Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ

Giới thiệu chung. II.1.1.Định nghĩa , cơ chế hấp thụ . II.1.1.1.Định nghĩa .(Đ1) Hấp thụ khí bằng chất lỏng là quá trình chuyển cấu tử của chất cần hấp thụ (khí hoặc hơi) vào trong chất lỏng thông qua quá trình hòa tan chất khí trong chất lỏng khi chúng tiếp xúc với nhau. Hiệu suất của quá trình hấp thụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố:Thành phần và tính chất của khí thải cần xử lýTính chất và chất lượng của chất hấp thụThời gian sử dụng chất hấp thụ trong thiết bịLượng chất hấp thụ.II.1.1.2. Cơ chế hấp thụ.(Đ2)Cơ chế của quá trình hấp thụ bằng chất lỏng có thể chia làm 3 bước:Bước 1: Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của dung dịch hấp thụ.Bước 2: Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của dung dịch hấp thụBước 3: khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng chất lỏng hấp thụ

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt đô thị khôngvấn đề riêng lẻ quốc gia hay khu vực mà trở thành vấn đềtoàn cầu.Thực trạng phát triển kinh tế xã hội quốc gia giới thời gian qua có tác động lớn đến môi trường, làm cho môi trường sống người bị thay đổi ngày trở nên tồi tệ Những năm gần nhân loại phải quan tâm nhiều đến vấn đề ô nhiễm môi trường không khí là: biến đổi khí hậu – nóng lên toàn cầu, suy giảm tầng ôzôn mưa axít Ở Việt Nam ô nhiễm môi trường không khí vấn đề xúc môi trường đô thị, công nghiệp làng nghề Ô nhiễm môi trường không khí không tác động xấu sức khỏe người(đặc biệt gây bệnh đường hô hấp)mà ảnh hưởng đến hệ sinh thái biến đổi khí hậu như: hiệu ứng nhà kính, mưa axít suy giảm tầng ôzôn,… Công nghiệp hóa mạnh, đô thị hóa 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 Ở Việt Nam, khu công nghiệp, trục đường giao thông lớn bị ô nhiễm với cấp độ khác nhau, nồng độ chất ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép Và gia tăng dân số, gia tăng đột biến phương tiện giao sở hạ tầng thấp làm cho tình hình ô nhiễm trở nên trầm trọng Viêc xử lý khí thải dùng nhiều phương pháp xử lý khác nhau, cần tùy thuộc vào thành phần tính chất nguồn ô nhiễm mà áp dụng phương pháp xử lý hợp lý Một phương pháp hiệu thường sử dụng phương pháp hấp thụ ~1~ CHƯƠNG II : NỘI DUNG II.1.Giới thiệu chung II.1.1.Định nghĩa , chế hấp thụ II.1.1.1.Định nghĩa (Đ-1) Hấp thụ khí chất lỏng trình chuyển cấu tử chất cần hấp thụ (khí hơi) vào chất lỏng thông qua trình hòa tan chất khí chất lỏng chúng tiếp xúc với Hiệu suất trình hấp thụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố:     Thành phần tính chất khí thải cần xử lý Tính chất chất lượng chất hấp thụ Thời gian sử dụng chất hấp thụ thiết bị Lượng chất hấp thụ II.1.1.2 Cơ chế hấp thụ.