Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân

6 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ KHÍ ĐỘC VÀ THIẾT BỊ HẤP THỤ HƠI AXÍT XƯỞNG ĐIỆN PHÂN .... Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.. Mục tiêu của đề tà

Cơ quan chủ trì đề tài: VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

Chủ nhiệm đề tài: Th.S VŨ QUANG HUY

9094

Hµ néi - 2011

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 3

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 5

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ KHÍ ĐỘC VÀ THIẾT BỊ HẤP THỤ HƠI AXÍT XƯỞNG ĐIỆN PHÂN 7

1.1 Tổng quan về các chất, khí thải độc hại xưởng điện phân: 7

1.2 Khảo sát mức độ bốc hơi độc của xưởng điện phân kim loại: 8

1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm không khí xưởng điện phân kim loại: 8

1.2.2 Khảo sát mức độ bốc hơi độc của bể điện phân kim loại: 10

1.3 Các thiết bị hấp thụ hơi axít: 11

1.3.1.Tháp rỗng: 11

1.3.3.Tháp mâm: 14

1.3.4.Tháp màng: 16

1.4 Kết luận chương 1: 17

CHƯƠNG 2:LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HẤP THỤ HƠI AXÍT XƯỞNG ĐIỆN PHÂN 19

2.1 Giới thiệu: 19

2.1.1 Tính chất: 19

2.1.2 Tác hại: 20

2.1.3 Ứng dụng: 21

2.1.4 Ý nghĩa môi trường: 22

2.2 Các phương pháp hấp thụ SO 2 : 22

2.2.1 Hấp thụ SO 2 bằng nước: 22

2.2.2 Hấp thụ bằng đá vôi (CaCO 3 ), vôi nung CaO hoặc vôi sữa (Ca(OH) 2 ):23 2.2.3 Hấp thụ SO 2 bằng NH 3 : 24

2.2.4 Hấp thụ SO 2 bằng MgO: 25

2.2.5 Hấp thụ SO 2 bằng ZnO: 26

2.2.6 Xử lý SO 2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ: 27

2.2.7 Xử lý SO 2 bằng natri cacbonat: 27

2.2.8 Xử lý SO 2 bằng các chất hấp phụ thể rắn: 27

2.3 Tính toán, thiết kế thiết bị hấp thụ - Tháp hấp thụ SO 2 : 30

2.3.1 Sơ đồ công nghệ: 30

2.3.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ: 30

2.3.3 Tính toán thiết kế: 31

2.4.Thiết kế Tháp hấp thụ 51

2.5 Kết luận chương 2: 52

CHƯƠNG 3 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THÁP HẤP THỤ 53

3.1 Phân tích đặc tính công nghệ trong kết cấu Tháp hấp thụ: 53

3.2 Xác định dạng sản xuất: 53

3.3 Lựa chọn phương pháp chế tạo: 54

3.4 Lập quy trình chế tạo: 54

3.5 Lựa chọn máy gia công: 59

CHƯƠNG 4:HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THÁP HẤP THỤ 60

4.1 Mô tả hệ thống thiết bị: 60

4.2 Hướng dẫn sử dụng: 61

4.2.1 Quy định chung:: 61

4.2.2 Kiểm tra thiết bị trước khi vận hành:: 61

4.2.3 An toàn khi vận hành: 61

4.2.4 Trình tự vận hành: 62

4.2.5 Những hỏng hóc thường gặp và cách sửa chữa: 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

LỜI CẢM ƠN 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 67

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1 Tên đề tài:

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân

2 Cơ sở pháp lý của đề tài:

- Quyết định số 6878 /QĐ – BCT, ngày 29 tháng 12 năm 2010 về việc đặt hàng thực hiện các nhiệm vụ KHCN năm 2011 của Bộ Trưởng Bộ Công Thương

- Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 164.11 RD/HĐ-KHCN ngày 26 tháng 04 năm

NOx, SO, SO2, và các khí độc hại khác thải vào không quyển

3.2 Mục tiêu của đề tài:

Làm chủ thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ hơi axit xưởng điện phân, ứng dụng vào việc xử lý độc trong cơ sở sản xuất

4 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu:

4.1 Đối tượng:

Thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân

4.2 Phạm vi nghiên cứu:

-Nghiên cứu tổng quan về thiết bị hấp thụ hơi axit

-Khảo sát chế độ làm việc, nguyên lý hoạt động của thiết bị hấp thụ hơi axit -Tính toán thiết kế thiết bị hấp thụ hơi axit xưởng điện phân

-Lập quy trình công nghệ chế tạo tháp hấp thụ

-Lập hướng dẫn sử dụng tháp hấp thụ

-Chế tạo 01 tháp hấp thụ

-Lắp đặt chạy thử, khảo nghiệm

-Viết báo cáo tổng kết

4.3 Phương pháp nghiên cứu:

- Thu thập tài liệu lý thuyết

- Khảo sát, đo đạc số liệu thực tế

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

chuyên môn Cơ quan công tác

1 Vũ Quang Huy Thạc sỹ kỹ thuật Viện Nghiên cứu Cơ khí

2 Nguyễn Văn Bình Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí

3 Mai Quý Sáng Thạc sỹ kỹ thuật Viện Nghiên cứu Cơ khí

4 Đỗ Thái Cường Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí

5 Bùi Khắc Dũng Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí

6 Nguyễn Mạnh Cường Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí

LỜI NÓI ĐẦU

Các cơ sở sản xuất công nghiệp là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm không khí nói riêng cho thấy nguồn ô nhiễm từ các hoạt động sản xuất công nghiệp là rất đáng kể, góp phần làm trầm trọng thêm tình trạng

ô nhiễm không khí Quá trình tăng trưởng và phát triển gây nên những khu vực bị ỗ nhiễm cục bộ, những vùng đất bị sa mạc hoá, những khu vực bụi, chất độc hại và tiếng

