Đồ án xử lý HCl công suất 1000m3 giờ

ĐỒ ÁN MƠN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ HCL I.1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ HYDROCLORUA I.1.1 Đặc điểm lý hóa khí Hydro clorua (HCl) Cấu trúc phân tử hydro clorua  Công thức phân tử HCl (khí)  Phân tử gam: 36,4606 g/mol  Độ hòa tan nước 20 oC: 720g/L  Điểm nóng chảy: -114,2oC  Điểm sơi: -85,1oC  Hịa tan nước, dung dịch NaOH, Ca(OH)2  HCl khí độc hại, chất ăn mịn Hợp chất hóa học hydro clorua HCl, chất khí khơng màu, độc hại, có tính ăn mịn cao, tạo thành khói trắng tiếp xúc với ẩm Hơi trắng axít clohiđric tạo thành hydro clorua hịa tan nước Hydro clorua axít clohiđric hóa chất quan trọng cơng nghiệp hóa chất, khoa học, cơng nghệ XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC ĐỒ ÁN MƠN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI 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 hiđrơ nên liên kết cộng hóa trị phân cực rõ ràng Do phân tử tổng thể có mơmen lưỡng cực lớn với điện tích phần âm δ- nguyên tử clo điện tích dương δ + nguyên tử hydro, nên phân tử hai nguyên tử hydro clorua phân tử phân cực mạnh VÌ thế, dễ dàng hịa tan nước dung môi phân cực khác Khi tiếp xúc với nước, nhanh chóng bị ion hóa, tạo thành cation hydro (H3O+) anion clorua (Cl-) thơng qua phản ứng hóa học thuận nghịch sau: HCl + H2O → H3O+ + Cl− Dung dịch tạo thành gọi axít clohiđric axít mạnh Hằng số điện li axít hay số ion hóa Ka lớn, nghĩa HCl bị điện li hay ion hóa tồn phần nước Kể khơng có mặt nước hydro clorua có phản ứng axít Ví dụ, hydro clorua hịa tan dung mơi phân cực khác mêtanol có phản ứng chất xúc tác axít cho phản ứng hóa học điều kiện khan nước (anhiđrơ) mong muốn HCl + CH3OH → CH3O+H2 + Cl− HCl cung cấp proton cho phân tử mêtanol (CH3OH) Do chất axít nó, hydro clorua chất khí có tính ăn mịn, cụ thể có diện ẩm Khói trắng clorua hiđrơloric làm thay đổi pH giấy quỳ Màu đỏ dung dịch có tính axít XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC ĐỒ ÁN MƠN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI I.1.2 Nguồn gốc phát sinh khí HCl : HCl sinh trình: -Quá trình điện phân muối ăn sản xuất xút -Q trình gia cơng chế biến có sử dụng Clo (q trình Clo hóa) -Các sở gia cơng chế biến kim loại có tẩy rửa HCl -Quá trình thiêu đốt chất dẻo, giấy rác thải cơng nghiệp -Q trình mạ điện -Q trình làm nồi đun nấu - Quá trình sản xuất phân bón, dệt nhuộm chế biến thực phẩm I.1.3 Ảnh hưởng HCl đối với môi trường và người : a/ Đối với người Tiếp xúc với khí HCl gây ảnh hưởng đến sức khỏe người nhiều dạng khác bao gồm làm ngứa phổi, da màng nhầy, làm tê liệt hóa chức hệ thống thần kinh trung ương, ngồi cịn vấn đề hơ hấp tiêu hóa Tiếp xúc nhiều axit clohidric bị nhiễm độc, gây bệnh viêm dày, bệnh viêm phế quản kinh niên, bệnh viêm da giảm thị giác Do tác dụng kích thích cục bộ, HCl gây bỏng, sưng tấy, tụ máu trường hợp nặng dẫn tới phổi bị mọng nước Tiếp xúc khí HCl qua đường hơ hấp lâu ngày gây khàn giọng, loét đường hô hấp, đau ngực bệnh dị ứng phổi Tiếp xúc với liều lượng cao gây nôn mửa, dị ứng phổi chết nhiễm độc Clorua hidro tạo thành axit clohidric có tính ăn mịn cao tiếp xúc với thể Việc hít thở khói gây ho, nghẹt thở, viêm mũi, họng phần phía hệ hơ hấp Trong trường hợp nghiêm trọng phù phổi, tê liệt hệ tuần hoàn tử vong Tiếp xúc với da gây mẩn đỏ, thương tổn hay bỏng nghiêm trọng Nó gây mù mắt trường hợp nghiêm trọng Theo kết nghiên cứu Tổ chức Y tế giới (WHO), HCl gây ảnh hưởng hệ thống vị giác, mắt, da, mũi, mồm  Bắt đầu nồng độ 0,1- 3,23 mg/m3 thấy có mùi, từ 2,83-12,8 mg/m3 thấy mùi rõ từ 8,3-32,9 mg/m3 thấy mùi nặng XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI  Cơng nhân làm việc nồng độ 15 mg/m3 thời gian dài bị hỏng để bảo vệ sức khỏe công nhân nên trì nồng độ mức 2,9 mg/m3  Khơng gây ung thư b/ Đối với môi trường: HCl làm cho cối chậm phát triển, với nồng độ cao chết HCl có tác dụng làm giảm độ mỡ bóng cây, làm cho tế bào biểu bì bị co lại I.1.4 Ứng dụng: Một số ứng dụng hiđrô clorua là:  Sản xuất axít clohiđric  Hiđrơclorinat hóa cao su  Sản xuất clorua vinyl alkyl  Trung gian hóa học sản xuất hóa chất khác  Làm chất trợ chảy babit  Xử lý  Trong công nghiệp bán dẫn (loại tinh khiết) o Khắc tinh thể bán dẫn o Chuyển silic thành SiHCl3 để làm tinh khiết silic I.1.5 Các giới hạn nồng độ khí HCl môi trường  Nồng độ tối đa cho phép khí HCl khơng khí xung quanh: TCVN 5938-2005 Thời gian trung bình 24 giờ: 60 µg/cm3  Tiêu chuẩn khí HCl khí thải cơng nghiệp: TCVN 5939-2005  Giới hạn A (áp dụng cho nhà máy, sở hoạt động): 200 mg/Nm3  Giới hạn B (áp dụng cho nhà máy, sơ xây dựng mới): 50 mg/Nm3 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI Đơn vị: mg/Nm3 ( Miligam mét khối khí thải chuẩn ) I.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI: I.2.1.Phương pháp hấp thu: Nguyên tắc : Cơ sở nguyên lý dựa tương tác chất cần hấp thụ (thường khí hơi) với chất hấp thụ (thường chất lỏng) dựa vào khả hoà tan khác chất chất lỏng để tách chất Tuỳ thuộc vào chất tương tác mà ta chia thành:  Hấp thụ vật lý : Hấp thụ vật lý trình dựa tương tác vật lý bao gồm khuếch tán, hoà tan chất cần hấp thụ vào lòng chất lỏng phân bố chúng phân tử chất lỏng  Hấp thụ hoá học : Hấp thụ hoá học q trình ln kèm với hay nhiều phản ứng hoá học bao gồm hai giai đoạn :giai đoạn khuếch tán giai đoạn xảy phản ứng hoá học Như hấp thụ hoá học phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán chất khí vào chất lỏng mà cịn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hoá chất- tốc độ phản ứng chất Trong hấp thụ hoá học, chất hấp thụ phản ứng với phân tử chất hấp thụ Ưu điểm: Rẻ tiền sử dụng nước làm dung mơi hấp thu, khí độc hại SO2, H2S, NH3, HF, v.v… xử lý tốt phương pháp với dung môi nước, dung mơi thích hợp Có thể sử dụng kết hợp cần rửa khí làm bụi, khí thải có chứa bụi lẫn khí độc hại mà chất khí có khả hịa tan tốt nước rửa Khuyết điểm: XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC ĐỒ ÁN MƠN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI Hiệu suất làm không cao, hệ số làm giảm nhiệt độ dịng khí tăng cao nên khơng thể dùng xử lý dịng khí thải có nhiệt độ cao,quá trình hấp thụ trình tỏa nhiệt nên thiết kế, xây dựng vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lý khí nhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt tháp hấp thụ để làm nguội thiết bị hiệu trình xử lý thiết bị trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp Khi làm việc tượng “sặc” dễ xảy khống chế, điều chỉnh mật độ tưới pha lỏng khơng tốt, đặc biệt dịng khí thải có hàm lượng bụi lớn Việc lựa chọn dung mơi thích hợp khó khăn, chất khí cần xử lý khơng có khả hịa tan nước, lựa chọn dung môi hữu nảy sinh vấn đề: Các dung mơi có gây độc hại cho người môi trường hay không? Việc lựa chọn dung mơi thích hợp tốn hóc búa mang tính kinh tế kỹ thuật, giá thành dung môi định lớn đến giá thành xử lý hiệu xử lý Phải tái sinh dung mơi (dịng chất thải thứ cấp) sử dụng dung môi đắt tiền chất thải gây ô nhiễm nguồn nước Hệ thống trở nên cồng kềnh phức tạp I.2.2.Phương pháp hấp phụ: Nguyên lý: Hơi khí độc qua lớp hấp phụ bị giữ lại nhờ tượng hấp phụ Nếu ta chọn chất hấp phụ chọn lọc loại bỏ chất độc hại mà khơng ảnh hưởng đến thành phần khí khơng có hại khác  Có hai cách để áp dụng phương pháp hấp phụ xử lý chất thải công nghiệp: o Sử dụng thiết bị hấp phụ định kỳ tức tháp hấp phụ, ta nhồi chất hấp phụ vào cho chất bị hấp phụ qua XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC ĐỒ ÁN MƠN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI Sau thời gian chất hấp phụ no (đã bão hoà chất bị hấp phụ) trình dừng lại để tháo bỏ chất hấp phụ no đưa vào lượng chất hấp phụ vào o Sử dụng thiết bị hấp phụ liên tục, chất hấp phụ chuyển động ngược dịng với chất bị hấp phụ Có hai kiểu hấp phụ: - Hấp phụ vật lý :chất hấp phụ giữ lại cấu tử ( lực Van der Waals ) - Hấp phụ hoá học :chất hấp phụ hấp phụ cấu tử lên bề mặt chất rắn chất hấp phụ chất xúc tác làm xảy phản ứng hoá học Ưu điểm: Làm thu hồi nhiều chất ô nhiễm thể khí chất có giá trị kinh tế cao sau hồn ngun chất hấp phụ chúng tái sử dụng công nghệ sản xuất mà tận giảm tác hại gây ô nhiễm Chất hấp phụ dễ kiếm rẻ tiền thơng dụng than hoạt tính (than hoạt tính hấp thu nhiều chất hữu cơ) Nhược điểm: Khi hoàn nguyên chất hấp phụ sinh chất thải ô nhiễm thứ cấp (nếu chất ô nhiễm hoàn toàn chất độc hại nguy hiểm cần thải bỏ có giá trị kinh tế khơng cao không cần tái sử dụng) Trường hợp chất phụ có giá thành rẻ, dễ kiếm thảo bỏ Khơng hiệu dịng khí có chứa bụi chất nhiễm thể khí bụi dễ gây tắc thiết bị làm giảm hoạt tính hấp phụ chất hấp phụ (lúc muốn sử dụng ta phải lọc bụi trước cho dòng khí vào thiết bị hấp phụ) Hiệu hấp phụ nhiệt độ khí thải cao (tương tự hấp thụ) Với chất khí bị hấp phụ có khả bắt cháy cao việc thực nhả hấp phụ dịng khí có nhiệt độ cao vấp phải XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC ĐỒ ÁN MƠN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI nguy cháy tháp hấp phụ I.2.3 Phương pháp đốt: Ưu điểm: Nhưng khí có khả bắt cháy cao nhiệt trị cao xử lý băng phương pháp đốt Thông thường hợp chất hữu hydrocacbon chưa no olephin mạch vòng ( dãy thơm – acromatic) la chất có khả bắt cháy lớn đốt Phương pháp đốt trực tiếp giải pháp thỏa đáng xử lý không chứa nhiều chất ô nhiễm vô Sulfur, Chlorine Fluorine Trong trường hợp khí thải có nhiệt độ cao khơng cần phải gia nhiệt đưa vào đốt Khí thải cơng nghệ chế biến hạt điều có tính chất Phương pháp đốt hồn tồn phù hợp với việc xử lý khí độc hại không cần thu hồi khả thu hồi thấp, khí thu hồi khơng có giá trị kinh tế lớn Có thể tận dụng nhiệt q trình xử lý vào mục đích khác Nhược điểm: Phải có hệ thống thiết bị đốt thích hợp khơng sinh khói chất nhiễm thứ cấp gây độc hại Nên nghiên cứu, thiết kế triển khai phải ý tốt đến tất điều kiện trì phản ứng cháy để có thiết bị đốt cho hiệu cao I.2.4 Xử lý bụi: Để xử lí aerosol (bụi, khói, sương) người ta sử dụng phương pháp khô, ướt tĩnh điện Trong thiết bị khô bụi lắng trọng lực, lực quán tính lực li tâm lọc qua vách ngăn xốp Trong thiết bị ướt, tiếp xúc khí bụi nước thực Nhờ đó, bụi XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC ĐỒ ÁN MƠN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI lắng giọt lỏng, bề mặt bọt khí hay màng chất lỏng Trong thiết bị lọc tĩnh điện aerosol tích điện lắng điện cực Trên sở phân loại phương pháp xử lý bụi, ta chia thiết bị xử lý bụi làm dạng sau :  Lọc khí  Thiết bị màng lọc  Thiết bị hấp thụ  Thiết bị lọc tĩnh điện  Thiết bị lọc ướt  Thiết bị buồng đốt I.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HCl I.2.1 Hấp thụ khí HCl dung dịch kiềm và nước Hấp thụ khí HCl nước thực thiết bị khác Trong tháp đệm, hiệu đạt 88%, tháp đĩa 90-99%, tháp đĩa chóp 97,8%  Khi tiếp xúc với nước, nhanh chóng bị ion hóa, tạo thành cation hydro (H3O+) anion clorua (Cl-) thơng qua phản ứng hóa học thuận nghịch sau: HCl + H2O → H3O+ + Cl−  Nhược điểm phương pháp tạo sương mù giọt axit lỏng, mà việc thu hồi không đạt hiệu cao Sử dụng dung dịch kiềm NaOH, Ca(OH)2 để hấp thụ HCl cho phép tăng hiệu xử lý đồng thời trung hòa nước thải Phương pháp cho phép tận dụng hydro clorua để sản xuất clorua kim loại: CaCl , NaCl, BaCl2 I.2.2 Hấp phụ hydro clorua XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC ĐỒ ÁN MƠN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI Để hấp phụ khí HCl người ta dùng oxiclorua sắt clorua oxit đồng hỗn hợp với oxit magie, sunfat photphat đồng,…Các hợp chất hấp phụ cho phép xử lý khí với nồng độ HCl thấp đến 1% thể tích khoảng nhiệt độ rộng Tuy nhiên phương pháp sử dụng chi phí phục hồi chất hấp phụ lớn, chất hấp phụ thường đắt XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC 10 ... kim loại XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC 21 ĐỒ ÁN MƠN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI CHƯƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ HCL III.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ a Nhiệm vụ thiết kế: Đưa hệ thống xử lý khí thải HCL dung... KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH CƠNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ HCL II.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ: II.1.1 Lựa chọn phương pháp xử lý: * Lựa chọn cơng nghệ: xử lý khí HCl phương... chất lỏng Dịng khí vào Sơ đồ tháp phun XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC 20 ĐỒ ÁN MƠN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI II.2 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ : II.2.1 Quy trình cơng nghệ xử lý khí HCl: Khí Khí BỒN CAO VỊ