(Đ-2) Cơ chế trình hấp thụ chất lỏng chia làm bước:    Bước 1: Khuếch tán phân tử chất ô nhiễm thể khí khối khí thải đến bề mặt dung dịch hấp thụ Bước 2: Thâm nhập hòa tan chất khí vào bề mặt dung dịch hấp thụ Bước 3: khuếch tán chất khí hòa tan bề mặt ngăn cách vào sâu lòng chất lỏng hấp thụ II.2.Phân loại (Đ-1) Dựa vào chất tương tác khí cần hấp thụ chất hấp thụ phân loại phương pháp hấp thụ thành loại sau: Hấp thụ vật lý: dựa tương tác vật lý túy (tức bao gồm khuếch tán hòa tan) không xảy tương tác hóa học khí thải dung dịch hấp thụ, trình thuận nghịch Để tăng hiệu xử lý ,người ta thường dùng kiểu thiết bị làm tăng diện tích tiếp xúc tối đa,truyền nhiệt tốt hạn chế tăng của chất hòa tan ~2~ pha lỏng kiểu thiết bị thông dụng thường dùng tháp đệm, tháp hấp thụ sủi bọt,tháp phun… Hấp thụ hóa học: trình hấp thụ kèm với hay nhiều phản ứng hóa học xảy khí thải dung dịch hấp thụ Trong hấp thụ hóa học ,chất hấp thụ phản ứng với phần tử chất hấp thụ( ví dụ amoniac hấp thụ vào nước) II.3.Ưu,nhược điểm & yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp thụ II.3.1.Ưu điểm Ư u điểm phương pháp hấp thụ chất lỏng là:   Rẻ, dễ ứng dụng, sử dụng dung môi hấp thụ nước để hấp thụ khí độc hại CO2,SO2….rất hiệu Có thể sử dụng kết hợp cần rửa khí làm bụi,khi dòng khí thải có chứa bụi lẫn khí độc hại mà chất khí có khả hòa tan tốt nước rửa II.3.2.Nhược điểm     Nếu không tái sinh dung dịch hấp thụ, lấy chất độc hại khỏi dung dịch dạng thành phẩm cho sản xuất phải xử lý đỗ bỏ dung dịch hấp thụ Như vây chất ô nhiểm không bị loại bỏ hoàn toàn mà chuyển từ môi trường qua môi trường khác Quá trình hấp thụ trình tỏa nhiệt nên thiết kế nhiều trường hợp cần lắp thêm thiết bị trao đổi nhieetjtrong tháp hấp thụ để làm nguội làm tăng trình xử lý thiết bị trở nên cồng kềnh khó vận hành Việc lựa chọn dung môi hấp thụ khó khăn trường hợp khí thải cần hấp thụ khó hòa tan Phải tiến hành tái sinh dung môi đắt tiền để giảm chi phí, công việc khó khăn II.3.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp thụ.(Đ-3) II.3.3.1.Ảnh hưởng lượng dung môi Qúa trình hấp thụ phụ thuộc lớn vào dung môi Để lựa chọn dung môi phù hợp phải dựa vào điều kiện sản xuất yêu cầu dung môi ~3~ Nếu lựa chọn lượng dung môi lớn thiết bị bé dung dịch thu loãng Như nồng độ khí thải dung dịch sau hấp thụ nhỏ tức trình hấp thụ không đạt hiệu suất hấp thụ cao Nếu lựa chọn dung môi dung dịch thu có nồng độ chất hòa tan cao nhiên kích thước thiết bị lớn làm tốn chi phí đầu tư,chiếm chỗ không gian cồng kềnh II.3.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ áp suất Nhiệt độ áp suất yếu tố ảnh hưởng quan trọng lên trình hấp thụ(chủ yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân động lực trình) Khi nhiệt độ tăng hệ số Henry tăng làm động lức trình thay đổi Trong trường hợp đường cân trình hấp thụ không thay đổi động lực trung bình giảm cường độ chuyển khối giảm theo Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ động lực trung bình trình giảm trình không thực Tuy nhiên nhiệt độ tăng mang lại lợi ích làm giảm độ nhớt dung môi, vận tốc khí tăng, cường độ chuyển khối tăng theo nên hiệu hấp thụ tăng theo Khi tăng áp suất động lực trình tăng lên, trình chuyển khối tốt Tuy nhiên áp suất tăng gây khó khăn mặt thiết bị ( phải chọn vật liệu thiết kế cho thiết bị chịu áp lực cao) Vì trình hấp thụ áp dụng với khí khó hòa tan( ví dụ hấp thụ CO2 nước thực 17 at) II.4.Các dung môi thường sử dụng & khí thường xử lý hấp thụ II.4.1.Dung môi II.4.1.1.Điều kiện chọn lựa dung môi.