Xử lý khí thải bằng phương pháp ngưng tụ

1 Khái niệm Ngưng tụ là quá trình chuyển trạng thái pha từ khí hoặc hơi sang trạng thái lỏng bằng cách làm lạnh khí hoặc nén làm lạnh khí đồng thời. Khí cần chuyển là khí thải hoặc khí bị ô nhiễm, dung dịch sau ngưng tụ chứa hợp chất ta mong muốn ngưng tụ2. Phương pháp ngưng tụ 2.1. Quá trình ngưng tụ gián tiếp (hay còn gọi là ngưng tụ bề mặt ) Quá trình tiến hành trong thiết bị trao đổi nhiệt có tường ngăn cách giữa khí và tác nhân làm lạnh đi ngược chiều nhau . Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra trên bề mặt trao đổi nhiệt Tác nhân làm lạnh cho đi từ dưới lên để tránh dòng đối lưu tự nhiên cản trở quá trình chuyển động của lưu thể. Khí ô nhiễm được ngưng tụ trên trên bề mặt trao đổi nhiệt hoặc thành giọt lỏng và được tách khỏi hỗn hợp khí ở giai đoạn sau. Để tăng hiệu quả làm lạnh người ta tiến hành tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa tác nhân lạnh và hỗn hợp khí bằng cách bố trí thiết bị làm lạnh thành nhiều lớp, nhiều ngăn. 2.2. Quá trình ngưng tụ trực tiếp: (hay còn gọi là ngưng tụ hỗn hợp). Quá trình này tiến hành bằng cách cho khí và tác nhân làm lạnh tiếp xúc trực tiếp với nhau (hòa trộn với nhau). Khi đó cấu tử cần tách sẽ trao đổi nhiệt hay quá trình chuyển thành lỏng nằm trong hỗn hợp giữa chất ngưng tụ với chất bị ô nhiễm. Còn hỗn hợp khí khác được đưa ra ngoài. Như vậy khi đó chất ô nhiễm sẽ lẫn tạp chất và chất ngưng tụ củng bị lẫn tạp chất và được thải ra ngoài. Như vậy sẽ rất hao phí chất làm lạnh vì không sử dụng được nhiều lần. Thiết bị ngưng tụ trực tiếp thường không đặt giá trị phân chia cao vì chất lỏng ngưng tụ sẽ trộn lẫn với tác nhân làm lạnh

LỞI MỞ ĐẦU Trên giới nói chung Việt Nam nói riêng, có nhiều công nghệ xử lý khí thải khác Mỗi công nghệ xử lý có ưu, nhược điểm riêng, để phù hợp với tình hình thực tế lượng khí thải, thành phần khí thải thoát môi trường doanh nghiệp, nhà xưởng… mà cáp dụng phương pháp xử lý cho phù hợp Dưới chúng em xin trình bày xử lý khí thải phương pháp ngưng tụ với ứng dụng sản phẩm công nghệ ứng dụng phương pháp Tiểu luận nhiều thiếu sót, chúng em mong thầy cô bạn góp ý để rút kinh nghiệm cho lần sau Chúng em xin chân thành cảm ơn Khái niệm Ngưng tụ trình chuyển trạng thái pha từ khí sang trạng thái lỏng cách làm lạnh khí nén làm lạnh khí đồng thời Khí cần chuyển khí thải khí bị ô nhiễm, dung dịch sau ngưng tụ chứa hợp chất ta mong muốn ngưng tụ Phương pháp ngưng tụ 2.1 Quá trình ngưng tụ gián tiếp (hay gọi ngưng tụ bề mặt ) Quá trình tiến hành thiết bị trao đổi nhiệt có tường ngăn cách khí tác nhân làm lạnh ngược chiều Quá trình trao đổi nhiệt diễn bề mặt trao đổi nhiệt Tác nhân làm lạnh cho từ lên để tránh dòng đối lưu tự nhiên cản trở trình chuyển động lưu thể Khí ô nhiễm ngưng tụ trên bề mặt trao đổi nhiệt thành giọt lỏng tách khỏi hỗn hợp khí giai đoạn sau Để tăng hiệu làm lạnh người ta tiến hành tăng diện tích bề mặt tiếp xúc tác nhân lạnh hỗn hợp khí cách bố trí thiết bị làm lạnh thành nhiều lớp, nhiều ngăn 2.2 Quá trình ngưng tụ trực tiếp: (hay gọi ngưng tụ hỗn hợp) Quá trình tiến hành cách cho khí tác nhân làm lạnh tiếp xúc trực tiếp với (hòa trộn với nhau) Khi cấu tử cần tách trao đổi nhiệt hay trình chuyển thành lỏng nằm hỗn hợp chất ngưng tụ với chất bị ô nhiễm Còn hỗn hợp khí khác đưa Như chất ô nhiễm lẫn tạp chất chất ngưng tụ củng bị lẫn tạp chất thải Như hao phí chất làm lạnh không sử dụng nhiều lần Thiết bị ngưng tụ trực tiếp thường không đặt giá trị phân chia cao chất lỏng ngưng tụ trộn lẫn với tác nhân làm lạnh" Nguyên tắc Nguyên tắc trình dựa hạ thấp nhiệt độ môi trường xuống giá vị định (tới điểm sôi chất ô nhiễm) chất thể ngưng tụ lại sau thu hồi xử lý tiêu hủy Ở điều kiện làm lạnh bình thường, xử lý ngưng tụ thường khí thu hồi dung môi hữucơ, acid Phương pháp phù hợp với trường hợp khí thải cónồng độ tương đối cao (>>20 g/m3) Trong trường hợp nồng độ nhỏ, người ta thường dùng phương pháp hấp thụ hay hấp phụ Đặc điểm − Phương pháp phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ áp suất trình: nhiệt độ lạnh áp suất cao hiệu suất cao − Áp dụng cho hỗn hợp khí có nhiệt độ thấp Cơ chế: Hệ thống ngưng tụ xử lí dòng khí thải cách làm cho chúng ngưng tụ bề mặt làm lạnh tạo bởi: trình trao đổi nhiệt gián tiếp (ngưng tụ gián tiếp) qua nước lạnh cách phun dòng chất lạnh vào buồng chứa khí ô nhiễm (ngưng tụ trực tiếp) Ngoài tác nhân lạnh nước có số tác nhân lạnh khác như: nước muối bão hòa, nitơ lỏng Hơi thoát khỏi thiết bị có chất lượng cao xả không khí, khí thoát chất độc hại chuyển qua hệ thống xử lí khác hấp thụ, hấp phụ Nươc sau ngưng tụ chuyển qua hệ thống trạm xử lí sử dụng lại thải Ngoài nước ngưng HCl, H 2SO4, sử dụng cho ngành hóa học Tác nhân lạnh Phụ thuộc vào yêu cầu làm lạnh tức nhiệt độ sôi chất ô nhiễm cần xử lí mà ta có tác nhân lạnh sau: Tso > 0oC : tác nhân lạnh nước lạnh không khí lạnh -50oC < Tso < 0oC: tác nhân lạnh dung môi bay -120oC < Tso < -50oC: tác nhân lạnh nito lỏng Hiệu suất - Hiệu suất ngưng tụ (giá trị tương đối) tính theo công thức η= C − Cr 100 Cr Trong đó: Co : nồng độ ban đầu Cr : nồng độ đầu Giá trị tuyệt đối hiệu suất ngưng tụ tính theo công thức: P= mi (Co − Cr ).Mi.Vr 100 = 100 Co.Vo.Mi Co.Vo.Mi Trong đó: mi : khối lượng chất i ngưng tụ Mi : phân tử lượng chất I ngưng tụ Vr : lưu lượng khí đầu Vo : lưu lượng khí đầu vào Hiệu suất trình phụ thuộc nhiều vào: nhiệt độ đầu vào thiết bị, nhiệt độ từ 5-10oC hiệu suất xử lí 90-99% Kĩ thuật ngưng tụ nhìn chung hiệu kĩ thuật xử lí khác, thiết bị ngưng tụ thường kết hợp với công nghệ xử lí khác để tăng hiệu xử lí 6.Các loại thiết bị ngưng tụ 6.1 Thiết bị ngưng tụ trực tiếp 6.1.1, thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô 6.1.1.1, thiết bị ngưng tụ xuôi chiều loại thấp Cấu tạo thiết bị: 1: Thân thiết bị 2: Vòi phun nước 3: Bơm ly tâm 4: Bơm tia hút khí không ngưng 5: Phao 6: Van Nguyên lý làm việc: +) Hơi vào thiết bị từ xuống nước bầu nước quanh thân thiết bị hút vào thân thiết bị có chân không Nước bị hút vòi 2, vào thiết bị dạng hạt mù, tiếp xúc với từ xuống nước chất lỏng Hình Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngưng tụ bơm bơm ly xuôi chiều, thấp tâm Khí không bị ngưng bơm bơm tia theo đường khác Khi độ chân không thiết bị cao, bơm ly tâm không làm việc được, hỗn hợp nước chất lỏng ngưng tụ không tháo tích tụ dâng dần lên thiết bị, đó, phao bị nâng lên van mở Không khí bên tràn vào làm giảm độ chân không thiết bị, tạo điều kiện cho bơm ly tâm tiếp tục trở lại làm việc bình thường, mực nước hạ xuống, phao trở vị trí cũ Van đóng lại +) thiết bị ngưng tụ trực tiếp xuôi chiều loại ướt có ưu điểm gọn, suất nhỏ, thường dùng trường hợp nước tháo đem sử dụng tiếp 6.1.1.2, thiết bị ngưng tụ ngược chiều loại cao Cấu tạo thiết bị: 1: Thân hình trụ 2: Thiết bị thu hồi bọt, tách lỏng 3: Ống barome 4: Tấm ngăn hình bán nguyệt 5: Ống dẫn khí không ngưng Nguyên lý làm việc: +) vào thiết bị ngưng tụ từ lên, nước chảy từ xuống, chảy tràn qua cạnh ngăn đồng thời phần chui qua lỗ ngăn Hỗn hợp dung môi khí ngưng tụ chảy xuống ống barome, khí không ngưng lên qua ống đến thiết bị thu hồi bọt phần dung môi bị theo thu hồi tập trung chảy xuống ống barome Khí không ngưng hút qua phía bơm chân không +) Ống barome thường có độ cao từ 11m để độ chân không thiết bị có tăng nước không dâng lên ngập thiết bị +) Ưu điểm: nước tự chảy không cần bơm nên giảm tiêu hao lượng cho thiết bị, tăng suất, hiệu suất cao so với thiết bị ngưng tụ xuôi chiều Tuy nhiên kích thước lớn nên khó khăn cho việc lắp đặt thiết bị 6.1.2) Thiết bị ngưng tụ loại ướt Nguyên lý làm việc: Hơi từ xuống, nước phun từ vòi sen từ xuống chiều với chảy qua ngăn Chất lỏng ngưng tụ gồm nước hút phía thiết bị bơm không khí ướt +) Ưu điểm: kích thước nhỏ gọn thích hợp thay cho ống barome điều kiện nhà xưởng không cho phép lắp đặt thiết bị barome 6.2 Thiết bị ngưng tụ gián tiếp +) Ưu điểm: *Trong thiết bị tác nhân ngưng tụ hỗn hợp khí tách biệt nhau, nên tác nhân ngưng tụ tuần hoàn liên tục không ảnh hưởng đến trình hao hụt tổn thất *Dễ dàng cho trình thu hồi khí dung môi +) Nhược điểm *Do có bề mặt ngăn cách hai dòng nên tổn hao lượng để làm ngưng tụ dòng khí *Hiệu trao đổi nhiệt phụ thuộc vào diện tích bề mặt trao đổi nhiệt( cấu tạo thiết bị ) 6.2.1 Bình ngưng ống chùm nằm ngang +) Bình ngưng có thân hình trụ nằm ngang làm từ vật liệu thép CT3, bên ống trao đổi nhiệt thép áp lực C20 Các ống trao đổi nhiệt hàn kín lên hai mặt sàng hai đầu Để hàn nối ống trao đổi nhiệt vào mặt sàng, phải có độ dày lớn từ 20-30mm +) Hai đầu thân bình nắp bình Các nắp bình tạo thành vách phân dòng nước để nước tuần hoàn nhiều lần bình ngưng để tăng thời gian tiếp xúc nước môi chất; tăng tốc độ chuyển động nước ống trao đổi nhiệt nhằm nâng cao hệ số toả nhiệt +) Lưu ý: phải giữ cho tốc độ nước ống tuần hoàn không sai khác nhiều, tránh tạo nên tổn thất áp lực không cần thiết 1- Nắp bình; 2- Ống xả khí không ngưng; 3- Ống Cân bằng; 4- Ống trao đổi nhiệt; 5- Ống gas vào; 6- Ống lắp van an toàn; 7- Ống lắp áp kế ; 8- Ống xả air nước; 9- Ống nước ra; 10- Ống nước vào; 11- Ống xả cặn; 12- Ống lỏng bình chứa +) Nguyên lý làm việc: Tác nhân lạnh thường nước bơm vào ông trao đổi nhiệt bình ngưng bình cao áp phía trên.Giữa bình ngưng bình chứa cao áp thường có ống cân để chất lỏng ngưng tụ chảy thuận lợi Sau nước bơm đầy vào ông trao đổi nhiệt, khí cần ngưng tụ đưa vào từ đầu đối diện Tại khí có nhiệt độ cao tiếp xúc gián tiếp với dung môi nước thông qua thành thiết bị ống trao đổi nhiệt Khí ngưng tụ lại thành giọt lỏng chảy ống đáy bình tiến hành thu gom xử lý Một phần khí không ngưng xả qua ống cao áp phía bình cao áp +)Ưu điểm *Hiệu giải nhiệt cao, mật độ dòng nhiệt lớn q= 3000- 6000 w/m2, *Cấu tạo chắt chắn, gọn nhẹ *Ít hư hỏng tuổi thọ cao: loại dàn ngưng tụ kiểu khác, ống sắt thường xuyên phải tiếp xúc môi trường nước không khí nên tốc độ ăn mòn trao đổi nhiệt nhanh Đối với bình ngưng, thường xuyên chứa nước nên bề mặt trao đổi nhiệt luôn ngập nước mà không tiếp xúc với không khí Vì tốc độ ăn mòn diễn chậm nhiều +) Nhược điểm Quá trình bám bẩn bề mặt đường ống tương đối nhanh, đặc biệt chất lượngnguồn nước 6.2.2 Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng Cấu tạo: Để tiết kiệm diện tích lắp đặt người ta sử dụng bình ngưng ống vỏ đặt đứng Cấu tạo tương tự bình ngưng ống chùm nằm ngang, gồm có: vỏ bình hình trụ thường chế tạo từ thép CT3, bên ống trao đổi nhiệt thép áp lực C20, kích cỡ Φ57x3,5, bố trí đều, hàn vào mặt sàng Nguyên lý làm việc: +) Nước bơm bơm lên máng phân phối nước chảy vào bên ống trao đổi nhiệt Để nước chảy theo thành ống trao đổi nhiệt, phía ống trao đổi nhiệt có đặt ống hình côn Phía bình có máng hứng nước Nước sau giải nhiệt xong thường xả bỏ Hơi nhiệt sau máy nén vào bình từ phía Lỏng ngưng tụ chảy xuống phần bình ống trao đổi nhiệt chảy bình chứa cao áp Lưu ý: hư hỏng xảy bám bẩn bên ống trao đổi nhiệt, cửa nước vào ống trao đổi nhiệt hẹp nên dễ bị tắc, cần định kỳ kiểm tra sửa chữa Việc vệ sinh bình ngưng tương đối phức tạp.Ngoài lọt khí không ngưng vào bình hiệu làm việc giảm, áp suấtngưng tụ tăng phải tiến hành xả khí không ngưng thường xuyên 1- Ống cân bằng, 2- Xả khí không ngưng, 3- Bộ phân phối nước, 4- Van an toàn; 5Ống TĐN, 6- áp kế, 7- Ống thuỷ, 8- Bể nước, 9- Bình chứa cao áp +) Ưu điểm *Hiệu trao đổi nhiệt lớn *Thích hợp cho hệ thống công suất trung bình lớn, không gian lắp đặt chật hẹp, phải bố trí bình ngưng trời *Do ống trao đổi nhiệt đặt thẳng đứng nên khả bám bẩn so với bình ngưng ống chùm nằm ngang, không yêu cầu chất lượng nguồn nước cao +) Nhược điểm *Vận chuyển, lắp đặt, chế tạo, vận hành tương đối phức tạp *Lượng nước tiêu thụ lớn nên thích hợp nơi có nguồn nước dồi rẻ tiền *Đối với hệ thống lớn sử dụng bình ngưng kiểu không thích hợp, kích thước cồng kềnh, đường kính bình lớn không đảm bảo an toàn 6.2.3 Dàn ngưng kiểu tưới Cấu tạo thiết bị: +)Dàn gồm cụm ống trao đổi nhiệt ống thép nhúng kẽm nóng để trần, vỏ bao che, có nhiều ống góp hai đầu Phía dàn máng phân phối nước dàn ống phun, phun nước xuống Dàn ống thường đặt phía bể chứa nước Nước bơm bơm từ bể lên máng phân phối nước Máng phân phối nước làm thép có đục nhiều lổ có dạng cưa Nước chảy tự theo lổ xối lên dàn ống trao đổi nhiệt Nước sau trao đổi nhiệt không khí đối lưu tự nhiên giải nhiệt trực tiếp dàn Để tăng cường giải nhiệt cho nước nắp bể người ta đặt lưới tre đan +)Dàn ngưng tụ kiểu tưới có ống trích lỏng trung gian để giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt phía , tăng hiệu trao đổi nhiệt +) Ưu điểm *Hiệu trao đổi nhiệt cao, hệ số truyền nhiệt đạt 700 - 900 W/m2.K Mặt khác cấu tạo, dàn ống trao đổi nhiệt ra, thiết bị phụ khác khung đỡ, bao che nên suất tiêu hao kim loại nhỏ, giá thành rẻ *Cấu tạo đơn giản, chắn, dễ chế tạo có khả sử dụng nguồn nước bẩn dàn ống để trần dễ vệ sinh Vì dàn ngưng kiểu tưới thích hợp khu vực nông thôn, nơi có nguồn nước phong phú, chất lượng không cao *So với bình ngưng ống vỏ, lượng nước tiêu thụ không lớn Nước rơi tự dàn ống để trần hoàn toàn nên nhả nhiệt cho không khí phần lớn, nhiệt độ nước bể tăng không đáng kể, lượng nước bổ sung chiếm khoảng 30% lượng nước tuần hoàn +) Nhược điểm *Trong trình làm việc, nước bắn tung toé xung quanh, nên dàn lắp đặt bên trời, xa hẳn khu nhà xưởng *Cùng với bình ngưng ống vỏ, dàn ngưng kiểu tưới tiêu thụ nước nhiều phải thường xuyên xả bỏ nước *Do tiếp xúc thường xuyên với nước không khí, môi trưởng ẩm nên trình ăn mòn diễn nhanh, dàn ống không nhúng kẽm nóng nhanh chóng bị bục, hư hỏng *Hiệu giải nhiệt chịu ảnh hưởng môi trường khí hậu KẾT LUẬN Phương pháp ngưng tụ thường dùng để: - - Ngưng tụ chất có độ sôi tương đối cao như: NH3 , C6H6 , C6H5CH3, … Ngưng tụ khí thải chưng cất dầu mỏ Ngưng tụ khí có mùi nặng với hàm lượng nước cao công nghiệp thực phẩm Xử lý dung môi công nghiệp nhựa Thông thường phương pháp ngưng tụ không áp dụng nhiều xử lý khí thải tốn nhiều lượng cho trình xử lý hiệu phương pháp khác hấp phụ, hấp thụ Đối với hỗn hợp khí có lưu lượng lớn lượng chất ô nhiễm nhỏ ta phải dùng đên ngưng tụ dễ dàng hiệu phương pháp khác - TÀI LIỆU THAM KHẢO .. .khí thải khí bị ô nhiễm, dung dịch sau ngưng tụ chứa hợp chất ta mong muốn ngưng tụ Phương pháp ngưng tụ 2.1 Quá trình ngưng tụ gián tiếp (hay gọi ngưng tụ bề mặt ) Quá trình... phẩm Xử lý dung môi công nghiệp nhựa Thông thường phương pháp ngưng tụ không áp dụng nhiều xử lý khí thải tốn nhiều lượng cho trình xử lý hiệu phương pháp khác hấp phụ, hấp thụ Đối với hỗn hợp khí. .. môi trường khí hậu KẾT LUẬN Phương pháp ngưng tụ thường dùng để: - - Ngưng tụ chất có độ sôi tương đối cao như: NH3 , C6H6 , C6H5CH3, … Ngưng tụ khí thải chưng cất dầu mỏ Ngưng tụ khí có mùi