Luận văn Thiết kế tháp hấp thụ khí SO2 trong lò đốt rác y tế

Cùng với sự phát triển của công nghiệp hóa và đô thị hóa, nhiều loạichất thải khác hau từ hoạt động của con người có xu hướng tăng lên về số lượng, từnước cống, rác sinh ho

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN

VÀ MÔI TRƯỜNG TPHCM

Khoa Môi Trường

Bộ môn Kỹ thuật Môi trường

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁNMÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

Họ và tên sinh viên: Trần Đình Thi

4 Yêu cầu về số liệu ban đầu:

- Thành phần, tính chất, nồng độ của khí thải

- Tổng quan về các phương pháp xử lý

- Khí sau xử lý đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành

5 Yêu cầu nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Lập bản thuyết minh tính toán bao gồm:

• Đề xuất 01 phương án và thuyết minh công nghệ xử lý khí thải được cho ở đầu đề

• Tính toán, thiết kế 01 công trình đơn vị chính của sơ đồ công nghệ

• Tính toán và lựa chọn thiết bị (nếu có) cho công trình đơn vị tính toán trên

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU……… 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới Thiệu……… 2

1.2 Tính chất SO2……… 2

1.3 Tính độc hại……… 2

1.3.1 Đối với con người……… 3

1.3.2 Đối với thực vật……… 3

1.3.3 Đối với công trình kiến trúc……… 4

1.4 Ứng dụng……… 4

1.5 Ý nghĩa của việc xử lý khí SO2……… 4

1.6 Các phương pháp hấp thụ SO2……… 5

1.6.1 Hấp thụ SO2 bằng nước……… 5

1.6.2 Hấp thụ SO2 bằng đá vôi CaCO3, vôi nung CaO hoặc vôi sữa Ca(OH)2 …… 6

1.6.3 Hấp thụ SO2 bằng NH3……… 7

1.6.4 Hấp thụ SO2 bằng MgO……… 8

1.6.5 Hấp thụ SO2 bằng ZnO……… 8

1.6.6 Hấp thụ SO2 bằng các hợp chất hữu cơ……… 9

1.6.7 Hấp thụ SO2 bằng Natri carbonat……… 9

1.6.8 Hấp thụ SO2 bằng các chất hấp thụ thể rắn……… 9

1.6.8.1 Hấp thụ SO2 bằng than hoạt tính……… 9

1.6.8.2 Hấp thụ SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước – quá trình LURGI……… 10

1.6.8.3 Háp thụ SO2 bằng nhôm oxit kiềm hóa……… 10

1.6.8.4 Hấp thụ SO2 bằng Mangan oxit……… 10

1.6.8.5 Hấp thụ SO2 bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền… 10 1.7 Các loại thiết hấp thụ………11

1.7.1 Tháp rỗng……… 11

1.7.2 Tháp đệm……… 12

1.7.2.1 Sơ đồ cấu tạo……… 12

1.7.2.2 Nguyên lý hoạt động……… 12

1.7.2.3 Ưu – nhược điểm – ứng dụng……… 13

1.7.3 Tháp mâm……… 13

1.7.3.1 Sơ đồ cấu tạo……… 13

1.7.3.2 Ưu - nhược điểm – ứng dụng……… 15

1.7.4 Tháp màng……… 15

1.7.4.1 Tháp màng dạng ống………15

1.7.4.2 Tháp màng dạng tấm phẳng……… 16

1.7.4.3 Tháp màng dạng ống khí lỏng và ống đi cùng chiều…… 16

1.7.4.4 Ưu và nhược điểm tháp màng……… 16

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ SO 2 LÒ ĐỐT RÁC Y TẾ 2.1 Đề tài đồ án……… 18

2.2 Các số liệu ban đầu……… 18

2.3 Lựa chọn sơ đồ công nghệ……… 18

2.4 Thuyết minh sơ đồ công nghệ……… 18

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ 3.1 Tìm Yd và Yc trong pha khí……… 20

3.2 Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc……….21

3.3 Tính khối lượng riêng trung bình……… 22

3.4 Tính độ nhớt µx, µy……… 23

3.5 Đường kính tháp……… 26

3.6 Thính chiều cao tháp đệm……… 26

3.7 Tính toán chiều dày thân tháp……… 29

3.8 Tính toán chiều dày nắp và đáy thiết bị……… 31

3.9 Tính toán đường ống dẫn khí……… 32

3.10 Tính toán đường ống dẫn chất lỏng……… 32

3.11 Tính toán bơm……… 32

3.12 Tính toán máy nén khí……… 40

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tài liệu tham khảo

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa tại các thành phố vàcác đô thị Việt Nam đã tăng mạnh mẽ và có xu hướng tiếp tục tăng mạnh mẽ trongnhững năm tới Cùng với sự phát triển của công nghiệp hóa và đô thị hóa, nhiều loạichất thải khác hau từ hoạt động của con người có xu hướng tăng lên về số lượng, từnước cống, rác sinh hoạt, phân, chất thải công nghiệp đến chất thải độc hại như rác ytế Nếu ta không có phương pháp đúng đắn để phân hủy lựng chất thải này thì sẽ gây ônhiễm môi trường do vượt quá khả năng tự phân hủy của tự nhiên

Chất thải rắn y tế (CTRYT) là chất thải nguy hại Trong thành phần CTRYT có cácloại chất thải như: Chất thải lâm sàng nhóm A,B,C,D,E Các loại chất thải này đặc biệt

là loại chất thải nhiễm khuẩn nhóm A, chất thải phẫu thuật nhóm E có chứa nhiềumầm bệnh, vi khuẩn gây bệnh có thể thâm nhập vào cơ thể con người bằng nhiểu conđường và nhiều cách khác nhau Các vật sắc nhọn như kim tiêm,… dễ làm trầy xước

da gây nhiễm khuẫn Đồng thời, trong thành phần chất thải ý tế còn có các loại hóachất và dược phẩm có tình độc hại như: độc tính di truyển, tính ăn mòn da, gây phảnứng, gây nổ Nguy hiểm hơn các loại trên là chất thải phóng xạ phát sinh từ việc chuẩnbệnh bằng hình ảnh như: chiếu chụp X-quang, trị liệu,

Cho đến nay, chôn lấp vẫn là biện pháp xử lý CTR phổ biến nhất đối với nhiềunước trên thế giới trong đó có Việt Nam Ưu điểm chính của công nghệ chôn lấp là íttốn kém và có thể xử lý nhiều loại chất thải rắn khác nhau so với công nghệ khác Tuynhiên hình thức chôn lấp lại gây ra những hình thức ô nhiễm khác như ô nhiễm nước,mùi hôi, ruồi nhặng, côn trùng,… Hơn nữa, công nghệ chôn lấp không thể áp dụng để

xử lý triệt để các loại chất thải y tế, độc hại Ngoài ra, trong quá trình đô thị hóa nhưhiện nay, quỹ đất ngày càng thu hẹp dẫn đến khó khan trong việc lựa chọn vị trí làmbãi chôn lấp

Vì vậy, áp dụng một số biện pháp xử lý rác khác song song với chôn lấp là một nhucầu rất thiết thực Công nghệ đốt chất thải rắn, một trong những công nghệ thay thế,ngày càng trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi đặc biệt với loại hình chất thảirắn y tế độc hại

Việc đốt các chất thải rắn y tế sẽ có những nhân tố ô nhiễm như: Khói sinh ra tronglò đốt có nhiệt độ cao 1100oC và có chứa bụi, những khí ô nhiễm như SOx, NOx, CO2,CO,… cần phải được xử lý Trong đó đặc biệt là khí SO2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 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 chát hợp chất lưu huỷnh và nó là mối lo môi trường đángkể SO2 thường được mô tả là “mùi hôi của lưu huỳnh bị đốt cháy” Nó là sản phẩmtạo thành trong hoạt động núi lửa 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 hoạtđộng sinh hoạt của con người Nguồn phát thải SO2 chủ yếu từ các trung tâm nhiệtđiện, các loại lò nung, lò hơi khi đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt có chứa lưu huỳnhhoặc các hợp chất lưu huỳnh

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

1.2 Tính chất của SO 2

- Là một khí vô cơ không màu, mùi kích thích mạnh, không cháy, có vị hang caydễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong nước với nồng độ thấp

- Có nhiệt độ nóng chảy ở – 75oC và nhiệt độ sôi ở – 10oC

- Rất bền nhiệt (ΔHo = - 296,9 kJ/mol

- Oxy hóa chậm trong không khí sạch, do quá trình qquang hóa hay do sự xúc táckhí SO2 dễ dàng bị oxy hóa biến thành SO3 trong khí quyển và hòa tan trong nước tạothành H2SO4

- Có khả năng làm mất màu dung dịch Brom và làm mất màu cánh hoa hồng

- SO2 tan trong nước tạo thành axit yếu

khỏe con người, động thực vật mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các côngtrình kiến trúc, là một trong những chất gây ô nhiễm môi trường Trong khí quyển, khí

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

H2SO4 Đây chính là nguyên nhân tạo ra các cơn mưa axit ăn mòn các công trình, làmcho thực vật, động vật 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 có nồngđộ cao làm bỏng da người hoặc làm mục nát quần áo

1.3.1 Đối với con người

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

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

 SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể của người qua da và gây ra các chuyển đổi hóahọc, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát qua đườngtiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt Hầu hết dân cư sống quanh khu vực nhàmáy có nồng độ SO2, SO3 cao đều mắc bệnh đường hô hấp Nếu hít phải SO2 ở nồngđộ cao có thể gây tử vong

 Độc tính của SO2

Chết nhanh trong 30’ – 1h

Nguy hiểm sau khi hít thở 30’

– 1h

Kích ứng đường hô hấp, ho

Giới hạn độc tính

Giới hạn ngửi thấy mùi

1300 – 1000

260 – 13050

30 – 20

13 – 8

500 – 400

100 – 5020

12 – 8

5 – 3

1.3.2 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 thểgây tổn thương lá cây Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa y, hàm lượng0,15 - 0,30 ppm có thể gây độc tính cấp.

1.3.3 Đối với công trình xây dựng

Sự có mặt của SOx trong không khí ẩm tạo thành axit là tác nhân gây ăn mòn kimloại, bê-tông và các công tr.nh kiến trúc SOx làm hư hỏng, làm thay đổi tính năng vậtliệu, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôi, đá hoa, đá cẩm thạch; pháhoại các tác phẩm điêu khắc, tượng đài Sắt, thép và các kim loại khác ở trong môitrường khí ẩm, nóng và bị nhiễm SOx th 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

1.4 Ứng dụng

 Sản xuất axit sunfuric

 Làm chất bảo quản:

- Khí SO2 được sử dụng làm chất bảo quản cho hoa quả khô, do đặc tính khángkhuẩn của nó Nó duy trì sự tươi sống và ngăn ngừa mục nát, tuy nhiên sử dụng chấtbảo quản này cũng làm cho các loại hoa quả có hương vị khác

- Khí SO2 được sử dụng trong nghành công nghiệp chế biến rượu vang Tuy tỷ lệrất ít, đóng vai trò như một chất kháng khuẩn và chống oxy hóa Tùy từng quốc gia, cóthể 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 50ppm SO2 không ảnh hưởng đén mùi vị của rượu, nhưng nếu nồng độ cao hơn, nó cũngtạo ra một hương vị khác

- SO2 còn được dùng trong quá trình vệ sinh thiết bị trong các nhà máy sản xuấtrượu

- Chống nấm mốc

 Làm tác nhân khử: Điôxít lưu huỳnh cũng là một chất khử Trong nước, sulfurdioxide có thể lamm phai màu Cho nên nó thường được sử dụng để làm chất tẩy quầnáo, tẩy trắng giấy, bột giấy Ngoài ra, nó c.n được sử dụng để xử lý nước thải

 Làm thuốc thử và dung môi trong các ph.ng thí nghiệm: Lưu huỳnh dioxit làmột 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 hợphữu cơ

1.5 Ý nghĩa môi trường

 Vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO2 từ lâu đã trở thành mối hiểm họacủa nhiều quốc gia, nhất là các nước phát triển trên thế giới Với những lý do nêu trên,công nghệ xử l khí SO2 trong khí thải lò đốt rác y tế được nghiên cứu và phát triểnmạnh mẽ

 Ngoài tác dụng làm sạch bầu khí quyển, bảo vệ môi trường, xử lý khí SO2 còncó ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO2 thu hồi được từ khí thải là nguồn cung cấpnguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit Sunfuric (H2SO4) và lưu huỳnh nguyênchất

1.6 Các phương pháp hấp thụ SO 2

1.6.1 Hấp thụ SO 2 bằng nước

 Hấp thụ SO2 bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất đểloại 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 d.ng khí thải hoặc cho khí thải đi qualớp 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+ + HSO

3- Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đónhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp Còn để giải thoát khí

SO2 khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao Cụ thể là ở nhiệt độ 1000o C thì SO2 bốc

ra một cách hoàn toàn và trong không khí thoát ra có lẫn cả hơi nước Bằng phươngpháp ngưng tụ người ta có thể thu được SO2 với độ đậm đặc khoảng 100% để dùngvào mục đích sản xuất axit sunfuric

 Để giải hấp cần thụ cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức phải có mộtnguồn cấp nhiệt (hơi nước) công suất lớn Đó là một khó khăn Ngoài ra để sử dụng lạinước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nước xuống gần 100oC – tức phải cần đếnnguồn 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 dụngđược 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 loạicủa công nghiệp luyện kim (nồng độ SO2 trong khí thải có thể đạt 2 ÷ 12%) Người tacó thể xử lý bằng nước kết hợp vơi 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 thànhanhidrit sunfuric (SO3), phản ứng này có tỏa nhiệt và xảy ra càng mạnh ở nhiệt độcàng thấp, do đó cần thực hiện quá tr.nh này qua nhiều tầng xúc tác, sau mỗi tầng đềuđược làm nguội

- Dùng nước tưới trong scruber để anhidrit sunfuric kết hợp với nước tạo thànhaxit sunfuric (H2SO4)

1.6.2 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 với 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  CaCO3 + CO2CaO + SO2  CaSO32CaSO3 + O2  2CaSO4

1-tháp hấp thu, 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 một 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 lỏng 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 thốngkhông vượt quá 20 mm H2O

 Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệthống xử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khichuyển 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 chiếmnhiều diện tích xây dựng

1.6.3 Hấp thụ SO 2 bằng NH 3

 Amoniac và khí SO2 trong dung dịch nước có phản ứng với nhau và tạo ra muốitrung gian amoni sunfit, sau đó muối amoni sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 và H2O đểtạo 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 nungnóng trong chân không, kết quả thu được amoni sunfit và SO2 Amoni sunfit này lại cóthể sử dụng tiếp để khử SO2

 Có các phương pháp xử l sau:

- Hệ thống xử l SO2 bằng NH3 theo chu tr.nh

- Hệ thống xử l SO2 bằng NH3 có chưng áp

- Hệ thống xử l SO2 bằng NH3 và vôi

1.6.4 Hấp thụ SO 2 bằng MgO

 Về khả năng sử dụng sữa MgO để khử SO2 khói thải đã được biết từ lâu, nhưngnghiên cứu ứng dụng trong công nhgiệp mới được thực hiện gần đây chủ yếu là do cácnhà khoa học – công nghệ của Liên Xô cũ

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

MgO + SO2 = MgSO3MgO + H2O = Mg(OH)2MgSO3 + H2O + SO2 = Mg(HSO3)2Mg(OH)2 + Mg( HSO3)2 = 2MgSO3 ↓ + 2H2O

 Độ hòa tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở dạngMgSO3.6H2O 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; c.n ở đầu ra là 5,5 – 6,0

 Sunfat magiê được h.nh thành do oxit hóa sunfit magiê

MgSO3 + O2  MgSO4

 Tái sinh oxit magie trong lò nung:

MgSO3 MgO + SO2

 SO2 thoát ra là 7-15% được làm nguội, tách bụi và sương mù axit sunfuric dùngđể sản xuất axit sunfuric

 Có các phương pháp hấp thụ sau:

- Phương pháp magie oxit “kết tinh” theo chu tr.nh

- 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

1.6.5 Hấp thụ SO 2 bằng ZnO

 Xử lí khí SO2 bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như phương pháp oxit magietức là dùng phản ứng giữa SO2 với kẽm oxit để thu các muối sunfit và bisunfit, sau đódùng 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  ZnSO3.2,5H2O

 Khi nồng độ SO2 lớn:

2SO2 + ZnO + H2O Zn(HSO 3)2

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

ZnSO3.2,5H2O SO 2 + ZnO + 2,5H2O

 SO2 được chế biến tiếp tục, c.n 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

- Có khả năng h.nh thành sunfit kẽm (MgSO4) làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi

về kinh tế nên phải tách chúng ra và bổ sung ZnO

1.6.6 Hấp thụ SO 2 bằng các hợp chất hữu cơ

 Xử lí khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng nhiềutrong công nghiệp luyện kim màu Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng phổ biến là cácamin thơm như anilin C6H5NH2, toluđin CH3C6H4NH2, xyliđin (CH3)2C6H3NH2, vàđimety-anilin C6H5N(CH3)2

 Quá trình xử lí theo phương pháp trên là:

- Quá trình sunfidin: Quá trình này được các h.ng công nghiệp hóa chất và luyệnkim của Đức nghiên cứu và áp dụng ở nhà máy luyện kim Hamburg để khử SO2 trongkhói thải của lò thổi luyện đồng Nồng độ của khí trong khói thải dao động trong phạm

vi 0,5 ÷ 8%, trung b.nh là 3,6%.Chất hấp thụ là hỗn hợp xylidin và nước tỉ lệ ≈ 1:1

- Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – Quá tr.nh ASARCO: quá trình nàyđược nghiên cứu và áp dụng ở nhiều các nhà máy luyện kim

1.6.7 Hấp thụ SO 2 bằng Natri carbonat

 Nguyên tắc:

Na2CO3 + SO2  Na2SO3 + CO2

Na2SO3 + SO2 + H2O  2NaHSO3

 Cho ZnO vào dung dịch tạo thành

NaHCO3 + ZnO ZnSO3 + NaOH

 Nung ZnSO3 để thu khí SO2 và ZnO dùng lại

Ưu điểm:

- Dùng chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh.

- Dùng được cho các khí với nồng độ SO2 bất kỳ

Nhược điểm:

- Giá thành cao nên chỉ chỉ thích hợp cho hệ thống nhỏ

1.6.8 Hấp thụ SO 2 bằng các chất hấp thụ thể rắn

1.6.8.1 Hấp phụ khí SO 2 bằng than hoạt tính

 Khói thải đi vào tháp hấp thụ gồm nhiều tầng, khí SO2 được giữ lại trong lớpthan hoạt tính của các tầng hấp thụ, sau đó khói đi qua cyclone để lọc sạch tro bụitrước khi thải ra khí quyển

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

SO2 thoát ra từ quá tr.nh 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 quávụn nát và bổ sung thêm than mới để đưa lên hấp phụ trở lại

 Khí thoát ra từ quá tr.nh hoàn nguyên ngoài SO2 c.n có một số loại khí khácnhư: H2S là 2-4%, lưu huỳnh là 0,1-0,3%

1.6.8.2 Hấp phụ khí SO 2 bằng than hoạt tính có tưới nước– quá trình LURGI

 Theo phương pháp này khí thải được làm cho b.o h.a 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 bịgiữ lại trong lớp than hoạt tính và oxy hóa thành SO3 nhờ có oxy trong khí thải Tiếptheo, SO3 kết hợp với nước biến thành axit sunfuric H2SO4 và theo nước chảy vàothùng 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 độban 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 nókhông hề bị giảm sút

1.6.8.3 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 phụcủa hỗn hợp nhôm oxit (Al2O3) và natri oxit (Na2O)với thành phần natri oxit chiếm20% khối lượng hỗn hợp Trong quá tr.nh hấp phụ, khí SO2 bị oxy hóa, sau đó tácdụng với các oxit kim loại để biến thành sunfat Chất hấp phụ đã bão hòa được hoànnguyên bằng khí trơ ở nhiệt độ 600-650oC

1.6.8.4 Xử lý SO 2 bằng Mangan oxit

 Có 2 phương pháp tiêu biểu của quá tr.nh xử l SO2 bằng Mangan oxit là “quátr.nh Mangan” được nghiên cứu áp dụng ở Mỹ và “quá tr.nh DAR Mangan” do h.ngMitsubishi của Nhật Bản đề xuất

 Trong quá tr.nh 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 tr.nh DAR-Mangan của h.ng Mitsubishi sử dụng chất hấp phụ là hỗn hợpcủa một số oxit được gọi là oxit Mangan hoạt tính Chất hấp phụ thu được bằng cáchdùng amoniac để xử lý Mangan sunfat và tiếp theo là oxy hóa hydrat bằng oxy trongkhông khí và hơi nước:

MnSO4 + 2NH4OH  Mn(OH)2 + (NH4)2SO4Mn(OH)2 + 0,5iO2 + n(n-1)H2O  MnO1+i.nH2OTrong đó: i = 0,5-0,8 và n = 0,1-1,0

1.6.8.5 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 tụcnghiên cứu hoàn thiện

 Phản ứng giữa vôi (CaO) và dolomit (CaCO3.MgCO3) với SO2 xảy ra như sau:

2CaO + 2 SO2 +O2  2CaSO42CaCO3.MgCO3 + 2SO2 + O2  2[CaSO4 + MgO] + 4CO2

 Phản ứng giữa vôi và SO2 xảy ra mạnh nhất ở nhiệt độ 760-1040oC, cần phảnứng 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 một quá trình thống nhất trong buồng đốt của lý mà không đòi hỏi phải lắp đặtthêm nhiều thiết bị phụ trợ khác

 Trong một số trường hợp khác, người ta c.n dùng vôi dưới dạng vữa (30% chấtrắn trong nước theo khối lượng) và phun vào d.ng khói thải trong thiết bị gọi là buồngsấy khô kiểu phun đặt trên đường khói của l Khí SO2 trong khói thải kết hợp vớiCa(OH)2 theo phản ứng:

1.7 Các loại thiết bị hấp thụ

1.7.1 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.

1.7.2 Tháp đệm

1.7.2.1 Sơ đồ cấu tạo

 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 bộphận 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 xequay (ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ)

 Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề dày δ Đốivới 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 : thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích tự do và vàtiết 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

1.7.2.2 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 chảythành màng theo bề mặt đệm, khí đi ở khe giữa các màng

- Chế độ h.m AB: từ A tăng tốc độ khí sẽ làm tăng ma sát của dòngkhí với bềmặt lỏng và k.m h.m 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 quátr.nh truyền khối

- Chế độ nhũ tương BC: Khí-lỏng tạo thành hệ nhũ tương không bền 2 pha liêntục-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 tr rất khó mặc dù cường độ truyền khốilớn

- Chế độ cuốn theo: quá giới hạn sặc, nếu tăng tốc độ khí, toàn bộ chất lỏng sẽ bịgiữ lại trong tháp và cuốn ngược trở ra theo dạng 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 từngđoạn; 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

1.7.2.3 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 ướt

Ứng dụng:

- Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp chưng cất,

- Dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ (như hệ thống hút chân không, )

1.7.3 Tháp mâm

1.7.3.1 Sơ đồ cấu tạo

 Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt cáctấm ngăn (đĩa) cách nhau một khoảng nhất định Trên mỗi đĩa hai pha chuyển độngngược hoặc chéo chiều: lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên hoặcxuyên qua chất lỏng chảy ngang; ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là đĩa.Tùythuộc cấu tạo của đĩa chất lỏng trên đĩa có thể là khuấy lý tưởng hay là dòng chảy qua

 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

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

 Tháp đĩa không có ống chảy chuyền: khi đó khí (hơi hay lỏng) và lỏng đi quacùng một lỗ trên đĩa.

1.7.3.2 Ưu – nhược điểm - 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.

màng được giữ bằng hai vĩ ống ở hai đầu, khoảng không giữa ống và vỏ thiết bị đểtách 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.

1.7.4.2 Tháp màng dạng tấm phẳng

 Các tấm đệm đặt

ở dạng thẳng đứngđược làm từ những vậtliệu khác nhau (kimloại, nhựa, vải căngtreo trên khung ) đặttrong thân h.nh trụ Đểđảm bảo thấm ướt đềuchất lỏng từ cả 2 phíatấm đệm ta dùng dụngcụ phân phối đặc biệtcó cấu tạo răng cưa

1.7.4.3 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 phânphối tương ứng đặt đồng trục với ống tạo màng Chất lỏng đi vào ống tạo màng quakhe giữa 2 ống Khi tốc độ khí lớn sẽ kéo theo chất lỏng từ dưới lên chuyển động dướidạng màng theo thành ống tạo màng Khi cần tách nhiệt có thể cho tác nhân lạnh đivào khoảng không gian giữa vỏ và ống Để nâng cao hiệu suất người ta dùng thiết bịnhiều 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 chảycủa màng Khi đó, do lực ma sát giữa khí và lỏng sẽ có cản trở mạnh của d.ng khí làm

bề dày màng tăng lên, trở lực dòng khí tăng Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí sẽ dẫn đếncân bằng giữa trọng lực của màng lỏng và lực ma sát và dẫn đến chế độ sặc (nhiều khipha khí chỉ 3-6m/s đ xảy ra sặc) Khi tốc độ vượt qua tốc độ sặc sẽ làm kéo chất lỏngtheo pha khí ra ngoài

1.7.4.4 Ưu và nhược điểm của tháp màng

Ưu điểm:

- Trở lực theo pha khí nhỏ

- Có thể biết được bề mặt tiếp xúc pha (trong trường hợp chất lỏng chảy thành màng)

- Có thể thực hiện trao đổi nhiệt

Nhược điểm:

- Năng suất theo pha lỏng nhỏ

- Cấu tạo phức tạp, khi vận hành 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, )

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ SO 2 LÒ ĐỐ RÁC Y

TẾ

2.1 Đề tài đồ án

Thiết kế tháp hấp thụ khí SO2 trong lò đốt rác y tế Nồng độ SO2 là 750 mg/m3,công suất Q = 500 m3/h

2.2 Các số liệu ban đầu

 Hỗn hợp khí cần tách: SO2 trong khí thải của lò đốt rác y tế

 Lưu lượng khí vào tháp: 500 m3/h

 Nồng độ SO2 đầu vào: Cđ = 750 ( mg/m3)

 Nồng độ SO2 đầu ra: Cc = 300 (mg/m3) ( Theo QCVN 02:2012/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò đố chất thải rắn y tê)

2.3 Lựa chọn sơ đồ công nghệ

Chọn phương pháp xử lý SO2: hấp thụ bằng H2O Vì tính chất nước sau hấp thụkhông 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 khicho vào tháp hấp thụ

Sơ đồ công nghệ:

Ống khóiTháp hấp thụ ( Tháp đệm) Máy nén khí

Bể chứa dung môi

Bơm dung môi

2.4Thuyết minh sơ đồ công nghệ

- Hỗn hợp khí cần xử lý chứa SO2 và không khí được máy nén khí đưa vào từphía dưới đáy tháp Nước từ bể chứa được bơm li tâm đưa vào tháp hấp thụ, trênđường ống có van điều chỉnh lưu lượng và đồng hồ đo lưu lượng Nước được bơm vàotháp với lưu lượng thích hợp, tưới từ trên xuống dưới theo chiều cao tháp hấp thụ

- Hỗn hợp khí sau khi đi qua lớp đệm xảy ra quá trình hấp thụ sẽ đi lên đỉnh tháp

và ra ngoài theo đường ống thoát khí Khí sau khi ra khỏi tháp có nồng độ khí SO2giảm, mức độ giảm tùy thuộc vào hiệu suất hấp thụ của tháp hấp thụ

- Nước sau khi hấp thụ SO2 đi xuống đáy tháp đi và ra ngoài theo đường ốngthoát chất lỏng Nước sau khi hấp thụ nếu nồng độ SO2 cao sẽ được xử lý và tái sửdụng

Ống khói