ồn vượt quy định nhiều lần, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, gây nhiều bệnh tật nan

y cho người lao động trong khu công nghiệp và dân cư xung quanh

Hiện nay việc quản lý môi trường tại các khu công nghiệp trên cả nước mới chỉ chú trọng về quản lý nước thải công nghiệp Chúng ta cần có sự quan tâm hơn trong việc giải quyết bài toán quản lý môi trường toàn diện, bao gồm cả chất thải rắn và khí thải công nghiệp, trong đó có nhiệm vụ làm sạch khí thải các nhà máy điện phân kim loại Nếu không có biện pháp kịp thời thì môi trường không khí xung quanh các nhà máy, các khu công nghiệp sẽ đứng trước nguy cơ bị xấu đi trầm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của người dân

Trong các cơ sở công nghiệp tiêu thụ nhiều năng lượng, bài toán giảm phát thải ô nhiễm môi trường thường gắn liền với bài toán hiệu quả năng lượng Theo đó, quan trắc,

đo lường, giám sát môi trường trong một cơ sở công nghiệp chính là quan trắc, đo lường, giám sát quá trình công nghệ để giảm bụi, giảm các loại khí thải như CO, CO2,

NOx, SO, SO2, và các khí độc hại khác thải vào không quyển

Xuất phát từ thực tế trên, Viện Nghiên cứu Cơ khí đã đề xuất và được Bộ Công

Thương chấp thuận đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân”

Trong công tác triển khai nghiên cứu do còn hạn chế nhóm đề tài mong được sự đóng góp từ các nhà khoa học và độc giả quan tâm đến vấn đề này để đề tài đạt kết quả cao hơn

Nhóm đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ ĐỘC VÀ THIẾT BỊ HẤP THỤ HƠI AXÍT

XƯỞNG ĐIỆN PHÂN 1.1 Tổng quan về các chất, khí thải độc hại xưởng điện phân:

Trong các cơ sở công nghiệp tiêu thụ nhiều năng lượng, bài toán giảm phát thải ô nhiễm môi trường thường gắn liền với bài toán hiệu quả năng lượng Theo đó, quan trắc,

đo lường, giám sát môi trường trong một cơ sở công nghiệp chính là quan trắc, đo lường, giám sát quá trình công nghệ để giảm bụi, giảm các loại khí thải như CO, CO2,

NOx, SO, SO2, và các khí độc hại khác thải vào không quyển

Quá trình bụi và phát tán khí độc là trong không khí là quá trình phức tạp chịu ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường Do vậy việc tính toán, xây dựng mô hình phát tán bụi và khí độc là một trong những bài toán khó khăn với các nhà khoa học từ trước đến nay

Trên thực tế có rất nhiều nguồn thải công nghiệp có thành phần phát thải vô cùng phức tạp, như trong các nhà máy hóa chất, nhà máy điện phân kẽm, cơ sở sản xuất sơn v.v các khí thải ra rất phức tạp và độc hại Để kiểm soát được các nguồn thải này đòi hỏi phải có những nghiên cứu cụ thể về tính chất phát thải, các giải pháp khắc phục, biện pháp xử lý ngay tại nguồn thải, vì những khí thải độc có thể ngây tác động ngay lập tức cho sức khỏe người lao động, tác động nghiêm trọng tại khu vực dân cư và môi trường xung quanh

Các chất độc hại đối với sức khoẻ của con người còn mang tên là độc tố công nghiệp, trong đó kể cả bụi độc Các chất được coi là độc hại nếu như một số lượng không lớn của nó rơi vào cơ thể con người thì người sẽ bị nhiễm độc và gây bệnh tật Sự nhiễm độc có thể ngay lập tức hoặc sau một thời gian Sự nhiễm độc tức thời xảy ra do

sự thâm nhập vào cơ thể người một số lượng độc tố tương đối lớn trong khoản thời gian ngắn Sự nhiễm độc dần dần xảy ra do sự thâm nhập vào cơ thể một số lượng độc không lớn trong khoảng thời gian dài Trong những điều kiện sản xuất các độc tố có thể thâm nhập vào cơ thể người qua cơ quan hô hấp, qua da và qua con đường ăn uống

Những hơi và khí của các chất độc hại được chia làm hai nhóm chính:

Nhóm 1: Những khí và hơi hoá học không gây phản ứng

Những chất khí và hơi này không tham gia vào phản ứng với các tế bào của cơ thể con người và bản thân chúng cũng không bị thay đổi trong cơ thể con người

Nhóm 2: Các chất khí và hơi hóa học có tham gia phản ứng với các tế bào trong cơ thể người

Tính độc hại của các chất phụ thuộc vào cấu trúc hoá học của nó, những tính chất vật lý và trạng thái của hỗn hợp

Những khí và hơi của các chất độc hại được tách ra vào không khí của các xưởng sản xuất do các phản ứng hoá học, do sự bay hơi của dung dịch từ các bề mặt thoáng, sự bay hơi của axít và hoá chất khác từ các bể điện phân kim loại, bể mạ, sự rò rỉ qua các khe hở của thiết bị và ống dẫn, sự cháy của nhiên liệu, sự xả khí từ các động cơ đốt trong của ô tô, sự thải bỏ các mẫu thử từ các thiết bị hoá học, sự chất tải, dỡ tải vật liệu

và thành phẩm từ các thiết bị và một số trường hợp khác

Thống kê một cách không đầy đủ chúng ta có thể xác định các nguồn gây ô nhiễm không khí chủ yếu sau:

- Khối từ các nguồn đốt nhiên liệu

- Khí thải từ công nghiệp luyện kim

- Khí thải từ công nghiệp hoá chất

- Khí thải chứa các chất gây ô nhiễm dạng hạt

- Khí thải từ các nhá máy gia công bề mặt kim loại, các nhà máy sản xuất kim loại bằng điện phân

Các nhà máy này tạo ra khí thải với chất ô nhiễm là bụi, khí HCl, khí NH3, khí

SO2, hơi H2SO4…

1.2 Khảo sát mức độ bốc hơi độc của xưởng điện phân kim loại:

1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm không khí xưởng điện phân kim loại:

Khảo sát thực tế tại nhà máy điện phân kim loại Công ty luyện kim màu Thái Nguyên: Nhà máy kẽm điện phân được xác định là đơn vị gây ô nhiễm lớn nhất do cả nguồn nước thải sinh hoạt và nguồn nước thải sản xuất đều không đảm bảo Kết quả phân tích mức độ ô nhiễm trong nguồn nước thải sản xuất của Nhà máy kẽm điện phân mang tính axit và hàm lượng kim loại nặng cao: Cd vượt 2,92 lần, Mn vượt 3,03 lần, Zn vượt 112,85 lần so với tiêu chuẩn cho phép Các loại kim loại cực kì độc hại Pb, Cr được xả thẳng ra môi trường cũng có xuất xứ từ đây

Ngoài ra Nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên còn là nguyên nhân chính dẫn

đến tình trạng ô nhiễm bầu không khí trong khu công nghiệp bởi hàm lượng khí SO2 xả

ra môi trường lên tới 0,13 mg/m3 vượt gấp 4 lần tiêu chuẩn cho phép và hàm lượng

H2SO4 là 7,6 mg/m3 gấp 25 lần tiêu chuẩn cho phép Chính nồng độ hơi H2SO4 và SO2

của Nhà máy kẽm điện phân đã khiến cho môi trường xung quanh nhà máy bị tàn phá,

những cư dân nơi đây có dấu hiệu xuất hiện các bệnh về phổi

Mức độ ô nhiễm của hơi H2SO4, SO3, SO2 cao và tỉ trọng của các hơi và khí

này đều nặng hơn không khí, làm cho bầu không khí trong phân xưởng điện phân có

dạng sương mù Ảnh hưởng trực tiếp tới điều kiện làm việc của công nhân nơi đây Hiện

tại do chưa có hệ thống thông gió và xử lý khí độc cho hệ thống các bể điện phân kim

loại nên công nhân thao tác tại các bể điện phân: khi lắp, bóc dỡ tấm kẽm, kiểm tra điện

cực phải dùng mặt nạ phòng độc

Bảng 1-1:Kết quả phân tích nồng độ hơi độc tại các phân xưởng nhà máy điện

phân kẽm (Nguồn từ Trung tâm y tế môi trường Bộ Công Nghiệp cho kết quả phân

Giữa nhà nồi hơi 1.25 985 2.8 1.75

1.2.2 Khảo sát mức độ bốc hơi độc của bể điện phân kim loại:

- Tại phân xưởng điện phân kẽm sử dụng 64 bể điện phân bố trí trên mặt bằng

phân xưởng 800 m2 Các bể điện phân được bố trí thành hai dãy, mỗi dãy có 32 bể đặt

liền nhau Phân xưởng điện phân hoạt động 3 ca cho năng suất 30 T kẽm/ngày

- Trong mỗi bể điện phân có:

+ Dung dịch điện phân: (g/l)

H2SO4 : 130 ÷ 140 g/l ZnO : 35 ÷ 45 g/l Giêlatin: 1 ÷ 2 g/l + Bể điện phân sử dụng điện cực

Điện cực dương: hợp kim pb-Cu Điện cực âm: Nhôm

+ Quá trình điện phân sử dụng dòng điện Điện : 3,2V D = 4,3 A/dm3+ Nhiệt độ bể điện phân T = 28 ÷ 300C

+ Kích thước bản điện cực 1060x640 mm

+ Kích thước bể điện phân: 2920x980x1500 = 4292 dm3 + Thể tích dung dịch:

Vd/d = 2800x740x1380 = 2859 dm3 + Mỗi bể có 38,5 cực âm và 39 tấm cực dương (S2 mặt = 1,3dm2)

Quá trình điện phân kẽm bằng dung dịch ZnSO4 và H2SO4 sẽ thoát ra các khí

Vậy dSO2 = 2,2 lần dSO3 = 2,76 lần dH2SO4 = 3,38 lần

Các khí này khi bay khỏi bể điện phân không bốc hơi đi mà lơ lửng tại phân xưởng gây ảnh hưởng trực tiếp đến công nhân làm việc tại đây Các chất khí này có tính axít, độc hại, khi hít phải khí các khí này ảnh hưởng đến hoạt động của phổi, ngoài ra nó còn ảnh hưởng tới các thiết bị xung quanh như kết cấu thép nhà xưởng, các thiết bị kim loại … do đó cần được xử lý để bảo vệ con người và các thiết bị xung quanh

1.3 Các thiết bị hấp thụ hơi axít:

1.3.1.Tháp rỗng:

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

Hình 1-1: Tháp rỗng

1.3.2.Tháp đệm:

Cấu tạo gồm: thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau (gỗ, nhựa,

kim loại, gốm, ) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo, ); lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng vào ra

Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộ phận phân phối dạng: lưới phân phối (lỏng đi trong ống – khí ngoài ống; lỏng và khí đi trong cùng ống); màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu, khe); bánh xe quay (ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ)

Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề dày δ Đối với đệm trụ, h = d chứa được nhiều phần tử nhất trong 1 đơn vị thể tích

Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a (m2/m3); thể tích

tự do ε (m3/m3); đường kính tương đương d (tđ) = 4r(thủy lực) = 4.S/n = 4 ε/a; tiết diện

tự do S (m2/m3)

Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích tự do và và tiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí khi ε và S lớn; khối lượng riêng nhỏ; phân phối đều lỏng; có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm Để làm việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có khối lượng riêng nhỏ

Hình 1-2: Tháp đệm

Nguyên lý hoạt động:

Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng màng nên bề mặt tiếp xúc pha là

bề mặt thấm ướt của đệm

Tháp đệm làm việc ngược chiều có các chế độ thủy động lực sau:

+ Chế độ màng OA: khi mật độ tưới không lớn, tốc độ khí nhỏ, chất lỏng chảy thành màng theo bề mặt đệm, khí đi ở khe giữa các màng

+ Chế độ hãm AB: từ A tăng tốc độ khí sẽ làm tăng ma sát của dòngkhí với bề mặt lỏng và kìm hãm sự chảy của màng lỏng, lượng lỏng giữ lại trong đệm tăng Khi tăng tốc độ khí làm tăng xoáy đảo màng lỏng trên đệm nên tăng cường quá trình truyền khối

+ Chế độ nhũ tương BC: Khí-lỏng tạo thành hệ nhũ tương không bền 2 pha liên tục-gián đoạn của khí-lỏng đổi vai trò cho nhau liên tục, làm tăng bề mặt tiếp xúc pha và cường độ truyền khối lên cực đại, đồng thời trở lực thủy lực cũng tăng nhanh; chế độ này duy trì rất khó mặc dù cường độ truyền khối lớn

+ Chế độ cuốn theo: quá giới hạn sặc, nếu tăng tốc độ khí, toàn bộ chất lỏng sẽ bị giữ lại trong tháp và cuốn ngược trở ra theo dòng khí

Hiệu ứng thành thiết bị (channeling effect): Chất lỏng có xu hướng chảy từ tâm ra thành thiết bị, gây giảm hiệu suất do tiếp xúc pha kém Khắc phục bằng cách:

+ Nếu chiều cao đệm lớn hơn 5 lần đường kính đệm thì chia đệm thành từng đoạn; giữa các đoạn đệm đặt bộ phận phân phối lại chất lỏng

+ Chọn d/Φ = đường kính đệm/đường kính tháp = 1/15 – 1/8

+ Xếp đệm: nếu d < 50mm: đổ lộn xộn, d > 50mm: xếp thứ tự

+ Tưới lỏng và phun khí ngay từ đầu

Ưu – nhược điểm - ứng dụng:

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ) nhỏ Nhược điểm: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó thấm

1.3.3.Tháp mâm:

Cấu tạo: Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt các

tấm ngăn (đĩa) cách nhau một khoảng nhất định Trên mỗi đĩa hai pha chuyển động ngược hoặc chéo chiều:lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên hoặc xuyên qua chất lỏng chảy ngang; ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là đĩa.Tùy

thuộc cấu tạo của đĩa chất lỏng trên đĩa có thể là khuấy lý tưởng hay là dòng chảy qua

Hình 1-3: Tháp mâm

Tháp đĩa có ống chảy chuyền: bao gồm tháp đĩa, chóp, lỗ, xupap, lưới, Trên đĩa

có cấu tạo đặc biệt để lỏng đi từ đĩa trên xuống đĩa dưới theo đường riêng gọi là ống chảy chuyền, đĩa cuối cùng ống chảy chuyền ngập sâu trong khối chất lỏng đáy tháp tạo thành van thủy lực ngăn không cho khí (hơi hay lỏng) đi theo ống lên đĩa trên

Hình 1-4: Nguyên lý hoạt động của tháp mâm

Pha khí (hơi hay lỏng) xuyên qua các lỗ, khe chóp, khe lưới,hay khe xupap sục vào pha lỏng trên đĩa Để phân phối đều chất lỏng người ta dùng tấm ngăn điều chỉnh chiều cao mức chất lỏng trên đĩa

Tháp đĩa không có ống chảy chuyền: khi đó khí (hơi hay lỏng) và lỏng đi qua

cùng một lỗ trên đĩa

Ưu – nhược điểm và ứng dụng:

Tháp đĩa lỗ: ưu điểm là kết cấu khá đơn giản, trở lực tương đối thấp, hiệu suất khá cao

Tuy nhiên không làm việc được với chất lỏng bẩn, khoảng làm việc hẹp hơn tháp chop (về lưu lượng khí)

Tháp chóp: có thể làm việc với tỉ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh, khá ổn định Song

có trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế tạo, kết cấu phức tạp Nói chung tháp chop có hiệu suất cao hơn tháp đĩa lỗ

Tháp xupap: dùng trong chưng cất dầu mỏ

1.3.4.Tháp màng:

Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt chất lỏng chảy thành màng theo bề mặt vật rắn

thường là thẳng đứng Bề mặt vật rắn có thể là ống, tấm song song hoặc đệm tấm

1.3.4.1 Tháp màng dạng ống:

Có cấu tạo tương tự thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, gồm có ống tạo màng được giữ bằng hai vĩ ống ở hai đầu, khoảng không giữa ống và vỏ thiết bị để tách khi cần thiết Chất lỏng chảy thành màng theo thành ống từ trên xuống, chất khí (hơi) đi theo khoảng không gian trong màng chất lỏng từ dưới lên

1.3.4.2 Tháp màng dạng tấm phẳng:

Hình 1-5: Tháp màng tấm phẳng

Các tấm đệm đặt ở dạng thẳng đứng được làm từ những vật liệu khác nhau (kim loại, nhựa, vải căng treo trên khung ) đặt trong thân hình trụ Để đảm bảo thấm ướt đều chất lỏng từ cả 2 phía tấm đệm ta dùng dụng cụ phân phối đặc biệt có cấu tạo răng cưa

1.3.4.3 Tháp màng dạng ống khi lỏng và khí đi cùng chiều:

Cũng có cấu tạo từ các ống cố định trên 2 vỉ, khí đi qua thân gồm các ống phân phối tương ứng đặt đồng trục với ống tạo màng Chất lỏng đi vào ống tạo màng qua khe giữa 2 ống Khi tốc độ khí lớn sẽ kéo theo chất lỏng từ dưới lên chuyển động dưới dạng màng theo thành ống tạo màng Khi cần tách nhiệt có thể cho tác nhân lạnh đi vào

khoảng không gian giữa vỏ và ống Để nâng cao hiệu suất người ta dùng thiết bị nhiều bậc giống nhau

Thủy động lực trong thiết bị dạng màng:

+ Khi Re < 300 – chảy màng , bề mặt pha nhẵn trơn

+ Khi 300 < Re < 1600 – chảy màng bắt đầu có gợn sóng

+ Khi Re > 1600 – chảy rối

Khi có dòng khí chuyển động ngược chiều sẽ ảnh hưởng lớn đến chế độ chảy của màng Khi đó, do lực ma sát giữa khí và lỏng sẽ có cản trở mạnh của dòng khí làm bề dày màng tăng lên, trở lực dòng khí tăng Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí sẽ dẫn đến cân bằng giữa trọng lực của màng lỏng và lực ma sát và dẫn đến chế độ sặc (nhiều khi pha khí chỉ 3-6m/s đã xảy ra sặc) Khi tốc độ vượt qua tốc độ sặc sẽ làm kéo chất lỏng theo pha khí ra ngoài

Ưu và nhược điểm của tháp màng:

- Năng suất theo pha lỏng nhỏ

- Cấu tạo phức tạp, khi vận hŕnh dễ bị sặc

Ứng dụng:

- Trong phòng thí nghiệm

- Trong trường hợp có năng suất thấp

- Trong những hệ thống cần trở lực thấp (hệ thống hút chân không, )

lần, Mn vượt 3,03 lần, Zn vượt 112,85 lần so với tiêu chuẩn cho phép Các loại kim loại cực kì độc hại Pb, Cr được xả thẳng ra môi trường cũng có xuất xứ từ đây Ngoài ra Nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên còn là nguyên nhân chính đến tình trạng ô nhiễm bầu không khí trong khu công nghiệp bởi hàm lượng khí SO2 xả ra môi trường lên tới 0,13 mg/m3 vượt gấp 4 lần tiêu chuẩn cho phép và hàm lượng H2SO4 là 7,6 mg/m3 gấp 25 lần tiêu chuẩn cho phép Chính nồng độ hơi H2SO4 và SO2 của Nhà máy kẽm điện phân đã khiến cho môi trường xung quanh nhà máy bị tàn phá

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HẤP THỤ

HƠI AXÍT XƯỞNG ĐIỆN PHÂN 2.1 Giới thiệu:

Sunfua dioxit là một hợp chất hóa học có công thức SO2 Chất khí quan trọng này

là sản phẩm chính của sự đốt cháy hợp chất lưu huỳnh và nó là một mối lo môi trường đáng kể SO2 thường được mô tả là "mùi hôi của lưu huỳnh bị đốt cháy" Nó là sản phẩm tạo thành trong quá trình núi lửa hoạt động và một số hoạt động công nghiệp khác nhau

SO2 là loại chất ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp cũng như trong sinh hoạt của con người Nguồn phát thải SO2 chủ yếu là từ Các trung tâm nhiệt điện, các loại lò nung, lò hơi khi đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt có chứa lưu huỳnh hoặc các hợp chất lưu huỳnh

Ngoài ra, một số công đoạn sản xuất trong công nghiệp hóa chất, luyện kim, cũng thải vào bầu khí quyển một lương SO2 đáng kể Trên thế giới hàng năm tiêu thụ gần 2 tỷ tấn than đá các loại và gần 1 tỷ tấn dầu mỏ Khi thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu trung bình chiếm 1% thì lượng khí SO2 thải vào khí quyển là 60 triệu tấn/năm Đó là chưa kể lượng SO2 thải ra từ các ngành công nghiệp khác

Nó có khả năng làm mất màu dung dịch Brom và làm mất màu cánh hoa hồng

SO2 tan trong nước tạo thành axit yếu

SO2 khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác động của nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO3 nhờ oxy có trong không khí Khi gặp H2O, SO3 kết hợp với nước tạo thành

H2SO4 Đây chính là nguyên nhân tạo ra các cơn mưa acid mưa axit ăn mòn các công trình, làm cho thực vật, động vật bị chết hoặc chậm phát triển, biến đất đai thành vùng hoang mạc Khí SO2 gây ra các bệnh viêm phổi, mắt, da Nếu H2SO4 có trong nước mưa với nồng độ cao làm bỏng da người hay làm mục nát quần áo

Đối với con người:

SO2 và hợp chất của SO2 là những chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật cơ trơn của khí quản Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản Khi tiếp xúc với mắt chúng có thể tạo thành axit

SOx có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt Và cuối cùng chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn Khi tiếp xúc với bụi, SOx có thể tạo ra các hạt axit nhỏ, các hạt này có thể xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 µm

SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể của người qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, amoniac bị thoát qua đường tiểu

và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt Hầu hết dân cư sống quanh khu vực nhà máy có nồng độ SO2, SO3 cao đều mắc bệnh đường hô hấp Nếu hít phải SO2 ở nồng độ cao có thể gây tử vong

Đối với thực vật:

SOx bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric là tác nhân chính gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển thực vật Khi tiếp xúc với môi trường có chứa hàm lượng SO2 từ 1 - 2ppm trong vài giờ có thể gây tổn thương lá cây Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa y, hàm lượng 0,15 - 0,30 ppm có thể gây độc tính cấp

Đối với các công trình kiến trúc:

Sự có mặt của SOx trong không khí ẩm tạo thành axit là tác nhân gây ăn mòn kim loại, bê-tông và các công trình kiến trúc SOx làm hư hỏng, làm thay đổi tính năng vật

lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôi, đá hoa, đá cẩm thạch; phá hoại các tác phẩm điêu khắc, tượng đài Sắt, thép và các kim loại khác ở trong môi trường khí

ẩm, nóng và bị nhiễm SOx thì bị han gỉ rất nhanh SOx cũng làm hư hỏng và giảm tuổi thọ các sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da và giấy

Khí SO2 được sử dụng trong nghành công nghiệp chế biến rượu vang Tuy tỷ lệ rất ít, đóng vai trò như một chất kháng khuẩn và chống oxy hóa Tùy từng quốc gia, có thể cho phép nồng độ SO2 trong rượu ở một mức độ nhất định Ở Mỹ là 350 ppm, EU là

160 ppm và 210 ppm đối với rượu vang đỏ và trắng, hồng Ở nồng độ thấp dưới 50 ppm SO2 không ảnh hưởng đén mùi vị của rượu, nhưng nếu nồng độ cao hơn, nó cũng tạo ra một hương vị khác

SO2 còn được dùng trong quá trình vệ sinh thiết bị trong các nhà máy sản xuất rượu

Chống nấm mốc

Làm tác nhân khử: Điôxít lưu huỳnh cũng là một chất khử Trong nước, sulfur dioxide có thể làm phai màu, cho nên nó thường được sử dụng để làm chất tẩy quần áo, tẩy trắng giấy, bột giấy Ngoài ra, nó còn được sử dụng để xử lý nước thải

Làm thuốc thử và dung môi trong các phòng thí nghiệm: Lưu huỳnh dioxit là một dung môi trơ đa năng đã được sử dụng rộng rãi cho các muối hòa tan oxy hóa cao Nó cũng đôi khi được sử dụng như là một nguồn của nhóm sulfonyl trong tổng hợp hữu cơ

2.1.4 Ý nghĩa môi trường:

Vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO2 từ lâu đã trở thành mối hiểm họa của nhiều quốc gia, nhất là các nước phát triển trên thế giới Vì những lý do nêu trên, công nghệ xử lý khí SO2 trong khí thải công nghiệp đã được nghiên cứu rất sớm và phát triển mạnh mẽ

Ngoài tác dụng làm sạch bầu khí quyển, bảo vệ môi trường, xử lý khí SO2 còn có

ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO2 thu hồi được từ khí thải là nguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit Sunfuric (H2SO4) và lưu huỳnh nguyên chất

2.2 Các phương pháp hấp thụ SO 2 :

2.2.1 Hấp thụ SO 2 bằng nước:

Hấp thụ SO2 bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại

bỏ khí SO2 trong khí thải

Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nước bao gồm 2 giai đoạn:

Hấp thụ SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng ) có tưới nước – scrubo

Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 nếu cần và nước sạch Quá trình diễn ra theo phản ứng sau:

SO2 + H2O ↔ H+ + HSO3-

Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp Còn để giải thoát khí SO2khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao Cụ thể là ở nhiệt độ 1000C thì SO2 bốc ra một cách hoàn toàn và trong không khí thoát ra có lẫn cả hơi nước Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thu được SO2 với độ đậm đặc khoảng 100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric

Để giải hấp cần thụ cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức phải có một nguồn cấp nhiệt (hơi nước) công suất lớn, đó là một khó khăn Ngoài ra để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nước xuống gần 100C – tức phải cần đến nguồn cấp lạnh Đó cũng là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém

Từ những nhược điểm nói trên, phương pháp khí SO2 bằng nước chỉ áp dụng được khi:

- Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tương đối cao

- Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ

- Có sẵn nguồn cấp lạnh

- Có thể xả được nước có ít nhiều axit ra sông ngòi

Trường hợp khí thải giàu SO2 như trong công đoạn nấu quặng sunfua kim loại của công nghiệp luyện kim (nồng độ SO2 trong khí thải có thể đạt 2 ÷ 12%) Người ta có thể xử lý bằng nước kết hợp vớii quá trình oxy hóa SO2 bằng chất xúc tác vanadi (V)

Quá trình cũng được thực hiện thành hai giai đoạn:

Khí SO2 kết hợp với oxy nhờ sự có mặt của chất xúc tác vanadi để biến thành anhidrit sunfuric (SO3), phản ứng này có tỏa nhiệt và xảy ra càng mạnh ở nhiệt độ càng thấp, do đó cần thực hiện quá trình này qua nhiều tầng xúc tác, sau mỗi tầng đều được làm nguội

Dùng nước tưới trong scruber để anhidrit sunfuric kết hợp với nước tạo thành axit sunfuric (H2SO4)

2.2.2 Hấp thụ bằng đá vôi (CaCO 3 ), vôi nung CaO hoặc vôi sữa (Ca(OH) 2 ):

Xử lý SO2 bằng vôi là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp

vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi

Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:

CaCO3 + SO2 ÆCaCO3 + CO2

CaO + SO2 Æ CaSO3

2CaSO3 + O2 Æ 2CaSO4

Hình 2-1: Sơ đồ hệ thống xử lý SO 2 bằng CaCO 3 và CaO

1-Tháp hấp thụ, 2- bộ phận tách tinh thể, 3-bộ lọc chân không,

4,5- máy bơm, 6-thùng trộn sữa vôi

Khói thải sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubo 1,trong đó xảy ra quá trình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi tưới trên lớp đệm bằng vật liệu rỗng Nước chứa acid chảy ra từ scrubo có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dưới dạng tinh thể: CaSO3.0,5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc tro bụi, do đó cần tách các tinh thể nói trên ra khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinh thể 2 Thiết bị số 2 là

1 bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại 1 thời gian đủ để hình thành các tinh thể sunfit

và sunfat canxi Sau bộ phận tách tinbh thể 2, dung dịch 1 phần đi vào tưới cho Scruber, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các tinh thể bị giữ lại dưới dạng cặn bùn

và được thải ra ngoài Đá vôi được đập vụn và nghiền thành bột và cho vào thùng 6 để pha trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bộ lọc chân không số 3 cùng với 1 lượng nước

bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới

Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98% Sức cản khí động của hệ thống không vượt quá 20 mm H2O

Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ thống

xử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung

Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế tạo

thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng

2.2.3 Hấp thụ SO 2 bằng NH 3 :

Amoniac và khí SO2 trong dung dịch nước có phản ứng với nhau và tạo ra muối trung gian amoni sunfit, sau đó muối amoni sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 và H2O để tạo ra muối amoni bisunfit theo phản ứng sau:

SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2SO3

(NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3

Lượng bisunfit tích tụ dần trong dung dịch có thể hoàn nguyên bằng cách nung nóng trong chân không, kết quả thu được amoni sunfit và SO2 Amoni sunfit này lại có thể sử dụng tiếp để khử SO2

Lưu huỳnh đơn chất hình thành theo phản ứng trên đến lượt của mình lại tác dụng với amoni sunfit và tạo ra thiosunfat:

SO2 được hấp thụ bởi oxit –hydroxit magiê, tạo thành tinh thể ngậm nước sunfit magiê Trong thiết bị hấp thụ xảy ra các phản ứng sau:

MgO + SO2 = MgSO3

MgO + H2O = Mg(OH)2

MgSO3 + H2O + SO2 = Mg(HSO3)2

Mg(OH)2 + Mg( HSO3)2 = 2MgSO3 È + 2H2O

Độ hòa tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở dạng MgSO3.6H2O và MgSO3.3H2O rơi xuống thành cặn lắng

Tỉ lệ rắn: lỏng trong huyền phù là 1:10

Độ pH ở đầu vào là 6,8 – 7,5; còn ở đầu ra là 5,5 – 6,0

Sunfat magiê được hình thành do oxit hóa sunfit magiê

MgSO3 + O2 Æ MgSO4

Tái sinh oxit magie trong lò nung:

MgSO3 MgO + SO2 T

t

SO2 thoát ra là 7-15% được làm nguội, tách bụi và sương mù axit sunfuric dùng

để sản xuất axit sunfuric

Có các phương pháp hấp thụ sau:

- Phương pháp magie oxit “kết tinh” theo chu trình

- Phương pháp magie oxit “không kết tinh”

- Phương pháp magie oxit “sủi bọt”

- Phương pháp magie oxit kết hợp với Potas (kali cacbonat)

Ưu điểm:

- Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ

- Thu được axit sunfuric

- Hiệu quả làm sạch cao

Nhược điểm:

- Quy trình công nghệ phức tạp

- Không phân giải hoàn toàn sulfat khi nung

- Tổn hao MgO khá nhiều

2.2.5 Hấp thụ SO 2 bằng ZnO:

Xử lí khí SO2 bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như phương pháp oxit magiê tức là dùng phản ứng giữa SO2 với kẽm oxit để thu các muối sunfit và bisunfit, sau đó dùng nhiệt để phân ly thành SO2 và ZnO

Trong phương pháp này, chất hấp thụ là kẽm oxit Phản ứng hấp thụ như sau:

SO2 + ZnO + 2,5H2O ÆZnSO3.2,5H2O

Khi nồng độ SO2 lớn:

2SO2 + ZnO + H2O Æ Zn(HSO3)2

Sunfit kẽm tạo thành không tan trong nước được tách ra bằng xyclone ướt và sấy khô.Tái sinh ZnO bằng cách nung sunfit ở 350oC

ZnSO3.2,5H2O ÆSO2 + ZnO + 2,5H2O

SO2 được chế biến tiếp tục, còn ZnO quay lại hấp thụ

Có các phương pháp hấp thụ sau:

- Phương pháp kẽm oxit đơn thuần

- Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit

Quá trình xử lí theo phương pháp trên là:

- Quá trình sunfidin: Quá trình này được các hãng công nghiệp hóa chất

và luyện kim của Đức nghiên cứu và áp dụng ở nhà máy luyện kim Hamburg để khử

SO2 trong khói thải của lò thổi luyện đồng Nồng độ của khí trong khói thải dao động trong phạm vi 0,5 ÷ 8%, trung bình là 3,6%.Chất hấp thụ là hỗn hợp xylidin và nước tỉ

Cho ZnO vào dung dịch tạo thành

NaHCO3 + ZnO Æ ZnSO3 + NaOH

Nung ZnSO3 để thu khí SO2 và ZnO dùng lại

Than hoạt tính được hoàn nguyên bằng cách nâng nhiệt độ lên 400-450oC Khí

SO2 thoát ra từ quá trình hoàn nguyên có nồng độ 40-50% và đạt khoảng 96-97% lượng khí SO2 có trong khói thải

Sau khi hoàn nguyên than hoạt tính được sàn chọn lại để loại bỏ phần than quá vụn nát và bổ sung thêm than mới để đưa lên hấp phụ trở lại

Khí thoát ra từ quá trình hoàn nguyên ngoài SO2 còn có một số loại khí khác như:

H2S là 2-4%, lưu huỳnh là 0,1-0,3%

Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước – quá trình LURGI:

Theo phương pháp này khí thải được làm cho bão hòa hơi nước ở nhiệt độ dưới

100oC đi qua lớp than hoạt tính có tưới nước làm ẩm trong thiết bị hấp phụ Khí SO2 bị giữ lại trong lớp than hoạt tính và oxy hóa thành SO3 nhờ có oxy trong khí thải Tiếp theo, SO3 kết hợp với nước biến thành axit sunfuric H2SO4 và theo nước chảy vào thùng chứa Axit sunfuric thu được trong thùng chứa với nồng độ 20-25%

Hệ thống thử nghiệm ban đầu với lưu lượng khỏi thải 1000-1500 m3/h Nồng độ ban đầu của SO2 trong khói khi đốt nhiên liêu mazut là 0,1-0,15% Hiệu quả khử SO2đạt 98-99% Chất hấp phụ làm việc trong hơn 3 năm liên tục mà hoạt tính của nó không

hề bị giảm sút

Xử lý SO 2 bằng nhôm oxit kiềm hóa:

Quá trình xử lý khí SO2 bằng nhôm oxit kiềm hóa được dựa trên tính chất hấp phụ của hỗn hợp nhôm oxit (Al2O3) và natri oxit (Na2O)với thành phần natri oxit chiếm 20% khối lượng hỗn hợp Trong quá trình hấp phụ, khí SO2 bị oxy hóa, sau đó tác dụng với các oxit kim loại để biến thành sunfat Chất hấp phụ đã bão hòa được hoàn nguyên bằng khí trơ ở nhiệt độ 600-650oC

Xử lý SO 2 bằng Mangan oxit:

Có 2 phương pháp tiêu biểu của quá trình xử lý SO2 bằng Mangan oxit là “quá trình Mangan” được nghiên cứu áp dụng ở Mỹ và “quá trình DAR Mangan” do hãng Mitsubishi của Nhật Bản đề xuất

Trong quá trình Mangan của Mỹ, chất hấp phụ được sử dụng là Mangan oxit (Mn2O3) dạng hạt được làm khô trong không khí và trong chân không ở nhiệt độ 300-

400oC

Quá trình DAR-Mangan của hãng Mitsubishi sử dụng chất hấp phụ là hỗn hợp của một số oxit được gọi là oxit Mangan hoạt tính Chất hấp phụ thu được bằng cách dùng amoniac để xử lý Mangan sunfat và tiếp theo là oxy hóa hydrat bằng oxy trong không khí và hơi nước:

MnSO4 + 2NH4OH Æ Mn(OH)2 + (NH4)2SO4

Mn(OH)2 + 0,5iO2 + n(n-1)H2O Æ MnO1+i.nH2O

Trong đó: i = 0,5-0,8 và n = 0,1-1,0

Xử lý SO 2 bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền

Quá trình đốt nhiên liệu than nghiền có trộng bột vôi và dolomit để khử khí SO2mới được áp dụng trong những năm gần đây và hiện nay vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện

Phản ứng giữa vôi (CaO) và dolomit (CaCO3.MgCO3) với SO2 xảy ra như sau: 2CaO + 2 SO2 +O2 Æ 2CaSO4

2CaCO3.MgCO3 + 2SO2 + O2 Æ 2[CaSO4 + MgO] + 4CO2

Phản ứng giữa vôi và SO2 xảy ra mạnh nhất ở nhiệt độ 760-1040oC, còn phản ứng giữa dolomit và SO2 ở nhiệt độ 600-1200oC

Phương pháp này là sự kết hợp giữa quá trình cháy với quá trình khử khí SO2thành 1 quá trình thống nhất trong buồng đốt của lò mà không đòi hỏi phải lắp đặt thêm nhiều thiết bị phụ trợ khác

Trong một số trường hợp khác, người ta còn dùng vôi dưới dạng vữa (30% chất rắn trong nước theo khối lượng) và phun vào dòng khói thải trong thiết bị gọi là buồng sấy khô kiểu phun đặt trên đường khói của lò Khí SO2 trong khói thải kết hợp với Ca(OH)2 theo phản ứng:

2.3 Tính toán, thiết kế thiết bị hấp thụ - Tháp hấp thụ SO 2 :

Chọn phương pháp xử lý SO2: hấp thụ bằng H2O Vì tính chất nước sau hấp thụ không có cặn (nước sau hấp thụ là H2SO3) nên chọn tháp hấp thụ bằng tháp đệm SO2 là chất khí khó hấp thụ ở nhiệt độ cao (>60oC), do đó phải giải nhiệt khí thải trước khi cho vào tháp hấp thụ

2.3.1 Sơ đồ công nghệ:

Hình 2-2: Sơ đồ hấp thụ SO 2 bằng nước

1-Vật liệu đệm; 2-Bơm;

2.3.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nước ở bể chứa được bơm lên bồn cao vị Tại đây nước được dẫn vào tháp bằng một đường ống khác Nước được phun từ trên tháp xuống trải đều trên lớp vật liệu đệm thông qua hệ thống vòi phun

Khí thải được quạt thổi vào tháp, đi từ dưới lên trên qua lớp vật liệu đệm Tại lớp vật liệu đệm sẽ xảy ra quá trình tiếp xúc pha giữa nước và khí thải SO2 sẽ được nước hấp thụ

Nước sau khi hấp thụ SO2 sẽ tạo thành H2SO3 rơi xuống đáy tháp đệm và được bơm đến bể trung hòa Tại bể trung hòa, H2SO3 được trung hòa trước khi xả thải ra môi trường

2.3.3 Tính toán thiết kế:

Số liệu thiết kế ban đầu:

- Năng suất: 35.000m3/h

- Nồng độ SO2 trong khí thải: 1% theo khối lượng

- Nhiệt độ đầu vào: 30oC

- Nhiệt độ đầu ra: 30oC

Kí hiệu tính toán:

• Xv – Tỷ số mol khí trong dòng lỏng vào tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolH2O)

• Xr – Tỷ số mol khí trong dòng lỏng ra tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolH2O)

• Yv – Nồng độ mol tương đối của khí trong hỗn hợp khí thải vào tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolkk)

• Yr – Nồng độ mol tương đối của khí trong hỗn hợp khí thải khi đi ra tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolkk)

• xv – Phần mol khí trong pha lỏng đi vào tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolhh)

• xr – Phần mol khí trong pha lỏng ra khỏi tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolhh)

• yv – Phần mol khí trong dòng khí khi đi vào tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolkk)

• yr – Phần mol khí trong dòng khí khi đi ra tháp hấp thụ, (kmolSO2/kmolkk)

• G – Suất lượng hỗn hợp khí, (kmolhh/h)

• Gtr – Suất lượng khí trơ, (kmol khí trơ/h)

• L – Suất lượng nước, (kmolH2O/h)

• Ltr – Suất lượng cấu tử lỏng trơ, (kmol trơ/h)

Hình 2-3: Sơ đồ cân bằng vật chất của tháp hấp thụ:

Khối lượng không khí có trong 1 m3:

Yv = = = 0,0045( mol SO2/mol khí trơ)

yr = = = 0,000175 (mol SO2/mol khí trơ)

-Nồng độ mol tương đối của SO2:

000175,

00045,

2.3.3.4 Lập phương trình đường làm việc:

-Suất lượng mol của hỗn hợp khí thải: