NHIỄM DUNG MƠI Đihydro sunfua H2S Dung dịch nước Na2CO3 + Na3AsO4 (Na2HAsO3), dung dịch nước AsO3 (8-10g/l) + NH3 (1,2-1,5g/l) + (NH4)3AsO3 (3,5-6g/l), dung dịch K3PO4 (40-50%), NH4OH, K2CO3, Na2CO3, CaCN2 Cacbon đioxit CO2 Dung dịch nước Na2CO3, K2CO3, NaOH, KOH, Ca(OH)2, NH4OH, etanolamin RNH2, R2NH4 Clo Cl2 Dung dịch NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2CO3, Na2S2O3, CCl4 Hơi, sương HCl Nước, dung dịch NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2CO3, K2CO3 Hợp chất Flor HF, SiF4 Nước, dung dịch Na2CO3, NaOH, Ca(OH)2 11 6/1/16 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Ngun tắc sử dụng chất hấp thụ xử lý khí thải:  Có đủ khả hấp thụ cao  Có tính chọn lọc cao theo quan hệ với thành phần       cần tách Có thể có tính bốc nhỏ Có tính chất động học tốt Có khả hồn ngun tốt Có tính ổn định nhiệt hóa học Khơng có tác động ăn mòn nhiều đến thiết bị Có giá thành rẻ dễ kiếm sản xuất cơng nghiệp Tháp đệm Tháp đóa Tháp phun rỗng (Packed Tower) (Tray or Plate Tower) (Spray Tower) Clean gas Clean gas Clean gas Demister Liquid 1) Tháp phun/Tháp rỗng 2) Tháp đĩa 3) Tháp đệm  Thiết bị hấp thụ có lớp đệm vật liệu rỗng sử dụng rộng rãi phổ biến hiệu suất cao bề mặt tiếp xúc lỏng – khí cao XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG Thiết bị hấp thụ kiểu tháp phun/tháp rỗng Demister Demister Liquid Thiết bị hấp thụ khí thải: • Tháp phun có bể để chứa dung dịch hấp thụ Liquid • Dung dịch hấp thụ cung cấp qua vòi phun vào khơng gian khí • Sau tiếp xúc với khí giọt dung dịch rơi xuống bể chứa Gas • Năng suất qua dòng khí: 10.000 – 30000 m3/h Packing Gas Gas Gas • Thiết bị dạng tháp phun sử dụng để làm acide, khí xianua… Droplets Gas Gas • Áp suất dung dịch hấp thụ: 0,2MPa • Vận tốc dòng khí thiết bị: 0,8 – 1,6m/s Gas Support • Tổn thất áp suất thiết bị: 500-700Pa Liquid Liquid Liquid • Hiệu suất lọc : 85-90% 69 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG Thiết bị hấp thụ kiểu tháp phun/tháp rỗng ƯU ĐIỂM Cấu tạo đơn giản giá thành thấp Những tháp hấp thụ rỗng có trở lực thủy tĩnh khơng lớn nên làm khí có nhiều bụi Nếu có vòi phun cấu tạo đặc biệt dùng tác nhân hấp thụ lỏng phun tạo dạng lơ lửng NHƯỢC ĐIỂM Hiệu suất hấp thụ khơng cao thể tích điền đầy chất lỏng phun vòi thấp, hệ số thể tích hệ số truyền khối khơng lớn Tốc độ dòng khí ≤ 1m/s để tránh tượng chất lỏng bị kéo theo dòng khí Thiết bị hấp thụ rỗng khơng thích hợp mật độ tưới thấp, tiêu hao lượng để phun chất lỏng tương đối cao, từ 0,3 đến kWh/m3 NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG Thiết bị hấp thụ kiểu tháp đĩa Cấu tạo: Thân tháp hình trụ thẳng đứng, có gắn mâm có cấu tạo khác Hai dạng mâm thơng dụng mâm chóp sủi bọt mâm lưới sàng Ngun lý hoạt động: Chất lỏng vào tháp đỉnh mâm thích hợp chảy xuống nhờ trọng lực qua mâm ống chảy chuyền Pha khí từ lên qua mâm nhờ khe hở cấu tạo mâm tạo nên 12 6/1/16 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG Thiết bị hấp thụ kiểu tháp đệm Tháp đệm thiết bị hấp thụ dùng lớp vật liệu đệm làm tăng khả tiếp xúc với dòng khí Dung dịch hấp thụ tưới bề mặt lớp đệm vòng nhựa, vòng sứ thiết bị có tên gọi Scrubber Khói thải cần làm vào khoang trống bên (dòng khí từ lên) thiết bị thấp hấp thụ Khói thải phân phối phận hướng dòng qua lớp đệm Dung mơi hấp thụ phun từ xuống Dung mơi khói thải tiếp xúc lớp đệm, chất nhiễm xử lý khí phía tháp Dung mơi hấp thụ chảy xuống tháp tháo bể lắng tái sử dụng XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Ưu nhược điểm tháp đệm ƯU ĐIỂM Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao Cấu tạo đơn giản Trở lực tháp khơng lớn Giới hạn làm việc tương đối rộng NHƯỢC ĐIỂM Khó làm ướt đệm Nếu tháp q cao chất lỏng khơng phân bố Kém ổn định phân bố pha theo tiết diện tháp khơng Tháp đệm khó chế tạo kích thước lớn qui mơ cơng nghiệp XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Cấu tạo tháp hấp thụ (có đêm) Một hệ thống xử lý khí thải SO2 phương pháp hấp thụ, huyền phù CaCO3 sử dụng làm chất hấp thụ Vẽ cấu tạo tháp hấp thụ có lớp đệm Thuyết minh ngun lý hoạt động hệ thống có vẽ sơ đồ minh hoạ XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ TÍNH TỐN THIẾT BỊ HẤP THỤ Tính tốn tháp hấp thụ Đường kính tháp 4xQ D π x Vtu Sau tính kết quả, chọn D số chẳn Tiếp theo tính lại vận tốc thực (Vth) dòng khí cyclon Vận tốc thực vận tốc tối ưu (Vtu) khơng lệch > 15% XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ TÍNH TỐN THIẾT BỊ HẤP THỤ Tính tốn dung mơi hấp thụ Đường làm việc Y = aX Y: Lượng dung mơi tối thiểu cần dùng a: hệ số X: Lượng khí độc cần hấp thụ 13 6/1/16 Giải BT4 Xử lý khí PP hấp thụ Tính tốn hệ thống xử lý SO2 phương pháp hấp thụ, biết: Lưu lượng khí thải Q = 11.000 m3/h; Nồng độ SO2 ban đầu = 6g/m3 , Nồng độ SO2 đầu = 0,5 g/m3 Nhiệt độ khí thải nhiệt độ huyền phù = 60oC, Dung dịch sử dụng q trình hấp thụ huyền phù CaCO3, Tỷ lệ hấp thu huyền phù CaCO3:SO2 = 40:1 (theo khối lượng); ρ huyền phù = 1.060 kg/m3 Áp suất làm việc atm; vận tốc làm việc tháp = 2,5 m/s Tính Đường kính tháp hấp thụ vận tốc thực dòng khí tháp Thể tích huyền phù tối thiểu cần dùng/h Tính hiệu suất xử lý Đường kính tháp hấp thụ D XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ  Là trình phân ly khí dựa lực số chất rắn với khí có mặt hỗn hợp khí Các phân tử khí ô nhiễm bò giữ lại bề mặt vật liệu rắn  p dụng trường hợp: – Chất khí ô nhiễm không cháy khó cháy – Chất khí cần khử có giá trò cần thu hồi – Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp mà trình khử khí khác không áp dụng 3,14 x 2,5 m/s  1,25m Chọn D = 1,3 m Vận tốc thực dòng khí tháp Vth  4xQ π xD Giải (tt) Thể tích huyền phù CaCO3 cần dùng Ta có đường làm việc huyền phù Y = 40X (Ghuyền phù = 40GSO2) Lượng SO2 (GSO2)đã hấp thụ GSO2 = Q(Cv-Cr) = 11.000 m3/h(6-0,5 g/m3) = 60,5 kg/h Lượng huyền phù cần dùng: Ghuyền phù = 40 x 60,5 = 2420 kg/h Thể tích huyền phù cần dùng V huyền phù = Ghuyền phù / ρ = 2420 kg/h / 1060 kg/m3 = 2283 L/h x 11.000 m / h 4xQ  π x Vtu  x 11.000  2.3 m/s 3,14 x 1,3 Giải (tt) Hiệu suất xử lý η Cv  Cr  0,5 x100%  x100%  91,67% Cv XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ CƠ CHẾ CỦA Q TRÌNH HẤP PHỤ  HẤP PHỤ VẬT LÝ • Là lọai hấp phụ gây tương tác yếu phân tử • Lực tương tác lực Van der Waals • Hình thành nhiều lớp phân tử chất bị hấp phụ bề mặt chất hấp phụ  HẤP PHỤ HĨA HỌC (chemisorption) • Là lọai hấp phụ gây tương tác hóa học mạnh hình thành liên kết hóa học bề mặt chất hấp phụ phần tử bị hấp phụ • Ví dụ: phơi oxýt sắt hấp phụ H2S; Than hoạt tính (activated carbon) thấm Íơt Kali KI sử dụng hấp phụ thủy ngân 84 14 6/1/16 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÁC CƠNG THỨC TÍNH TỐN  Vật liệu làm chất hấp phụ vật liệu xốp với bề mặt lớn, tạo thành tổng hợp nhân tạo hay tự nhiên  Cấu trúc bên chất hấp phụ cơng nghiệp đặc trưng kích thước hình dạng khác khoảng trống lỗ xốp  Vật liệu hấp phụ cần đáp ứng u cầu sau: • Có khả hấp phụ cao • Phạm vi tác dụng rộng với dung mơi • Có độ bền học cần thiết • Có khả hồn ngun dễ dàng Vật liệu hấp phụ bao gồm: • Rẻ tiền Thời gian làm việc thiết bị τ lv Vận tốc dịch chuyển sóng hấp phụ vs  β 1 G xα β x Yo β ρ hp 86 Vận tốc dịch chuyển sóng hấp phụ G x  hp vs  XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC Đốt xúc tác Hấp thụ (Absorption) 20 50 100 200 500 3000 98% 80% 2000 1000 95% 5000 3000  1   , 1 0,2 2, x150 2, x 0,004  2,13 x10 4 m / s 450 G  1  η β 1   x  4,595  ln K.a  β  1  0,99 β 1  0,2  1  0,01 (2,2 1)    0,055m  x  4,595  ln 30  2,2  1  0,99 (2,2 1)  δ Thời gian làm việc thiết bị  l δ ,  , 055   3028 ( s )  , 84 ( h ) vs ,13 x 10  Các khái niệm chung thiêu đốt (1)  Chất nhiễm có mùi khó chịu cháy thay đổi về mặt hóa học để biến thành chất có mùi phản ứng với oxy nhiệt đợ thích hợp 99% 95% 50% Ngưng tụ 10 90-95% 90% xYo Xử lý nhiễm q trình thiêu đốt áp dụng trường hợp lượng khí thải lớn mà nồng đợ chất nhiễm cháy lại nhỏ, đặc biệt chất nhiễm có mùi khó chịu Q trình thiêu đốt thích hợp cho trường hợp sau đây: Đốt trực tiếp 95-98% 50%  XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG NHIỆT – XÚC TÁC Hấp phụ than hoạt tính (chi phí cao nhất) Bề dày sóng τ lv 90% l δ vs Giải Cho bề dày lớp đệm hấp thụ = 0,7 m; lưu lượng phần khí trơ qua thiết bị G=0,2kg/m2.s với nồng độ ban đầu chất hấp phụ nhiễm Yo = 0,004kg/m3 Tích số hệ số K bề mặt tiếp xúc đơn vị a: K.a=30kg/m3.s hệ số α=150, β=2,2 Khối lượng đổ đóng vật liệu hấp phụ = 450 kg/m3 Hãy xác định thời gian làm việc điểm dừng thiết bị 99%  G  1  η β 1   x  4,595  ln K.a  β  1  0,99 β 1  δ BT5 Xử lý khí PP hấp phụ 95% τ2 Xác định bề dày sóng (δ) Than hoạt tính (Activated Carbon) Zeolites Polymers Silica Gel Nhơm hoạt tính (Activated Alumina) • • • • 85•  20000  Các loại sol khí hữu có khói nhìn thấy được, ví dụ khói từ lò rang cà phê, lò sản xuất thịt hun khói, lò nung men sứ v.v…  Một sớ hơi, khí hữu thải trực tiếp vào khí có phản ứng với sương mù và gây tác hại cho mơi trường Q trình thiêu đốt có tác dụng phân hủy hiệu loại chất  Cơng nghệ khai thác và lọc dầu thải nhiều khí cháy kể chất hữu độc hại Phương pháp xử lý hiệu và an tồn cho trường hợp thiêu đốt lửa trực tiếp (flare) 10000 90 15 6/1/16 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC Các khái niệm chung về thiêu đốt (2) Ưu điểm chủ yếu xử lý khí nhiễm phương pháp thiêu đốt có thể nêu sau: Phân hủy hồn tồn chất nhiễm cháy bị thiêu đốt thiết kế và vận hành quy cách Các khái niệm chung về thiêu đốt (3) Bên cạnh ưu điểm bật trên, phương pháp thiêu đốt có nh nhượ ược c điể ểm định nó, cụ thể là: Chi phí đầu tư thiết bị vận hành tương đối lớn Hiệu xử lý cao chất nhiễm đặc biệt mà phương pháp xử lý khác khơng có hiệu hiệu thấp Khơng có sự suy giảm đáng kể về mặt chất lượng hoạt động thiết bị, khơng cần hồn ngun phương pháp hấp thụ và hấp phụ Có khả thu hồi, tận dụng nhiệt thải q trình thiêu đốt Có khả làm phức tạp thêm vấn đề nhiễm khơng khí chất nhiễm HC cần thiêu đốt ngồi ngun tớ C, H, O… có chứa hợp chất clorin, nito lưu huỳnh; 91 92 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC Các khái niệm chung về thiêu đốt (4) Q trình thiêu đốt chất nhiễm phân chia thành dạng khác nhau: Trong q trình thiêu đốt có cấp thêm nhiên liệu có xúc tác để đảm bảo nhiệt đợ mức cần thiết cho q trình oxy hóa chất nhiễm cần xử lý, việc cấp thêm nhiên liệu bở sung có khả gây trở ngại cho q trình vận hành thiết bị XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC Một sớ phản ứng hóa học q trình thiêu đốt Như nói, q trình thiêu đốt thích hợp chất nhiễm cháy được, chất hữu dễ bay (VOC – Volatile Organic Compounds)  Thiêu đốt lửa trực tiếp khơng khí Những hợp chất nêu cháy tạo thành sản phẩm cháy khơng độc hại so với thân chúng  Thiêu đốt có buồng đốt Ví dụ benzen phản ứng cháy sau: C6H6 + 7½ O2 → 6CO2 + 3H2O  Thiêu đốt có xúc tác Benzen – loại HC có độ phản ứng cao, chất tạo sương khói chất có khả gây ung thư biến thành CO2 độc hại 93 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC 94 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC Thiêu đốt lửa trực tiếp (1) Thiêu đốt lửa trực tiếp (2) Thiêu đốt lửa trực tiếp khơng khí mà khơng cần cấp nhiên liệu bở sung Giới hạn cháy số chất khí thường gặp hỗn hợp với khơng khí, nh theo phần trăm thể ch Khi nồng đợ chất cháy khí thải q thấp khơng thể đốt cháy được, ta cần bở sung nhiên liệu để đưa nồng đợ chất cháy lên đến giới hạn q trình cháy Thiết bị thiêu đốt thiết kế tốt có thể đốt cháy hỗn hợp khí có nhiệt lượng khoảng 3150 ÷ 3350 kJ/m3 mà khơng cần đến nhiên liệu bở sung Để thiết kế hệ thống đốt lửa trực tiếp cần phải biết giới hạn cháy nổ hỗn hợp khí thải độc hại nhiên liệu với khơng khí 95 STT 10 11 12 13 14 15 16 17 Chất Amoniac Axeton Axetilen Benzen Butan Cacbon disunfua Cacbon oxit Dầu hỏa Etan Etylen Gasolin Hydro