(H1-1) Có tính chất hòa tan chọn lọc, nghĩa hòa tan với cấu tử, cấu tử khác khả hòa tan hòa tan Độ nhớt dung môi phải bé, để giảm trở lực tăng hệ số chuyển khối Nhiệt dung riêng bé, để tiết kiệm nhiệt hoàn nguyên dung môi Có nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi cấu tử hòa tan, để dễ dàng phân biệt chúng qua chưng luyện Có nhiệt độ đóng rắn thấp, để tránh tượng đóng rắn làm tắc thiết bị ~4~ Không tạo thành kết tủa hòa tan, để tránh làm tắc thiết bị dễ thu hồi Ít bay để tránh tổn thất Không độc ăn mòn thiết bị Tuy nhiên thực tế dung môi đạt tất tiêu chuẩn nêu Vì vậy, chọn dung môi ta phải dựa vào điều kiện cụ thể sản xuất II.4.1.2.Các dung môi phổ biến (H1-1) Nước (H2O): dùng cho trường hợp khí dễ hòa tan nước Dung dịch bazơ: KOH, NaOH, Na2CO3, K2CO3, Ca(OH)2, CaCO3… MonoEtanolAmin (OHCH2CH2NH2), DiEtanolAmin (R2NH), TriEtanolAmin (R3N) II.5.Các khí thường xử lý II.5.1.Khí SO2 Nguồn phát sinh: nguồn phát thải khí SO2 chủ yếu từ trung tâm nhiệt điện, loại lò nung, lò đốt nhiên liệu than, dầu khí đốt có chứa lưu huỳnh hợp chất lưu huỳnh Ngoài ra, số công đoạn sản xuất công nghiệp hóa chất, luyện kim thải vào bầu khí lượng khí SO2 đáng kể Tác hại: khí SO2 xâm nhập vào thể qua đường hô hấp hòa tan với nước bọt, từ qua đường tiêu hóa để ngấm vào máu SO2 kết hợp với hạt nước nhỏ bụi ẩm để tạo thành hạt axit H2SO4 nhỏ li ti, xâm nhập vào phổi qua hệ thống bạch huyết, Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hóa học để làm giảm dự trữ kiềm máu gây rối loạn chuyển hóa đường protein, gây thiếu vitamin B C, tạo methemoglobine để chuyển hóa Fe2+ (hòa tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu làm giảm khả vận chuyển oxy hồng cầu, gây co hẹp dây quản, khó thở.(H1-3) Tác động đến môi trường: gây nên tượng mưa axit.(H1-4) II.5.2.Khí H2S ~5~ Nguồn phát sinh: H2S loại khí chủ yếu tỏa trình luyện cốc từ than đá, trình lọc dầu, trình sản xuất khí công nhiệp H2S thành phần khí đốt thiên nhiên, Ngoài ra, số ngành công nghiệp khác chế biến xenlulozo, sợi nhân tạo, nấu bột giấy, thuộc da, nấu thuốc nhuộm, xử lý nước thải, lượng khí H2S tỏa đáng kể Trong tự nhiên H2S phát sinh trình thối rữa chất hữu tác dụng vi khuẩn từ rác thải, cống rãnh, bờ biển, ao tù, hồ nước cạn…(H1-2) Tác hại: H2S có mùi trứng thối, dễ nhận biết H2S khí gây ngạt chúng tước đoạt oxy mạnh, hít phải nạn nhân bị ngạt, bị viêm màng kết H2S tác động vào mắt, bị bệnh phổi hệ thống hô hấp bị kích thích mạnh thiếu oxy, gây thở gấp ngừng thở H2S nồng độ cao gây tê liệt hô hấp khiến nạn nhân bị chết ngạt.(H1-3) Khí độc cần nồng độ ppm gây ngộ độc, chóng mặt nhức đầu Ở nồng độ lớn 150 ppm gây tổn thương màng nhầy quan hô hấp Với nồng độ 500 ppm, gây viêm phổi tiêu chảy Tiếp xúc ngắn với khí H2S nồng độ 700-900 ppm chúng nhanh chóng xuyên qua màng túi phổi, xâm nhập vào mạch máu gây tử vong Tác động đến môi trường: gây ô nhiễm mùi môi trường không khí (H1-3)… II.5.3 Khí NOx (H1-3) Nguồn phát sinh: NO NO2 hình thành trình đốt nhiên liệu thành phần khí cốc; NO, NO2 sương axit nitric khí tỏa công nghệ sản xuất axit nitric; khí NO2 tỏa nhiều công đoạn tẩy kim loại axit phân xưởng mạ điện Khí NOx trình đốt cháy nhiên liệu động đốt Tác hại: oxit nito có nhiều dạng, nito có hóa trị từ đến Do oxy hóa không hoàn toàn nên nhiều dạng oxit nito có hóa trị khác hay nhau, gọi chung NOx Có độc tính cao NO2 không khí phần triệu gây ảnh hưởng xấu đến phổi, tiếp xúc vài với không khí ~6~ có nồng độ NO2 khoảng 15-20 phần triệu gây nguy hiểm cho tim, phổi, gan, nồng độ NO2 không khí 1% gây tử vong vài phút Tác động đến môi trường: gây suy giảm tầng ozon, tượng mưa axit, hình thành khói mù quang hóa, N2O gây nên hiệu ứng nhà kính.(H1-4) II.5.4 Khí Flo.(H1-3) Nguồn phát sinh: tự nhiên flo (dạng muối florua) có đất nước ngầm vùng khô hạn, chí xuất mỏ CaF2 Trong công, nông nghiệp, Florua xuất trình sản xuất sử dụng photphat (phân lân) Tác hại: flo nguyên chất dạng khí môi trường flo thường kết hợp với nguyên tố khác tạo thành hợp chất muối florua, Flo có lực cao với canxi nên thường tước đoạt canxi thể Nếu nước ăn giàu flo, người dùng (nhất trẻ em 12 tuổi) thường bị mủn flo lấy canxi Flo lấy canxi xương làm cho xương bị xốp, tạo chỗ giòn xương, cốt hóa dây chằng gân, làm xương bị giòn, dễ gẫy Flo lấy canxi máu gây hội chứng cứng cơ, suy tim mạch Hợp chất HF dạng khí, bị hít vào phổi Người bị nhiễm HF bị đau xương ức, ho đờm máu, phú nề phổi Những chố tiếp xúc với HF bị loét II.5.5 Khí Clo.(H1-3) Nguồn phát sinh: clo thành phần thiếu chất tẩy trắng giấy sợi, khử trùng hệ thống cấp nước, bể bơi, cống rãnh, bệnh viện Khi nước chứa chất hữu cơ, cloramin kết hợp tạo hợp chất độc Tác hại: khí clo gây ngứa, ngạt thở, đau rát xương ức, ho, ngứa mắt miệng, chảy nước mắt, tiết nhiều nước bọt Nếu bị nhiễm nặng bị đau đầu, đau thượng vị, nôn mửa, vàng da, chí phù nề phổi Tác động đến môi trường: nồng độ clo môi trường cao nguyên nhân gây tượng mưa axit, hợp chất clo CFC gây suy giảm tầng ozon, hiệu ứng nhà kính.(H1-4) II.5.6.Khí NH3 Nguồn phát sinh: NH3 phát sinh chủ yếu tạo từ nguồn tự nhiên trình phân hủy chất hữu từ xác động thực vật; có ~7~ thành phần khí thải nhà máy sản xuất hóa chất, phân đạm, hệ thống thiết bị làm lạnh có sử dụng NH3 Tác hại: NH3 có mùi khó chịu gây viêm đường hô hấp cho người động vật, gây loét giác mạc, quản, khí quản NH3 thường gây nhiễm độc cấp tính Ở nồng độ 50 ppm nhận biết mùi Ở nồng độ 400 ppm tác dụng đường hô hấp Ở nồng độ 700 ppm tác dụng giới hạn thị giác Ở nồng độ 1720 ppm gây ho, co giật, chết Còn nồng độ từ 5000-10000 ppm gây co thắt phản xạ họng, xuất huyết phổi, ngất phản xạ ngạt, chết Khi NH3 tan vào nước gây nhiễm độc cá hệ sinh vật nước Thực vật bị nhiễm NH3 nồng độ cao bị bệnh đốm lá, giảm tỉ lệ nảy mầm hạt giống II.5.7 Khí CO2 Nguồn phát sinh: tự nhiên CO2 vốn có thành phần không khí sạch, phát sinh đốt cháy hoàn toàn nguyên nhiên liệu chứa cacbon trình hô hấp động thực vật Trong công nghiệp, khí CO2 sinh lên men rượu bia, khói từ nhà máy công nghiệp đốt than Tác hại: khí CO2 nồng độ thấp không gây ảnh hưởng đến sức khỏe người động vật nồng độ cao gây nguy hại Cụ thể, hít thở không khí có chứa 0,5 % khí CO2 gây đau đầu, chóng mặt; % gây khó thở; 10 % gây bất tỉnh sau vài phút; nồng độ cao gây tử vong Tác động đến môi trường: CO2 khí quan trọng gây nên hiệu ứng nhà kính.(H1-4) II.6.Các loại thiết thường sử dụng hấp thụ (H2) II.6.1.Tháp phun II.6.1.1.Cấu tạo Hình trụ tròn, rỗng bên có chứa hệ thống ống dẫn phân phối khí thải dung môi hấp thụ Tháp hấp thụ phun chia làm ba kiểu khác nhau: (1) thiết bị hấp thụ phun kiểu thùng rỗng, ~8~ (2) thiết bị hấp thụ phun thuận dòng tốc độ cao (3) thiết bị hấp thụ phun sương kiểu khí Đối với kiểu thùng rỗng : Thiết bị hấp thụ kiểu thùng rỗng có vòi phun sương thường đặt phía phun xuống Trong trường hợp tháp hấp thụ có chiều cao lớn, người ta thường đặt vòi phun chia tầng khác Thiết bị hấp thụ thùng rỗng có ưu điểm đơn giản, đầu tư thấp, lực cản thủy động nhỏ sử dụng khí thải có độ nhiễm bẩn cao; chất lỏng dùng để hấp thụ quay vòng hấp thụ no thải tiết kiệm chất hấp thụ Nhược điểm thiết bị thùng rỗng khí thường phân bố không toàn tháp dẫn dấn làm giảm hiệu suất xử lý Tuy nhiên để khí phân bố người ta tạo phận phân phối khí phân phối khí qua miệng thắt, phân phối khí thông qua màng phán phối xốp hay phân phối khí theo dòng xoáy kiểu cyclon Thêm nữa, đo loại thiết bị kiểu hiệu xử lý không cao hệ số chuyển khối thấp, nên tốc độ dòng khí không lớn (phải nhỏ m/s) để tránh tượng chất lỏng bị theo khí Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao : Thiết bị kiểu phù hợp với dòng khí thải có vận tốc lớn (khoảng từ 20 - 30 m/s) Cho nên, vận hành chất lỏng thường bị theo dòng khí, sau tách thiết bị kèm theo Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao có dạng kiểu thiết bị Venturi (giống xử lý bụi) Khí thải với tốc độ cao qua ống thắt, theo chất lỏng từ cửa chờ dạng bụi sương vào vùng khuếch tán tới phận tách chất lỏng Trong vùng khuếch tán, động dòng khí chuyển thành áp lực với mức hao hụt cực tiểu Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao sử dụng phổ biến xử lý khí thải ~9~ Thiết bị phun sương kiểu khí : Ít sử dụng, phù hợp trường hợp đặc biệt Tóm lại, loại thiết bị dùng hấp thụ hay sử dụng công nghiệp khả loại bỏ đồng thời bụi khí khả làm triệt để bụi Tuy nhiên, tuỳ trường hợp cụ thể, tuỳ lưu lượng, nồng độ cường độ bụi khí thải mà tìm chọn phương pháp phù hợp II.6.1.2 Nguyên lý làm việc Tháp sử dụng để kết hợp lọc bụi khí độc dung dịch phun Người ta đưa dòng khí thải có lẫn bụi khí độc vào đầu buồng phun qua thiết bị phân dòng khí thải theo toàn tiết diện ngang buồng Trong không gian buồng phun có bố trí hệ thống ống phun để phun dung dịch thành chùm hạt nước nhỏ ngược chiều dòng khí thải Hơi khí độc bị dung dịch hấp thụ qua bề mặt hạt dung dịch Sau khí thải thải thẳng vào khí hay đưa qua sấy nóng trước thải để giảm độ ẩm tương đối dòng khí Dung dịch nước phun thu hồi đưa qua thiết bị lắng cặn xử lý hóa trước phun trở lại Sau khoảng thời gian làm việc, dung dịch phun thải vào hệ thống xử lý nước thải II.6.1.3 Ưu, nhược điểm Ưu điểm : Tháp cấu tạo đơn giản, dễ dàng cho việc chế tạo lắp đặt Vận hành đơn giản, giảm chi phí Đường kính tháp nhỏ, nên mật độ tưới nhỏ (50-90 m3/m2) tiết kiệm dung tích hấp thụ mà cho hiệu suất cao Lọc bụi mụn với hiệu tương đối cao Nhược điểm: Thiết bị dễ bị ăn mòn, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ, làm tăng giá thành chế tạo ~ 10 ~ Cần phải có hệ thống tự điều chỉnh dung lượng dung dịch hấp phụ phun vào thiết bị Dung dịch phải phun khắp tiết diện tháp II.6.2.Tháp mâm II.6.2.1.Cấu tạo Tháp hình trụ thẳng đứng, có gắn đĩa có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha khí cho tiếp xúc với Quá trình chung tháp tiếp xúc pha nghịch dòng đĩa hai pha khí lỏng tiếp xúc giao dòng II.6.2.2.Nguyên lý làm việc Tháp đĩa ứng dụng nhiều công nghệ hoá thực phẩm Trong tháp đĩa, chất lỏng từ xuống, khí từ lên Chúng tiếp xúc trao đổi chất với bậc (đĩa), khác với tháp đệm, hai pha lỏng tiếp xúc với liên tục toàn tháp So với tháp đệm tháp đĩa phức tạp phân thành nhiều loại theo kết cấu đĩa vận chuyển chất lỏng qua lỗ đĩa theo ống chảy chuyền đĩa, cụ thể phân thành: Tháp đĩa có ống chảy chuyền không ống chảy chuyền Tháp đĩa lưới, tháp chóp, tháp xú páp số dạng khác Tháp đĩa có ống chảy chuyền Trong tháp đĩa có ống chảy chuyền, khí lỏng chuyển động riêng biệt từ đĩa sang đĩa khác Các loại tháp thường gặp sản xuất tháp chóp, tháp đĩa lỗ, tháp xú páp hay tháp đĩa rãnh chữ s Tháp đĩa chóp Tháp gồm nhiều đĩa, đĩa có lắp nhiều chóp Trên đĩa có ống chảy chuyền để vận chuyển chất lỏng từ đĩa đến đĩa khác Số ống chảy chuyền phụ thuộc vào kích thước tháp lưu lượng chất lỏng ống chảy chuyền bố thí theo nhiều cách Khí từ lên qua ống vào chóp, qua khe chóp để tiếp xúc với chất lỏng đĩa Chóp có cấu tạo tròn hay dạng khác Thân chóp có rãnh tròn, chữ nhật tam giác để khí qua Hình dáng rãnh chóp không ảnh hưởng đến trình chuyển khối Hiệu trình phụ thuộc nhiều vào vận tốc khí ~ 11 ~ Nếu vận tốc khí bé khả sục khí kém, vận tốc khí lớn làm bắn chất lỏng chất lỏng theo Hiện tượng bắn chất lỏng tất nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, khảng cách đĩa, khoảng cách chóp, khối lượng riêng, cấu tạo kích thước chóp ống chảy chuyền II.6.2.3.Ưu, nhược điểm Ưu điểm: Có thể sử dụng cho trình chưng cất lẫn hấp thụ Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lượng Nhược điểm: Khi vận tốc khí lớn gây nên lôi học giọt lỏng dòng từ mâm lên mâm làm giảm biến đổi nồng độ tạo nên trình truyền khối, làm giảm hiệu suất Ngoài tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nén khí cho tháp II.6.3.Tháp đệm II.6.3.1.Cấu tạo Tháp đệm sử dụng cho trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện trình khác Tháp đệm hình trụ, bên có đổ đầy đệm Đệm có nhiều loại, phổ biến có loại đệm sau đây: Đệm vòng, kích thước từ 10 đến 100 mm Đệm hạt, kích thước từ 20 đến 100 mm Đệm xoắn, đường kính dây cỡ 0,3 đến mm, đường kính vòng xoắn cỡ đến mm, chiều dài dây không 25 mm Đệm lưới gỗ Tất loại đệm có yêu cầu chung : Có bề mặt riêng lớn, (ký hiệu σ, thứ nguyên m2/m3) Thể tích tự lớn, (ký hiệu Vtd, thứ nguyên m3/m3) ~ 12 ~ Khối lượng riêng bé, Bền hoá học tuỳ theo điều kiện cụ thể mà chọn đệm cho phù hợp Đệm lưới gỗ thường sử dụng tháp làm lạnh hấp thụ khí sơ Để tăng độ phân tách người ta chọn loại đệm có kích thước bé, tức đệm có bề mặt riêng lớn, tạo khả tiếp xúc pha tốt II.6.3.2 Nguyên nguyên lý làm việc Khi vận hành, khí thải từ lên chất lỏng từ xuống Lưu lượng hai pha tính toán trước để thiết bị đạt hiệu cao Khi chất lỏng chảy bề mặt vật thể đệm, chúng có đặc trưng màng chất lỏng Tuy nhiên chất trình vận hành, thiết bị hấp thụ màng thiết bị hấp thụ đệm có khác Trong thiết bị hấp thụ đệm nàng chất lỏng chuyển động từ đơn nguyên vật đệm sang đơn nguyên vật đệm khác màng cũ bị phá vỡ màng hình thành Quá trình lặp lặp lại suốt chiều dài tháp Việc phá vỡ chuyển động ngược chiều dòng khí Do mà tháp đệm phần mang tính chất tháp hấp thụ sủi bọt Sự chuyển động thuận dòng tháp đệm sử dụng Đó trường hợp tốc độ khí thải lớn (khoảng 10 m/s), không khó thực kiểu ngược dòng Sự bố trí thuận dòng làm tăng trình trao đổi chất, giảm trở lực thủy động giảm kích thước thiết bị Trong trường hợp hấp thụ kèm với phản ứng thủy phân tạo kết tủa người ta thường dùng loại tháp hấp thụ đệm Các lớp đệm (những mảnh bọt xốp polyme hay cầu rỗng làm chất dẻo) "treo" lơ lửng dòng khí tháp lưới đỡ Giữa lớp đệm khoảng trống để đảm bảo cho kết tủa không làm tắc nghẽn lưu thông dòng khí qua lớp đệm Tất nhiên chất hấp thụ lỏng chuyển động từ xuống Các nghiên cứu thủy động học chuyển khối thiết bị hấp thụ đệm cho thấy, tháp hấp thụ kiểu làm việc với tốc độ dòng khí lớn mà ~ 13 ~ không bị tắc nghẽn Nhược điểm tháp hấp thụ đệm khó thoát nhiệt trình hấp thụ Muốn tách nhiệt, người ta thường phải sử dụng làm lạnh tuần hoàn II.6.3.3.Ưu ,nhược điểm Ưu điểm: Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao Cấu tạo đơn giản Trở lực tháp không lớn Giới hạn làm việc tương đối rộng Nhược điểm: Tuy nhiên tháp đệm có nhược điểm khó làm ướt đệm Do đó, tháp cao chất lỏng phân bố không Vì vậy, người ta phải chia tầng tầng có đặt thêm phận phân phối chất lỏng II.7 Ứng dụng xử lý khí thải (T) II.7.1.Xử lý SO2 phương pháp hấp thụ Hấp thụ nước: SO2 + H2O H+ + HSO3Do độ hòa tan SO2 nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn thiết bị hấp thụ tích lớn Sơ đồ hệ thống hấp thụ khí SO2 bao gồm giai đoạn sau: Hấp thụ khí SO2 cách phun nước vào dòng khí cho khí SO2 qua lớp vật liệu đệm có tưới nước Giải thoát khí SO2 khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 nước Mức độ hòa tan khí SO2 nước giảm nhiệt độ nước tăng cao ngược lại để giải thoát khí SO2 khỏi nước nhiệt độ nước phải cao Ở 1000C SO2 bốc hòan toàn khí thoát có lẫn nước Bằng phương pháp ngưng tụ người ta thu hồi khí SO2 với độ đậm đặc gần 100% để sản xuất axit sunfuric Để giải hấp thụ cần phải đun nóng lượng nước lớn, khó khăn Ngoài ra, để sử dụng lại nước cho trình hấp thụ phải làm ~ 14 ~ nguội nước xuống gần 10oC, tức phải cần đến nguồn cấp lạnh Đó vấn đề không đơn giản tốn Vì vậy, phương pháp nên áp dụng khi: Nồng độ SO2 khí thải tương đối cao Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ Có sẵn nguồn nước lạnh Hấp thụ Xử lý SO2 vôi phương pháp áp dụng rộng rãi công nghiệp hiệu xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền có sẵn nơi Các phản ứng: CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2 CaO + SO2 = CaSO3 2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 Khói thải sau lọc tro bụi vào scrubơ 1, xảy trình hấp thụ khí SO2 dung dịch sữa vôi tưới lớp đệm vật liệu rỗng Nước chứa acid chảy từ scrubơ có chứa nhiều sunfit canxisunfat dạng tinh thể CaSO3.0,5H2O , CaSO4.H2O tro bụi sót lại sau lọc tro bụi, cần tách tinh thể nói phận tách tinh thể Thiết bị bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại thời gian đủ để hình thành tinh thể sunfit sunfat canxi Sau phận tách tinh thể 2, dung dịch phần vào tưới cho scurbơ, phần lại qua bình lọc chân không 3, tinh thể giữ lại dạng cặn bùn thải Đá vôi đập vụn nghiền thành bột cho vào thùng để pha trộn với dung dịch loãng chảy từ lọc chân không số với lượng nước bổ sung để hình thành dung dịch sữa vôi mới.bằng huyền phù CaCO3 Ưu điểm phương pháp quy trình công nghệ đơn giản chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dể tìm rẽ, có khả xữ lý mà không cần làm nguội xử lý sơ Nhược điểm: thiết bị đóng cặn tạo thành CaSO4 CaSO3 Phương pháp Magie (Mg): SO2 hấp thụ oxit – hydroxit magie, tạo thành tinh thể ngậm nước Sunfit magie Ưu điểm : làm khí nóng , không cần lọc sơ bộ, thu sản phẩm tận ~ 15 ~ dụng H2SO4 ; MgO dể kiếm rẻ , hiệu xử lý cao Nhược điểm :vận hành khó, chi phí cao tốn nhiều MgO Phương pháp kẽm : phương pháp chất hấp thụ kẽm SO2 + ZnO + 2,5 H2SO4 > ZnSO3 + H2O Phương pháp Amoniac : SO2 hấp thụ dung dịch Amoniac dung dịch Sunfit-biSunfit amôn Amoniac khí SO2 dung dịch nước có phản ứng với tạo muối trung gian amoni sunfit, sau muối amoni sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 H2O để tạo muối amoni bisunfit theo phản ứng sau: SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2SO3 (NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3 Lượng bisunfit tích tụ dần dung dịch hoàn nguyên cách nung nóng chân không, kết thu amoni sunfit SO2 Amoni sunfit lại sử dụng tiếp để khử SO2 Ngoài dung dịch xảy phân hủy sunfit bisunfit amoni thành sunfat amoni lưu huỳnh đơn chất theo phản ứng sau: 2NH4HSO3 + (NH4)2SO3 = 2(NH4)2SO4 + S + H2O Lưu huỳnh đơn chất hình thành theo phản ứng đến lượt lại tác dụng với amoni sunfit tạo thiosunfat: (NH4)2SO3 + S = (NH4)2S2O3 Sau thiosunfat lại kết hợp với amoni bisunfit tạo lưu huỳnh đơn chất nhiều gấp lần (NH4)2S2O3 + 2NH4HSO3 = 2(NH4)2SO4 + 2S + H2O Lưu huỳnh đơn chất lại tác dụng với sunfit Cứ tốc độ phản ứng phân hủy dung dịch làm việc tăng dần dung dịch làm việc hoàn toàn biến thành amoni sunfat lưu huỳnh đơn chất Ưu điểm : phương pháp hiệu cao, chất hấp thụ dễ kiếm ,thu sản phẩm cần thiết (Sunfit biSunfit amon) ~ 16 ~ Hấp thụ hổn hợp muối nóng chảy: Xử lý nhiệt độ cao dùng hổn hợp Cacbonat kim loại kiềm có thành phần sau: LiCO3 : 32%, Na2CO3 : 33%, K2CO3 : 35% Hấp thụ Amin thơm : Để hấp thụ SO2 khí thải luyện kim màu (nồng độ SO2 khoảng 1-2% thể tích) Người ta sử dụng dung dịch: C6H3(CH3)2 NH2 (tỉ lệ C6H3(CH3)2 NH2 : nước = 11) C6H3(CH3)2 NH2 không trộn lẩn với nước liên kết với SO2 tạo thành (C6H3(CH3)2 NH2)2 SO2 II.7.2.Hấp thụ NOx nước Nguyên tắc: công nghiệp loại thải có chứa Nito nồng độ thấp thường xử lý phương pháp dùng nước để rửa khí thiết bị scrubo,thiết bị sục khí sủi bọt,ống venture… Hiệu khử NOx phương án thường không cao tối đa đạt khoảng 50% Khí thải có chứa NOx nồng độ thấp thường xử lý phương pháp dùng nước để rửa khí thiết bị tháp phun, tháp đệm, tháp bọt , phương trình phản ứng sau: 2NO2 (hay N2O4) + H2O = HNO3 + HNO2 2HNO2 →NO + NO2 (hay ½ N2O4) +H2O NO + ½ O2 → NO2 Lọc khí độc khí thải 2NO2 → N2O4 Trong thiết bị lọc khí, vận tốc khí tháp lấy 0,6 m/s; chiều cao lớp đệm khâu thuỷ tinh đường kính mm khoảng 120mm; Cường độ tưới μ = 10~25 lít/m3không khí, hiệu trình đạt