thiết kế tháp hấp thụ dùng để xử lý khí hcl từ nhà máy điện phân xút clo

Tại khu vực cho clo vào bình hoặc thùngchứa clo cũng có thể có clo thoát ra với lượng nhỏ khi cấpclo hoặc lấy ra Khí HCl được hình thành trong tháp tổng hợp HCl từ H2 và Cl2 , khí này đư

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

I.1 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN NaOH-Cl 2 :

I.1.1 Công Nghệ Sản Xuất Xút:

Sản xuất xút(NaOH) 31,5% được sản xuất theo phươngpháp điện phân nước muối trong thùng điện phân có màngtrao đổi iôn Quá trình điện phân xảy ra theo phương trình

2NaCl + 2H 2 O -> 2NaOH + Cl 2 + H 2

Quy trình sản xuất được hình thành từ 5 công đoạn sảnxuất chính là:

1 Công đoạn tinh chế nước muối sơ cấp

Muối nguyên liệu từ kho chứa được đưa vào thiết bịhòa tan bằng băng tải Nước muối đi từ dười lên qua cộtmuối Tiếp đó các iôn Ca2+, Mg2+, SO42- có ảnh hưởng xấuđến quá trình điện phân được kết tủa bằng Na2CO3, BaCl2, NaOHtheo phương trình:

SO 4 2- + BaCl 2 -> BaSO 4 + 2Cl

-Ca 2+ + Na 2 CO 3 -> CaCO 3 + 2Na +

Mg 2+ + NaOH -> Mg(OH) 2 + 2Na +

2 Công đoạn điện phân

Hệ thống thùng điện phân hoạt động theo công nghệmàng trao đổi iôn Quá trình điện phân xảy ra theo phươngtrình:

Dùng axit HCl phân hủy ClO- , ClO3- thành Cl2

HCl + HClO -> Cl 2 + H 2 O HCl + NaClO 3 -> Cl 2 + NaCl + H 2 O

Tách khí clo ra khỏi dung dịch nước muối bằng cáchgiảm áp suất riêng phần trên bề mặt dung dịch trong thápđệm làm việc ở áp suất chân không

4 Công đoạn điều dụng xút

NaOH sau khi ra khỏi thùng điện phân một phần tuầnhoàn về thùng điện phân, phần còn lại được đưa tới hệthống kho chứa hoặc hệ thống phân phối sử dụng

5 Công đoạn điều dụng khí clo, hydro

Khí clo, hidro ra khỏi thùng điện phân sẽ được làmnguội, điều chỉnh áp suất thích hợp bảo đảm cho hệ thốngluôn làm việc ở áp suất âm đối với clo và dương đối vớihydro Quạt đẩy vận chuyển khí clo đến vị trí có nhu cầu sửdụng thuộc các dây chuyền sản xuất sản phẩm gốc clo

I.1.2 Công Nghệ Sản Xuất HCl:

Axit HCl được tổng hợp từ khí clo và hidro đã làm nguội,

ở điều kiện áp suất dương Quá trình tổng hợp là phảnứng giữa khí clo và hydro xảy ra trong tháp hỗn hợp

 PHÂN TÍCH CÁC KHÍ Ô NHIỄM TỪ QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN :

Có một vài nguồn gây ô nhiễm cho trong các quá trìnhđiện phân Do các điện cực làm việc ở điều kiện chânkhông thấp, trong trường hợp không giữ được điều kiện làmviệc thì có thể gây ra áp suất và dẫn tới khí cho có thểthoát ra ngoài không khí Ngoài ra còn có một lượng nhỏ clo

bị thoát ra do lấy mẫu và khi thay điện cực Khí clo cũng cóthể bị thoát ra ngoài ở chỗ các van, vòng đệm của bơm vàtrục của máy nén Tại khu vực cho clo vào bình hoặc thùngchứa clo cũng có thể có clo thoát ra với lượng nhỏ khi cấpclo hoặc lấy ra

Khí HCl được hình thành trong tháp tổng hợp HCl từ H2 và

Cl2 , khí này được đưa sang tháp hấp thụ tại đây axit HCl đặcđược tạo ra do quá trình hấp thụ hơi HCl bằng axit loãng Dòngkhí ra khỏi tháp hấp thụ được tiếp tục đi qua thiết bị phun đểthu hồi phần hơi axit còn lại