Dihydro sunfua Khí đốt thiên nhiên Metan Propan Xăng Cơng thức hóa học Giới hạn NH3 CH3COCH3 C2H2 C6H6 C4H10 CS2 CO C2H6 CH2 = CH2 H2 H2S CH4 C3H­8 - 15,5 1,6 1,53 1,3 1,55 12,5 1,1 2,5 2,75 1,4 4,3 4,8 2,5 1,9 ÷ 2,4 Giới hạn 27 13 82 9,5 8,5 50 74 15 35 7,6 75 44,5 13,5 15,4 9,5 4,9 ÷ 51 96 16 6/1/16 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC Thiêu đốt lửa trực tiếp (3) Thiêu đốt lửa trực tiếp (4) Theo tính tốn, hỗn hợp HC khơng khí có nhiệt lượng cháy 3725 kJ/m3 Căn vào giới hạn cháy chất người ta có thể chia khí thải có chứa chất nhiễm cháy thành nhóm sau đây: Giới hạn sự cháy tương ứng với khoảng ½ nhiệt lượng nói Để đảm bảo an tồn chun chở khí cơng nghiệp người ta quy định nồng đợ chất cháy khí phải thấp giới hạn sự cháy 25% Trong trường hợp ngẫu nhiên có phát tia lửa thì sự tăng nhiệt đợ khí khơng đủ cao để trì q trình cháy và sự cớ ngăn ngừa Nhóm 1: Thành phần nhiên liệu khí thải thấp giới hạn q trình cháy khoảng 25%; Nhóm 2: Thành phần nhiên liệu khí thải nằm phạm vi từ giới hạn đến giới hạn q trình cháy Nhóm 3: Thành phần nhiên liệu khí thải cao giới hạn q trình cháy 97 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC 98 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC Thiêu đốt lửa trực tiếp (6) Thiêu đốt lửa trực tiếp (5) Khí thải thuộc nhóm thứ thường xử lý thiêu đốt buồng đốt Khí thải thuộc nhóm thứ hai khơng an tồn Đối với khí thải thuộc nhóm cần điều chỉnh thành phần nhiên liệu khơng khí (oxy) để đưa về nhóm thứ nhóm thứ ba Khí thải thuộc nhóm thứ ba thường xử lý thiêu đốt với lửa trực tiếp có thê dùng làm nguồn nhiên liệu bở sung cho lò đốt, lò nung Ví dụ điển hình cho phương pháp thiêu đốt lửa trực tiếp đuốc cháy bùng khí thải mỏ dầu khí, nhà máy lọc dầu Trên hình vẽ sơ đờ cấu tạo đầu đốt hệ thống thiêu đốt lửa trực tiếp Cấu tạo đầu đốt trực tiếp hệ thống thiêu đốt lửa trực tiếp (flare) Ống dẩn khí; 2.Vòng khống chế vận tốc khí thải; Ống góp phân phối nước; Các điểm phun hơi; Bộ phận mồi lửa; Ống cấp gas mồi; ống cấp nước 99 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC 100 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC Thiêu đốt khí thải buồng đốt (1)  Thiêu đốt có buồng đốt áp dụng rộng rãi loại khí thải có chứa chất nhiễm dạng khí, sol khí cháy với nồng đợ tương đối thấp từ q trình cơng nghệ như: Thiêu đốt khí thải buồng đốt (2) Buồng đốt (Combustion chamber) Đầu đốt (Burner)  Thiết bị phun nhựa đường,  Lò ram má phanh tơ,  Lò sản xuất thịt hun khói,  Lò rang cà phê, lò nấu sơn, Khí sau xử lý (Clean gas) Nhiên liệu (Fuel) Khí thải (Polluted gas)  Lò nấu vecni; và  Các thiết bị khác làm việc phạm vi nhiệt đợ tương tự 101 102 17 6/1/16 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC Thiêu đốt khí thải buồng đốt (3) Thiêu đốt khí thải buồng đốt (4)  Nhiệt đợ buồng đốt khoảng 900 ÷ 15000C  Vận tốc khí buồng đốt dao động khoảng ÷ m/s  Thời gian lưu khí thải buồng đốt khoảng 0,2 ÷ 0,5 s đạt u cầu  Nhiệt