đồ án xử lý khí thải

1 Phân loại các nguyên liệu đốt lò dầu FO Nguồn: theo TCVN 6239–2002 − Trong khí thải của lò hơi đốt dầu FO người ta thường thấy có các chất sau: CO2, CO, NOx, SO2, SO3 và hơi nước, ngo

KHOA MÔI TRƯỜNG

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ

MÔI TRƯỜNG TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Họ và tên sinh viên: Hồ Thụy Thục Hiền

 Tính toán, thiết kế ít nhất 1 thiết bị xử lý chính và các thiết bị liên quan

 Vẽ: 1 sơ đồ mặt cắt công nghệ và chi tiết ít nhất 2 thiết bị chính đã tính toán

TP HCM, ngày … tháng … năm 2022

GVHD

PGS.TS Tôn Thất Lãng

Bảng 1 Đặc tính khí thải

Số TT Thông số Đơn vị Giá trị Ghi chú

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

GVHD

PGS.TS Tôn Thất Lãng

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

GVPB

Em xin chân thành cảm ơn Thư viện trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường đã tạođiều kiện thuận lợi cho tụi em có được các nguồn tài liệu cụ thể, xác thực để tham khảo vàhoàn thành tốt đồ án được giao.

Và cuối cùng, em xin được chia sẻ lời cảm ơn đến các bạn bè, người thân đã luônđộng viên và giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đồ án này

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn

Trân trọng!

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, dân số đô thị ngày càng tăng cao, nhu cầu hàng hóa ngày càng lớn, dẫnđến việc hình thành, phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp lớn và nhỏ ở khắp cáctỉnh thành trên cả nước Sự phát triển đa dạng của các ngành công nghiệp đã tạo ra rấtnhiều sản phẩm phục vụ cho đời sống con người Tuy nhiên, đây cũng là một mối nguyhại khi nó tạo ra một lượng lớn các chất thải, làm phá vỡ cân bằng sinh thái và gây hạiđến môi trường

Trong đó, có rất nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng lò hơi trong quá trình sản xuất, cóthể thấy loại lò hơi dùng dầu FO làm nhiên liệu đốt được sử dụng phổ biến Các khí thải

từ loại dầu đốt này khá nguy hiểm, chứa các chất độc hại nồng độ cao Dầu FO được xem

là loại dầu có hàm lượng lưu huỳnh cao, khi cháy sẽ thải ra một lượng lớn SO2 – loại khíđược xem là độc hại được thải ra do quá trình đốt nhiên liệu

Đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi đốt dầu

FO là một trong các phương án góp phần vào việc xử lý khí thải và giảm ô nhiễm môitrường

Đồ án gồm các chương:

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ DẦU FO VÀ KHÍ SO2

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI TỪ LÒ HƠI ĐỐT DẦUFO

Chương 3 CÂN BẰNG NHIỆT VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Chương 4 CÂN BẰNG VẬT CHẤT – NĂNG LƯỢNG

Chương 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ THÁP HẤP THỤ (THÁP ĐỆM)

Cuối cùng là Kết luận

Nội dung của đồ án nhằm cung cấp phương án thiết kế, tính toán các công trình đơn

vị Trong quá trình làm đồ án, không tránh khỏi có những sai sót, rất mong có sự đónggóp ý kiến của giảng viên hướng dẫn và các thầy cô

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẦU FO

VÀ KHÍ SO2 1.1 TỔNG QUAN VỀ DẦU FO

− Dầu FO còn được gọi là dầu nhiên liệu hay dầu Mazut là phân đoạn nặng thu được khichưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân không

− Nhiệt trị của dầu FO là 10,175kcal/kg và tỷ trọng là 0,7–0,97kg/l

− Nhiên liệu dầu đốt trong lò được phân thành 2 loại là dầu nặng (dầu mazut) và dầu nhẹ(dầu diesel và dầu hỏa) Chỉ tiêu quan trọng nhất của dầu FO là độ nhớt và hàm lượng lưuhuỳnh (S)

− Yêu cầu: độ nhớt phải phù hợp cho quá trình bơm, vận chuyển dầu vào hệ thống đốt cũngnhư quá trình phun nóng ở bộ phận mỏ phun vào lò, độ nhớt càng nhỏ thì việc bơm nhiênliệu càng dễ dàng và nhiên liệu được tán sương tốt ở vòi phun nhờ thế quá trình diễn rahoàn toàn, cho hiệu suất cao, ít ô nhiễm Nếu độ nhớt quá cao phải thiết bị và lắp đặt thêm

hệ thống hâm nóng để làm giảm độ nhớt của dầu tới mức phù hợp với yêu cầu của mỏphun Trên thực tế, độ nhớt của các loại dầu FO (4ºC) khoảng 2- 6 cSt là phù hợp

− Dựa vào độ nhớt động học và hàm lượng lưu huỳnh, nhiên liệu được phân loại như sau:

Bảng 1 1 Phân loại các nguyên liệu đốt lò (dầu FO)

(Nguồn: theo TCVN 6239–2002)

− Trong khí thải của lò hơi đốt dầu FO người ta thường thấy có các chất sau: CO2, CO, NOx,

SO2, SO3 và hơi nước, ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộnlẫn với dầu cháy không hết tồn tại dưới dạng son khí mà ta thường gọi là mồ hóng

− Với dầu FO đúng theo tiêu chuẩn chất lượng, khi đốt cháy trong lò hơi sẽ có nồng độ cácchất trong khí thải như sau:

Bảng 1 2 Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu FO

(Nguồn: Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp

– Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và Môi trường Tp.HCM)

1.2 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO 2

1.2.1 Khái niệm

− Lưu huỳnh điôxit (hay còn gọi là anhiđrit sunfurơ) là một hợp chất hóa học với công thức

SO2 Lưu huỳnh điôxit là một khí vô cơ không màu, nặng hơn không khí Nó có khả nănglàm vẩn đục nước vôi trong, làm mất màu dung dịch Brôm và làm mất màu cánh hoahồng (2 tính chất sau được ứng dụng để nhận biết SO2 và phân biệt nó với CO2)

− Khối lượng mol: 64,054 (g.mol-1)

− Khối lượng riêng: 2,551 (g/L, gas)

− Điểm nóng chảy: -72,4oC (200,75oK)

− Điểm sôi: -10oC (263oK)

− Độ hòa tan trong nước: 9,4g/100 mL (25oC)

Hình 1 1 Cấu tạo phân tử SO2

1.2.2 Nguồn tạo ra khí SO 2

a) Do các hoạt động tự nhiên

− Núi lửa phun ra nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sunfua

− Từ quá trinhd phân hủy, thối rửa của xác động thực vật tự nhiên sinh ra

b) Do các hoạt động sản xuất công nghiệp

− Các tác nhân gây ô nhiễm chủ yếu phát sinh từ khai thác và cung ứng nguyên vật liệu đầuvào như khai thác than, sản xuất thép, khí thải từ các công đoạn sản xuất như đốt nhiênliệu hóa thạch, khí thải lò hơi, hóa chất bay hơi,

− Các chất độc hại từ khí thải công nghiệp được phân loại thành các nhóm bụi, nhóm chất

vô cơ và nhóm chất hữu cơ gồm NO2, SO2, VOC, TSP, các hóa chất và các kim loại.Trong đó, lượng phát thải NO2, SO2, VOC, TSP chiếm phần lớn trong tải lượng chất ônhiễm, còn lại là các chất ô nhiễm không khí khác

Bảng 1 3 Ước tính tải lượng một số thông số ô nhiễm không khí từ hoạt động công

nghiệp cả nước năm 2016

Chất ô nhiễm (tấn/năm) Tải lượng Tỷ lệ %

c) Ngành sản xuất vật liệu xây dựng

− Ô nhiễm không khí do hoạt động sản xuất vật liệu xây dựng phát sinh từ quá trình khaithác, sản xuất và vận chuyển nguyên vật liệu Quá trình khai thác và chế biến thường phátsing bụi và một số khí: CO, NOx, SO2, H2S, , quá trình vận chuyển nguyên vật liệu chủyếu phát sinh bụi

− Ngành công nghiệp sản xuất xi măng là ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng trongquá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa Tuy nhiên, ngành công nghiệp này lại được coi làmột trong những ngành có nhiều tác động và đặc trưng tới môi trường không khí

d) Khí thải từ các lò hơi

Bảng 1 4 Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi

e) Hoạt động giao thông

Ở các khu vực đô thị, nguồn gốc phát sinh ra các loại khí NO2, SO2, CO, và bụi chủ yếu

từ hoạt động giao thông khu vực

1.2.3 Tác hại của khí SO 2

SO2 là chất khí không màu, không cháy, có vị hăng Do quá trình quang hóa hay do

sự xúc tác, SO2 dễ bị oxi hóa và biến thành SO3 trong khí quyển

Khí SO2 là loại khí độc không chỉ đối với con người mà còn đối với động thực vật

và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường

a) Đối với con người

− SO2 là chất có tính kích thích, dễ hòa tan trong nước nên dễ phản ứng với các cơ quan hôhấp của con người và động vật

− Độc tính chung của SO2 thể hiện ở rối loạn chuyển hóa protein và đường, thiếu vitaminB,C và ức chế enzyme oxydaza Khi nồng độ SO2 thấp có thể làm sưng viêm mạc

b) Đối với thực vật

− Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO2 là rêu và địa y

− Khí SO2 khi thâm nhập vào các mô của cây sẽ kết hợp với nước để tạo thành axit sunfuro

H2SO3 gây tôn thương đến màng tế bào và làm giảm đi khả năng quang hợp của cây Cây

sẽ có những biểu hiện: chậm lớn, vàng úa lá rồi chết

c) Đối với môi trường

− SO2 bi ̣ oxi hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa gây ra mưa axit sunfuric haycác muối sunfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi trường

− Mưa axit rơi xuống mặt đất sẽ rửa trôi hết các dưỡng chất và mang kim loại độc hạixuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ, gây tác hại xấu đến sinh vật thủy sinh vàcác loài cá

− Rừng bi ̣ hủy diệt và sản lượng cây trồng giảm sút

− Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc

1.2.4 Ứng dụng

− Sản xuất axit sunfuric (Ứng dụng quan trọng nhất)

− Sản xuất chất tẩy trắng giấy, bột giấy, tẩy màu dung dịch đường.

− Dùng làm thuốc thử và dung môi tại phòng thí nghiệm

− Khí SO2 được sử dụng trong nghành công nghiệp chế biến rượu vang

− Khí SO2 cũng được dùng làm chất kháng khuẩn và chống ôxi hóa

− Đôi khi được dùng làm chất bảo quản cho các loại quả sấy khô như mơ,vải,

1.3 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỨC ĂN THỦY SẢN MINH ĐĂNG

− Quy trình hoạt động: Thu mua → Dự trữ → Cân → Nghiền → Trộn → Ép viên → Sấy

− Tiền đề để thiết kế hệ thống xử lí khí thải lò hơi cho nhà máy xuất phát từ công đoạn sấythành phẩm và chạy tua bin, máy phát điện cho các loại máy mọc trong nhà máy

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO 2

1.4.1 Hấp thụ khí SO 2 bằng nước

− Là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2 trong khí thải, nhất

là trong khói từ các lò công nghiệp

SO2 + H2O ↔ H+ + HSO3

-− Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được

− Nhược điểm: do độ hòa tan của khí SO2 trng nước quá thấp nên thường phải dùng một

lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn, cồng kềnh Để tách SO2khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 1000C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệtlớn

Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO 2 bằng nước

( trang 93 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

1.4.2 Hấp thụ khí SO 2 bằng dung dịch sữa vôi

− Là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao,nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi

CaCO3 + SO2 ↔ CaSO3 + CO2

CaO + SO2 ↔ CaSO3

2CaSO3 + O2 ↔ 2CaSO4

− Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, chi phí vận hành thấp,

chất hấp thụ rẻ, dễ tìm, làm sạch khí mà không cần phải làm lạnh và tách bụi sơ bộ, có thểchế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và khôngchiếm nhiều diện tích xây dựng

− Nhược điểm: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO4 và CaSO3, gây tắc nghẽn các đườngống và ăn mòn thiết bị

Hình 1 3 Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng vôi sữa

( Trang 95 - Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )

1.4.3 Xử lý khí SO 2 bằng ammoniac

− Phương pháp này hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch ammoniac tạo muối amoni sunfit vàamoni bisunfit theo phản ứng sau:

SO2 + 2NH3 + H2O ↔ (NH4)2SO3 (NH4)2SO3 + SO2 + H2O ↔ 2NH4HSO3

− Ưu điểm: hiệu quả rất cao, chất hấp thụ dễ kiếm và thu được muối amoni sunfit và amoni

bisunfit là các sản phẩm cần thiết

− Nhược điểm: rất tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao.

Hình 1 4 Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng ammoniac

( Trang 100 – Ô nhiễm và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )

1.4.4 Xử lý SO 2 bằng magie oxit

Các phản ứng xảy ra như sau:

MgO + SO2 ↔ MgSO3 MgSO3 + SO2 + H2O ↔ Mg(HSO3)2 Mg(HSO3)2 + MgO ↔ 2MgSO3 + H2O

− Ưu điểm: có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu được axit sunfuric

như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao, MgO dễ kiếm và rẻ

− Nhược điểm: quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao, tổn hao MgO khá

nhiều

Hình 1 5 Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng magie oxit

( trang 105 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )

1.4.5 Xử lý khí SO 2 bằng kẽm oxit

Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:

SO2 + ZnO + 2,5 H2O ↔ ZnSO3 2,5H2O ZnSO3 2,5H2O  ZnO + SO2 + 2,5H2O

− Ưu điểm: có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao (200 - 2500C)

− Nhược điểm: có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế nênphải thường xuyên tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO tương đương

1.4.6 Xử lý SO 2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit

Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:

Na2CO3 + SO2 ↔ Na2SO3 + CO2

Na2SO3 + SO2+H2O ↔ 2NaHSO3 2NaHSO3 + ZnO ↔ ZnSO3 + Na2SO3 + H2O

− Ưu điểm: không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả xử lý cao

− Nhược điểm: hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri.

Hình 1 6 Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit

( Trang 110 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )

1.4.7 Xử lý SO 2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ

− Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lý khí thải từ các nhà máy luyện kim màu

− Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin

− Ưu điểm: sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn năng, có thể áp dụng được cho mọi quá trình

công nghệ có thải khí SO2 một cách liên tục hay gián đoạn, cho phép làm việc được vớikhí thải có nhiệt độ cao (trên 1000C)

− Nhược điểm: tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể là tiêu hao nhiều vật liệu hấp

phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử

lý tiếp mới sử dụng được

 Hấp phụ khí SO 2 bằng vôi, đá vôi, đolomit:

− Ưu điểm: hiệu suất hấp phụ cao

− Nhược điểm: cần chi phí đầu tư lớn do vật liệu chế tạo thiết bị đắt (thiết bị làm việc trong

môi trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao)

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ

LÝ KHÍ THẢI TỪ LÒ HƠI ĐỐT DẦU

FO

2.1 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ

2.1.1 Giới thiệu chung

− Hấp thụ là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mụcđích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo thành một dung dịchcác cấu tử trong chất lỏng

− Cơ chế hấp thụ có thể chia làm 3 bước:

+ Khuếch tán các phân tử chất ôn nhiễm thể khí trong khối khí đến bề mặtchất lỏng hấp thụ

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

+ Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòngkhối chất lỏng hấp thụ

2.1.2 Phân loại

Cơ sở của nguyên lý là dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ (thường là khíhoặc hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) hoặc dựa vào khả năng hoà tan khác nhaucủa các chất trong chất lỏng để tách chất Tuỳ thuộc vào bản chất của sự tương tác mà tachia thành:

− Hấp thụ vật lý: là quá trình dựa trên sự tương tác vật lý bao gồm sự khuếch tán, hoà tan

của các chất cần hấp thụ vào trong lòng chất lỏng và sự phân bố của chúng giữa các phân

tử chất lỏng

− Hấp thụ hóa học: là quá trình luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng hoá học và bao

gồm hai giai đoạn: giai đoạn khuếch tán và giai đoạn xảy ra các phản ứng hoá học Nhưvậy sự hấp thụ hoá học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của chất khí vàotrong chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hoá các chất, tốc độ phản ứng củacác chất Trong hấp thụ hoá học, chất được hấp thụ có thể phản ứng ngay với các phân tửcủa chính chất hấp thụ

2.1.3 Nguyên lý chung

− Dòng khí được dẫn vào ở đáy tháp, dung dịch hấp thụ được phun ở đỉnh tháp

− Dòng khí cần xử lý tiếp xúc với dung dịch hấp thụ, chất cần xử lý được giữ lại trong dungdịch hấp thụ và được thu ở đáy tháp Dòng không khí sạch thoát ra ngoài trên đỉnh tháp.