Sau tháp tổng hợp HCl, khí thải ra còn chứa hơi HCl chưahấp thụ hết, một lượng khí Cl2 còn lại cùng với khí hidro vàhơi nước Tuy nhiên hàm lượng khí Cl2 tương đối nhỏ nênkhông đáng kể nên khí thải chính là HCl với hàm lượng

I.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHÍ THẢI Cl 2 - HCl:

I.2.1 Nguồn Gốc:

Trong khí quyển, khí Clo và HCl cĩ nhiều ở vùng nhà máy hĩa chất , các nhà máysản xuất bột giặt , chất tẩy rửa

Khi đốt than , giấy , chất dẻo và nhiên liệu rắn cũng tạo ra khí clo và HCl Khí thải từ các nhà máy gia công bề mặt kim loại điểnhình là nhà máy mạ kẽm bằng phương pháp nhúng nóngvới công suất hàng trăm nghìn tấn

I.2.2 Đặc Điểm

Dung dịch HCl được tạo thành từ khí hydroclorua hoà tantrong nước

Khi mở nút chai đựng HCl thường bốc ra khói trắng

Khí HCl gặp hơi nước trong không khí thường ngưng tụthành các giọt nhỏ rất kích ứng

I.2.3 Tác Hại :

Gây kích ứng , làm hư hại , tổn thương (bỏng) các bộphận cơ thể tiếp xúc , va chạm gây dính như : đường hô hấp,đường tiêu hóa , mắt , da, răng …

Theo kết quả nghiên cứu của Tổ chức Y tế thếgiới(WHO), HCl có thể gây ảnh hưởng hệ thống vị giác,mắt, da, mũi, mồm

- Bắt đầu ở nồng độ 0,1-3,23 mg/m3 đã thấy có mùi;từ 2,83-12,8 mg/m3 thấy mùi rõ và từ 8,3-32,9 mg/m3: thấymùi nặng

- Công nhân làm việc nồng độ 15 mg/m3ở thời giandài có thể bị hỏng răng và để bảo vệ sức khỏe côngnhân nên duy trì nồng độ ở mức 2,9 mg/m3

- Không gây ung thư

Khi hít phải các hơi axit trong không khí hoặc các sảnphẩm của hơi axit luôn luôn bốc ra khí HCl gây kích ứngđường hô hấp khi tác dụng với kim loại và đun nóng càngbốc ra nhiều khí HCl , có thể gây viêm phổi hóa học

HCl làm cho cây cối chậm phát triển , với nồng độ caothì cây chết

HCl có tác dụng làm giảm độ mỡ bóng của lá cây ,làm cho các tế bào biểu bì của lá bị co lại

I.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHUNG :

Đối với khí thải công nghiệp , các cơ sở cần xử lý tạinguồn , các phương pháp căn bản có thể áp dụng là:

- Pha loãng khí bằng ống khói có chiều cao phù hợp

- Thay đổi nhiên liệu , nguyên vật liệu thiết bị nhằmgiảm ô nhiễm

- Lắp đặt các hệ thống xử lý ô nhiễm (lắng , lọc ,hấp thụ hấp phụ , phân hủy sinh học…)

I.3.1 Cơ Sở Lý Thuyết Của Quá Trình Xử Lý Khí Độc Hại :

Gồm 3 phương pháp chính :

- Hấp thụ các chất khí độc hại bằng chất lỏng (nước ,dung dịch …)

- Hấp phụ các chất ô nhiễm trên bề mặt vật liệurắn ( than hoạt tính , than bùn than nâu , đất xốp, phânrác….)

- Biến đổi hóa học các chất ô nhiễm bằng quá trìnhthiêu đốt ( đốt cháy sau ) hoặc xử lý bằng chất xúc tácđối với khí thải

I.3.2 Hấp Thụ Khí Bằng Chất Lỏng :

Hấp thu là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khíkhuếch tán vào pha lỏng do sự tiếp xúc giữa hai pha khí vàlỏng Nếu quá trình xảy ra ngược lại, nghĩa là cần sự truyềnvật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhả khí.Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau

Quá trình hấp thu tách bỏ một hay nhiều chất ô nhiễm

ra khỏi dòng khí thải (pha khí) bằng cách xử lý với chấtlỏng (pha lỏng) Khi này hỗn hợp khí được cho tiếp xúc vớichất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lựa một hay nhiềucấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấutử trong chất lỏng

- Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thụ

- Chất lỏng dùng để hấp thu gọi là dung môi (chấthấp thụ)

- Khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ

Nguyên tắc: cho khí thải tiếp xúc với chất lỏng , các

khí này hoặc được hòa tan vào chất lỏng hoặc được biếnđổi thành phần

Hiệu quả của hấp thụ phụ thuộc vào :

 Sự tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng

 Thời gian tiếp xúc

 Nồng độ môi trường hấp thụ

 Tốc độ phản ứng giữa chất hấp thụ và khí thải Phương pháp này được sử dụng nhiều trong khử SOx trongkhí thải do đốt than, dầu và từ lò nấu kimloại , khử hơi H2SO4

từ công nghệ sản xuất hóa chất; khử H2S từ công nghệxử lý khí thiên nhiên và lọc dầu ; khử khí Cl2 từ sản xuấthóa chất;khử NH3 từ quá trình mạ kim loại và khử cáchalogen,CO2, NO2 và bụi từ các quá trình công nghệ khác …

I.3.3 Hấp Phụ Khí Bằng Vật Liệu Rắn :

Quá trình hấp phụ phù hợp cho những trường hợp sau :

1 Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó cháy

2 Chất khí cần khử là có giá trị và cần thu hồi

3 Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải màcác khí khử khác không thể áp dụng

Hấp phụ bao gồm 2 loại

I.3.3.1 Hấp Phụ Vật Lý :

Ưu điểm :

- Hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch vì vậy đểthu hồi chất bị hấp phụ có giá trị hoặc hoàn nguyên chấthấp phụ đã bão hòa để tái sử dụng

- Tồc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh

Khuyết điểm :

- Lượng khí bị hấp phụ vật lý giảm đi rất nhanh khinhiệt độ tăng và có trị số rất bé khi cao hơn nhiệt độ caohơn nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ

I.3.3.2 Hấp Phụ Hóa Học :

Ưu điểm :

- Lượng nhiệt tỏa ra lớn hơn nhiều so với lượng nhiệtđược giải phóng vì thế năng lượng cần cho phản ứng cácchất ấy trong pha khí

- Tính không thuận nghịch vì vậy bản chất hóa họccủa chất khí thay đổi khi giải hấp

Phạm vi ứng dụng : tái sinh hơi cồn từ kho chứa rượu ,lọc sạch khí thải lò đốt , khử ẩm trong không khí , khử khíđộc hại và mùi trong khí thải , thu hồi các loại khí có giá trịlẫn trong không khí thải

I.3.4 Xử Lý Ô Nhiễm Bằng Quá Trình Thiêu Đốt-Đốt Cháy Sau :

Lượng khí thải lớn nồng độ cháy được lại rất bé , đặcbiệt là những chất ô nhiễm có mùi khó chịu

Nguyên lý : đốt cháy trực tiếp các hơi khí độc cần xử

lý để tạo nên sản phẩm cháy là các loại khí khác

Ưu điểm :

- Phân hủy được hoàn toàn các chất ô nhiễm cháyđược khi thiết bị thiêu đốt được thiết kế và vận hành đúngquy cách

- Thích ứng với thay đổi nồng độ lưu lượng khí

- Hiệu quả xử lý cao

- Không cần hoàn nguyên

- Tận dụng được nhiệt thải

Khuyết điểm :

- Chi phí đầu tư và vận hành lớn

- Phức tạp thêm vần đề ô nhiễm không khí do cóchứa thêm những hợp chất của clorin, nitơ và lưu huỳnh…ngoài các nguyên tố C , H , O

- Cung cấp thêm nhiên liệu , chất xúc tác gây cảntrở hoạt động thiết bị

I.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

Trong 3 phương pháp trên , để xử lý lượng khí HCl do nhàmáy điện phân NaOH-CL2 thải ra phương pháp thường được sửdụng hơn cả là hấp thụ và hấp phụ

Hấp thụ hidro clorua bằng nước được thực hiện trong cácthiết bị khác nhau Hiệu quả xử lý phụ thuộc lượng nướctưới Trong tháp đệm hiệu quả có thể đạt 88%, tháp đĩa 90-99%, tháp dĩa chóp 97,8%