đợ làm việc buồng đốt thay đổi tùy theo chất chất nhiễm khí thải: HC, cacbon oxit, chất gây mùi tở hợp nhiều chất khác Nhiệt đợ làm việc buồng thiêu đốt sớ chất nhiễm thường gặp Chất Hydrocacbon Cacbon oxit Xử lý mùi oxy hóa  Hình vẽ sau thể mối quan hệ nhiệt đợ và thời gian lưu ứng với mức đợ phân hủy (oxy hóa) chất nhiễm  Ví dụ: với thời gian lưu 0,01s, tăng nhiệt đợ từ 700 đến 1000 0C thì mức đợ phân hủy chất nhiễm tăng từ khoảng 40% lên >99% Giới hạn nhiệt độ trung bình buồng thiêu đốt 0C oK 500 ÷ 760 680 ÷ 800 500 ÷ 700 770 ÷ 1033 950 ÷ 1070 770 ÷ 970 103 104 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC Thiêu đốt có xúc tác (2) Thiêu đốt có xúc tác (1)  Thiêu đốt có xúc tác bước phát triển cơng nghệ xử lý khí thải buồng đốt  Ưu điểm:  Q trình oxy hóa chất nhiễm xảy bề mặt vật liệu xúc tác nhiệt đợ thấp đáng kể so với nhiệt đợ bắt lửa  Phản ứng oxy hóa bề mặt chất xúc tác xả xảy y mạnh mạ nh va và̀ nhanh nên thời gian lưu khí thải buồng đốt 1/20 ÷ 1/50 thời gian lưu trường hợp thiêu đốt buồng đốt thơng thường Đốt xúc tác  Dòng khí thài qua tầng chứa vật liệu xác tác Vật liệu  Vật liệu xúc tác thường là: Pt Pd xúc tác phủ vật liệu giá thể rẻ tiền khác  Quá trình oxy hóa nhanh (0.01-0.05 s) nhiệt độ thấp (200 - 460oC)  tiết kiện nhiên liệu phát thải NOx trình đốt trực tiếp ống dẫn khí thải hâm nóng Khí thải vào Quạt Đầu đốt gia nhiệt Cấp nhiên liệu khí Cấp khơng khí Vật liệu xúc tác Bề mặt trao đổi nhiệt khí thải vào hâm nóng khí thải 105 106 XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC XỬ LÝ HƠI KHÍ ĐỘC – PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC Thiêu đốt có xúc tác (4) Lò đốt có xúc tác (3)  Nhiệ Nhiệt đợ làm m vi việệc buồng đốt có xúc tác thường nằm khoảng 200 ÷ 4600C và tùy thuộc vào loại chất nhiễm cần oxy hóa Ống trao đổi nhệt H e a t e xc h a n g e r tu b e s Vật liệu xúc tác Phạm vi nhiệt đợ làm việc buồng đốt có xúc tác sớ chất nhiễm phở biến cơng nghiệp C a taly s t Chất Lò đốt xúc tác (Catalyst Incinerator) 107 - Các chất dung mơi: toluol, metyl etyl keton, xylol, ancol… - Các chất béo nguồn gốc động thực vật - Các chất thải cơng nghiệp hóa chất như: cacbon oxit, etylen, oxit etylen, propylen… Giới hạn nhiệt độ trung bình 0K 0C 530 ÷ 730 260 ÷ 460 530 ÷ 640 260 ÷ 370 480 ÷ 670 200 ÷ 400 108 18 6/1/16 Thiêu đốt có xúc tác (5) Thiêu đốt có xúc tác (6)  Về vật liệu xúc tác, cơng nghiệp thường sử dụng sớ loại vật liệu q platin nghiền nhỏ và cớ định oxit kim loại khác oxit nhơm Al2O3, từ đó ta có chất xúc tác Pt/Al2O3  Hiệu oxy hóa chất xúc tác phụ thuộc nhiều vào nhiệt đợ đốt  Ngồi ra, oxit kim loại sau có đặc tính xúc tác q trình oxy hóa: Co3O4, CoO.Cr2O3, MnO2, LaCoO2 và CuO  CH4 chất có phản ứng yếu đối loại chất xúc tác Pt/Al2O3, giới hạn nhiệt đợ cho hiệu oxy hóa cao phải lên đến 600 ÷ 7000C  vật liệu xúc tác chế biến dạng vải mỏng, hạt mịn, viên tròn…để tạo thành lớp đệm rỗng và cho khí cần oxy hóa qua, hay tấm lưới lọc, nhiều hình trụ xếp theo dãy so le để tạo lối zic zac luồng khí cần xử lý Dạng  “hiệu oxy hóa nhiệt đợ” dung mơi HC nằm dãy hẹp với hiệu rõ rệt khoảng nhiệt đợ từ 300 ÷ 5000C   Lựa chọn chất xúc tác để làm việc hiệu nhiều chất nhiễm khác Biểu đờ hiệu oxy hóa chất xúc tác Pt/Al2O3 phụ thuộc vào nhiệt đợ sớ chất nhiễm thường gặp Dạng 109 trụ Thiêu đốt có xúc tác (7) 110 THU HỒI NHIỆT TỪ LỊ ĐỐT (recuperation) Polluted gas  Hiệu oxy hóa chất xúc tác phụ thuộc vào nồng độ bụi Bụi bám bề mặt vât liệu xúc tác làm giảm khả oxy hóa và rút ngắn thời gian làm việc vật liệu, đó khí thải cần lọc bụi đến mức đợ cho phép  Khi vận hành thiết bị với khí lọc sach bụi, thời gian làm việc vật liệu xúc tác có thể kéo dài từ ÷ năm  Lượng chất xúc tác đòi hỏi thường từ 0,03 ÷ 0,12 m2 cho 1m3/s khí thải cần oxy hóa  Do nhiệt đợ làm việc thấp (từ 300 ÷ 5000C so với 700 ÷ 8000C buồng đốt thơng thường) nên tiết kiệm nhiên liệu bở sung từ 40 ÷ 50% so với buồng đốt thơng thường, A B Clean D C Burner cooled gas Incinerator section Nhiệt độ khí thải từ lò đốt từ 370 – 1000oC  nên thu hồi nhiệt sử dụng cho mục đích khác (sấy, gia nhiệt,…) Recuperator Waste gas inlet 120°C 351°C 700°C 315°C Fume incinerator Heat exchanger Lò đốt có thu hồi nhiệt với recuperator 111 112 Phương pháp sinh học Tổng quan XỬ LÝ KHÍ THẢI PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 1.1 Khái niệm: Sử dụng vi sinh vật bể sinh học để tiêu thụ chất nhiễm dòng khí nhiễm bẩn 1.2 Ưu điểm: • Chi phí đầu tư chiếm phần so với cơng nghệ khác • Chi phí vận hành thấp • Khơng đòi hỏi nhân lực suốt thời gian vận hành 19 6/1/16 Phương pháp sinh học Tổng quan 1.3 Cơ chế hoạt động VSV xuất  sinh trưởng  sinh sản  chết Thức ăn chủ yếu: Hợp chất cacbon, nước, oxy (hiếu khí) chất dinh dưỡng đa lượng Vật liệu đệm: than bùn, chất thải qua ủ, thân cây, đất thơ,…vỏ sò (trung hồ), phân bón (cung cấp thức ăn) Phương pháp sinh học Tổng quan 1.4 Các nhân tố ảnh hưởng a Nhiệt độ: tối ưu 30-41oC Nhiệt độ cao VSV chết NĐ thấp ức chế hoạt động VSV b Độ ẩm: tối ưu giữ ẩm bão hồ lớp đệm Độ ẩm thấp giảm hiệu suất xử lý Tưới nước nhiều rửa trơi VSV làm giảm hiệu suất xử lý c Dinh dưỡng: Dinh dưỡng cần phải cân băng để đảm bảo VSV phát triển Ni tơ chất đặc biệt cần thiết cho phát triển VSV Ngồi VSV cần P, K (phân bón), Mg, Ca, Na, Fe (nhỏ hố chất trực tiếp),…Do cần kiểm tra định kỳ hàm lượng dinh dưỡng lớp đệm Phương pháp sinh học Tổng quan 1.4 Các nhân tố ảnh hưởng d Tính axit: • • • Các thiết bị phản ứng hoạt động hiệu pH = pH thấp tiêu diệt VSV Một số chất có tính axit: H2S, hợp chất halogen, hợp chất sulfua hữu cơ… Nếu pH thấp cần trung hồ Biện pháp đơn giản thêm vỏ sò vào e Vi sinh vật:  Chọn VSV phù hợp với khí thải cần xử lý  Ni cấy VSV cần thời gian phát triển tăng trưởng Phương pháp sinh học Các q trình thiết bị 2.1 Phương pháp lọc sinh học khí thải a Khái niệm: Tạo điều kiện cho VSV tiếp xúc với khơng khí nhiễm khí thải để xử lý chất khí co mùi hợp chất hữu bay có nồng độ thấp Chất khí nhiễm + O2  CO2 + H2O + nhiệt + sinh khối Hệ thống lọc sinh học xử lý: hợp chất hữu cơ nhân thơm, hợp chất béo, cồn, aldehyde, axit hữu cơ, amin, amoniac,… Phương pháp sinh học Các q trình thiết bị Phương pháp sinh học Các q trình thiết bị 2.1 Phương pháp lọc sinh học khí thải 2.1 Phương pháp lọc sinh học khí thải b Mơ tả q trình xử lý: c Ngun liệu lọc b1 Hệ thống: bao gồm buồng kín chứa • Cung cấp chất dinh dưỡng, bề mặt lớn để hấp thụ hấp phụ chất nhiễm • Hỗn hợp chất ủ phân compost, đất, plastic, phụ phẩm gỗ • Tuổi thọ 5-7 năm • Các điểm cần lưu ý: VSV hấp thụ nước, giữ chúng lại ngun liệu lọc Nguyen liệu lọc thiết kế cho có khả hấp thụ nước lớn, độ bền cao suy giảm áp lực luồng khí qua b2 Q trình lọc: chất khí nhiễm làm ẩm bơm vào phía ngun liệu lọc Khi chất khí qua lớp ngun liệu lọc, chất nhiễm bị hấp thụ phân huỷ khí thải sau xử lý thải vào khí Lưu lượng lọc 91-152 m3/m2.h b3 Hiệu quả: xử lý 90% chất hữu – – – – – Khả giữ ẩm Có diện tích bề mặt lớn Chất chất dinh dưỡng Lực cản khơng khí thấp Tính chất lý học ổn định 20 6/1/16 Phương pháp sinh học Các q trình thiết bị Phương pháp sinh học Các q trình thiết bị 2.1 PP lọc sinh học khí thải 2.1 Phương pháp lọc sinh học khí thải d Thơng số thiết kế C Thơng số thiết kế d1 Diện tích: thơng số quan tâm Để xử lý lưu lượng khí khoảng 10m3/phút cần hệ thống lọc sinh học 7,6 m2 d2 Thành phần hố học hàm lượng chất nhiễm: Để định xem có phù hợp sử dụng lọc sinh học hay khơng? HT lọc sinh học hoạt động tốt khí chất nhiễm (khơng hồ tan nước) < 1000 ppm Đối với chất phân huỷ sinh học chậm đòi hỏi HT có kích thước lớn d3 Thời lưu trú: Thời gian dài hiệu cao RT = V lỗ rỗng lớp ngun liệu lọc/Q khí thải d4 Ẩm độ: khí thải cần làm ẩm RH > 95% (bowmkhis thải qua HT làm ẩm) để giữ màng sinh học hoạt động tốt d5 Kiểm sốt pH: Cần trì pH ổn định (thêm dung dịch đệm pH) sản phẩm phân huỷ sinh học axit hữu d6 Vật/Ngun liêu lọc: ngun liệu cung cấp dinh dưỡng cho q trình lọc, giữ RH = 30-60% (HT phun nước phía lớp vật liêu lọc) để quần thể VSV phát triển d7 Giảm áp: Hạn chế tối đa giảm áp dòng khí qua lớp vật liêu lọc Độ ẩm độ rỗng vật liêu lọc ảnh hưởng lên trở lực dòng khí HT điển hình giảm giẩm 1-10hPa d8 bảo trì: kiểm tra lần/tuần (khi hoạt động) lần/tháng (khi hoạt động ổn định) Phương pháp sinh học Các q trình thiết bị 2.1 Phương pháp lọc sinh học khí thải e Ưu khuyết điểm Ưu điẻm Khuyết điểm Chi phí đầu tư vận hành thấp, sử dụng hố chất Khơng xử lý chất nhiễm có hấp phụ thấp, tốc độ phân huỷ sinh học chậm Phương pháp sinh học Lọc sinh học nhỏ giọt Hấp thụ sinh học Thiết bị màng xử lý khí thải THAM KHẢO TÀI LIỆU/SÁCH Thiết kế linh động, thích nghi với nhiều Nồng độ chất nhiễm cao cần hệ loại hình cơng nghiệp diện tích thống lớn/diện tích lớn Linh động việc xử lý mùi hơi, chất Hiệu suất hoạt động VV bị ảnh hữu độc Hiệu suất hưởng khí khí thải có nồng độ nhiễm khoảng 90% (