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý quá trình hấp thụ

NO Dung dịch FeCl2, FeSO4, Na2SO3, Na2S2O3,…

CO Nito lỏng, dung dịch [Cu(NH3)2]n

Cl2 Dung dịch NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3, CCl4,…

Hơi, sương HCl Nước, dung dịch NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2CO3, K2CO3

Hợp chất Flo (HF,

SiF4)

Nước, dung dịch Na2CO3, NaOH, Ca(OH)2

− Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của chất hòa tan để dễ tách cấu tử ra khỏi dung môi.

− Nhiệt độ đóng rắn thấp sẽ tránh hiện tượng đóng rắn

− Không cháy, giá thành rẻ, dễ kiếm trong công nghiệp và ít độc hại

2.1.5 Ưu điểm và nhược điểm

− Hiệu suất làm sạch không cao,không dùng để xử lý dòng khí có nhiệt độ cao

− Quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế nhiều trường hợp cần phải lắp đặtthêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội tăng hiệu quả quá trình xử lýnhư vậy thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp

− Khi làm việc hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi khống chế, điều chỉnh mật độ tưới củapha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải có hàm lượng bụi lớn

− Việc lựa chọn dung môi thích hợp để xứ lý rất khó khăn khi chất khí không có khả nănghoà tan trong nước

− Phải tiến hành tái sinh dung môi khi dung môi đắt tiền để giảm giá thành xử lý mà côngviệc này là rất khó khăn

2.2 PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ

2.2.1 Giới thiệu chung

− Hấp phụ là hiện tượng các phân tử chất khí, lỏng, các ion được giữ lại trên bề mặt phâncách của các pha Bề mặt phân cách pha có thểlà lớp phim khí – lỏng, lỏng – lỏng, khí –rắn, lỏng – rắn

− Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là quá trình xử lý dựa trên sự phân ly khí bởi áilực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí, trong quá trình

đó các phân tử khí chất ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt vật liệu rắn Vật liệurắn sử dụng trong quá trình này gọi là chất hấp phụ, còn chất khí bị giữ lại trong chất hấpphụ được gọi là chất bị hấp phụ

2.2.2 Phân loại

− Hấp phụ vật lý: hay hấp phụVan der Waals là hiện tượng hấp phụ thuận nghịch Các

phần tử khí bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ nhờ lực liên kết giữa các phần tử Quátrình này có toả nhiệt, độ nhiệt toả ra phụ thuộc vào cường độ lực liên kết phân tử

− Hấp phụ hóa học: là hấp phụ có kèm theo phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và chất

bị hấp phụ Khí bị hấp phụ do có phản ứng hóa học với vật liệu hấp phụ, lực liên kết phân

tử trong trường hợp này mạnh hơn ở hấp phụ vật lý Do vậy lượng nhiệt toả ra lớn hơn, vàcần năng lượng nhiều hơn

2.2.3 Cơ chế hấp phụ

− Quá trình hấp phụ gồm có 3 bước:

Bước 1: Các chất ô nhiễm trong khí thải tiếp xúc với lớp bên ngoài vật liệu hấp

phụ

Bước 2: Các phân tử chất ô nhiễm di chuyển từ bề mặt chất hấp phụ (diện tích chỉ

vài mét vuông trên mỗi gram chất hấp phụ) vào các khe bên trong chất hấp phụ(kích thước các khe nhỏ dần từ 50 nm đến 2nm) Tổng diện tích bề mặt các khenày lên đến hàng trăm mét vuông cho mỗi gram chất hấp phụ; vì vậy, có thể nóiquá trình hấp phụ xảy ra trong các khe nhỏ li ti trên bề mặt chất hấp phụ

Bước 3: Các phân tử chất ô nhiễm dính chặt vào chất hấp phụ nhờ các lực liên kết.

− Bước 1 và 2 là quá trình khuếch tán chất ô nhiễm, quá trình này xảy ra do sự chênh lệchnồng độ giữa lớp khí chứa chất ô nhiễm đi ngang qua vật liệu hấp phụ và lớp khí nằm sát

bề mặt chất hấp phụ Bước 3 mới thực sự là quá trình kết nối vật chất giữa chất ô nhiễm

và chất hấp phụ Quá trình này xảy ra nhanh hơn nhiều so với bước 1 và 2

2.2.4 Các chất hấp phụ phổ biến

Tùy theo tính chất và lưu lượng khí thải của từng nhà máy, công xưởng mà chọnkiểu tháp hấp phụ khác nhau Vật liệu hấp phụ cũng khá đa dạng, có thể kể đến như: thanhoạt tính, silicagel, zeolit, và các chất hấp phụ tự nhiên khác… tùy loại khí thải cần xử lý

Tách các chất

ô nhiễm có gốc hữu cơ

Giá rẻ, dùngtrong xử lý môi trường

Khó tái sinh khi bị đóng cặn, có thể bắt cháy khi tái sinh

Silicate Bề mặt kị nước, hấp phụ tương tự

than hoạt tính

Tách các CHC từ dòng khí

Có thể đốt

bỏ dễ hơn than hoạt tính

Giá thành cao hơn than hoạt tính

Chất hấp

phụ cao

phân tử

Thường là copolymer của styren/ divinyl benzen

Tách các CHC từ dòng khí

Không bị đóng cặn

Giá thành mắc hơn than hoạt tính

Không cần tái sinh

Tỉ lệ tách thấp hơn các chất hấp phụ

2.2.5 Ưu điểm và nhược điểm

 Ưu điểm

− Làm sạch và thu hồi được khá nhiều chất ô nhiễm thể hơi hay khí Nếu các chất này cógiá trị kinh tế cao thì sau khi hoàn nguyên chất hấp phụ, chúng sẽ được tái sử dụng trongcông nghệ sản xuất mà vẫn giảm được tác hại gây ô nhiễm

− Chất hấp phụ cũng khá dễ kiếm và rẻ tiền Thông dụng nhất là than hoạt tính (hấp thụđược nhiều chất hữu cơ).

 Nhược điểm

− Khi hoàn nguyên chất hấp thụ sẽ sinh ra các trường hợp ô nhiễm thứ cấp (nếu chất ônhiễm hoàn toàn là chất độc hại nguy hiểm cần thải bỏ hay có giá trị kinh tế không caokhông cần tái sử dụng) Trường hợp chất hấp phụ có giá thành rẻ, dễ kiếm cóthểbỏnóđi.Không hiệu quả khi dòng khí ô nhiễm chứa cả bụi lẫn chất ô nhiễm thể hơi hay khí vì bụi

dễ gây nên tắc thiết bị và làm giảm hoạt tính hấp phụ của chất hấp phụ (nếu muốn sửdụng ta phải lọc bụi trước khi cho dòng khí vào thiết bị hấp phụ)

− Hiệu quả hấp phụ kém nếu nhiệt độ khí thải quá cao

− Với các chất khí bị hấp phụ có khả năng bắt cháy cao, việc tiến hành hấp phụ bằng dòngkhí có nhiệt độ cao cũng sẽ vấp phải nguy cơ cháy tháp hấp phụ

− Cường độ hấp phụ thấp do vận tốc dòng khí thấp do vận tốc khí nhỏ và không có sự xáotrộn mãnh liệt

− Cấu tạo đơn giản

− Công nghệ tiên tiến, hiệu suất cao

− Trở lực trong tháp không lớn lắm

− Có thể làm việc với tỉ trọng của khí, khá ổn định

− Khó làm việc được với chất lỏng bẩn

− Tháp đệm khó chế tạo được ở kích thước lớn ở quy mô công nghiệp

Hình 2 2 Sơ đồ cấu tạo tháp đĩa

2.3.2 Tháp đệm

− Cấu tạo: Thân tháp rỗng và bên trong tháp được đổ đầy đệm làm từ các vật liệu khác nhau(gỗ,nhựa, kim loại, gốm, …) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lòxo…); lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng vào ra

− Nguyên tắc hoạt động: Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra

bề mặt ướt của lớp vật liệu đệm cho dòng khí từ dưới đi lên

 Ưu điểm

− Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao

− Cấu tạo đơn giản

− Trở lực trong tháp; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/ quá độ) nhỏ

− Giới hạn làm việc tương đối rộng

− Có tính năng chịu ăn mòn cao

− Rẻ tiền, dễ kiếm

 Nhược điểm

− Khó làm ướt đều đệm

− Nếu tháp quá cao thì chất lỏng không phân bố đều

− Kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều

Hình 2 3 Sơ đồ cấu tạo tháp đệm

Hình 2 4 Các loại vật liệu đệm

2.3.3 Tháp mâm

− Nguyên lý hoạt động: Tháp hình trụ thẳng đứng, trong có gắn các mâm có cấu tạo khácnhau, trên đó pha lỏng và pha khí được cho tiếp xúc với nhau Chất lỏng đi vào tháp ở

đỉnh hoặc tại một mâm thích hợp và chảy xuống nhờ trọng lực qua mỗi mâm bằng ốngchảy chuyền Pha khí đi từ dưới lên qua mỗi mâm nhờ các khe hở do cấu tạo của mâm tạonên.

 Ưu điểm

− Có thể sử dụng cho cả quá trình chưng cất lẫn hấp thụ

− Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lượng hơi

 Nhược điểm

− Khi vận tốc khí lớn có thể gây nên sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trong dòng hơi từmâm dưới lên mâm trên làm giải sự biến đổi nồng độ tạo nên bởi quá trình truyền khối,làm giảm hiệu suất

− Ngoài ra còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nén khí cho tháp

Hình 2 5 Sơ đồ cấu tạo tháp mâm

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG

NHIỆT VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

t1 = 25 là nhiệt độ nước đi vào hệ thống

Có p = 5 at, tra bảng Nhiệt độ sôi của nước ở các áp suất khác nhau được t2 = 151,11

Có tTB = = = 88,055  tra bảng ta được r = 2.662,57 kJ/kg

Có tTB = 88,055 và p = 5 at, tra bảng Nhiệt dung riêng của nước và hơi nước ở 0-500 o C

được c = 1,006 là nhiệt dung riêng của nước

3.1.2 Nhiệt trị của dầu FO

Nhiệt trị thấp của FO được xác định theo công thức D.I.Mendeleev:

Qt d = 339C d + 1256H d – 108,8(O d – S d ) – 25,1(W d + 9H d ) (kJ/kg)

Với Cd, Hd, Sd, Wd, Od, Nd là thành phần % cacbon, hydro, oxy, lưu quỳnh, nước trongdầu.

Trong đó, thành phần của dầu FO (%) là:

Thàn h phần

C H O N S W A

Giá trị (%)

83,4

10

0,2

0,2

2,

0,3

100

 Qtd = 33983,4 + 125610 – 108,8(0,2 – 2.9) – 25,1(3 + 910)

= 38.792,06 (kJ/kg)

3.1.3 Lương nhiên liệu cần tìm

Ta có : = Q t d  = = = 338,39 (kg/h)

3.1.4 Lượng khí thải ra trong quá trình đốt nguyên liệu

Lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy:

3.1.5 Lượng khói thải và tải lượng chất ô nhiễm trong khói thải

Lượng khói (SPC) ở điều kiện chuẩn:

L C = = = 1,1196 (m3/s) = 4.030 (m3/h)

Lượng khói (SPC) ở điều kiện thực tế tkhóioC:

3.2.1 Thông số đầu vào

Nguồn khói thải từ lò hơi có các thông số sau:

Lưu lượng khí: 9100 m3/h

Nồng độ SO 2: 2200 mg/m3

Nhiệt độ khói thải: 220oC

Áp suất lò hơi: 5at

 Áp dụng QCVN 19: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của SO2 được tính theo côngthức sau:

C max = C K p K v

Trong đó:

Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2 ( mg/Nm3)

C là nồng độ của SO2 quy định tại mục 2.2 (mg/Nm3)

Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3

Kv là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4

− Nồng độ SO2 trong khói thải lò hơi theo đề bài là 2200 mg/m3

− Đối với nồng độ cao, ta có thể áp dụng phương pháp hấp thụ SO2 bằng nước hoặc bằngcác dung dịch hấp thụ có chứa Natri như NaOH và Na2CO3

− Tuy nhiên, khí SO2 có độ hòa tan trong nước khá thấp nên thường phải dùng một lượngnước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn, cồng kềnh Mặt khác, để tách SO2

khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 100oC nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệtlớn

− NaOH và Na2CO3 là các chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh, có thể xử lý SO2 ở bất kỳnồng độ nào Do đó, dung dịch hấp thụ lựa chọn cho quy trình công nghệ là dung dịchNaOH (pha loãng với nước)