Để hấp thụ hidro clorua người ta thường sử dụngnước,dung dịch kiềm NaOH, Ca(OH)2 hoặc Na2CO3 để hấp thụHCl cho phép tăng hiệu quả xử lý và đồng thời trung hòanườc thải Phương pháp cho phép tận dụng hidro clorua đểsản xuất các clorua kim loại: CaCl2 ,FeCl3 ,ZnCl2 ,BaCl2 ,NaCl

Để hấp phụ hydro clorua người ta có thể dùng oxit cloruasắt và clorua oxit đồng trong hỗn hợp với oxit magiê,sunfat vàphotphat đồng ,chì ,cadmi tạo thành các phức với 2 phân tửHCl và vài vật liệu polime hữu cơ,zeolit…Các hợp chất hấpphụ này cho phép xử lý khí với nồng độ HCl thấp đến 1%thể tích trong khoảng nhiệt độ rộng.Phương pháp này ít đượcsử dụng là do chi phí phục hồi chất hấp phụ lớn,chất hấpphụ thường đắt và hiếm

Từ việc phân tích ưu và nhược điểm của từng phươngpháp trên và theo yêu cầu của đồ án : năng suất cuảtháp là 5000 m3/h ,khí đạt tiêu chuẩn loại B: nồng độ đầu ra

200 mg/l (TCVN 5939-1995), hiệu suất xử lý của thiết bị chínhđạt được 90% , ta sẽ chọn thiết bị xử lý dùng trong trườnghợp này là HẤP THỤ

CHƯƠNG i i : HẤP THỤ VÀ CÁC LỰA CHỌN CHI

TIẾT

II.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

II.1.1 Cơ Chế Quá Trình:

Hấp thu là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứngdụng trong rất nhiều quá trình khác.Hấp thu trên cơ sở củaquá trình truyền khối ,được mô tả và tính toán dựa vàophân chia 2 pha (cân bằng pha, khuếch tán)

Cơ chế quá trình có thể chia thành 3 bước:

+ Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trongkhối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ Nồng độphân tử ở phía chất khí phụ thuộc vào cả 2 hiện tượngkhuếch tán:

Khuếch tán rối: có tác dụng làm nồng độ phân tử

được đều đặn trong khối khí

Khuếch tán phân tử: làm cho các phân tử khí chuyển

động về phía lớp biên

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 đặn trong toàn bộ khối chất lỏng

Khuếch tán phân tử: làm dịch chuyển các phân tử

đến lớp biên hoặc từ lớp biên đi vào pha khí

+ Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chấthấp thụ

+ Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt nhăncách vào sâu trong lòng chất lỏng hấp thụ

Quá trình hấp thụ phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha khí

II.1.2 Quá Trình Trao Đổi Chất:

Khi chất ô nhiễm từ khí thải vào chất lỏng hấp thụ cácphân tử được trao đổi qua vùng ranh giới gọi là lớp biên(màng, phim) Các phân tử đi qua lớp biên từ cả 2 phía, mộtsố từ phía chất khí, một số từ phía chất lỏng

Cường độ trao đổi phụ thuộc vào các yếu tố tác độnglên hệ thống như áp suất, nhiệt độ, nồng độ và độ hòatan của phân tử Cường độ trao đổi sẽ tăng nếu giữa phalỏng và pha khí có diễn ra phản ứng hóa học hay các phântử khí không hể quay trở về khối khí khi có tác động củacác quá trình vật lý

Quá trình hấp thụ kèm theo sự tỏa nhiệt và làm tăngnhiệt độ của hệ thống

Khi pha khí phân tán vào pha lỏng xảy ra hiện tượng dẫnnhiệt làm năng lượng của cấu tử pha khí bị giảm Hiệntượng này xảy ra là do sự chuyển động hỗn loạn của cácphân tử khí, làm cho các phân tử này bị xáo trộn từ đódẫn tới sự cân bằng năng lượng giữa hai pha Nhờ cóchuyển động này mà sự khác biệt cục bộ về nồng độchất khí trong hỗn hợp sẽ được giảm dần ngay cả khi khôngcó sự can thiệp của ngoại lực như quấy, lắc

Mặt khác tổng thể tích của hệ thống trong quá trình hấp

thụ cũng bị giảm do thể tích pha khí giảm Theo Nguyên lý Le

Chartelier: độ hòa tan của khí trong 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 lỏng bằng thiết bị truyền nhiệt bố trí trong tháphấp thụ Nếu nồng độ ban đầu không lớn hoặc khi lưu lượngchất lỏng lớn thì sự thay đổi nhiệt độ của chất lỏng khôngđáng kể

Hấp thụ đẳng áp: diễn ra khi không có sự trao đổi

với môi trường bên ngoài, khi này cơ cấu thiết bị được đơngiản hóa nhưng điều kiện cân bằng không tốt

Có 2 phương pháp hấp thụ :

Hấp thụ vật lý: được dựa trên sự hòa tan của cấu

tử pha khí trong pha lỏng

Hấp thụ hóa học: có phản ứng hóa học giữa chất

bị hấp thụ và chất hấp thụ Khi này hiệu nồng độ ở bềmặt phân chia pha tăng, vận tốc hấp thụ hóa học tăng hơnkhi hấp thụ vật lý Vận tốc phản ứng hóa học càng tăng,vận tốc hấp thụ hóa học càng tăng

II.2 CÁC LOẠI THÁP HẤP THỤ

Thiết bị hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúcgiữa hai pha khí và lỏng càng lớn càng tốt Có nhiều dạngtháp hấp thu:

1 Tháp phun:

Là tháp có cơ cấu phun chất lỏng bằng cơ học hay bằngáp suất trong đó chất lỏng được phun thành những giọt nhỏtrong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua Thápphun đươc sử dụng khi yêu cầu trở lực bé và khí có chứa hạtrắn

2 Tháp sủi bọt:

Khí được cho qua tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nướcmỏng

3 Tháp sục khí:

Khí được phân tán dưới dạng các bong bóng đi qua lớpchất lỏng Quá trình phân tán khí có thể thực hiện bằngcách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ hoặc bằng cáchkhuấy cơ học

4 Tháp đệm:

Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuốngdưới tạo ra bề mặt ướt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúckhi đi từ dưới lên Tháp đệm thường được sử dụng khi năngsuất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng : khí lớn, khíkhông chứa bụi và hấp thụ không tạo ra cặn lắng

5 Tháp đĩa:

Cho phép vận tốc khí lớn nên đường kính tháp tương đốinhỏ, kinh tế hơn những tháp khác Được sử dụng khi năngsuất lớn, lưu lượng lỏng nhỏ và môi trường không ăn mòn

Tháp hấp thụ phải thoả mãn những yêu cầu sau:

hiệu quả và có khả năng cho khí đi qua, trở lực thấp(<3000Pa), kết cấu đơn giản và vận hành thuận tiện, khốilượng nhỏ, không bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trìnhhấp thụ

Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ củamỗi khí bị giảm xuống Khí hấp thụ hoá học trong tháp xuấthiện đối lưu bề mặt, nghĩa là trên bề mặt phân chia phaxuất hiện dòng đối lưu cưỡng bức thúc đẩy quá trìnhtruyền khối

II.3 DUNG MÔI HẤP THỤ :

Chất hấp thụ có thể là H2O , dung dịch NaOH , KOH ,Ca(OH)2 , Na2CO3 , K2CO3…

II.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ HẤP THU:

II.4.1 Aûnh Hưởng Của Nhiệt Độ:

Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháptăng thì hệ số Henry sẽ tăng Kết quả là ảnh hưởng đườngcân bằng dịch chuyển về phía trục tung Nếu đường làmviệc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, số đĩa lýthuyêt sẽ tăng và chiều cao của thiết bị sẽ tăng Thậm chícó khi tháp không làm việc được vì nhiệt độ tăng quá sovới yêu cầu kỹ thuật Nhưng nhiệt độ tăng cũng có lợi làlàm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng tăng

II.4.2 Aûnh Hưởng Của Aùp Suất :

Nếu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng ápsuất trong tháp thì hệ số cân bằng sẽ tăng và cân bằngsẽ dịch chuyển về phía trục hoành

Khi đường làm việc AB không đổi dẫn đến động lực trungbình tăng quá trình truyền khối sẽ tốt hơn vì thế số đĩa lýthuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp thấp hơn

Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăngnhiệt độ Mặt khác, sự tăng áp suất cũng gây khó khăntrong việc chế tạo và vậân hành của tháp hấp thụ

