Bài 8 THiết bị xử lý khí thải

Bài 8 THiết bị xử lý khí thải tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vự...

ÔNKK và Xử lý khí thải tập 3 (Trang40-91;

Các khí gây mùi hôi như H2S, NH3vv Các loại dung môi

Hấp phụ chất ô nhiễm trên bề mặt vật liệu rắn

Biến đổi hóa học các chất ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt hoặc xúc tác

ở nhiệt độ cao

4.1 Hấp thụ khí bằng chất lỏng

Hấp thụ là quá trình hòa tan chất khí vào trong chất lỏng, khi chúng tiếp xúc với nhau Bao gồm các quá trình:

NA = kG (yAG – yAi) = kx (xAi – xAL) 13.8Trong đó:

- Số đảo ngược của hệ số trao đổi chất có thể

được xem là sức cản của quá trình trao đổi chất

yAG; yAi là tỷ suất mol của chất khí trong khối khí và trong lớp biên khí sát bề mặt ngăn cách

xAi; xAL là tỷ suất mol của chất khí trong khối

- Khi hấp thụ khí dễ hòa tan có thể bỏ qua

sức cản của lớp biên khí, chỉ cần tính tới sứ cản của lớp biên lỏng Và ngược lại, với khí khó hòa tan thì sức cản của lớp biên khí

là quan trọng

Tất cả những thiết bị mà tại đó làm xảy ra quá trình tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng Làm cho chất khí độc hại hòa tan vào trong chất lỏng thì gọi là thiết bị hấp thụ

Buồng phun, tháp phun: Chất lỏng được

phun thành giọt trong thể tích rỗng của thiết

bị, và cho dòng khí đi qua

Thiết bị hấp thụ

Bao gồm các loại chính sau:

Thiết bị sục khí: Khí được phân tán dưới

dạng các bong bóng đi qua lớp chất lỏng Hoặc có thể bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ, hoặc khuấy cơ học

Tháp hấp thụ kiểu sủi bọt: Cho khí đi qua

lớp tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nước mỏng

Tháp đệm: Chất lỏng được tưới trên lớp

đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúc khi đi qua

Thông thường khi nói thiết bị hấp thụ và lý

thuyết tính toán và thử nghiệm chính là nói tới tháp đệm

- Tháp hấp thụ (tháp đệm) được sử dụng để xử

lý các loại khí thải dễ hòa tan trong các dung dịch phổ biến, dễ kiếm, dễ tìm (Xem trang 64) như: Ca(OH) 2 , NaOH, Na 2 CO 3 , Na 2 SO 3 vv…

Phạm vi ứng dụng và điều kiện lựa chọn

bụi, nhiệt trong khí

thải; Đơn giản, dễ

vận hành, rẻ tiền

Nhược điểm

Làm phát sinh nước thải gây ô nhiễm thứ cấp; Độ bền thiết bị không cao

- G và L là lưu lượng tổng bao gồm cả

phần khí trơ hoặc chất lỏng trơ + chất A

Xem lý thuyết tính toán từ trang 50 – 55

và ví dụ trang 55

Tính toán theo kinh nghiệm.

Số

liệu

đầu

vào

Lưu lượng khí thải cần xử lý L (m 3 /h)

Nồng độ đầu vào và đầu ra khỏi thiết bị (m 3 /h)

Tính

D tháp ,

H đệm

Chọn vận tốc làm việc của tháp v = 1 – 3,5 m/s Từ đó tính ra đường kính tháp Chọn chiều cao lớp đệm trong tháp từ 1 – 1,5m

xử lý, từ đó điều chỉnh lưu lượng dung dịch hấp thụ cho phù hợp (xem bảng trang 64)

NO Dd: FeCl2, FeSO4, Na2SO3,

Na2S2O5, NaHSO3, NaHCO3

SO 2 Dd: NaSO3 (18-25%), Ca(OH)2,

Na2CO3 20%), NaOH 25%), KOH, CaCO3, MgO

Hấp phụ là quá trình phân ly chất khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với các khí có mặt trong khí thải và bị giữ lại trên

HẤP PHỤ VẬT LÝ.

Các phân tử khí bị hút vào bề mặt vật liệu hấp phụ nhờ lực tương tác yếu giữa các phân

tử Hấp phụ vật lý là quá trình có tỏa nhiệt

Lực tương tác này là lực VanderWaals Nên dạng hấp phụ này còn gọi là hấp phụ phân tử hay hấp phụ VanderWaals

Quá trình hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch Khí đã hấp phụ có thể được nhả ra bằng cách thay đổi áp xuất của chất khí hoặc nâng cao nhiệt độ

Sử dụng ưu điểm này để có thể thu hồi lại những khí hoặc chất quý hiếm Hoặc hoàn nguyên lại vật liệu hấp phụ

Hấp phụ vật lý diễn ra rất nhanh, nhưng khả năng hấp phụ sẽ giảm nhanh khi khí thải có nhiệt độ cao và có nhiều bụi

Hấp phụ hóa học là quá trình tỏa nhiệt rất

mạnh Nhiệt độ càng cao, quá trình diễn ra càng nhanh

HẤP PHỤ HÓA HỌC

Làm xảy ra phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ với vật liệu hấp phụ Khi đó vật liệu hấp phụ sẽ biến đổi tính chất thành chất khác

Hấp phụ hóa học là quá trình không thuận nghịch nên vật liệu hấp phụ không thể hoàn nguyên được

Khí bị hấp phụ nếu có được nhả ra khỏi vật liệu hấp phụ thì cũng bị thay đổi thành phần

và tính chất ban đầu

VẬT LIỆU HẤP PHỤ

Vật liệu làm chất hấp phụ là các vật liệu xốp với bề mặt trong lớn, được tạo thành do tổng hợp nhân tạo hay tự nhiên

Cấu trúc bên trong của các chất hấp phụ công nghiệp được đặc trưng bởi kích thước

và hh́ình dạng khác nhau của khỏang trống và

Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, xốp,

không phân cực và có bề mặt riêng rất lớn Than hoạt tính có cấu tạo xốp và nhiều lỗ hổng nhỏ không đồng đều và rất phức tạp

Có 3 dạng than là Dạng vi mao quản; Dạng mao quản trung gian; Dạng mao quản lớn

Ưu điểm: Giá rẻ nhất dùng trong xử lý ô

nhiễm môi trường

Nhược điểm: Khó tái sinh nếu bị đóng cặn, có

thể bắt cháy khi tái sinh

Than hoạt tính

Than hoạt tính có thể tích lỗ xốp vào khỏang 0,24-0,48 cm3/g Dùng để tách các chất ô nhiễm có gốc hữu cơ

ĐK mao quản là 0,003μm thì than có thể tách được H2O, NH3 Nếu d tăng lên 0,004 μm thì

có thể tách được CO2, SO2, H2S, C2H4, C2H6

và C2H5OH

Tính chất của zeolit phụ thuộc vào tỷ lệ Si

và Al và mức độ tạo tinh thể của sản phẩm cuối cùng

Các zeolit thể hiện tính nhạy cảm rất rõ đối với nhiệt độ

Zeolit

Nhược điểm: Do thể tích lỗ xốp nhỏ nên

lượng chất hấp phụ ít hơn so với các chất hấp phụ khác

Silicagel là gel của anhydrit axit silisic có cấu trúc lỗ xốp rất phát triển.

Silicagel dễ dàng hấp phụ các chất phân cực cũng như các chất có thể tạo với nhóm hydroxyl các liên kết kiểu cầu hydro

800m2/gam, cho phép nó hút nước mạnh

Ứng Dụng: Silicagen có lỗ xốp mịn dùng

hấp phụ các hơi và khí dễ ngưng tụ Silicagen có lỗ xốp trung bh́ình và thô dùng

để hút hơi các hợp chất hữu cơ

Nếu tiến hành giải hấp bằng khí nóng ẩm hay bằng hơi nước với thời gian kéo dài sẽ làm giảm hoạt tính hấp phụ của chúng

Silicagel

Silicagel có ái lực rất mạnh với hơi nước nên chúng thường được sử dụng để sấy khô các môi trường khác.

Silicagel có ái lực rất mạnh với hơi nước nên chúng thường được sử dụng để sấy khô các môi trường khác

Silicagel không cháy ở nhiệt độ tái sinh thấp

110oC – 200oC và có độ bền cơ học cao

Silicagel có thể bị phá hủy dễ dàng bởi cá giọt nước Hoặc ở nơi có độ ẩm quá cao.

Keo nhôm

Hydroxyt nhôm ở nhiệt độ cao

Diện tích bề mặt của keo nhôm là 170 –

220 m2/g Tổng thể tích lỗ xốp là 0,6 – 1

cm3/g

được ứng dụng để thu hồi các hợp chất hữu

cơ phân cực và sấy khí

Thiết kế Tháp hấp phụ

Vật liệu hấp phụ được đổ thành từng lớp

xuyên qua lớp vật liệu này với vận tốc khí

từ 0,1 - 0,5 m/s Thời gian lưu từ 1 – 6s

Tiêu chí thiết kế:

-Đảm bảo chu kỳ làm việc thích hợp

-Dòng khí được phân phối đều tới các lớp than trong tháp

-Đảm bảo khả năng dễ thay thế mới hay hoàn nguyên vật liệu hấp phụ

-Đảm bảo dòng khí đi vào tháp đã được tách

ẩm, tách bụi triệt để

Thiết kế Tháp hấp phụ

Vật liệu hấp phụ thường được đổ thành 2 – 3 lớp trong tháp Để sau này có thể thay thế luân phiên than hoạt tính

Căn cứ vào lưu lượng khí thải; Vận tốc khí đi trong thiết bị lựa chọn; Thời gian lưu khí trong tháp mà ta có thể thiết kế ra được tháp hấp phụ

Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ

Trong quá trình vận hành, khi thấy xuất hiện điểm dừng, ta phải ngừng ngay quá trình hấp phụ, chuyển sang chu kỳ hoàn nguyên (nếu hấp phụ vật lý), nhằm phục hồi khả năng hấp phụ của vật liệu hoặc thay thế vật liệu hấp phụ (nếu là hấp phụ hóa học).

Phương pháp hoàn nguyên

Hoàn nguyên bằng nhiệt: Là phương

pháp rất phổ biến Dùng không khí nóng hoặc hơi nước quá bão hòa, hoặc đơn giản là mang phơi nắng để hoàn nguyên

Hoàn nguyên bằng áp suất: Làm giảm

áp suất riêng phần của khí bị hấp phụ và giữ nguyên nhiệt độ Khi đó các khí bị hấp phụ sẽ được nhả ra.

Than hoạt tính, silicagel, keo nhôm thường được hoàn nguyên ở nhiệt độ từ 100-200oC Zeolit hoàn nguyên ở nhiệt

Sau khi hoàn nguyên thì khả năng hấp phụ của vật liệu chỉ đạt 60-75% so với lúc đầu Sau vài lần hoàn nguyên thì khả năng hấp phụ mất hẳn, và ta phải thay vật liệu mới

Phương pháp hoàn nguyên

Trong các phương pháp hoàn nguyên thì phương pháp sử dụng hơi nước là đơn giản,

dễ sử dụng và hiệu quả cao nhất

Vì hơi nước quá bão hòa có nhiệt trị rất cao,

mà lại không làm ẩm vật liệu hấp phụ

Ở nhiệt độ 100oC, hơi nước nóng sẽ làm cho các khí hấp phụ được nhả ra, và không làm hỏng vật liệu hấp phụ

Chất khí hấp phụ được nhả ra được cho ngưng tụ lại để thu hồi hoặc mang xử lý tiếp theo

Ưu điểm

Có hiệu quả xử lý cao; Đơn giản, dễ vận hành, dễ chế tạo thiết bị; có khả năng xử lý hỗn hợp nhiều loại khí khác nhau cùng lúc

Nhược điểm

Do vật liệu có khả năng hấp phụ là hữu hạn nên khó kiểm soát quá trình hấp phụ; Hiệu quả xử lý khó kiểm soát ổn định; Chi phí vận hành cao

4.3 Xử lý khí bằng phương pháp thiêu đốt (Trang 80)

Quá trình thiêu đốt thích hợp sử dụng cho

1 Phần lớn những chất khí có mùi khó

chịu đều có thể cháy được, hoặc chịu tác dụng của nhiệt độ cao mà biến đổi bản chất thành loại có mùi ít khó chịu hơn

2 Các sol khí hữu cơ có khói nhìn thấy

được như: Khói từ lò rang cafê; Khói từ

lò nước thịt; Khói từ lò nung men sứ vv

3 Các khí, hơi hữu cơ nếu thải vào khí

quyển chúng sẽ phản ứng với sương mù, gây hại cho môi trường;

4 Các khí, hơi sinh ra từ các công nghệ

khai thác, lọc dầu Khi thiêu đốt sẽ xử lý được nhiều loại khí ô nhiễm cùng lúc;

Ưu điểm

4 Khả năng xử lý của thiết bị là ổn định,

không cần hoàn nguyên năng lực xử lý như các phương pháp hấp phụ, hấp thụ;

1 Phân hủy được hoàn toàn chất ô nhiễm

cháy được, khi thiết bị thiêu đốt được thiết kế và vận hành đúng quy cách

2 Khả năng thích ứng của thiết bị đối với

sự thay đổi vừa phải của lưu lượng, cũng như nồng độ khí thải

3 Hiệu quả xử lý cao đối với những chất ô

nhiễm có lưu lượng và tải lượng ô nhiễm lớn;

5 Có khả năng thu hồi, tận dụng được

nhiệt lượng thải ra của quá trình thiêu đốt;

3 Trong quá trình thiêu đốt có cấp thêm

nhiên liệu và năng lượng để đảm bảo nhiệt độ cần thiết Điều này làm tốn thêm chi phí vận hành và phức tạp cho quá trình vận hành

Các quá trình thiêu đốt

1 Thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp

2 Thiêu đốt có buồng đốt

3 Thiêu đốt có xúc tác