Đồ án môn học Thiết kế thiết bị hấp phụ hơi Acetol bằng than họat tính

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý khí thải, trong đó phương pháp hấp phụ được ứng dụng đặc biệt vì có hiệu quả cao đối với một số chất ô nhiễm nhất định như : hơi dung môi, hơi acid,

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học vừa qua, chúng tôi đã được các thầy cô khoa Môi Trường tận tình chỉ dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu, Đồ Án Môn Học là dịp để chúng tôi tổng hợp lại những kiến tức đã học, đồng thời rút ra những kinh nghiệm cho bản thân cũng như trong các phần học tiếp theo

Để hoàn tất đồ án này, chúng tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Lâm Vĩnh Sơn, Cô Nguyễn Thị Minh Nguyệt đã tận tình hướng dẫn, cung cấp cho chúng tôi những kiến thức quý báu, những kinh nghiệm trong quá trình hoàn thành đồ án

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Môi Trường đã giảng dạy, chỉ dẫn tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong suốt thời gian vừa qua

Xin chân thành cảm ơn các bạn trong lớp đã góp ý, giúp đỡ, hỗ trợ sách vở, tài liệu để chúng tôi hoàn thành đồ án này

Với lần đầu làm đồ án, kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa có nên trong đồ án này còn nhiều thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn nhằm rút ra những kinh nghiệm cho các đồ án trong học kỳ sắp tới

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, con người ngày càng sử dụng các phương tiện hiện đại nhằm đáp ứng sự phát triển của khoa học, kèm theo các phát minh sáng tạo, những khu công nghiệp ngày càng xuất hiện với nhiều nhà máy sản xuất … với mục tiêu phục vụ cho nhu cầu con người Bên cạnh đó thì việc sản xuất ra các sản phẩm đã tạo ra một lượng chất thải độc hại tác động đến môi trường đất, nước, không khí, ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của con người và cả sinh vật rên trái đất

Trong các loại ô nhiễm môi trường thì ô nhiễm môi trường không khí là quan trọng nhất vì chất ô nhiễm phát tán cao, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người Và một khi môi trường không khí bị ô nhiễm thì không còn cách nào để tái tạo môi trường trong lành

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý khí thải, trong đó phương pháp hấp phụ được ứng dụng đặc biệt vì có hiệu quả cao đối với một số chất ô nhiễm nhất định như : hơi dung môi, hơi acid, hơi hoá chất…

Nhiệm vụ của đồ án này là trình bày quá trình thiết kế tháp hấp phụ hơi Acetol bằng than hoạt tính

Qua đây chúng tôi chân thành cảm ơn Thầy Lâm Vĩnh Sơn, Cô Nguyễn Thị Minh Nguyệt và các Thầy Cô Khoa Môi Trường cùng các bạn sinh viên đã tận tình giúp đỡ nhóm chúng tôi hoàn thành đồ án này

Tuy nhiên do kiến thức cũng như kinh nghiệm hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện đồ án Chúng tôi rất mong sự giúp đỡ, góp

ý chân thành của thầy cô và các bạn để rút ra nhưng kinh nghiệm, bài học nhằm hoàn thành tốt các đồ án trong các học kỳ tới.

Mục Lục

Trang Lời cảm ơn

Lời mở đầu

Chương I: Tổng quan về ô nhiễm không khí 5

1.1 Khái niệm và nguồn gốc ô nhiễm không khí 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Nguồn gốc ô nhiễm không khí 5

1.2 Tác nhân gây ô nhiễm không khí 6

1.3 Ô nhiễm không khí tại khu công nghiệp 6

Chương II: tổng quan về Acetol và than hoạt tính 7

2.1 Tổng quan về ô nhiễm Acetol 7

2.1.1 Nguồn phát thải Acetol 7

2.1.2 Đặc tính của Acetol .7

2.2 Đặc tính của than hoạt tính .9

Chương III: Các phương pháp xử lý không khí 10

3.1 Xử lý aerosol (bụi, khói, sương) 10

3.1.1 Thiết bị thu hồi bụi khô 10

3.1.2 Thiết bị lọc bụi 11

3.1.3 Thiết bị lọc bụi nhớt 11

3.1.4 thiết bị lọc điện 13

3.1.5 Thiết bị thu hồi sương 13

3.2 Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ 13

3.2.1 Xử lý SO 2 .13

3.2.2 Xử lý H 2 S, CS 2 15

3.2.3 Xử lý oxit Nitơ 15

3.2.4 Xử lý halogen và các hợp chất của nó 16

3.2.5 Xử lý CO 2 .17

3.3 Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ 18

3.3.1 Hấp phụ hơi dung môi 18

3.3.2 Xử lý các oxit Nitơ(NO x ) 18

3.3.3 Xử lý SO 2 19

3.3.4 Xử lý halogen 19

3.3.5 Xử lý H 2 S và các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh 19

3.3.6 Xử lý hơi thuỷ ngân 19

3.3.7 Khử mùi của khí bằng phương pháp hấp phụ 20

3.4 Xử lý khí thải bằng phương pháp xúc tác và nhiệt 20

3.4.1 Xử lý NO x 20

3.4.2 Xử lý SO 2 bằng xúc tác 21

3.4.3 Xử lý các hợp chất hữu cơ bằng xúc tác 21

3.4.4 Xử lý CO bằng xúc tác .21

3.4.5 Xử lý bằng phương pháp đốt cháy trực tiếp 21

Chương IV: Các phương pháp xử lý Acetol 22

4.1 Xử lý Acetol bằng than hoạt tính 22

4.1.1 Cơ sở lý thuyết 22

.4.1.2 Diễn biến của phương pháp hấp phụ 27

.4.1.3 Các thiết bị cho quá trình hấp phụ 28

4.1.4 Công thức tính toán 30

Chương V: Sơ đồ xử lý khí thải Acetol bằng than hoạt tính 38

5.1 Sơ đồ xử lý 38

5.2 Giải trình quy trình xử lý 38

5.2.1 Lựa chọn phương pháp xử lý 38

5.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 38

Chương VI: Tính toán công nghệ 40

6.1 Tính toán hấp phụ 40

6.1.1 Các thông số tính toán 40

6.1.2 Tính cân bằng vật chất 40

6.1.3 Tính cân bằng năng lượng 46

6.1.4 Tính thiết bị hấp phụ 48

6.2 Tính toán cơ khí 49

6.2.1 Bề dày thân tháp, đáy, nắp, ống dẫn khí 49

6.2.2 Bích nối nắp với thân tháp 49

6.2.3 Bích nối ống dẫn khí vào và ra tháp 50

6.2.4 Bích nối ống dẫn hơi nước với đáy thiết bị 50

6.2.5 Bích nối liền ống dẫn hơi nước ngưng tụ 50

6.2.6 Bích nối liền cửa thăm dò với thân tháp 50

6.2.7 Cửa nhập than 51

6.2.8 Cửa tháo than 51

6.2.9 Tính lưới đỡ cho than hoạt tính 51

6.2.10 Lưới chặn than 53

6.2.11 Chân đỡ 53

6.3 Tính toán thiết bị phụ 55

Tài liệu tham khảo 56

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

1.1 KHÁI NIỆM VÀ NGUỒN GỐC Ô NHIỄM KHÔNG

KHÍ

1.1.1 Khái niệm:

Môi trường không khí bao gồm toàn bộ tầng khí quyển của trái đất Thành phần khí quyển khá ổn định theo phương ngang và phân dị theo phương thẳng đứng Phần lớn khối lượng 5.10 5 tấn của toàn bộ khí quyển tập trung ở tầng đối lưu và bình lưu Thành phần khí quyển của trái chủ yếu là nitơ, oxy, hơi nước, CO 2 , H 2 ,

O 3 , NH 3 , SO 2 , các khí trơ và bụi

Môi trường không khí từ lâu đã bị ô nhiễm và ngày càng ô nhiễm trầm trọng Khái nhiệm ô nhiễm không khí là một khái niệm tổng hợp Nó được xác định bằng sự biến đổi môi trường theo hướng không tiện nghi, bất lợi với cuộc sống của con người của động vật và thực vật mà lại chính do con người gây ra với quy mô phương thức và mức độ khác nhau Trực tiếp hoặc gián tiếp tác động làm thay đổi mô hình, thành phần Tóm lại “ ô nhiễm không khí là sự có mặt của một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng thành phần không khí làm cho không khí không sạch, hoặc gây sự tỏa mùi, giảm tầm nhìn xa”

1.1.2 Nguồn gốc ô nhiễm không khí:

Có rất nhiều nguồn gốc gây ô nhiễm không khí, có thể chia làm hai loại chính là nguồn tực nhiên và nguồn nhân tạo

• Nguồn tự nhiên:

- Núi lửa: núi lửa phun nham thạch nóng và khói bụi chứa nhiều sulfua, metan và nhiều loại khí khác Do độ phun núi lửa thường rất cao nên không khí ô nhiễm lan tỏa đi rất xa

- Cháy rừng: các đám cháy rừng và đồng cỏ trong tự nhiên do các hiện tượng gây ra như sấm sét, sự cọ xát giữa các cá thể trong thảm thực vật như tre, nứa cỏ… các đám cháy này thường lan truyền rộng và phát thải nhiều bụi khói

- Bão bụi: gây nên do gió mạnh và bão Mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng và gió thổi tung lên thành bụi

- Các quá trình phân hủy thối rửa xác động thực vật trong tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí độ hại

Tổng lượng chất ô nhiễm do nguồn tực nhiên gây ra là rất lớn nhưng nó có đặc điểm là phân bố đều trên toàn bầu khí quyển, nồng độ các chất không tập trung ở một địa điểm nhất định

• Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo:

- Hoạt động công nghiệp: hoạt động công nghiệp chịu trách nhiệm chính về tình trạng ô nhiễm không khí hiện nay Ô nhiễm không khí là do ống khói từ các nhà máy thải vào không khí rất nhiều chất độc hại, đồng thời nguồn

ô nhiễm công nghiệp còn phát sinh từ các quá trình như: bốc hơi, rò rỉ, thất thoát trên dây chuyền công nghệ, trên các đường ống dẫn thải hoặc có thể thải qua hệ thống thông gió, thiết bị hút hơi độc…Các ngành công nghiệp chủ yếu gây ô nhiễm không khí bao gồm nhiệt điện, vật liệu xây dựng, hóa chất và phân bón, dệt, thực phẩm, luyệân kim và các xí nghiệp

cơ khí

- Giao thông vận tải: ô nhiễm do giao thông vận tải gây ra cũng là một nguồn lớn chúng sản sinh ra 2/3 CO, 1/3 hydro cacbon và và oxit nitơ Đặc biệt ôtô còn gây ra ô nhiễm bụi đất đá và bụi hơi chì và tàn khói là nguồn

ô nhiễm tầng thấp có khả năng khuếch tán phụ thuộc vào địa hình và qui hoạch kiến trúc Ngoài ra giao thông còn gây ra ô nhiễm tiếng ồn rất nghiêm trọng

- Do sinh họat con người gây ra: chủ yếu là bếp đun, lò sưởi sử dụng than đá, củi, dầu hỏa và khí đốt Nhìn chung nguồn gây ô nhiễm này là nhỏ nhưng chúng gây ô nhiễm cục bộ trong nhà

1.2 TÁC NHÂN GÂY Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ:

Các chất khí: các lọai oxit nitơ( NO, NO 2 ,N 2 O) H 2 S , CO, các lọai halogen (F, Cl,

Br, I ) các hợp chất Flo, khí quang hóa (O 3 , FAN, PB 2 N, NO x , andehit, etylen)… Bụi và các phân tử ô nhiễm nhỏ bé: bao gồm các sol khí và bụi lơ lửng được hình thành trong quá trình ngưng tục và khuếch tán Hơi khói sương mù cũng là các sol khí rắn hay lỏng Các sol khí và bụi lơ lửng có tác dụng hấp thụ và khuếch tán ánh sáng mặt trời, giảm độ trong suốt của khí quyển

Ô nhiễm không khí do nhiệt: phát sinh từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong sản xuất công nghiệp Sự tỏa nhiệt của các thiết bị vận hành Các nguồn ô nhiễn chủ yếu do hai quá trình: nhiệt đối lưu và nhiệt bức xạ

1.3 Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TẠI KHU CÔNG NGHIỆP:

Khu công ngiệp cũng chịu ảnh hưởng nặng nề của các tác nhân gây ô nhiễm Đồng thời bản thân nó cũng là nguồn gây ô nhiễm quang trọng

- Ô nhiễm vi khí hậu: do nhà xưởng chật hẹp củ kỉ, kết cấu bao che không đảm bảo cách nhiệt, thông thoáng… nên môi trường vi khí hậu trong nhà xưởng bị nóng bức, thiếu ánh sáng…

- Ô nhiễm bụi: nồng độ bụi thường vượt quá mức cho pháp hàng trăm lần, thành phần chứa nhiều tác nhân gây độc, phức tạp như bụi silic…

- Hơi khí độc: các khu công nghiệp nhất là các nhà máy hóa chất đều thải ra khí độc hại làm ô nhiễm môi trường, gây hại cho sức khỏe và tuổi thọ của công nhân

- Ô nhiễm tiếng ồn : hiện nay các nhà máy nước ta đều bị ô nhiễm tiếng ồn (

100 – 150 dBA ) khu dân cư gần đó không cách ly nên bị ô nhiễm tiếng ồn nghiêm trọng Mức ồn trong khu dân cư do các nhà máy gây ra đạt 60-70 dBA vượt quá tiêu chuẩn cho phép hàng chục lần

CHƯƠNG 2: TỔNG QUANG VỀ ACETOL VÀ THAN

HỌAT TÍNH

2.1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM ACETOL

2.1.1 Nguồn phát thải acetol

Acetol là chất có khả năng tan vô hạn trong nước và hòa tan được tất cả các chất hữu cơ nên thường được sử dụng làm dung môi cho các ngành hóa học công ghiệp như: sản xuất tơ nhân tạo, dược phẩm, hóa mỹ phẩm… Ngoài ra việc điều chế các hợp chất hóa học hữu cơ như metyl, metanitat ( monome), cloroform, Idoform… cũng phát thải acetol vì các chất trên được tổng hợp từ acetol

Trong công nghiệp sản xuất sơn, phân xưởng sơn, công nghệ xi mạ dây điện cũng sản sinh một lượng lớn acetol Sự bay hơi acetol xảy ra trong cả hai quá trình mạ dây điện:

+ Công đoạn nhúng: điện môi được chứa trong một thùng lớn, dùng để nhúng dây điện vào Hơi acetol bị bốc hơi từ mặt thoáng của bề mặt thùng chứa Khuếch tán ra nội vi của phân xưởng

+ Công đoạn sấy: sau khi nhúng dây điện được sấy khô bằng nhiệt Quá trình này làm acetol bốc hơi mạnh hơn

Ngoài ra quá trình sơn vật liệu cũng phát thải một lượng lớn acetol Ô nhiễm acetol được liệt vào dạng ô nhiễm hơi dung môi và chủ yếu gây ô nhiễnm cục bộ tại phân xưởng

2.1.2 Đặc tính của acetol

Acetol là chất lỏng không màu tan vô hạn trong nước và có khả năng hòa tan tất cả các chất hữu cơ, kể cả polime và cellulose trinitrat

Acetol dùng làm nguyên liệu tổng hợp nhiều chất hữu cơ quan trọng như cloroform, idoform, sulfonal (thuốc an thần) ionon(chất thơm) metyl metacrilat (monovae) được điều chế như sau:

Trong công nghiệp dehiro hóa propan 2- ol- nhiệt phân axit axetic( xúc tác tho 2 ) hoặc bằng phương pháp oxi hóa cumen thu được acetol và phenol

2.1.2.1 Tính chất vật lý:

Axetol là là chất lỏng không màu, sôi ở nhiệt 56 o C, tan vô hạn trong nước hòa tan được nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau, kể cả một số polime

2.1.2.2 Tính chất hóa học:

CTCT : CH 3 -C-CH 3 CTPT: C 3 H 6 O

Do có nhóm C= O như andehit, axetol cũng tham gia các phản ứng cộng, khó bị oxy hóa và không tham gia phản ứng tráng bạc cũng như phản ứng khử Cu(OH) 2

b Phản ứng với hydrocacbon có Mg:

Dùng để điều chế alcol bậc 3

(CH 3 ) 2 C=O + H 2 N-OH


(CH 3 ) 2 =N-OH + H 2 O

d Phản ứng với andehit:

Ni

P

O

(CH 3 ) 2 C=O + C 6 H 5 -


CH 3 -C –CH=CH-C 6 H 5 + H 2 O

O

e Phản ứng oxi hóa :

Axetol không bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa yếu như AgNO 3 /NH 3 ,Cu(OH) 2 Nhưng nếu đun axetol với các chất axetol với các chất oxy hóa mạnh như KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 với H 2 SO 4 thì nguyên tử hydro ở vị trí 2 đối vớ nhóm (C=O) trong axetol dễ bị oxyhóa bởi Clo, Brom, Iot

(CH 3 ) 2 C=O+ Br 2
CH
3 COCH 2 Br + HBr

Trừơng hợp dư halogen, phản ứng trong môi trường kiềm là:

(CH 3 ) 2 C=O + I 2 (dư) +NaOH


CH 3 COCI 3 +NaI + H 2 O

CH 3 COCI 3 + NaOH


CHI 3 (vàng)+ CH 3 COONa

2.2 ĐẶC TÍNH CỦA THAN HOẠT TÍNH

Than họat tính là một trong những chất hấp thụ công nghiệp cơ bản Than hoạt tính được đặt trưng bởi tính kị nước Vì vậy nó được sử dụng để xử lý khí thải ở các dạng ẩm khác nhau

Than hoạt tính có thể tích lỗ xốp vào khỏang 0,24 – 0,48 cm 3 /g Nhược điểm cơ bản của than hoạt tính là kém bền cơ học, dễ cháy Than hoạt tính tổng hợp từ các phân tử cacbon mạch dài

Chất hấp phụ này có khả năng tái sinh để thu hồi chất hấp phụ và và khả năng của chất hấp phụ Có thể tái sinh bằng cách tăng nhiệt độ hút cấu tử bị hấp phụ bằng chất hấp phụ mạnh hơn, giảm áp suất hoặc tổ hợp các phương pháp này

Nhiệt độ tái sinh than hoạt tính làø đun ở khoảng 100-200 0 C với việc tiếp xúc trực tiếp với hơi nước Không khí hoặc trơ nóng hoặc làm nóng qua thành với dòng khí trơ thổi qua

Than hoạt tính có khả năng hấp thụ hơi dung môi hữu cơ NO x , SO 2 …

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

KHÔNG KHÍ

3.1 XỬ LÝ AEROSOL (BỤI, KHÓI SƯƠNG)

3.1.1 Thiết bị thu hồi bụi khô:

Hoạt động dựa trên các cơ chế lắng khác nhau: trọng lực, quán tính và li tâm

3.1.1.1 Buồng lắng bụi:

Nguyên tắc:hạt bụi bị lắng xuống dưới tác dụng của lực hấp dẫn và rơi vào bình chứa hoặc bị đưa ra ngoài bằng băng tải

3.1.1.2 Thiết bị lắng quán tính:

Nguyên tắc hoạt động: tách bụi bằng cách thay đổi đột ngột hướng chuyển động của dòng khí, các hạt bụi dưới tác dụng chuyển động của quán tính tiếp tục chuyển động theo hướng cũ và tách ra khỏi khí rơi vào bình chứa Có thể dùng các lá chắn hoặc vòng chắn để tạo ra các mặt phẳng nghiêng thay đổi hướng chuyển động của dòng khí, gọi là các thiết bị lá xách

3.1.1.3 Xích lon:

Là thiết bị tạo gió xoáy, ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

Nguyên tắc: dòng khí nhiễm bụi được đưa vào phần trên của xiclon, thân xiclon thường là hình trụ có đáy hình chóp cụt Ống khí thường có dạng khối chữ nhật được bố trí theo phương tiếp tuyến với thân xiclon Khí sạch đưa ra ở phía trên đỉnh thiết bị bởi ống tròn Khí vào xiclon chuyển động xoắn ốc, dịch chuyển xuống dưới và trở thành dòng xoáy ngoài các hạt bụi bị lực ly tâm văng vào thành xiclon, chuyển dịch xuống dưới và ra khỏi thành xiclon, khí còn lại chuyển dịch lên trên tạo thành dòng xoáy trong ra ngòai

3.1.1.4 Thiết bị thu hồi bụi xoáy

Ứng dụng cơ chế lắng bụi ly tâm khác với xiclon Thiết bị này có dòng khí phụ trợ

Khí nhiễm bẩn được đưa vào từ phía dưới, được khuấy nhờ cánh quạt, chuyển động lên trên và chịu tác động của tia khí thứ cấp dòng khí này chạy từ vòi phun tiếp tuyến để tạo sự xoáy hỗ trợ Dưới tác dụng của lực ly tâm bụi bị văng ra ngoài Gặp dòng xoáy thứ cấp đẩy chúng vào khoảng không gian vành khăn giữa của ống Không gian vành khăn được trang bị bằng đệm chắn để bụi không quay trở lại thiết bị

3.1.1.5 Thiết bị thu hồi bụi cơ động:

Nguyên tắc: thực hiện nhờ lực li tâm và lực coriolit xuất hiện khi quay guồng hút Nhờ sự chênh lệch áp suất tạo ra bởi guồng quay, dòng khí nhiễm bụi

đi vào các rãnh xoắn của guồng và thực hiện chuyển động cong, các hạt bụi văng

ra vành đai nhờ lực ly tâm và cùng với 8-10% khí đi vào xiclon được nối với guồng xoắn Khí sạch qua cơ cấu định hướng được hút vào tâm guồng xoắn rồi được thải vào ống khói

3.1.2 Thiết bị lọc bụi:

Khi cho khí chứa bụi qua vách ngăn xốp các hạt rắn được giữ lại còn khí thì xuyên qua nó hoàn toàn Quá trình lọc sẽ tích tụ bụi khô trong các lỗ xốp làm giảm hiệu suất lọc Sau một thời gian phải loại lớp bụi đó ra Có các thiết bị như: thiết bị tinh lọc thu hồi bụi nhỏ, thiết bị lọc trong hệ thống thông gió, thiết bị lọc công nghiệp (vải, sợi ,thô)

3.1.2.1 Thiết bị lọc vải:

Thường có dạïng tay áo hình trụ được giữ chặt trên lưới ống và được trang

bị cơ cấu giữ bụi, vật liệu lọc phổ biến: vải, bông, len, vải tổng hợp và vải thủy tinh Vải có thể hồi phục bằng hai cách: rung vật liệu lọc, thổi ngược vật liệu lọc bằng khí sạch hoặc không khí

3.1.2.2 Thiết bị lọc sợi:

Vật liệu lọc là các sợi tự nhiên hay nhân tạo có chiều dày 0,01 – 100µµµµm gồm

1 hoặc nhiều lớp phân bố đồng nhất, chiều dày lớp lọc có thể dày từ vài mm đến 2m

3.1.2.3 Thiết bị lọc hạt :bao gồm:

- Thiết bị lọc đệm: thành phần lọc (hạt, cục) không liên kết với nhau, đó là lớp đệm tĩnh Lớp đệm chuyển động với sự dịch chuyển của vật liệu rời trong trường trọng lực: vật liệu đệm thường là cát, sỏi, đá cuội, than cốc, nhựa, cao su…

- Thiết bị lọc lớp hạt cứng : các hạt liên kết với nhau nhờ thêu kết, dập hoặc dán vào tạo thành hệ thống cứng không chuyển động Đó là sứ, xốp, kim loại xốp, nhựa xốp Lớp lọc loại này bền chặt, chống ăn mòn và chịu tải lớn Ứng dụng lọc khí nén

3.1.3 Thiết bị lọc bụi nhớt:

Dựa trên dòng tiếp xúc của bụi với chất lỏng bằng các biện pháp: va chạm giữa bụi và nước, tiếp xúc bề mặt ướt, sục khí vào chất lỏng

3.1.3.1 Thiết bị rửa khí trần:

Là tháp đứng có thiết diện hình trụ hay ngũ giác mà trong đó có sự tiếp xúc giữa khí và các giọt lỏng( tạo bởi các vòi phun) theo hướng chuyển động của

khí và lỏng Tháp trần chia làm hai loại là cùng chiều và ngược chiều Chiều cao tháp vào khỏang 2,5 đường kính Đường kính được xác định theo phương trình lưu lượng, chi phí nước 0,5-8l/m 3 không khí

3.1.3.2 Thiết bị rửakhí đệm:

Tháp rửa khí đệm là tháp với lớp đệm đổ đóng được sắp xếp theo trật tự xác định Áp dụng để thu hồi bụi dễ dính ướt, nhưng nồng độ không cao thường là tháp ngược chiều hoặc tưới ngang

3.1.3.3 Thiết bị rửa khí với lớp đệm chuyển động:

Vật liệu đệm là các quả cầu polime, thủy tinh hoặc nhựa xốp Có hai dạng : vòi phun hoặc bơm phun

3.1.3.4 Tháp rửa khí với lớp đệm dao động :

Các lớp quả cầu dưới tác dụng của không khí không ở trạng thái giả lỏng mà chỉ dao động cọ sát lẫn nhau Khí nhiễm bụi đi qua các tia nước tưới rồi sau đó qua lớp đệm bằng quả cầu thủy tinh Trong thiết bị có hai vùng tiếp xúc chất lỏng vùng thứ nhất tạo thành giọt lỏng trước lớp đệm, vùng hai hình thành dưới dạng bọt trực tiếp ở trong và ở trên lớp chất đệm

3.1.3.5 Thiết bị sủi bọt :

Phổ biến là thiết bị với đĩa chảy sụt và đĩa chảy qua Đĩa chảy sụt có thể có đĩa lỗ, đĩa rãnh Chiều dài tối ưu của lỗ là 4-6mm Bụi được thu hồi do tương tác của khí và lỏng Quá trình diễn ra như sau:

- Thu hồi bụi trong không gian dưới lưới do lực quán tính đượ hình thành do dòng khí thay đổi hướng chuyển động khi đi qua đĩa Lọc thô ≥≥≥≥ 10um

- Lắng bụi từ tia khí hình thành bởi các lỗ hoặc khe hở của đĩa với vận tốc cao đập vào lớp chất lỏng trên điõa( cơ chế va đập)

- Lắng bụi theo cơ chế quán tính – rối trên bề mặt trong của các bọt khí

3.1.3.6 Thiết bị rửa khí va đập – quán tính:

Sự tiếp xúc của khí với nước được thực hiện do sự va đập của dòng khí lên bề mặt chất lỏng do sự đổi hướng đột ngột dòng khí Kết quả va đập là các giọt lỏng có đường kính 300 – 400 µµµµm được tạo thành, làm gia tăng quá trình lắng bụi

3.1.3.7 Thiết bị rửa khí ly tâm (xiclon ướt):

Thu hồi bụi trong thiết bị rửa khí ly tâm diễn ra theo hai lực: lực ly tâm và lực quán tính Các thiết bị này chia ra làm hai dạng:

- Thiết bị có dòng xoáy được thực hiện nhờ cánh quạt quay đặt ở trung tâm

- Thiết bị với ống khí vào theo phương tiếp tuyến Nước rửa khí thải chảy

ra ở vòi phun, ở trung tâm vòi chảy thành màng trên thành thiết bị

3.1.3.8 Thiết bị rửa khí vận tốc cao:

Nguyên lý: Dòng khí bụi chuyển động với vận tốc 70 – 150 m/s đập vỡ nước thành những hạt cực nhỏ Độ xoáy rối cao của các dòng khí và vận tốc tương đối giữa bụi và giọt lỏng lớn, thúc đẩy quá trình lắng bụi trên các giọt lỏng

3.1.4 Thiết bị lọc điện:

Khí được xử lý bụi nhờ tác dụng của lực điện Các hạt bụi được tích điện và dưới tác dụng của điện trường, chúng chuyển động đến gần và lắng trên các điện cực Sự tích điện diễn ra trên trong trường phóng điện quầng sáng theo hai cơ chế: dưới tác dụng của điện trường và bởi sự khuếch tán của các ion Cơ chế thứ nhất chiếm ưu thế khi kích thước hạt > 0,5 µµµµm Cơ chế thứ hai được áp dụng khi kích thước hạt < 0,2 µµµµm

Trường lực được tạo bởi hai điện cực: một điện cực – cực âm – quầng sáng để tích điện cho các hạt Đó là các dây dẫn mảnh được bố trí ở một khoảng nhất định Điện cực thứ hai – điện cực lắng, có bề mặt rộng hơn

3.1.5 Thu hồi sương mù:

Sương mù được hình thành do ngưng tụ hơi hoặc do tương tác hoá học của các chất hoá học trong hệ thống hạt phân tán, hoặc trong sản xuất H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , trong việc cô đặc các muối, khi bay hơi dầu, mỡ

Để thu hồi sương mù, người ta ứng dụng thiết bị lọc thu hồi sương dạng dạng sợi và lưới và thiết bị lọc tĩnh điện ướt Nguyên lý: Dựa trên sự thấm các hạt lỏng bằng các sợi khi cho sương đi qua lớp sợi Khi tiếp xúc với bề mặt sợi diễn ra sự kết tụ các hạt lỏng và hình thành màng lỏng, chuyển động vào trong lớp sợi, sau đó rơi thành giọt và tách khỏi màng lọc

3.2 XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ

Cơ sở của phương pháp hấp thụ:

- Phương pháp hấp thụ dựa trên cơ sở của quá trình truyền khối nghĩa là phân chia làm hai pha, phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất

bị hấp thụ trong pha khí Phương pháp hấp thụ được chia ra hấp thụ vật lý và hấp thụ hoá học

• Hấp thụ vật lý: dựa trên sự hoà tan cấu tử pha khí trong pha lỏng

• Hấp thụ hoá học: dựa trên các phản ứng xảy ra giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ hoặc của các cấu tử trong pha lỏng

- Phương pháp hấp thụ thường được sử dụng để xử lý các chất khí như: SO 2 ,

H 2 S, CS 2 , RSH, oxit nitơ, CO 2 , halogen và các hợp chất của chúng

3.2.1 Xử lý SO2:

Các chất thường được sử dụng để hấp thụ SO 2 như: nước, dung dịch muối hay huyền phù của muối kim loại – kim loại kiềm thổ

3.2.1.1 Xử lý SO 2 bằng nước:

Khi đun nóng ở nhiệt độ 100 0 C thì H 2 O sẽ kết hợp với SO 2 tạo nên HSO 3 - :

SO 2 + H 2 O ↔↔↔ H + + HSO 3

-3.2.1.2 Xử lý SO 2 bằng CaCO 3 :

Phương pháp này có khả năng xử lý khí mà không cần làm nguội hay lọc bụi trước, quá trình hấp thụ SO 2 bằng huyền phù CaCO 3 sẽ cho ra sản phẩm cuối cùng là CaSO 4 2H 2 O

3.2.1.4 Sử dụng Zn làm chất hấp thụ:

Zn hấp thụ SO 2 tạo thành sunphit kẽm, sunphit kẽm này có khả năng thu hồi vá tiếp tục sử dụng trong quá trình hấp thụ kế tiếp

ZnO + SO 2 + 2,5H 2 O →→→ ZnSO 3 2,5H 2 O Với nồng độ SO 2 lớn:

ZnO + SO 2 + 2H 2 O →→→ Zn(HSO 3 ) 2

(Có thể thực hiện mà không cần xử lý nhiệt của khí thải)

3.2.1.5 Sử dụng chất hấp thụ trên cơ sở Natri:

- Chất hấp thụ này có khả năng hấp thụ lớn, có thể loại SO 2 ra khỏi hỗn hợp khí với bất kì nồng độ nào

- Sử dụng Soda (Na 2 CO 3 ) để hấp thụ SO 2 thu được sunphit và bisunphit:

Na 2 CO 3 + SO 2 = Na 2 SO 3 + CO 2

Na 2 SO 3 + H 2 O = 2NaHSO 3

- Dung dịch NaHCO 3 khi tác dụng với oxit kẽm tạo thành sunphit kẽm: NaHSO 3 + ZnO = NaOH + ZnSO 3

3.2.1.6 Hấp thụ bằng hỗn hợp muối nóng chảy:

- Sử dụng cacbonat kim loại kiềm có thành phần như sau: LiCO 3 : 36%,

Na 2 CO 3 : 33%, K 2 CO 3 : 35% để xử lý ở nhiệt độ cao Ở điểm nóng chảy

397 0 C nồng độ SO 2 trong khí trơ là 0,3 – 3 % sẽ được hấp thụ 99%

- Khí sinh ra chứa 30% là H 2 S, còn lại là CO và H 2 O, sản phẩm sẽ được đưa đến nơi sản xuất lưu huỳnh

3.2.1.7 Hấp thụ bằng các amin thơm:

- Với SO 2 trong khí thải của luyện kim màu(nồng độ SO 2 khoảng 1- 2% thể tích) Để hấp thụ người ta sẽ sử dụng dung dịch C 6 H 3 (CH 3 ) 2 NH 3 (tỉ lệ

C 6 H 3 (CH 3 ) 2 NH 3 – nước = 1:1)

- C 6 H 3 (CH 3 ) 2 NH 3 không trộn lẫn với nước, nhưng khi hấp thụ với SO 2

tạo thành C 6 H 3 (CH 3 ) 2 NH 3 SO 2 sẽ tan trong nước

C 6 H 3 (CH 3 ) 2 NH 3 + SO 2 = C 6 H 3 (CH 3 ) 2 NHSOOH 3 (CH 3 ) 2 C 6 H 3

3.2.2 Xử lý H2S, CS2:

3.2.2.1 Hấp thụ bằng H 2 S:

H 2 S là hợp chất trong khí tự nhiên và khí dầu mỏ H 2 S được hấp thụ bằng các phương pháp khác nhau

- Phương pháp cacbonat: H 2 S được hấp thụ bởi Na 2 CO 3 hoặc K 2 CO 3

- Phương pháp phosphat: chỉ hấp thụ được H 2 S, sử dụng dung dịch hấp thụ là K 3 PO 4 (chứa 40 – 50 % photphat kali trong dung dịch)

Fe 3 S 3 , NaOH

Hiệu suất đạt 80% và trong quá trình tái sinh 70% H 2 S chuyển thành S

3.2.2.2 Xử lý CS 2 , COS và Mecraptan (RHS):

- Khí chứa CS 2 và COS sẽ chuyển thành H 2 S khi tiếp xúc với Cr – Fe ở

400 –500 0 C, và khi ở 600 0 C thì CS 2 , COS sẽ chuyển thành H 2 S khi tiếp xúc với Cu

- Với Mecraptan thấp, tan trong kiềm, nhưng khi khối lượng phân tử tăng lên thì sẽ làm độ tan giảm Khi tiếp xúc lâu với kiềm các mecraptan bị oxi hoá đến disunphua và polysunphua khó tan trong kiềm

4RSH + O 2 →→→ R – S – S – R + H 2 O

3.2.3 Xử lý oxit Nitơ:

Khí thải chứa oxit nitơ được hình thành trong một số ngành như: sản xuất hoá chất công nghiệp Trong quá trình chưng cất dầu mỏ và đốt nhiên liệu, nước, dung dịch kiềm, axit và chất oxihoá được dùng để hấp thụ NO 3 -

3.2.3.1 Hấp thụ bằng nước:

Hấp thụ NO x bằng nước sẽ sinh ra một lượng nhỏ acid nitric ở pha khí

NO 2 + H 2 O = HNO 3 + NO + Q Hấp thụ NO tăng theo độ tăng của nồng độ acid và áp suất riêng phần của

NO x Để thúc đẩy quá trình có thể dùng chất xúc tác Hiệu suất công việc xử lý đạt 57%

3.2.3.2 Hấp thụ bằng kiềm:

Nhiều loại dung dịch kiềm và muối khác nhau được sử dụng để hấp thụ hoá

hộcNO x

2NO 2 + Na 2 CO 3 = NaCO 3 + CO 2 + Q

3.2.3.3 Hấp thụ đồng thời SO 2 và NO x :

SO 2 và NO x sẽ đồng thời được sinh ra khi đốt cháy các nguyên liệu chứa lưu huỳnh Hai loại khí thải này được hấp thụ bằng dung dịch kiềm Khi tiến hành hấp thụ bằng NaOH và Na 2 CO 3 sẽ cho ra sản phẩm là Na 2 SO 4 , NaCl,NaCO 3 , NaNO 2 Còn hấp thụ bằng Ca(OH) 2 sản phẩm sẽ là CaSO 4 , Ca(NO 3 ) 2 Hiệu quả xử lý đối với SO 2 thường là 90% và NO x là 70 – 90%

3.2.4 Xử lý halogen và các hợp chất của nó:

3.2.4.1 Xử lý các hợp chất chứa flo:

Khi điện phân trong sản xuất nhôm hay trong chế biến phân photphat từ photphat sẽ làm phát sinh khí flo Để hấp thụ khí flo và các hợp chất có thể sử dụng chất hấp thụ là nước, dung dịch muối, dung dịch kiềm và các huyền phù (Na 2 CO 3 , NH 4 OH, NH 4 F, Ca(OH) 2 , NaCl, K 2 SO 4 …)

a Hấp thụ bằng nước: phương pháp này được sử dụng do HF, SiF tan nhiều trong nước

2HF + H 2 O ↔↔↔ H 3 O +

+ HF 2

SiF + H 2 O ↔↔↔ 4HF + SiO

HF + SiF 4 ↔↔↔ H 2 SiF 6

SiF 4 + 2H 2 O ↔↔↔ 2H 2 SiF 6 +SiO 2

Trong công nghiệp khi hấp thụ SiF 4 thường thu được dung dịch 10 – 22%

H 2 SiF 6 được tiến hành trong tháp phun, đệm, dĩa và thiết bị Venturi Hiệu quả xử lý 90 – 95% H 2 SiF 6 được dùng để sản xuất SiO 2 , CaF, AlF 3 , NaF,

Na 3 AlF 6

b Hấp thụ bằng dung dịch muối amon

c Hấp thụ bằng dung dịch cacbonat kali

d Hấp thụ bằng dung dịch AlF 3

3.2.4.2 Xử lý clo và hydroclorua:

Clo và HCl phát sinh trong các ngành sản xuất Clo, Mg từ việc điện phân muối, muối clorua magiê, sản xuất axit clohydric, các hợp chất hữu cơ và vô cơ chứa clo

a Hấp thụ Clo: sử dụng chất hấp thụ là NaOH, Ca(OH) 2 thực hiện trong bất kì tháp hấp thụ nào với hiệu suất 70 – 90%

b Hấp thụ Clorua hydro bằng dung dịch kiềm và nước:

+ Hấp thụ Clorua hydro bằng nước trong các loại tháp khác nhau có nhược điểm là tạo nên sương mù là các giọt chứa axit lỏng, việc thu hồi không đạt hiệu suất cao

+ Sử dụng NaOH, Ca(OH) 2 hoặc Na 2 CO 3 để hấp thụ HCl cho phép tăng hiệu quả xử lý, thu được nước thải trung hoà Phương pháp này cho phép tận dụng được HCl để sản xuất clorua kim loại: CaCl 2 , FeCl 3 , ZnCl 2 , BaCl 2 …

3.2.4.3 Xử lý Brom và các hợp chất của nó:

Trong quá trình sản xuất Br 2 từ nước biển và sản xuất các sản phẩm là dẫn xuất của Br 2 sẽ phát sinh khí thải chứa Br 2

a Sử dụng dung dịch kiềm để hấp thụ Br 2 (khi sử dụng FeBr 2 thì yêu cầu xử lý sẽ đạt hiệu quả cao 80 – 90%)

b Hấp thụ bằng SO 2 : phản ứng diễn ra:

Br 2 + SO 2 + H 2 O →→→ 2HBr + H 2 SO 4

HBr và H 2 SO 4 sẽ được thu hồi trong tháp hấp thụ

3.2.5 Xử lý CO2:

3.2.5.1 Xử lý oxit cacbon:

CO là chất có tính độc hại cao, được tạo thành từ việc đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu hoá thạch và các hợp chất hữu cơ là chất thải của các lò luyện kim, khí thải của động cơ, hầm than…

Người ta cho hấp thụ CO hay rửa khí bằng nitơ lỏng, dung dịch amoniac với muối acetat hay cacbonat đồng

a Hấp thụ bằng [Ca(NH 3 ) m (H 2 O) n ] +

Để xử lý CO một cách triệt để, người ta thường tiến hành ở áp suất 11,8 – 31,4 MPa và nhiệt độ dung dịch từ 0 – 20 0 C Phục hồi dung dịch bằng cách đun nóng đến 80 0 C

Khi cho thêm metanol, ethanol vào sẽ làm tăng hấp thụ

b Hấp thụ bằng CuAlCl 4 (clorua đồng nhôm)

Phương pháp này được sử dụng khi nguồn thải có O 2 và một lượng lớn CO 2 quá trình hấp thụ dựa trên sự hấp thụ CO bằng dung dịch có nồng độ 20 – 25% CuAlCl 4 và 80 – 90% toluen

c Hấp thụ bằng Nitơ lỏng:

Đây là quá trình hấp thụ vật lý Cùng với CO, các phần tử khác cũng được hấp thụ do đó nó được ứng dụng trong công nghiệp Gồm 3 giai đoạkhủng hoảng

• Làm nguội sơ bộ và sấy khô khí

• Làm sạch khí và ngưng tụ một phần các cấu tử

• Rửa khí

3.2.5.2 Xử lý dioxit cacbon:

a Hấp thụ bằng dung dịch etanolamine

2RNH 2 + CO 2 + H 2 O ↔↔↔ (RNH 3 ) 2 CO 3

(RNH 3 ) 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O →→→ 2RNH 3 HCO 3

2RNH 2 + CO 2 →→→ RNHCOONH 3 R

Dung dịch hấp thụ được phục hồi dễ dàng bằng cách đun nóng, khả năng phản ứùng cao

b Hấp thụ bằng amoniac:

Khi khí thải chứa 30% CO 2 thì sẽ được hấp thụ bằng phương pháp này Phương pháp này cho phép giảm nồng độ CO 2 trong tổng hợp NH 3 từ 34% xuống còn 0,015% Dung dịch hấp thụ được phục hồi bằng cách đun nóng

c Hấp thụ bằng dung dịch kiềm:

Chất hấp thụ thường được sử dụng là Na 2 CO 3

Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O →→→ 2NaHCO 3

Để tăng tốc độ người ta dùng methanol, ethanol, đườnglàm chất xúc tác

d Hấp thụ bằng nước:

Có ý nghĩa công nghiệp trong xử lý khí áp suất cao Khả năng hấp thụ của nước cao khíap suất riêng của CO 2 lớn hơn 3,4 atm

Khi tổng hợp NH 3 chứa đến 25% CO 2 , nên hạn chế ứang dụng của nó vì khi đó áp suất dư trong hệ thống xử lý lên đến14 atm

CO 2 thu được thường chế biến thành phân urê nhờ tương tác với amoniac

3.3 XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ:

Hấp phụ là sự hút các phân tử khí bởi bề mặt chất rắn Người ta sử dụng phương pháp hấp phụ đểlàm sạch khí có hàm lượng tạp chất khí và hơi nhỏ Vật liệu dùng để làm chất hấp phụ là các vật liệu xốp với bề mặt bên trong lớn, được tạo thành do tổng hợp nhân tạo hoặc tự nhiên

3.3.1 Hấp phụ hơi dung môi:

Thu hồi hơi dung môi có thể bằng bất kì chất hấp phụ có lỗ xốp mịn như: than hoạt tính, silicagen, keo nhôm, zeolit, thuỷ tinh lỗ xốp Tuy nhiên than hoạt tính là chất hấp phụ kị nước nên được ứng dụng hiệu quả khi độ ẩm trong khí thải đến 50%

Ưu điểm của việc sử dụng sợi cacbon hoạt tính so với than hoạt tính làm xúc tác, giảm nguy cơ cháy nổ, thiết bị gọn, ứng dụng để thu hồi dung môi có nhiệt độ sôi cao

Với mục đích đạt độ sạch cao, người ta ứng dụng phương pháp tổ hợp, kết hợp nhiều quá trình khác nhau Phương pháp này rất đa dạng

Một phương pháp kết hợp nữa là cho khí chứa dung môi tiếp xúc với huyền phù nước than (25% bột than hoạt tính với đường kính 100 µµµµm)

3.3.2 Xử lý các oxit Nitơ(NOx):

Ứng dụng phương pháp hấp phụ để xử lý NO đạt hiệu quả thấp do tính trơ của NO(NO có tính axit yếu) Vì vậy trong nhiều trường hợp, người ta chuyển cấu tử có tính axit yếu thành oxit có mức oxi hoá lớn hơn

NO x được hấp phụ mạnh bằng than hoạt tính Tuy nhiên khi tiếp xúc với oxit Nitơ, than có thể bị cháy và nổ Ngoài ra than còn có độ bền cơ học thấp và khi phục hồi có thể chuyển NO x thành NO

3.3.3 Xử lý SO2:

Chất hấp phụ được sử dụng là đá vôi, đolonit hoặc vôi Để tăng hoạt tính của các chất hấp phụ hoá học, để thúc đẩy quá trình oxi hoá SO 2 thành SO 3 người ta cho thêm vào một số phụ gia ở dạng muối vô cơ rẻ tiền, oxit mangan… Còn chất để thúc đẩy phản ứng có thể dùng các oxit kim loại của Al, Co, Cu, Fe, Mn, Ni…

3.3.4 Xử lý halogen:

3.3.4.1 Xử lý hợp chất flo:

Chất hấp phụ được dùng là đá vôi, keo nhôm, florua natri, nefelin, xienit Để hấp phụ SiF 4 thì sử dụng biflorua natri

3.3.4.2 Xử lý clo và clorua hydro:

Khi Clo được hấp phụ bởi các chất rắn hữu cơ như lignin, lignin sunfonat canxi, là chất thải của quá trình chế biến hoáhọc gỗ và các nguyên liệu thực vật khác Để hấp phụ Clorua hydro người ta có thể dùng oxi clorua sắt và oxi clorua đồng trong hỗn hợp với oxit magiê, sunphat và photphat đồng, chì, cadimi, tạo thành các phức với 2 phân tử HCl cho phép xử lý khí với nồng độ HCl thấp đến 1% thể tích trong khoảng nhiệt độ rộng

3.3.4.3 Xử lý iốt:

Để hấp phụ iốt người ta sử dụng than họat tính, khả năng hấp phụ ở nhiệt độ dưới 45 0 C có thể đạt 120g/l Ngoài ra iốt còn được hấp phụ bằng ionit

3.3.5 Xử lý H2S và các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh:

3.3.5.1 Xử lý H 2 S có thể dùng hydroxit sắt, than họat tính, zeolit

3.3.5.2 Xử lý các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh:

Chất hấp phụ hoá học được sử dụng là các oxit kẽm, sắt, đồng và vài kim loại khác

Phương pháp hấp phụ bằng than họat tính và zeolit tổng hợp không yêu cầu làm nóng khí Than họat tính hấp phụ mạnh thiofen và CS 2 nhưng hấp phụ yếu CÓ và các disunphua

Các zeolit tổng hợp (CaA, NaX) bảo đảm làm sạch khí khỏi các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh, hấp phụ mạnh thiofen

3.3.6 Xử lý hơi thuỷ ngân:

Để xử lý thuỷ ngân trong khí thải người ta ứng dụng phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính

Xử lý khí chứa thuỷ ngân bằng than hoạt tính vô định hình bị hạn chế do sự hiện diện của dioxit lưu huỳnh, làm giảm hoạt tính của than và giảm khả năng hấp phụ thuỷ ngân

Ngoài than hoạt tính ra, người ta còn sử dụng silicagen, zeolit, oxit nhôm, oxit magiê, đá bọt, oxit silic…

3.3.7 Khử mùi của khí bằng phương pháp hấp phụ:

Than được sử dụng để khử mùi không khí thoả mãn 2 yêu cầu cơ bản Chúng có khả năng hấp phụ lớn và trở lực thấp Ngoài ra than còn phải ít bị bào mòn để tránh tạo bụi

3.4 XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP XÚC TÁC VÀ

NHIỆT

3.4.1 Xử lý NOx:

3.4.1.1 Khử oxit nitơ có xúc tác và nhiệt độ cao:

Quá trình diễn ra khi tiếp xúc NO x với khí khử trên bề mặt xúc tác

Chất xúc tác: kim loại nhóm platin, niken, đồng, kẽm…

Chất khử: CH 4 , khí tự nhiên, khí than

Cơ chế: khí thải chứa NO x cần phải đun từ 30 – 35 0 C lên nhiệt độ cháy của xúc tác Khí từ thiết bị phản ứng được cho qua tuabin để tận dụng nhiệt năng của nó Phương trình:

NO + CH 4 →→→ 2N 2 + CO 2 + H 2 O

NO 2 + CH 4 →→→ N 2 + CO 2 + H 2 O

NO + 2CO →→→ N 2 + CO 2

3.4.1.2 Khử NO x với xúc tác chọn lọc:

Diễn ra thuận lợi vì chất khử chỉ phản ứng với NO x không tương tác với oxi Chất khử: NH 3 , sản phẩm của phản ứng không độc

Quá trình yêu cầu thiết bị đơn giản, được ứng dụng trong sản xuất HNO 3

dưới áp suất 0,35 MPa

3.4.1.3 Phân huỷ NO x bằng chất khử đồng thể và dị thể không có xúc

3.4.2 Xử lý SO2 bằng xúc tác:

Ở nhiệt độ gần 140 0 C và tỉ lệ NO : SO 2 = 2: 1 diễn ra phản ứng:

SO 2 + NO 2 + H 2 O →→→ NO + H 2 SO 4

H 2 SO 4 được hình thành ở thể hơi, qua giai đoạn oxi hoá NO thành N 2 O 3 Sau đó rửa khí có hơi H 2 SO 4 và N 2 O 3 bằng H 2 SO 4 80% thu được hỗn hợp H 2 SO 4 và HNO 3 Thổi không khí qua hỗn hợp này tách được NO 2 và H 2 SO 4 được hình thành Chất xúc tác là Vanadi ở nhiệt độ 450 0 C

Hiệu quả xử lý SO 2 : 95%

3.4.3 Xử lý các hợp chất hữu cơ bằng xúc tác:

Chất xúc tác thường được chế tạo trên cơ sở Cu, Cr, Co, Mn, Ni…

Chất xúc tác thường được phân biệt theo các dạng:

- Xúc tác quý hiếm

- Xúc tác hỗn hợp

- Xúc tác sành sứ

- Xúc tác đổ đông

Xử lý chất hữu cơ chứa lưu huỳnh bằng xúc tác bao gồm oxi hoá hoặc hydro hoá chúng trên bề mặt xúc tác ở nhiệt độ cao

3.4.4 Xử lý CO bằng xúc tác:

Đây là phương pháp phù hợp nhất

Xúc tác bao gồm: Mn, Cu – Cr, kim loại chứa nhóm Platin

Nhiệt độ phản ứng: 220 – 250 0 C, xúc tác dạng cầu chứa 0,2% Platin phủ trên oxit nhôm

Hiệu quả xử lý: 98 – 99%

3.4.5 Xử lý bằng phương pháp đốt cháy trực tiếp:

Cơ chế oxi hoá các cấu tử độc hại bằng oxi ở nhiệt độ cao (450 – 1200 0 C) Được ứng dụng để loại bỏ bất kì khí bay hơi mà sản phẩm cháy của chúng ít độc hơn

Thiết bị đơn giản, ứng dụng rộng rãi trong sản xuất sơn, quá trình điều chế một số sản phẩm hoá, điện hoá, điện tử…

CHƯƠNG IV: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ACETOL

4.1 XỬ LÝ ACETOL BẰNG THAN HOẠT TÍNH

4.1.1 Cơ sở lý thuyết:

Hấp phụ là sự hút các phân tử khí, hơi bởi bề mặt chất rắn Vật liệu dùng để làm chất hấp phụ là các vật liệu xốp với bề mặt bên trong lớn, được tạo thành

do tổng hợp nhân tạo hoặc tự nhiên

Cấu trúc bên trong của các chất hấp phụ công nghiệp phổ biến được đặc trưng bởi kích thước và hình dạng khác nhau của khoảng trống và lỗ xốp

4.1.1.1 Nguyên tắc chung của phương pháp hấp phụ:

Bề mặt chất rắn có khuynh hướng hấp dẫn các cấu tử trong pha khí hay pha lỏng bao quanh nó Các cấu tử này thường bị giữ lại thành một lớp hay thỉnh thoảng nhiều lớp trên bề mặt chất rắn Nếu thành phần của các cấu tử trên bề mặt của chất rắn khác với thành phần trong pha khí hoặc lỏng thì tạo nên cơ sở cho quá trình phân riêng Thông thường chất hấp phụ phải liên kết thuận nghịch với các cấu tử bị hấp phụ để có thể tái sử dụng chất hấp phụ

Quá trình hấp phụ là quá trình hút chọn lựa các cấu tử trong pha khí hay pha lỏng trên bề mặt rắn Quá trình này được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hoà tan là pha rắn (chất hấp phụ ) với pha khí hay pha lỏng Dung chất (chất bị hấp phụ) sẽ đi từ pha lỏng (hay khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ của dung chất phân bố giữa hai pha được cân bằng Về nguyên tắc các kỹ thuật đã được sử dụng để thực hiện quá trình tiếp xúc giữa hai pha không hoà tan đều có thể thực hiện được cho quá trình hấp phụ

Để hiểu được bản chất của quá trình hấp phụ, ta phân biệt hai loại hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học

• Hấp phụ vật lý: là hiện tượng tương tác thuận nghịch của các lực hút giữa các phân tử của chất rắn và của chất bị hấp phụ

Quá trình hấp phụ trong công nghiệp được xem xét tuỳ thuộc trên tính thuận nghịch để thu hồi chất hấp phụ dùng trong việc thu hồi chất bị hấp thụ, tách hỗn hợp

• Hấp phụ hoá học: là kết quả của sự tương tác hoá học giữa chất rắn và chất bị hấp phụ Nhiệt trong hấp phụ hoá học thường lớn cỡ nhiệt phản ứng Quá trình thường là không thuận nghịch Hấp phụ hoá học có tầm quan trọng đặc biệt trong phản ứng xúc tác

Trong phần này ta chỉ xét sự hấp phụ từ hỗn hợp khí những chất hấp phụ được áp dụng trong kỹ thuật xử lý khí thải có sự phát triển bề mặt bên trong rất lớn và chúng cần đáp ứng một số yêu cầu:

1 Có khả năng hấp phụ lớn

2 Không có tác dụng hoá học với các thành phần khí riêng biệt có trong khí thải

3 Có tính chọn lọc cao

4 Có độ bền cơ học cao, yêu cầu này cần được chú ý hơn khi sử dụng chúng trong những thiết bị hoạt động liên tục

5 Có khả năng hoàn nguyên

6 Có giá thành thấp

4.1.1.2 Các chất được sử dụng làm chất hấp phụ:

Những loại chất hấp phụ rỗng được sử dụng khá rộng rãi trong nước và thế giới: các loại than hoạt tính, silicagen, aliumogen (keo nhôm hay oxit nhôm hoạt hoá), zeolit và ionit (chất trao đổi ion) Những chất này khác nhau về tính chất phụ (do vật liệu có bản chất khác nhau, phương pháp gia công chế tạo và cấu trúc cũng khác nhau) cũng như xét về kích thước các hạt và khối lượng riêng

Trong bảng 4-1 cho thấy khối lượng riêng thực, khối lượng biểu kiến và khối lượng khi đổ rải của một số chất hấp phụ

Bảng 4-1: Khối lượng riêng của một số chất hấp phụ

Những chất hấp phụ Khối lượng

riêng thực

Khối lượng riêng biểu kiến

Khối lượng khi đổ (rải) Than hoạt tính 1750 ÷ 2100 500 ÷ 1000 200 ÷ 600

Silicagen độ rỗng nhỏ 2100 ÷ 2300 1300 ÷ 1400 800 ÷ 850

Silicagen độ rỗng lớn 2100 ÷ 2300 750 ÷ 850 500 ÷ 600

1 ÷ 5mm, và thể tích lỗ xốp vào khoảng 0,24 ÷ 0,48 cm 3 /g

Nhược điểm cơ bản của than hoạt tính là kém bền cơ học và đễ cháy

4.1.1.2.2 Silicagen:

Là chất hấp phụ khoáng chất tổng hợp được sử dụng trong nhiều lĩnh vực

do có khả năng điều chỉnh cấu trúc độ xốp của nó (phụ thuộc vào điều kiện gia công chế tạo)

Silicagen có lỗ xốp mịn dùng để hấp phụ các khí và hơi ngưng tụ (lỗ xốp thô và trung bình dùng để hút hơi các chất hữu cơ)

Silicagen không cháy, có nhiệt độ tái sinh thấp (110 ÷ 200 0 C), đủ độ bền cơ học, chi phí năng lượng thấp hơn khi hoàn nguyên, độ ẩm chịu nén tương đối cao Giá thành hạ khi sản xuất nhiều

Silicagen bị phá huỷ bởi các giọt ẩm

4.1.1.2.3 Aliumogen: (keo nhôm – oxit nhôm được hoạt hoá

Al 2 O 3 nH 2 O)

Được điều chế bằng cách nung các hydroxit nhôm khác nhau Thường được sản xuất ở dạng hình trụ đường kính 2,5-5mm, chiều cao 3-7mm và hính cầu đường kính trung bình 3-4 mm Keo nhôm bền dưới tác dụng của các giọt ẩm Chúng được ứng dụng để thu hồi các hợp chất hữu cơ phân cực và sấy khí

4.1.1.2.4 Zeolit:

Zeolit là các nhóm silic, chứa các oxit kim loại và kiềm thổ và có điều chỉnh cấu trúc các lỗ nhỏ Zeolit công ngiệp được sản xuất ở dạng hạt trụ (d=2 ÷ 4mm, l=2 ÷ 4 mm), và dạng cầu (d=2 ÷ 5mm) Zeolit có khả năng hấp phụ hơi các hợp chất phân cực và các chất có nối đôi trong phân cực, ngoài ra zeolit còn có khả năng hấp phụ hơi nước Zeolit giữ được hoạt tính cao ở nhiệt độ tương đối lớn (150 -200 0 C) Tuy nhiên do thể tích lỗ xốp của nó nhỏ nên lượng chứa chất hấp phụ ít hơn so với các chất hấp phụ khác

4.1.1.2.5 Ionit: (chất trao đổi ion) Là các hợp chất cao phân tử – hiện nay chưa được ứng dụng để xử lý khí thải công nghiệp

4.1.1.3 Phương pháp hấp phụ trong xử lý khí:

4.1.1.3.1 Phương pháp tái sinh:

Mục đích: tái sinh chất hấp phụ để thu hồi cấu tử hấp phụ và phục hồi khả năng hấp phụ của chất hấp phụ

Nguyên tắc: tái sinh được tiến hành bằng cách tăng nhiệt độ, hút cấu tử bị hấp phụ bằng chất hấp phụ khác mạnh hơn, giảm áp suất hoặc tổ hợp các phương pháp này

Nhiệt độ tái sinh than hoạt tính, silicagen, keo nhôm khoảng 100 -200 0 C, đối với zeolit là 100-400 0 C

Quá trình hấp phụ có thể được tiến hành trong chất hấp phụ không chuyển động, tầng sôi và chuyển động Trên thực tế, phổ biến là thiết bị với lớp chất hấp phụ không chuyển động được bố trí trong tháp đứng

4.1.1.3.2 Hấp phụ hơi dung môi:

Mục đích: Thu hồi hơi dung môi thoát ra từ các quá trình công nghệ và khi bảo quản

Nguyên tắc: + Nghiên cứu chế tạo thiết bị thu hồi

+ Nghiên cứu chất hấp phụ trên cơ sở than

Các chất hấp phụ: than hoạt tính, silicagen, keo nhôm, zeolit, thuỷ tinh lỗ xốp Vì là chất kị nước nên than hoạt tính được ứng dụng khi độ ẩm của khí thải là 50%

Trên cơ sở than hoạt tính, vật liệu hấp phụ khác được tìm ra là vải và sợi than hoạt tính có khả năng hấp phụ tốt và bền nhiệt

Ưu điểm của vật liệu này: đảm bảo hiệu quả thu hồi cao, giảm that thoát do phân huỷ nhiệt, giảm nguy cơ cháy nổ, thiết bị gọn, ứng dụng để thu hồi dung môi có nhiệt độ sôi cao

Để đạt được độ sạch cao, người ta ứng dụng phương pháp tổ hợp, kết hợp nhiều quá trình khác nhau (Vd: cho khí chứa dung môi hữu cơ tiếp xúc với huyền phù nước than)

4.1.1.3.3 Xử lý các oxit Nitơ (NO x )

Mục đích: xử lý NO đạt hiệu quả thấp do tính trơ của No

Nguyên tắc: chuyển cấu tử có tính axit yếu thành oxit có mức oxi hoá lớn hơn

Vật liệu hấp phụ: than hoạt tính, silicagen, keo nhôm, than bùn, trong đó than bùn được ứng dụng nhiều vì hiệu quả cao (96 -99%), nồng độ NO x ở mức 0,01- 0,04% Hiệu quả lớn hơn khi dòng than bùn cải tạo bởi NH 3

4.1.1.3.4 Xử lý SO 2 : Mục đích: thúc đẩy quá trình oxi hoá SO 2 thành SO 3

Nguyên tắc: sử dụng chất hấp phụ và một số phụ gia để xử lý SO 2 bay ra từ quá trình cuyển hoá các muối có lưu huỳnh

Vật liệu hấp phụ: đá vôi, đolomit, vôi, than hoạt tính

Một số phụ gia: muối vô cơ rẽ tiền, oxit mangan

Các chất thúc đẩy quá trình phản ứng: oxit kim loại của Al, Co, Cu, Fe,

Mn, Ni, Sn, Ti, V, U, Zn, Bi, Ce, Cr…

Hiệu quả xử lý bằng phương pháp hấp phụ: 90-95%, tuy nhiên do chi phí cao nên ít được ứng dụng

4.1.1.3.5 Xử lý halogen và các hợp chất của chúng:

a Xử lý Flo:

Mục đích: giảm nồng độ hợp chất flo từ 200 g/m 3 xuống còn 10-30 mg/m 3 Nguyên tắc: trên bề mặt hấp phụ (đá vôi), ở nhiệt độ lớn hơn 350 0 C, thời gian tiếp xúc là 7,6 giây, phản ứng với HF xảy ra tạo thành CaF 2 Chất hấp phụ bảo hoà được sàng trên lưới (d-3,3mm) Sản phẩm trên lưới quay lại thiết bị hấp phụ Áp dụng khi nồng độ HF =0,58%, nồng độ còn lại 0,028%

Vật liệu hấp phụ: đá vôi, keo nhôm, NaF, nefelin xienit

Có thể làm sạch khí bằng phương pháp hấp phụ hoá học và trao đổi ion

b Xử lý Clo và HCl:

Nguyên tắc: khí Clo được hấp phụ bởi chất rắn hữu cơ như lignin, lignin sunphonat canxi Hiệu quả cao hơn khi xử dụng chất hấp phụ này ở dạng dung dịch và bùn

HCl: người ta sử dụng oxiclorua sắt và clorua oxit đồng trong hỗn hợp với oxit magiê và phot phat đồng, chì, Cd tạo thành phức với 2 phân tử HCl và vật liệu hấp phụ là polymer hữu cơ, zeolit…

Phương pháp này ít được sử dụng do chi phí lớn

c Xử lý Iot:

Nguyên tắc: dùng than hoạt tính hấp phụ Iot ở nhiệt độ 45 0 C có thể đạt được 120g/l

Iot có thể được hấp phụ bằng các ionit

4.1.1.3.6 Xửù lý H 2 S và các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh

a Xử lý H 2 S:

Có thể xử lý H 2 S bằng hydroxit sắt, than hoạt tính, zeolit

 Hấp phụ bằng hydroxit sắt:

Nguyên tắc: khí đi qua lớp hydroxit sắt, H 2 S bị hấp phụ, Fe 2 S 3 được hình thành Khi có oxi thì bị oxi hoá thành Fe(OH) 3 và giải phóng lưu huỳnh Xử lý bằng phương pháp này nồng độ H 2 S còn 0,02g/m 3

2Fe(OH) 3 + 3 H 2 S Fe 2 S 3 + 6H 2 O

Fe 2 S 3 + 3/2 O 2 + 3H 2 O 2Fe(OH) 3 + 3S

 Hấp phụ bằng than hoạt tính::

Nguyên tắc: than hoạt tính hấp phụ H 2 S mạnh và H 2 S bị oxi háo bởi oxi trong khí thải khi có than làm xúc tác

H 2 S +1/2 O 2 S + H 2 O Trong than diễn ra phản ứng xúc tác:

H 2 S + O 2 H 2 SO 4

Dung dịch hình thành được xử lý bằng hơi nước quá nhiệt ở 125- 130 0 C và áp suất (1,6-1,9 )10 9 Pa với mục đích tách lưu huỳnh

 Hấp phụ bằng zeolit:

Nguyên tắc: sử dụng chất CaA làm chất hấp phụ khí H 2 S

Để tái sinh zeolit bão hoà thì áp dụng biện pháp:

Xử lý bằng SO 2 ở 315 0 C ( tạo thành nước và lưu huỳnh ở dạng hơi), nhả hấp phụ bằng hơi nước, thổi bằng khí sạch ở 300-350 0 C Thực tế sử dụng oxit kẽm, đồng để hấp phụ H 2 S:

H 2 S + ZnO ZnS + H 2 O

H 2 S + Cu CuS + H 2

H 2 S + 2Cu Cu 2 S + H 2

b Xử lý các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh :

Chất hấp phụ hóa học: oxit kẽm, sắt, đồng và vài loại kim loại khác Nhiệt độ làm sạch : 200- 400 0 C

Phương pháp hấp phụ trên cơ sở sử dụng than hoạt tính và zeolit tổng hợp Than hoạt tính hấp phụ mạnh thiofen và CS 2 nhưng hấp phụ yếu WS và disunfua

4.1.1.3.7 Xử lý hơi thủy ngân:

Thủy ngân và các hợp chất của nó trong khí thải ở dạng hơi hoặc aerosol Xử lý thuỷ ngân áp dụng phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính, silicogen, zeolit, oxit nhôm, oxit magie, đá bọt, SiO 2

Nếu trong không khí có oxi và hơi nước thì phản ứng oxi hoá xảy ra mạnh:

SO 2 + H 2 O + ½ O 2 H 2 SO 4

Axit tạo thành liên kết với thuỷ ngân tạo thành HgSO 4 bảo đảm hiệu quả xử lý

Điều kiện xử lý :

Độ ẩm của khí thải : 40 – 100%

Áp suất chân không : 300mm Hg

Hiệu quả xử lý : 97%

4.1.1.3.8 Khử mùi của khí bằng phương pháp hấp phụ:

Cơ chế: sử dụng lớp than có chiều dày nhỏ hấp phụ các khí có mùi đồng thời đảm bảo tiết kiệm tối đa với kích thước chung tối thiểu

Yêu cầu của than:

- Có khả năng hấp phụ lớn

- Trợ lực thấp

- Than ít bị bào mòn để tránh bụi

Các điều kiện kỹ thuật đối với than hoạt tính trong hệ thống kỹ thuật xử lý không khí

+ Hoạt tính theo CCl 4 (%) : 50

+ Độ giữ: CCl 4 (%) : 30

+ Khối lượng riêng biểu kiến (g/m 3 ) : 0.40

+ Độ cứng ( thử nghiệm trong máy nghiền bi) : 80%

4.1.2 Diễn biến của phương pháp hấp phụ:

Hấp phụ là quá trình hút các phân tử khí, hơi bởi bề mặt của các chất rắn Phương pháp hấp phụ được sử dụng dựa vào các chất có độ xốp và trên bề mặt có những lỗ hút Thông qua những lỗ hút này sẽ hút những phần tử của chất khí, hơi Tuỳ theo từng loại khí (hơi) cần tách ra khỏi dòng thải mà sử dụng vật liệu hấp phụ thích hợp

Quá trình hấp phụ sẽ được tiến hành trong lớp chất hấp phụ không chuyển động, tầng sôi và chuyển động