II.4.3 Các Yếu Tố Khác:

Tính chất của dung môi, loại thiết bị, cấu tạo thiết bị, độchính xác của dụng cụ đo, chế độ vận hành tháp… đều cóảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu

II.5 CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ KHÍ CL 2 VÀ HCl BẰNG

PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ

II.5.1 Hấp Thụ Bằng Huyền Phù CaCO 3 , Sữa Vôi :

Ca(OH)2 + 2Cl2 = Ca(OCl)2 + CaCl2 + 2H2OPhản ứng trên xảy ra trong môi trường kiềm (đầy đủ vôi ) và cho ra các chất canxi hypoclorit , canxi clorua và nước

Ca(OCl)2 + 4HCl = CaCl 2 + 4HClO Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O

Ưu điểm :

a Rẻ nhất , tác chất dễ kiếm

b Không cần chống ăn mòn thiềt bị

kĩ lưỡng vì môi trường kiềm

Nhược điểm

a Hiệu quả xử lý không cao , dễ bị đóng cặn gây tách nghẽn đường ống

b Dùng dung dịch NaOH và Na2CO3 hiệu quả tăng đến 98%

II.5.2 Hấp Thụ Bằng Phương Pháp Axit

Phương pháp này được sử dụng nhiều khi trong khí thảingoài clo và hidro clorua còn chứa nhiều khí suafua dioxit

II.6 LỰA CHỌN THIẾT BỊ

Từ những điều phân tích ở trên,ta sẽ lựa chọn tháphấp thụ là tháp đệm vì năng suất tháp khoảng5000m3/ngày tương đối nhỏ hơn nữa HCl là một môi trườngăn mòn cao , quá trình điện phân cũng không phát sinhnhiều bụi

Dùng dung môi hấp thụ là nước do những ưu điểm đãđược phân tích ở trên

CHƯƠNG I I I : ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH CÔNG

NGHỆ

III.1 YỀU CẦU THIẾT KẾ:

III.1.1 Đầu đề các số liệu cho

Các số liệu ban đầu cho thiết kế như sau:

- Năng suất 5000 m3/h

- Đạt tiêu chuẩn khí thải loại B

- Hiệu suất xử lý của thiết bị chính 90%

Các số liệu tự chọn:

- Nhiệt độ pha khí HCl: 300C

- Nhiệt độ của nước : 300C

- Aùp suất khí quyển : 1at

III.1.2 Yêu cầu thiết kế:

Thiết kế hệ thống xử lý khí thải HCl từ nhà máy điện phân NaOH-Cl 2

III.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ :

III.3 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ :

Khí thải HCl từ quá trình điện phân đi vào Scubơ để lọc bỏbụi Sau đó được đưa qua tháp hấp thụ Nước từ bể chứađược bơm lên bồn cao vị để chảy vào tháp hấp thụ.Nướcđược đưa vào tháp hấp thụ qua bộ phận phân phối lỏngphải thấm ướt toàn bộ vật chêm tiếp xúc với khí thải HCl

đi từ dưới lên Tại lớp vật liệu đệm trong tháp sẽ xảy raquá trình hấp thụ khí thải HCl vào trong dung môi là nước.Dohiệu suất hấp thụ của tháp hấp thụ chỉ đạt đến 90% nênkhoảng10% lượng khí thải sẽ thoát ra ngoài qua quạt hút đi

Khí Scubơ

lọc bụi

Bụi

Tháp hấp thụ

Bơm

Bồn cao vị

Bể chứa

Nươ

ùc

Oán

g khói

Phá

t thải

Bồn chứa

khí

Bể trung hòa HCl

Xả bụi

vào ống khói thải ra khí quyển với tiêu chuẩn thải được chophép.90% khí thải HCl được hấp thụ vào nước thành dung dịchaxit clohidric.Dẫn dung dịch qua bể trung hòa cho hoàn lưu trởlại tháp hấp thụ, phần còn lại cho qua hệ thống xử lý nướcthải của nhà máy.

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT

BỊ PHỤ TRỢ

Các thông số chọn:

- Nhiệt độ pha khí HCl: 300C

- Nhiệt độ của nước : 300C

- Aùp suất khí quyển : 1at

IV.1 TÍNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO, ĐẦU RA:

Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí ở đầu vào thiết bị

Gđ =V0 ρ0

4,22

14

,22

y M y

=

0646,029

08,015,36

08,0

5,36

08,0

+

=

−+

=

B

d A

d A d d

M

y M

y M

y

ρ0 = (1 0,0646) 1,3163( / )

4,22

290646,0.4,22

5,

m Kg

=

−+

Gđ = 1,3163 1,8282( / )

3600

5000

s Kg

)/(

0087,06819,1

0146,0

Kgkk KgHCl G

IV.2 XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG KHỐI LƯỢNG PHA LỎNG

Lưu lượng pha lỏng(nước) được tính bằng phương pháp đồthị.Trên đồ thị ta dựng đường cân bằng và đường làm việccủa quá trình hấp thụ

IV.2.1 PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG CÂN BẰNG:

Đường cân bằng dựng được nhờ vào phương trình Henry:

*

P

H X M M

X p

H M

M Y

C

A B

A

−+

=

(*)

MA , MB , MC : lần lượt là khối lượng phân tử của khíHCl,không khí,nước

H: hằng số Henry(tra bảng IX.1 trong[1])

P: áp suất tuyệt đối trong thiết bị

Nồng độ tối đa HCl trong chất lỏng có thể xác định từphương trình(*):

Ơû điều kiện 300C hằng số Henry tra bảng IX.1[1]H=2200mmHg

18

5,36

.760

2200.29

5,360870,0

max

max

X

X Y

⇒ Xmax =0,0463(KgHCl/KgH2O)

Cho X thay đổi trong khoảng từ 0 đến 0,05 với bước nhảy

0,005: ta dựng đường cân bằng

Xét đến sự thay đổi nhiệt độ giữa đầu vào và đầu racủa khí HCl, ta xét đến hiệu ứng nhiệt:

• Lượng năng lượng mà chất lỏng đó hấp thụ: L.c.(tc-tđ )Trong đó:

L: lưu lượng chất lỏng(kg/s)

c: nhiệt dung riêng của nước c=4,19KJ/Kg.K

tđ,tc : nhiệt độ đầu và cuối của nước

• Lượng khí hòa tan trong lỏng: L.qX c−X d

q: hiệu ứng nhiệt hấp thụ của HCl trong nước(KJ/Kg)

q=f(t0

x) : tra bảng thay đổi theo nhiệt độ

• Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

005,

10.925,1

=

Nhiệt độ trung bình của chất lỏng trong khoảng thay đổinồng độ trên là:

ttb= t d t c 31,150C

2

3,3230

+

đối với nhiệt độ này hằng số Henry là H=2230 mmHg

Từ công thức (*) ta tính được nồng độ cân bằng:

Kgkk KgHCl

)760

22301

.(

005,018

5,36

005,0

760

2230.29

5,

−+

Nhiệt độchất hấp thụ(0C)

tđ tc ttb

HmmHg

IV.2.2 Phương Trình Đường Làm Việc:

Dạng đường làm việc đi qua 2 điểm:

• B (X , c Y d ) Y d =0,087, điểm B là giao điểm của đườngcân bằng và đuờng làm việc Vì vậy ta dựng đượcđường làm việc của quá trình hấp thụ tương ứng vớilưu lượng chất hấp thụ tối thiểu (mmin)

KgKK O

KgH X

X

Y Y tg

0087,0087,0

2

* min

3728,29773,1.2

Lưu lượng pha lỏng ở đầu vào: 4 Kg/s

Lưu lượng pha lỏng ở đầu ra:

4

=

IV.3 TÍNH THÁP HẤP THỤ

Chọn vật liệu đệm:(Bảng IX.8 Đặc trưng củađệm[1])

Đệm vòng rasig xếp ngẫu nhiên đệm bằngsứ :

• Kích thước: 30x30x3,5 mm

• Bề mặt tự do riêng σ = 165m2/m3

• Thể tích tự do vđ= 0,76m3/m3

• Số đệm trong 1 m3: 25.103

• Khối lượng riêng xốp: ρđ = 570 kg/m3

IV.3.1 Vận Tốc Dòng Khí Đi Trong Tháp :

Vận tốc dòng khí đi trong tháp:

n w

w k = g

wg: vận tốc tới hạn tương ứng với điểm nghịchđảo, nghĩa là chuyển từ chế độ chảy màng sang dạng nhưsương, xác định theo công thức: