TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ TRONG XỬ LÝ ÔNHIỄM KHÔNG KHÍ

MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ TRONG XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 2.1 Xử lý ô nhiễm khơng khí 2.2 Phương pháp hấp thụ CÁC LOẠI THÁP HẤP THỤ HƠI KHÍ ĐỘC 3.1 Tháp đệm 3.1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tháp đệm 3.1.2 Vật liệu đệm sử dụng tháp hấp thụ (tháp đệm) 3.1.3 Lựa chọn dung dịch hấp thụ 3.1.4 Các chất ô nhiễm thường áp dụng phương pháp hấp thụ 11 3.1.5 Giới hạn phát thải hiệu đạt 12 3.1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp thụ khí độc 13 3.1.7 Một số thơng tin chi phí 15 3.1.8 Hoàn nguyên chất hấp thụ 15 3.1.9 Ưu nhược điểm tháp đệm dùng hấp thụ khí độc 17 3.1.10 Tính tốn thiết kế tháp hấp thụ khí độc 17 3.2 Tháp sủi bọt 19 3.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 19 3.2.2 Thân tháp mâm 22 3.2.3 Khoảng cách mâm 23 3.2.4 Khu vực chảy tràn 23 3.2.5 Gờ chảy tràn (cửa chảy tràn) .24 3.2.6 Khu vực hở mâm (lỗ mâm) 24 3.2.7 Đường kính tháp 25 3.2.8 Lắp đặt mâm 25 3.2.9 Phân loại tháp .26 3.3 Tháp phun 30 3.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 30 3.3.2 Công dụng tháp 32 3.3.3 Sự chắn hạt 32 3.3.5 Ưu nhược điểm .34 3.3.6 Sự bảo trì .34 3.3.7 Tính hiệu tháp 34 3.7.8 Tính tốn tháp phun………………………………………………………….34 KẾT LUẬN 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải sinh hoạt ngày người, ta bắt gặp trình đốt cháy nhiên liệu nguồn cố định như: lò nhiệt điện, lò hơi, lò luyện kim loại, lò nung gạch, lò xi măng, lò chế biến thực phẩm,…hoặc nguồn di động ơtơ, máy bay, tàu thủy,…Đó nguồn phát thải vào khí loại chất khí độc hại phổ biến Ngồi ra, nhà máy hóa chất, nhà máy phân bón, thuốc trừ sâu, loại lò thiêu đốt phế thải thải vào khí nhiều loại khí, độc hại đặc trưng cho loại công nghệ riêng biệt, bao trùm lên tất trình đốt cháy nhiên liệu Nguồn tĩnh khí thải nhiễm khơng khí, chẳng hạn nhà máy điện, nhà máy thép, lò nung, nhà máy xi măng, nhà máy lọc dầu, quy trình cơng nghiệp khác, chất gây nhiễm phóng vào khí hạt, bình xịt, dầu, khí Những khí thải thường kiểm sốt để hiệu cao sử dụng loạt thiết bị kiểm sốt nhiễm khơng khí Việc lựa chọn cơng nghệ kiểm sốt thích hợp xác định chất gây ô nhiễm thu thập hiệu kiểm soát yêu cầu Trong số trường hợp, lượng khí thải gây nhiễm giảm đáng kể thơng qua q trình sửa đổi điều khiển trình đốt cháy Tuy nhiên, hầu hết trường hợp, số hình thức thiết bị kiểm sốt nhiễm add-on cài đặt đường ống (hoặc ống khói) dẫn đến khói ngăn xếp để đáp ứng giới hạn phép phát thải Hiện nay, phát triển nghành công nghiệp tạo sản phẩm phục vụ người, đồng thời tạo lượng chất thải vô lớn làm phá vỡ cân sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Trong loại ô nhiễm, ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến người , động vật , thực vật cơng trình xây dựng Sức khỏe tuổi thọ người phụ thuộc nhiều vào độ mơi trường Vì vậy, năm gần ô nhiễm không khí từ ngành sản xuất công nghiệp nước ta vấn đề quan tâm khơng nhà nước mà cịn tồn xã hội mức độ nguy hại lên đến mức báo động Và SO2 chất nhiễm khơng khí sản sinh nhiều nghành sản xuất công nghiệp sinh hoạt Việc xử lý SO2 có nhiều phương pháp khác Phương pháp áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu tính kinh tế phương pháp.Do chuyên đề giới thiệu phương pháp xử lý chất gây nhiễm khơng khí hiệu TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ TRONG XỬ LÝ Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ 2.1 Xử lý nhiễm khơng khí Phương pháp phổ biến để loại trừ giảm thiểu khí gây nhiễm • Phá hủy chất ô nhiễm đốt nhiệt xúc tác, chẳng hạn cách sử dụng lửa mạnh, lò đốt nhiệt độ cao, lị phản ứng đốt cháy xúc tác; • Thay đổi chất nhiễm với hình thức độc hại thơng qua phản ứng hóa học, chẳng hạn chuyển đổi oxit nitơ (NOx) thành nitơ nước thông qua việc bổ sung amoniac để ống khói khí phía trước lị phản ứng xúc tác có chọn lọc; • Thu thập chất ô nhiễm cách sử dụng hệ thống kiểm sốt nhiễm khơng khí trước đưa vào bầu khí Các thiết bị phổ biến sử dụng để kiểm soát phát thải bụi bao gồm: • Lọc bụi tĩnh điện (loại ướt khơ), • Bộ lọc vải (cịn gọi nhà túi), • Máy lọc ướt, • Cyclone (hoặc multiclones) Trong nhiều trường hợp, nhiều thiết bị sử dụng có hiệu loại bỏ chất gây ô nhiễm mong muốn đáng quan tâm Ví dụ, cyclone sử dụng để loại bỏ bụi lớn trước dịng gây nhiễm xâm nhập vào tháp rửa ướt Thiết bị điều khiển chung cho chất nhiễm dạng khí nước bao gồm: • Xi hóa nhiệt, • Lị phản ứng xúc tác, • Carbon hoạt tính, • Tháp hấp thụ, • Lọc sinh học 2.2 Phương pháp hấp thụ Việc loại bỏ nhiều thành phần lựa chọn từ hỗn hợp khí cách hấp thụ có lẽ hoạt động quan trọng việc kiểm sốt khí thải nhiễm khí Hấp thụ q trình chất gây nhiễm khí hịa tan chất lỏng Định nghĩa: Sự hấp thu trình chuyển giao khối lượng, tan A hỗn hợp khí hấp thụ chất lỏng chất tan nhiều chất tan Hỗn hợp khí bao gồm chủ yếu khí trơ khí tan Chất lỏng yếu tố giai đoạn khí đốt: nghĩa là, bay vào giai đoạn khí tương đối nhẹ Một ví dụ điển hình hấp thụ chất tan amoniac từ hỗn hợp khí-amoniac nước Trong trình giải hấp ngược lại trình đẩy, nguyên tắc phương trình tổ chức - Cơ chế trình hấp thụ:  Khuếch tán phân tử chất nhiễm thể khí khối khí thải đến bề mặt chất hấp thụ  Thâm nhập hịa tan chất khí vào bề mặt chất hấp thụ  Khuếch tán chất khí hòa tan bề mặt ngăn cách vào sâu khối chất lỏng hấp thụ Khi dịng khí qua chất lỏng, chất lỏng hấp thụ khí, giống cách đường hấp thu ly nước khuấy Hấp thụ thường gọi lọc khí, có nhiều loại khác thiết bị hấp thụ Các loại thiết bị hấp thụ khí bao gồm tháp phun, cột đóng gói, buồng phun, máy lọc nhanh Nói chung, hấp thụ đạt hiệu loại bỏ > 95% Một vấn đề tiềm với hấp thụ chất lượng nước thải, chuyển đổi vấn đề nhiễm khơng khí thành vấn đề nhiễm nguồn nước Khi chất khí nước đưa vào tiếp xúc với chất rắn, phần đưa lên rắn Các phân tử biến khỏi khí nhập vào bên rắn, cịn bên ngồi gắn liền với bề mặt Hiện tượng trước gọi hấp thụ (hoặc giải thể) hấp thụ sau - Vai trị phương pháp hấp thụ khí Làm khí Thu hồi cấu tử quý Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng Tạo thành sản phẩm cuối - Phân loại hấp thụ Hấp thu vật lý: không tương tác hóa học Q trình thuận nghịch: xảy đồng thời hấp nhả hấp Hấp thu hóa học: xảy phản ứng hóa học Ưu điểm: Rẻ tiền, sử dụng H 2O làm dung môi hấp thụ khí độc hại H 2S, SO2,NH3,HF,…có thể xử lí tốt với phương pháp Có thể sử dụng kết hợp cần rửa khí làm bụi khí thải chứa bụi lẫn chất độc hại mà chất khí có khả hòa tan tốt nước rửa Nhược điểm Hiệu suất làm không cao, hệ số làm giảm nhiệt độ dịng khí cao nên khơng thể dùng xử lí dịng khí có nhiệt độ q cao, trình hấp thụ trình tỏa nhiệt nên thiết kế, xây dựng vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lí khí thải nhiều trường hợp phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt tháp hấp thụ để làm nguội thiết bị tăng hiệu q trình xử lí Như thiết bị trở nên cồng kềnh vận hành phức tạp Khi làm việc tượng “sặc” dễ xảy ta 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 xử lí khơng có khả hịa tan nước Lựa chọn dung môi hữu nảy sinh vấn đề: dung mơi có độc hại cho người sử dụng môi trường hay không? Việc lựa chọn dung mơi thích hợp tốn hóc búa mang tính kinh tế kĩ thuật, giá thành dung môi định lớn đến giá thành xử lí hiệu xử lí Phải tái sinh dung mơi (dịng chất thải thứ cấp) sử dụng dung môi đắt tiền Chất thải gây ô nhiễm nguồn nước, phải đầu tư xử lý nước thải làm cho hệ thống trở nên cồng kềnh phức tạp CÁC LOẠI THÁP HẤP THỤ HƠI KHÍ ĐỘC 3.1 Tháp đệm 3.1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tháp đệm Cấu tạo gồm: Thân tháp rỗng bên đổ đầy vật đệm làm từ vật liệu khác (như gỗ, nhựa, kim loại, gốm, sành sứ ) với hình dạng khác (như hình trụ, hình cầu, dạng tấm, dạng yên ngựa hay lị xo, ), có thêm lưới đỡ vật liệu đệm - Ống dẫn dịng khí chất lỏng vào tháp Bộ phận phân phối: Để phân phối chất lỏng lên khối đệm chứa tháp, người ta dùng phận phân phối dạng lưới phân phối (lỏng ống – khí ngồi ống; lỏng khí ống); màng phân phối, vịi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu, khe); bánh xe quay (ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ); - Lớp đệm tách hạt lỏng: dịng khí sau xử lý ngồi Hính Cấu tạo nguyên lý hoạt động tháp đệm Nguyên lý hoạt động: Khí thải vào tháp thơng qua cửa dẫn khí vào, qua lớp vật liệu lọc bố trí sẵn tháp Trên bề mặt vật liệu lọc làm ướt dung mơi thích hợp từ dàn vịi tưới Q trình hấp thụ khí độc vào dung mơi xảy chủ yếu dịng khí len lõi qua lớp vật liệu lọc tiếp xúc trực tiếp với dung môi bề mặt tạo phản ứng hóa học khí độc lẫn bụi giữ lại dung môi Dung môi hấp thụ chảy xuống đáy tháp thu lại để hồn ngun dung mơi, cịn khí có lẫn chất lỏng tiếp tục lên qua lớp tách hạt lỏng để giữ lại hạt lỏng, cuối khí phía tháp Như dịng chất lỏng từ xuống cịn dịng khí cần hấp thụ từ lên 3.1.2 Vật liệu đệm sử dụng tháp hấp thụ (tháp đệm) Thường dùng sành sứ, gỗ, nhựa, kim loại, gốm, vụn than cốc với hình dạng khác trụ, cầu, tấm, n ngựa, lị xo, để làm tăng diện tích tiếp xúc hai pha Các vật liệu đệm cho vào cách ngẫu nhiên xếp theo thứ tự định để tăng diện tích tiếp xúc giảm thiểu cản trở dịng khí Tuổi thọ phụ thuộc điều kiện làm việc, khoảng 1-5 năm bị ăn mịn, nhiễm, vỡ… Và sau khoảng thời gian định phải thau rửa vật liệu đệm để tăng hiệu xử lý tuổi thọ vật liệu đệm - Các phần tử đệm đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề dày δ - Khối đệm đặc trưng kích thước: +bề mặt riêng a (m2/m3) + thể tích tự ε (m3/m3); +đường kính tương đương d (tđ) = 4r (thủy lực) = 4.S/n = ε/a; +tiết diện tự S (m2/m3) -Vận tốc dịng khí qua lớp đệm khoảng v=1-1,5 m/s - Chiều dày lớp đệm: h = 0,4 - m Hình :Một số loại vật liệu đệm dùng tháp đệm 3.1.3 Lựa chọn dung dịch hấp thụ Dung môi dùng q trình hấp thu cần có tính chất sau: Tính chọn lọc hịa tan : nghĩa hịa tan tốt cấu tử cần tách khỏi hỗn hợp khí khơng hồ tan hồ tan cấu tử lại Đây điều kiện quan trọng - Độ nhớt dung môi: dung môi có độ nhớt thấp tăng tốc độ hấp thu Nhiệt độ sôi dung môi phải khác xa nhiệt độ sơi chất cần hấp thu để dễ hồn ngun dung mơi Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị thu hồi cấu tử hoà tan dễ dàng - Ít bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm khơng độc hại Để xử lí SO2 dung môi hấp thu thường dùng: nước, dung dịch sữa vôi, dung dịch sút dung môi dễ kiếm, rẻ tiền cho hiệu xử lí cao Tuy nhiên khói thải có nhiệt độ cao (250°C) nên nước không chọn làm dung môi hấp thu – dung dịch xút (NaOH) chọn làm dung mơi ưu điểm nó: phản ứng tốt với SOx nhiệt độ cao, không tạo cặn, giá thành hợp lý, thao tác đơn giản, dễ bảo quản dễ kiếm Một số dung mơi chọn để hấp thụ khí SO2 - Hấp thụ khí SO2 nước - Là phương pháp đơn giản áp dụng sớm để loại bỏ khí SO2 khí thải, khói từ lị cơng nghiệp +Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hồn nguyên SO2 + H2O  H+ + HSO3+Nhược điểm: độ hịa tan khí SO2 trng nước q thấp nên thườngphải dùng lượng nước lớn nóng lên đến 100 0C nên tốn nhiều lượng, chi phí nhiệt lớn Hấp thụ khí SO2 dung dịch sữa vôi - Là phương pháp áp dụng rộng rãi cơng nghiệp hiệu xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền sẵn có nơi CaCO3 + SO2  CaSO3 + CO2 CaO + SO2  CaSO3 2CaSO3 + O2  2CaSO4 + Ưu điểm: cơng nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu khơng lớn, chi phí vận hành thấp, chất hấp thụ rẻ, dễ tìm, làm khí mà không cần phải làm lạnh tách bụi sơ bộ, chế tạo thiết bị vật liệu thơng thường, không cần đến vật liệu chống axit không chiếm nhiều diện tích xây dựng + Nhược điểm: đóng cặn thiết bị tạo thành CaSO CaSO3, gây tắc nghẽn đường ống ăn mòn thiết bị -Xử lý khí khí SO2 ammoniac - Phương pháp hấp thụ khí SO dung dịch ammoniac tạo muối amoni sunfit amoni bisunfit theo phản ứng sau: SO2 + 2NH3 + H2O  (NH4)2SO3 (NH4)2SO3 + SO2 + H2O  2NH4HSO3 +Ưu điểm: hiệu cao, chất hấp thụ dễ kiếm thu muối amoni sunfit amoni bisunfit sản phẩm cần thiết + Nhược điểm: tốn kém, chi phí đầu tư vận hành cao -Xử lý khí SO2 magie oxit Các phản ứng xảy sau: MgO + SO2  MgSO3 MgSO3 + SO2 + H2O  Mg(HSO3)2 Mg(HSO3)2 + MgO  2MgSO3 + H2O + Ưu điểm: làm khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu axit sunfuric sản phẩm thu hồi, hiệu xử lý cao,MgO dễ kiếm rẻ +Nhược điểm: quy trình cơng nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao,tổn hao MgO nhiều Xử lý khí SO2 kẽm oxit 10 : lưu lượng dòng chảy (m3s-1) : chiều dài tràn cửa chảy tràn (m) : gia tốc trọng trường (ms-2) 3.2.6 Khu vực hở mâm (lỗ mâm) Khu vực hở mâm khu vực có dành cho khí qua sàn khay thơng qua lỗ van khe có nắp chụp Đây yếu tố quan trọng phạm vi hoạt động khay tốc độ cao thông qua khu vực mở (vận tốc lỗ) tạo theo chất lỏng nặng phía trên(cũng giảm áp lực cao), vận tốc lỗ thấp gây tượng "động sương" chí "lọt " qua sàn khay vào khay bên Sự ảnh hưởng khu vực mở giảm áp lực ảnh hưởng đến chất lỏng chảy ngược khu vực chảy tràn Lỗ nhỏ với phạm vi đường kính từ 3/16 – 1/4 (4.76 - 6.35mm) cho hiệu suất thủy lực vận chuyển tốt lỗ lớn phm vi ng kớnh ẵ - ắ in (12.7 19.0mm) Tuy nhiên mâm lỗ lớn thường rẻ nhiều khả nhiễm Vì cần lựa chọn kích thước lỗ theo yêu cầu thiết kế 3.2.7 Đường kính tháp Đường kính tháp hay tiết diện tháp tương ứng với suất lượng pha lỏng, pha khí cho phải đủ để tháp hoạt động không bị lụt lôi pha lỏng lên mâm nhiều Với loại mâm chop hay mâm xuyên lỗ trạng ngập lụt, vận tốc biểu kiến pha khí vf (dựa diện tích bề mặt bốc mâm Sn ) liên hệ đến khối lượng riêng hai pha sau: vf = Cf x ()1/2 (m/s) Diện tích bề mặt bốc diện tích mâm S t trừ diện tích ống chảy chuyền CF thông số suất phụ thuộc vào suất lượng hai pha xác định đố thị cho loại mâm Giá trị v nhỏ dung để tính đường kính thực tháp, với chất lỏng không tạo bọt v lấy 80 – 85%v f, với chất lỏng tạo bọt lấy v 75%v f Trong thực tế, tháp hoạt động áp suất thường giá trị v từ 0.3 – 0.9m/s Ngồi ra, lý chi phí chế tạo nên tháp khơng nên có đường kính thay đổi để phù hợp với biến đổi chất lượng pha lỏng 3.2.8 Lắp đặt mâm Để giảm thiểu thời gian lắp đặt, khay thiết kế cách sử dụng số lượng tối thiểu bảng điều khiển cá nhân cài đặt thơng qua đường thơng tháp truy cập khác (và khối lượng chuyển giao) hạn chế Mâm cất phân đoạn(tách chiết) cung cấp hình thức"hồn tồn bị đẩy xuống" (CKD) tháp cho lắp ráp cuối cột Vì trở 26 thành khay chức cất phân đoạn thích hợp có lắp Khơng có vấn đề khay thiết kế sản xuất, lắp đặt cẩu thả dẫn đến không phù hợp với đặc điểm kỹ thuật thiết kế khơng thực Sau vài lỗi cài đặt thường tác động bất lợi hiệu suất khay: Vị trí lắp đặt mâm xác - ví dụ hình dạng mâm tương tự với sai số van Mâm lưu động / điều chỉnh - khoảng cách lớn khớp với mâm sàng khơng đầy đủ khơng an tồn Sử dụng sai kẹp gờ ngoại vi - không cách chồng chéo vịng khay Thiếu ngăn Khay sàn khơng cài đặt thăng Khu vực chảy tràn khơng xác - dẫn đến lụt, ngập khu vực chảy tràn Chiều cao không mức lỗ tràn không phù hợp Một thủ tục cài đặt tiêu chuẩn cho phù hợp với khay cột nên cung cấp số phương pháp để tránh hầu hết lỗi cài đặt tiềm Tuy nhiên thủ tục bổ sung yêu cầu cho công việc thay khay lớn đặc biệt thay đổi dịng chảy dung mơi Tiêu chuẩn thực hành lắp khay với tất mâm tháp Tất phần khay đánh số theo hệ thống số thể việc bố trí khay hệ thống lắp ráp vẽ, với tất phận có số lượng phần tương tự Những người công nhân tháo phần tháp phần việc chuẩn bị cài đặt xếp thành phần khay theo khay vào mâm đánh dấu rõ ràng với số lượng khay xếp theo trình tự cài đặt Các vẽ xếp khay sử dụng tài liệu tham khảo để đảm bảo phần số xác số lượng phân bổ cho khay phận bị đánh dấu phận xác định hành động khắc phục thực trước cài đặt diễn Không gian làm việc bên tháp hạn chế để cài đặt trơn tru thời gian ngắn tốt để đặt phận khay bên tháp theo thứ tự lắp ráp Điều đòi hỏi giao tiếp tốt người thợ lắp ráp người điều khiển Kháp mâm thiết kế để cung cấp nhiều điều chỉnh tháp để đảm nhiệm mâm dung sai đính kèm Tuy nhiên tính địi hỏi phải thực hành cài đặt cẩn thận để tránh không phù hợp Đặc biệt, tất mâm nên thể vẽ xếp lỏng lẻo bắt vít (bao gồm thơng lỗ) Có thể sau 27 họ điều chỉnh để tránh khoảng trống mức chồng chéo không đồng không đủ mâm trước vặn Để cung cấp cho việc lắp đặt phù hợp điều chỉnh, lỗ bulông lớn sử dụng khớp nối khay Đường kính lỗ thường sử dụng 12mm 20mm với sàng 10m vị trí sửa chữa 3.2.9 Phân loại tháp  Tháp mâm xuyên lỗ (mâm sàng) Mâm sàng thiết kế thống đục lỗ với lỗ trịn Trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh, đường kính lỗ từ 3-12 mm, tổng tiết diện lỗ mâm chiếm từ 8-15% tiết diện tháp Các lỗ bố trí đỉnh tam giác đều, khoảng cách hai tâm (bước) lỗ 2.5-5 lần đường kính Bề dày mâm thường 4/10-8/10 đường kính lỗ làm thép không gỉ, làm thép cacbon hay hợp kim đồng bề dày lớn tỉ lệ Mâm phải thật ngang lắp vào tháp Đối với tháp có đường kính q lớn (>2.4m), dùng mâm xun lỗ chất lỏng khơng phân phối mâm Lưu lượng qua khay sàn tiếp xúc với chất lỏng điều khiển số lượng kích thước lỗ Đối với hoạt động hiệu quả, vận tốc khí qua lỗ phải đủ để cân với chất lỏng sàn khay ngăn ngừa chất lỏng từ qua lỗ thủng vào khay bên Hình Mâm xuyên lỗ (mâm sàng) Nước cấp vào mâm vừa đủ để tạo lớp nước có bề cao thích hợp, dịng khí từ lên qua đĩa đục lỗ Ống chảy chuyền bố trí tháp mâm chóp Mặt khác vận tốc khí qua lỗ cao theo chất lỏng khay Do mâm sàng có phạm vi hoạt động hẹp Ưu điểm: chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng, trở lực thấp tháp chóp, tốn kim loại tháp chóp Nhược điểm: yêu cầu lắp đặt cao: mâm lắp phải phẳng; tháp có đường kính q lớn (>2.4m) dùng mâm xun lỗ ví chất lỏng khơng phân phối mâm Tùy theo lưu lượng hai pha lỏng khí mà có ba chế độ thủy động: 28 Khi vận tốc khí q nhỏ pha khí qua pha lỏng dạng bọt riêng biệt, pha lỏng chảy rị qua lỗ mâm Khi tăng vận tốc khí lên pha khí qua pha lỏng tia bọt liên tục, chất lỏng khơng cịn chảy rị qua lỗ mâm Ở chế độ tháp hoạt động ổn định Khi tăng vận tốc khí lên nữa, khí vào pha lỏng mâm tạo nên hỗn hợp lỏng bọt xáo trộn mạnh mâm Ở điều kiện mâm hoạt động với hiệu suất cao Nếu tiếp tục tăng vận tốc khí lên xảy tượng lôi chất lỏng mâm ▪ Hiệu suất Để chuyển từ số mâm lý thuyết thành số mâm thực ta cần biết hiệu suất mâm, có ba loại hiệu suất mâm dùng : Hiệu suất tổng quát liên quan đến toàn tháp E E0 đơn giản sử dụng xác Vấn đề phân tích hiệu suất tương đối khoa học, nghĩa bước rõ ràng dẫn đến việc ước lượng hiệu mâm Murphree, hiệu tháp số lượng thực tế mâm.: E0 = Hiệu suất mâm Murphee, liên quan đến mâm: EM = Trong đó: yn: nồng độ thực pha rời mâm thứ n yn+1: nồng độ thực pha vào mâm thứ n+1 yn* : nồng độ pha cân với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thứ n Hiệu suất cục liên quan đến vị trí cụ thể mâm EC = Trong đó: yn’: nồng độ pha rời khỏi vị trí cụ thể mâm n yn+1’: nồng độ pha vào mâm n vị trí yen’: nồng độ pha cân với pha lỏng vị trí ▪ Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất mâm Việc xác định hiệu suất mâm dựa nhiều vào kinh nghiệm Yêu cầu quan trọng để đạt hiệu suất cao mâm hoạt động đúng, chủ yếu tiếp xúc hai pha Bất sai lầm hoạt động tháp, tạo bọt lôi 29 chất lỏng lên mâm nhiều, phân bố pha qua mâm kém, chảy tắc, chảy rò, làm giảm hiệu suất Hiệu suất mâm làm hàm số theo tốc độ truyền khối giữ pha lỏng pha Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lượng khoảng điểm chảy rò điểm ngập lụt Tăng lưu lượng tăng chiều cao lớp chất lỏng bọt, tăng diện tích bề mặt truyền khối, tăng lưu lượng pha lỏng tăng diện tích bề mặt truyền khối Hiệu suất giảm nhẹ gần đến điểm lụt tượng lơi  Mâm van Hình 10 Mâm van Mâm van đục lỗ khay gắn với đĩa lưu động (van) để thay đổi khu vực mở khay với việc thay đổi tải lượng Có nhiều loại van có chân trang bị cho đĩa van để hạn chế di chuyển lên Với tốc độ thấp, đĩa van lại sàn khay gần đóng kín hồn tồn giảm thiểu khu vực mở khay Khi tỷ lệ tăng lên, đĩa van nâng lên từ sàn khay làm tăng diện tích mở cho dòng chảy vào mâm van sàn khay Phạm vi hoạt động hiệu khay van phụ thuộc vào điều kiện dịch vụ đặc biệt hạn chế giảm áp lực Mâm van cố định sản xuất cách đục lỗ hình thành van tích sàn khay Bằng cách đấm vào khe cố định xếp song song với dịng chảy chất lỏng, khay cố định cho cơng suất cao so với khay sàng với giá trị lớn  Mâm chóp Hình 11 Mâm chóp 30 Ưu điểm: Hiệu suất truyền khối cao, ổn định, tiêu hao lượng nên có số mâm Nhược điểm: Chế tạo phức tạp, trở lực lớn Trên mâm có gắn chóp ống chảy chuyền Ống chảy chuyền có tiết diện hình trịn, viên phấn, ống hay nhiều ống tùy suất lượng pha lỏng Chóp hình trịn hay dạng khác Ở chóp có rãnh xung quanh để pha khí qua Rãnh chớp hình chữ nhật, tam giác hay hình trịn Chóp lắp vào mâm nhiều cách khác Sự chuyển động pha khí lỏng tháp sau: Chất lỏng chảy từ xuống, từ mâm xuống mâm nhờ ống chảy chuyền Khí từ lên qua ống khí xuyên qua rãnh chóp để sục vào lớp chất lỏng mâm Nếu tốc độ khí nhỏ phạmvi sục khí nhỏ khơng sục vào lỏng vận tốc khí q lớn q trình sục khí khơng tốt lúc xảy tượng chất lỏng bị lôi theo dịng khí chất lỏng bị dạt vùng ▪ Độ mở lỗ chóp Lớp chất lỏng ln ngập chóp Khi pha khí thổi qua, áp suất bên chóp tăng lên chất lỏng bị đẩy xuống lỗ chóp để hở lỗ chóp cho pha khí qua sục vào pha lỏng Với lỗ chóp hình chữ nhật, độ hở lỗ chóp hs ước tính theo cơng thức: hs = 7.55 x ()1/3 x hso2/3 x ()2/3 Trong đó: hso: chiều cao hình học lỗ chóp, mm QG: lưu lượng pha khí, m3/h Ss: tổng diện tích lỗ chóp mâm, m2 Nếu mâm chóp thiết kế tốt, pha khí thổi qua tồn lỗ chóp; đó, chóp mở tồn hs = hso Nếu pha khí có lưu lượng lớn thổi qua mép chóp Nếu q nhỏ hiệu sử dụng lỗ chóp khơng cao 3.3 Tháp phun 3.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 31 Hình 12 Q trình xử lí khí ẩm hệ thống tháp phun Tháp phun, buồng phun loại thiết bị hấp thụ đơn giản, tiếp xúc khí lỏng sử dụng để đạt khối lượng truyền nhiệt giai đoạn khí liên tục giai đoạn phân tán pha lỏng Đây loại cơng nghệ sử dụng ví bình rửa khí để kiểm sốt nhiễm khơng khí Cấu tạo Nó bao gồm bể hình trụ rỗng làm thép nhựa vòi phun phun chất lòng vào bể Vỏ thiết bị, phân phối khí, vịi phun nước, chắn nước Ngun lý hoạt động Dịng khí chứa bụi vào thiết bị rửa chất lỏng Các hạt bụi tách khỏi khí nhờ va chạm với giọt lỏng Chất lỏng tưới ướt bề mặt làm việc thiết bị, cịn dịng khí tiếp xúc với bề mặt Các hạt bụi bị hút màng nước tách khỏi dịng khí Dịng khí bụi sục vào nước bị chia thành bọt khí Các hạt bụi dính ướt loại khỏi khí Đây loại cơng nghệ sử dụng ví bình rửa khí để kiểm sốt nhiễm khơng khí Dịng chảy đối lưu phơi khí đầu với nồng độ chất ô nhiễm thấp đến bể chứa chất lỏng Nhiều vòi phun đặt tháp độ cao khác 32 để phun tất khí di chuyển lên qua tháp Những lý cho việc sử dụng nhiều vịi tối đa hóa số lượng giọt tốt ảnh hưởng đến hạt ô nhiễm cung cấp diện tích bề mặt lớn để hấp thụ khí Về mặt lý thuyết, giọt nhỏ hình thành, hiệu cao thu thập hai chất gây nhiễm khí hạt Tuy nhiên giọt lỏng phải đủ lớn để không bị mang khỏi bể chứa khí Do đó, tháp phun sử dụng vịi phun để sản xuất giọt có đường kính 500 – 1000 m Mặc dù kích thước nhỏ, giọt lớn so với giọt ống khuếch tán khoảng 10 - 50µm Vận tốc khí giữ mức thấp, 0,3-1,2 m / s (1-4 ft / s) để ngăn chặn giọt dư thừa chảy từ tháp Để trì vận tốc khí thấp, tháp phun phải lớn máy lọc khác xử lý lưu lượng dịng khí tương tự Một vấn đề khác xảy tháp phun sau giọt nước rơi khoảng cách ngắn, chúng có xu hướng tích tụ đập vào thành tháp Do đó, tổng diện tích bề mặt chất lỏng tiếp xúc giảm, làm giảm hiệu suất bể chứa Hình 13 Tháp phun hấp thụ khí độc 3.3.2 Cơng dụng tháp Tháp phun thiết bị kiểm soát giá rẻ chủ yếu sử dụng để điều hịa khí (làm lạnh ẩm) hạt giai đoạn loại bỏ khí Chúng 33 sử dụng nhiều hệ thống thải khí khử lưu huỳnh để giảm bịt kín tăng cặn chất ô nhiễm Nhiều hệ thống khuếch tán sử dụng thuốc phun trước củ ống khuếch tán để loại bỏ hạt lớn làm bịt kín Tháp phun sử dụng cách hiệu để loại bỏ hạt lớn khí hịa tan cao Sự giảm áp lực tháp thấp thường 2,5 cm (1,0 in) nước; đó, chi phí vận hành ống khuếch tán tương đối thấp Tuy nhiên, chi phí bơm chất lỏng cao 3.3.3 Sự chắn hạt Tháp phun bể chứa lượng thấp Tiếp xúc với công suất thấp nhiều so với ống khuếch tán, áp lực giảm hệ thống thường 2,5 cm Hiệu chắn hạt nhỏ tương đối thấp so với thiết bị khác Chúng thích hợp cho việc chắn hạt thơ lớn 10 – 25mm, có gia tăng áp lực đầu vào vòi phun chất lỏng, hạt có đường kính 2,0 mm chặn Những giọt nhỏ hình thành áp lực chất lỏng cao vòi phun Hiệu suất chặn cao đạt giọt nhỏ tạo khác biệt vận tốc giọt vận tốc hạt chuyển động lên cao Tuy nhiên, có vận tốc lắng nhỏ, có phạm vi tối ưu kích thước giọt cho máy lọc làm việc theo chế Dịng sản phẩm có kích thước giọt từ 500 đến 1000 m với trọng lượng phun áp suất cao từ 2070-3100 kPa (300-450 psi) tạo nên màng sương mù Hiệu chắn hạt cao đạt từ cấu chắn khác bị tác động quán tính xảy Tuy nhiên, vịi phun sử dụng nhiều lượng để tạo thành giọt nhỏ hoạt động ống khuếch tán hiệu suất chắn tương tự 3.3.3.1 Sự thu khí Tháp phun sử dụng để hấp thụ khí chúng khơng hiệu tháp đệm tháp đĩa Tháp phun hiệu việc loại bỏ chất nhiễm chất nhiễm hịa tan cao thuốc thử hóa học thêm vào chất lỏng Ví dụ, tháp phun sử dụng để loại bỏ HCl khí từ ống xả khí thải sản xuất axít clohiđric Trong sản xuất phân super lân sử dụng sản xuất phân bón Khí SiF4 HF từ điểm khác trình Tháp phun sử dụng để loại bỏ hợp chất hòa tan cao Tháp phun sử dụng để loại bỏ mùi hôi bột xương ngành công nghiệp sản xuất mỡ động vật cách khuếch tán khí thải KMnO4 34 Bởi khả xử lý khối lượng khí đốt lớn chúng mơi trường ăn mòn, tháp phun sử dụng số hệ thống thải khí khử lưu huỳnh giai đoạn thứ hai trình loại bỏ chất gây ô nhiễm Trong tháp phun, hấp thụ tăng lên cách giảm kích thước giọt chất lỏng / tăng tỷ lệ chất lỏng sang khí (L / G) Tuy nhiên để hoàn thành điều này, gia tăng điện tiêu thụ chi phí hoạt động bắt buộc Ngồi ra, kích thước vật lý tháp phun hạn chế lượng chất lỏng kích thước giọt nước sử dụng 3.3.4 Các chất ô nhiễm tác dụng Thành phần chất đốt phần lớn gồm nguyên tố C H Ngồi cịn chứa ngun tố khác như: O, S, N, hợp chất hữu chứa halogen (clo, flo), độ ẩm lẫn số tạp chất hữu Những chất nhiễm sinh ra: Những chất ô nhiễm: bụi SOx, CO, NOx, THC, VOC Các khí acid: HCl, HF,… Một số nguyên tố vi lượng dạng vết kim loại nặng: Pb, Cr, Cd, Hg, Ni, As, Cu, Zn, Sn,… Những chất ô nhiễm hữu dạng vết: polychlorinated dibenzo (PCB), polyclorinate dibenzo para dioxin (PCDD), polyclorinate dibenzo furan 3.3.5 Ưu nhược điểm Ưu điểm Vận tốc dịng khí tháp cao làm cho khả hấp thụ tăng đáng kể Đường kính tháp nhỏ nên mật độ tưới nhỏ (50 – 90 m3/m 2), tiết kiệm dung dịch hấp thụ cho hiệu suất cao Nhược điểm Thiết bị dễ bị ăn mịn, địi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ, làm tăng giá thành chế tạo thiết bị Cần phải cóhệ thống tự động điều chỉnh lưulượng dung dịch hấp thụ phun vào thiết bị Dung dịch phải phun khắp tiết diện tháp 3.3.6 Sự bảo trì Ưu điểm tháp phun qua máy lọc khác thiết kế hoàn toàn mở chúng Chúng khơng có phận bên ngoại trừ vịi phun Tính giúp loại bỏ tích tụ cặn vấn đề lien kết với máy lọc khác Các vấn đề bảo dưỡng vòi phun mù bị bào mòn đặc biệt sử dụng tái chế ống 35 khuếch tán chất lỏng Để giảm thiểu vấn đề này, hệ thống làm lắng lọc sử dụng để loại bỏ hạt mài mòn từ ống khuếch tán chất lỏng tái chế trước bơm trở lại vào vịi phun 3.3.7 Tính hiệu tháp Xử lý có hiệu kích thước bụi < 5µm Tháp phun bể chứa lượng thấp Tiếp xúc với công suất thấp nhiều so với ống khuếch tán, áp lực giảm hệ thống thường 2,5 cm Hiệu chắn hạt nhỏ tương đối thấp so với thiết bi khác Hiệu suất chặn cao đạt giọt nhỏ sản xuất khác biệt vận tốc giọt vận tốc hạt chuyển động lên cao Tháp phun hiệu việc loại bỏ chất ô nhiễm chất nhiễm hịa tan cao thuốc thử hóa học thêm vào chất lỏng Trong nghiên cứu, phương pháp phân tích thiết kế dự đốn hiệu suất tháp phun rửa khí dựa bụi xi măng, hiệu loại bỏ hạt mô tả Cách tiếp cận tập trung vào việc thiết kế hệ thống rửa khí choc kích cỡ hạt bụi 1µm, 5µm, 10µm (PM10) thải từ trình sản xuất xi măng dự đoán hiệu suất hệ thống sử dụng mơ hình Calvert et al cho hiệu thu tổng thể tháp phun cách xem xét kích thước giọt 500μm, 1000μm, 1500μm 2000μm Phạm vi chất lỏng tỷ lệ khí 0.7-2.7l / m3 khuyến cáo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) sử dụng để điều tra tỷ lệ thích hợp cho kết tối ưu cho hiệu suất hệ thống Các kết thu được xác nhận cách sử dụng tiêu chuẩn chất lượng khơng khí Tổ chức Y tế Thế giới cho hạt vật chất (PM10) Do dòng chảy đảo ngược xấp xỉ Langmuir, hiệu sưu tập tiêu cực hạt bụi 1μm xác định Điều cho thấy xấp xỉ Langmuir sử dụng việc loại bỏ hạt bụi ≤ 1μm Nhưng hạt bụi 5μm 10μm, sưu tập hiệu tối đa xác định 99,988% 100.000% 500μm kích thước giọt dầu 2,7 l / m3 tối thiểu thu 43,808% 58,728% 2000μm kích thước giọt dầu 0,7 l / m3 Các yếu tố tính chất hạt bụi, hình thành hạt bụi hệ thống rửa khí hạt bụi giọt chất lỏng vịi phun sương phân tích khơng xem xét Kết luận rút từ nghiên cứu, hệ thống sử dụng việc kiểm sốt kích thước hạt 5μm 10μm thải từ sản xuất công nghiệp 3.3.8 Một số thơng số tính tốn Như Daniel Paula, tốc độ dịng khí thải thơng số quan trọng thiết kế bình rửa khí Đối với dịng chảy ổn định liên quan đến 36 dòng chất lỏng cụ thể chảy qua thiết bị điều khiển hình trụ hệ thống rửa khí phần 2: (1) Trong đó: ρ1 ρ2 mật độ tương ứng A1 A2 khu vực cắt ngang (m2) V1 V2 vận tốc (m/s) Xác định độ dày tháp Một loại vật liệu thép carbon lựa chọn cho thiết kế thành tháp, sau từ kim loại Bảng vật liệu, mô đun đàn hồi, E = 200,1 × 109 N / m Nhưng áp lực buồng rửa khí, sau Pe = 101,3 × 103 N / m Giả sử hệ số an tồn 2, Pe = × (101,3 × 103) = 202,6 × 103 N / m Hệ số K = 50 thông qua từ Garba [8] Độ dày, t xác định 0.0218m cách sử dụng (2) (N / m2) (2) Đường kính mạng lưới đường ống Do số lượng chất lỏng cần thiết để rửa khí, QL 58,26 l / s, xem xét vận tốc chất lỏng giả định 3m / s, đường kính đường ống cấp tính tốn để có 0.1572m sử dụng (3) (m) (3) Giả sử thiết bị rửa khí chia thành phần, đường kính ống phun phần xác định cách chia lượng chất lỏng cần thiết cho việc rửa khí, Qphun = 0.0014565m3 / s Sử dụng giá trị thay (4), đường kính ống phun thu 0.0786m (m) Tỷ lệ lượng đạt thiết bị rửa khí (kW) m: tỷ lệ lưu lượng (kg/s) Δp: áp lực thu giảm 4002kPa (kPa) ρ: mật độ nước nhiệt độ phòng Δp = 0.0981Δh γ KẾT LUẬN 37 Thông qua kiến thức vấn đề nhiễm khơng khí xử lý nhiễm khơng khí thơng qua phương pháp hấp thụ ta thấy phương pháp có nhiều ưu điểm với hiệu xử lý cao Trong ba loại tháp hấp thụ nêu tháp có ưu nhược điểm riêng, tùy thuộc váo nhiều yếu tố mà ta chọn biện pháp phù hợp cho trường hợp Tháp hấp thụ phải thỏa mãn yêu cầu sau: Hiệu khả cho khí xuyên qua cao, trở lực thấp(