MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ HCl 2 1.1 HYDROCLORUA (HCl) 2 1.1.1 Đặc điểm hóa lý của khí Hydro clorua ( HCl) 2 1.1.2 Nguồn gốc phát sinh khí HCl 3 1.1.3 Ảnh hưởng của khí HCl 3 1.1.4. Ứng dụng 4 1.1.5 Các giới hạn nồng độ khí HCl trong môi trường 5 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ HCL 5 1.2.1. Phương pháp hấp thụ 2, 7 5 1.2.2. Phương pháp hấp phụ 2, 7 7 CHƯƠNG II : ĐỐI TƯỢNG, MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1. Đối tượng, mục tiêu nghiên cứu 15 2.1.1. Đối tượng 15 2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu 15 2.1.3.Phạm vi nghiên cứu 15 2.2 Nội dung nghiên cứu 15 2.3 Phương pháp nghiên cứu , chế tạo 16 2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu 16 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu vật liệu Fe2O3 –MnO2 16 2.3.3 Phương pháp mô hình phòng thí nghiệm 17 2.3.4 Phương pháp phân tích 19 2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu 21 CHƯƠNG III: MÔ HÌNH XỬ LÝ KHÍ HCl BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ Fe2O3 –MnO2 (QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM) 23 3.1. CHẾ TẠO VẬT LIỆU 23 3.1.1. Chế tạo gốm Cordierite 23 3.1.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ Fe2O3 –MnO2 23 3.2. ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU 25 3.2.1 Hình thái và kích thước hạt 25 3.2.2. Diện tích bề mặt riêng BET 26 3.3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ KHÍ HCl CỦA VẬT LIỆU 27 3.3.1. Khảo sát chế độ nhiệt độ của hệ tới khả năng hấp phụ khí HCl của vật liệu Fe2O3 – MnO2 27 3.3.2. Đánh giá hiệu quả xử lý HCl của vật liệu Fe2O3 – MnO2 28 3.4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP PHỤ 29 3.4.1. Tính toán cân bằng vật chất 29 3.4.2. Tính thời gian hấp phụ 1 chu kỳ 32 3.4.3. Tính tháp hấp phụ. 34 3.4.4.Tính toán các công trình, cơ khí và thiết bị phụ trợ. 36 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC 1 PHỤ LỤC 1: Kết quả đo khí HCl 1 PHỤ LỤC 2: Một số nội dung tham khảo 4 PHỤ LỤC 3 : Một số hình ảnh trong quá trình nghiên cứu 5
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG PHẠM KIM ANH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ HCl ỨNG DỤNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ Fe2O3 –MnO2 (quy mô phòng thí nghiệm) HÀ NỘI, 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG PHẠM KIM ANH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ HCl ỨNG DỤNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ Fe2O3 –MnO2 (quy mô phòng thí nghiệm) Ngành : Công nghệ Kỹ thuật Môi trường Mã ngành : 52510406 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Phương Hạnh ThS Đoàn Thị Oanh LỜI CẢM ƠN Trong sống, thành công không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian học tập trường đại học Tài Nguyên Môi trường Hà Nội từ năm đầu nay, nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cô, bạn bè Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô - khoa Môi Trường với tri thức tâm huyết để truyền đạt cho giảng vô ý nghĩa quý báu, giúp hoàn thành tốt trình học tập trường có kinh nghiệm cho công việc sau Với lòng kính trọng biết ơn, xin bày tỏ lời cảm ơn tới cô ThS Đoàn Thị Oanh TS Nguyễn Phương Hạnh khuyến khích, dẫn tận tình cho suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp Sau cùng, xin kính chúc quý Thầy Cô thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Tôi xin chân thành cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là: Phạm Kim Anh MSSV: DH00301391 Hiện sinh viên lớp ĐH3CM1 – Khoa Môi trường – Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Với đề tài: “Thiết kế hệ thống xử lý khí HCl ứng dụng vật liệu hấp phụ Fe2O3 – MnO2, quy mô phòng thí nghiệm”, xin cam đoan: công trình nghiên cứu thân, thực hướng dẫn ThS Đoàn Thị Oanh TS Nguyễn Phương Hạnh Các số liệu, tài liệu đồ án thu thập cách trung thực có sở Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Sinh viên thực Phạm Kim Anh MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Diện tích bề mặt kích thước lỗ xốp chất hấp phụ DANH MỤC HÌNH DANH MỤC VIẾT TẮT HCl: Hydroclorua TCVN: Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia SEM: Scanning Electron Microscope- Hiển vi điện tử quét BET: Brunauer- Emmentt – Teller -Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trường không khí vấn đề xúc môi trường đô thị, công nghiệp làng nghề nước ta Ô nhiễm môi trường không khí có tác động xấu sức khoẻ người (đặc biệt gây bệnh đường hô hấp), ảnh hưởng đến hệ sinh thái biến đổi khí hậu (hiệu ứng "nhà kính", mưa axít suy giảm tầng ôzôn), Công nghiệp hoá mạnh, đô thị hoá phát triển nguồn thải gây ô nhiễm môi trường không khí nhiều, áp lực làm biến đổi chất lượng không khí theo chiều hướng xấu lớn, yêu cầu bảo vệ môi trường không khí quan trọng HCl hóa chất dùng phổ biến nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt dùng nhiều xí nghiệp nhà máy hóa chất: sản xuất bột giặt, chất tẩy rửa, gia công kim loại, Hoạt động nhà máy xí nghiệp, khu công nghiệp tạo khối lượng lớn sản phẩm thị trường góp phần giúp cho tăng trưởng kinh tế quốc dân Bên cạnh đó, trình sản xuất công nghiệp gây nên nhiều ảnh hưởng xấu đến môi trường đặc biệt môi trường không khí Những nguồn thải khí HCl từ trình điện phân muối ăn sản xuất xút, trình gia công chế biến có sử dụng Clo (quá trình Clo hóa), sở gia công chế biến kim loại có tẩy rửa HCl, trình thiêu đốt chất dẻo, giấy rác thải công nghiệp, trình mạ điện, trình làm nồi đun nấu, trình sản xuất phân bón, dệt nhuộm chế biến thực phẩm… Nếu biện pháp xử lý thích đáng môi trường nói chung môi trường không khí nói riêng đứng trước nguy bị phá hủy trầm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái, sức khỏe người Một phương pháp có hiệu xử lý khí HCl cao yêu cầu cấp thiết Chính vậy, việc xử lý tận dụng nguồn ô nhiễm HCl hay xử lý khí đạt quy chuẩn trước môi trường cần thiết Vì vậy, em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý khí HCl ứng dụng vật liệu hấp phụ Fe 2O3 – MnO2 (quy mô phòng thí nghiệm)” CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ HC L 1.1 HYDROCLORUA (HCl) 1.1.1 Đặc điểm hóa lý khí Hydro clorua ( HCl) Hình 1.1: Cấu trúc phân tử HCl - Công thức phân tử khí HCl Phân tử gam : 36,4606 g/mol Độ hòa tan nước 20oC : 720 g/l Điểm nóng chảy: -114,2 oC Điểm sôi: -85,1 oC Hòa tan nước, dung dịch NaOH, Ca(OH) HCl khí độc hại, chất ăn mòn Hydroclorua hợp chất khí không màu, độc hại, có tính ăn mòn cao, tạo thành khói trắng tiếp xúc với ẩm Hơi trắng axit clohydric tạo thành hydro clorua hòa tan nước Hydroclorua clohydric hóa chất quan trọng công nghiệp hóa chất, khoa học, công nghệ Phân tử hydro clorua (HCl) phân tử hai nguyên tử đơn giản, bao gồm nguyên tử hydro nguyên tử clo kết hợp với thông qua liên kết đơn cộng hóa trị Do nguyên tử clo có độ âm điện cao so với nguyên tử hydro nên liên kết cộng hóa trị phân cực rõ ràng Do phân tử tổng thể có mômen lưỡng cực lớn với điện tích phần âm nguyên tử clo điện tích dương nguyên tử hydro nên phân tử hai nguyên tử hydro clorua phân tử phân cực mạnh Vì thế, dễ dàng hòa tan nước dung môi phân cực khác Khi tiếp xúc với nước, nhanh chóng bị ion hóa, tạo thành cation hiđrô (H3O+) anion clorua (Cl -) thông qua phản ứng hóa học thuận nghịch sau: HCl + H2O → H3O+ + Cl − 10 Chọn công nghệ gia công hàn tay hồ quang điện, cách hàn giáp mối bên - Hệ số hiệu chỉnh: η = - Hệ số an toàn bền kéo: nk = 2,6 - Hệ số an toàn bền chảy: nc = 1,5 Bề dày thân tháp Các thông số ban đầu tháp mà ta biết sau: - Đường kính D = 0,32 m =320 mm - Chiều cao tháp H = m - Hệ số bền mối hàn ϕ: thân hình trụ hàn dọc, hàn tay hồ quang điện, hàn giáp mối bên, đường kính thân 320 mm → hệ số bền mối hàn ϕh = 0.95[5, XIII.8, tr 362] Vật liệu inox - Chiều dày thép: 0,3 ÷ 0,4 mm - Giới hạn bền = 850 106 N/m2, - Giới hạn chảy = 650 106 N/m2 - Hệ số hiệu chỉnh η = (thiết bị thuộc nhóm loại II ) [5, - XIII.2, tr 356] Hệ số an toàn theo giới hạn kéo chảy = 2,6 = 1,5 [5, bảng XII.3 tr.356] Ứng suất cho phép inox Theo giới hạn bền kéo: [] = η = = 327 106 N/m2 - Theo giới hạn chảy: [] = η = = 433 106 N/m2 Ta lấy giá trị bé ứng suất cho phép làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn → [σ] = 327 x 106 (N/m2) = 327 (N/mm2) Áp suất làm việc tháp: P = Pmt Trong pmt : áp suất pha khí thiết bị, pmt = at = 0.1013 (N/mm2) → P = 0,1013 (N/mm2) 43 Bề dày thân hình trụ Ta có: ϕh= =3066>50 → Bề dày tối thiểu thân là:S’= =0,08.10-3 mm Do D ∈ {