Các loại khí sinh ra trong quá trình sản xuất tùy theo thành phần và khối lượng mà ảnh hưởng, tác động đến đời sống và sức khỏe con người. Điều cần quan tâm nhất hiện nay là cần tìm ra phương pháp xử lý hiệu quả và triệt để nhất các khí thải nguy hiểm trong môi trường. Và đó cũng là lý do dẫn đến việc làm đồ án “Xử lý khí thải” của em. Nhằm góp một phần kiến thức cũng như vận dụng những gì em đã được học, được thầy cô chỉ dạy để xây dựng, mang tới một môi trường không khí tốt lành hơn môi trường không khí hiện nay. Trong quá trình làm đồ án môn “Xử lý khí thải” em rất biết ơn thầy Trần Ngọc Bảo Luân là giáo viên hướng dẫn đã giúp đỡ em rất nhiều. Em cũng xin chân thành cám ơn thầy cô bộ môn, đồng thời khoa Môi trường đã tạo điều kiện, cơ hội cho em được tiếp xúc và hiểu biết thêm nhiều về đề tài. Đây sẽ là vốn liếng và kiến thức rất quan trọng giúp đỡ em khi ra trường và đi làm. Tuy nhiên dù đã cố gắng nhưng bài đồ án tính toán, thiết kế còn nhiều hạn chế và có thể có sai sót, do có sử dụng phương pháp nội suy, dẫn đến sai số là điều không thể tránh khỏi, em rất mong thầy cô hướng dẫn chỉ bảo thêm. Em xin chân thành cám ơn. Đồ án xử lý khí thải Tên đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy sản xuất Amoniac, lưu lượng khí thải 10.000m 3 h, nồng độ khí NH3 500mgm 3 SVTH: Trần Ngô Xuân Thảo – MSSV: 0350020298 GVHD: Trần Ngọc Bảo Luân iv MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KHÍ NH3 ............................................... 1 1.1. Tổng quan về khí NH3 ....................................................................................... 1 1.1.1. Khái niệm .................................................................................................... 1 1.1.2. Nguồn gốc phát sinh khí NH3 ..................................................................... 1 1.1.3. Các tính chất cơ bản của amoniac ............................................................... 1 1.1.3.1. Tính chất vật lý ..................................................................................... 1 1.1.3.2. Tính chất hóa học ................................................................................. 2 1.2. Hiện trạng amoniac NH3 hiện nay ..................................................................... 3 1.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất NH3 .......................................................................... 4 1.4. Ứng dụng: .......................................................................................................... 5 1.5. Tác hại khí amoniac NH3 ................................................................................... 5 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NH3 ....................................................... 6 2.1. Phương pháp hấp thụ ......................................................................................... 6 2.1.1. Tháp đệm ..................................................................................................... 6 2.1.2. Tháp đĩa ....................................................................................................... 8 2.2. Phương pháp hấp phụ ...................................................................................... 10 2.2.1. Thiết bị hấp phụ tầng sôi ........................................................................... 10 2.2.2. Thiết bị hấp phụ tầng cố định .................................................................... 11 2.3. Phương pháp đốt .............................................................................................. 11 2.4. Phương pháp sinh học ...................................................................................... 12 CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ, XỬ LÝ, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .... 14 3.1. Giới thiệu về cơ sở lựa chọn ............................................................................ 14 3.1.1. Các số liệu ban đầu ................................................................................... 14 3.1.2. Tiêu chí chọn sơ đồ công nghệ.................................................................. 14 3.2. Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý ........................................................................ 14 3.2.1. Tính nồng độ đầu vào của khí thải ............................................................ 14 Đồ án xử lý khí thải Tên đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy sản xuất Amoniac, lưu lượng khí thải 10.000m 3 h, nồng độ khí NH3 500mgm 3 SVTH: Trần Ngô Xuân Thảo – MSSV: 0350020298 GVHD: Trần Ngọc Bảo Luân v 3.2.2. Phương án đề xuất ..................................................................................... 15 3.2.3. So sánh hai công nghệ trên ........................................................................ 17 3.3. Tính toán và thiết kế ............................................................................
Trang 1KHOA MÔI TRƯỜNG
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI
THIẾT KẾ
HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI
NHÀ MÁY SẢN XUẤT AMONIAC,
SVTH: TRẦN NGÔ XUÂN THẢO GVHD: TRẦN NGỌC BẢO LUÂN MSSV: 0350020298
LỚP: 03ĐHKTMT3
TP HCM, 6/2017
Trang 2BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT
Tính toán, thiết kế 1 thiết bị xử lý chính và các thiết bị liên quan
Vẽ chi tiết thiết bị đã tính toán
TP HCM, ngày … tháng … năm 2017
GVHD
TRẦN NGỌC BẢO LUÂN
Trang 3NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
Trang 4
LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, càng ngày càng có nhiều nhà máy, khu công nghiệp tập trung được xây dựng và đưa vào hoạt động tạo ra một khối lượng sản phẩm công nghiệp chiếm một tỷ trọng cao trong toàn bộ sản phẩm của nền kinh tế quốc dân Các khu đô thị, nhà máy, xí nghiệp ngày càng một như nấm, kèm theo quá trình phát triển đó ngành sản xuât công nghiệp đã dần gây nên nhiều ảnh hưởng xấu đến môi trường trong đó có môi trường không khí Nếu không có biện pháp thích đáng thì môi trường nói chung và môi trường không khí nói riêng xung quanh các nhà máy, các khu công nghiệp tập trung sẽ đứng trước nguy cơ bị xấu đi trầm trọng, ảnh hưởng đến đời sống, sinh hoạt, hoạt động, đặc biệt ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của con người Ô nhiễm không khí do hoạt động công nghiệp vẫn đang và sẽ
là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất
Các loại khí sinh ra trong quá trình sản xuất tùy theo thành phần và khối lượng
mà ảnh hưởng, tác động đến đời sống và sức khỏe con người Điều cần quan tâm nhất hiện nay là cần tìm ra phương pháp xử lý hiệu quả và triệt để nhất các khí thải nguy hiểm trong môi trường Và đó cũng là lý do dẫn đến việc làm đồ án “Xử lý khí thải” của em Nhằm góp một phần kiến thức cũng như vận dụng những gì em đã được học, được thầy cô chỉ dạy để xây dựng, mang tới một môi trường không khí tốt lành hơn môi trường không khí hiện nay
Trong quá trình làm đồ án môn “Xử lý khí thải” em rất biết ơn thầy Trần Ngọc Bảo Luân là giáo viên hướng dẫn đã giúp đỡ em rất nhiều Em cũng xin chân thành cám ơn thầy cô bộ môn, đồng thời khoa Môi trường đã tạo điều kiện, cơ hội cho em được tiếp xúc và hiểu biết thêm nhiều về đề tài Đây sẽ là vốn liếng và kiến thức rất quan trọng giúp đỡ em khi ra trường và đi làm
Tuy nhiên dù đã cố gắng nhưng bài đồ án tính toán, thiết kế còn nhiều hạn chế
và có thể có sai sót, do có sử dụng phương pháp nội suy, dẫn đến sai số là điều không thể tránh khỏi, em rất mong thầy cô hướng dẫn chỉ bảo thêm
Em xin chân thành cám ơn
Trang 5MỤC LỤC
CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KHÍ NH3 1
1.1 Tổng quan về khí NH3 1
1.1.1 Khái niệm 1
1.1.2 Nguồn gốc phát sinh khí NH3 1
1.1.3 Các tính chất cơ bản của amoniac 1
1.1.3.1 Tính chất vật lý 1
1.1.3.2 Tính chất hóa học 2
1.2 Hiện trạng amoniac NH3 hiện nay 3
1.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất NH3 4
1.4 Ứng dụng: 5
1.5 Tác hại khí amoniac NH3 5
CHƯƠNG II:CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NH3 6
2.1 Phương pháp hấp thụ 6
2.1.1 Tháp đệm 6
2.1.2 Tháp đĩa 8
2.2 Phương pháp hấp phụ 10
2.2.1 Thiết bị hấp phụ tầng sôi 10
2.2.2 Thiết bị hấp phụ tầng cố định 11
2.3 Phương pháp đốt 11
2.4 Phương pháp sinh học 12
CHƯƠNG III:ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ, XỬ LÝ, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 14
3.1 Giới thiệu về cơ sở lựa chọn 14
3.1.1 Các số liệu ban đầu 14
3.1.2 Tiêu chí chọn sơ đồ công nghệ 14
3.2 Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý 14
3.2.1 Tính nồng độ đầu vào của khí thải 14
Trang 63.2.3 So sánh hai công nghệ trên 17
3.3 Tính toán và thiết kế 18
3.3.1 Tính toán quá trình hấp thụ 18
3.3.1.1 Nống độ đầu vào 19
3.3.1.2 Nồng độ đầu ra 19
3.3.1.3 Thiết lập đường cân bằng 20
3.3.1.4 Phương trình đường làm việc 21
3.3.2 Tính toán tháp hấp thụ 22
3.3.2.1 Đường kính tháp 23
3.3.2.2 Tính chiều cao tháp hấp thụ 25
3.3.2.3 Tính trở lực của tháp (trở lực của đệm) 29
3.4 Tính toán các thiết bị phụ 30
3.4.1 Ống dẫn khí 30
3.4.2 Ống dẫn chất lỏng 31
3.4.3 Lưới đỡ đệm 31
3.4.4 Cửa tháo đệm, cửa nạp đệm 32
3.4.5 Bộ phận phân phối lỏng 32
3.4.6 Lớp tách ẩm 32
3.5 Tính toán cơ khí 32
3.5.1 Chiều dày của thân tháp 33
3.5.2 Tính dày đáy và nắp thiết bị 34
3.5.3 Mặt bích 36
3.5.3.1 Mặt bích nối đáy,nắp tháp với thân 36
3.5.3.2 Mặt bích nối ống dẫn và thiết bị 36
3.5.4 Chân đỡ 37
3.5.5 Tai treo 38
3.6 Tính toán các công trình phụ trợ 39
Trang 73.6.2 Quạt 42
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO 44
PHỤ LỤC 45
Trang 8DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cấu trúc NH3 2
Hình 1.2 Sơ đồ sản xuất khí NH3 4
Hình 2.1 Tháp đệm 6
Hình 2.2 Tháp đĩa không có ống chảy chuyền 9
Hình 2.3 Tháp đĩa có ống chảy chuyền 9
Hình 2.4 Thiết bị hấp phụ có lớp tầng sôi nhiều bậc 10
Hình 3.1 Sơ đồ xử lý khí NH3 bằng nước 15
Hình 3.2 Sơ đồ xử lý khí NH3 bằng nước 16
Hình 3.3 Cân bằng vật chất quá trình hấp thụ 18
Hình 3.4 Đường cân bằng – Đường làm việc 22
Hình 3.5 Chân đỡ 38
Hình 3.6 Tai treo 39
Trang 9DANH SÁCH BẢNG VẼ
Bảng 1.1 Một số tính chất đặt trưng của NH3
Bảng 3.1 Nồng độ C của NH3 theo QCVN 15
Bảng 3.2 So sánh hai phương pháp 17
Bảng 3.3 Giá trị Ycb và Y theo X 22
Bảng 3.4 Chiều cao phần tách lỏng Hc và chiều cao đáy Hđ 29
Bảng 3.5 Thông số chính cần thiết kế tháp 29
Bảng 3.6 Thông số chân đỡ 38
Bảng 3.7 Thông số tai treo 39
Trang 10DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
QCVN Tiên chuẩn Việt Nam
BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường
IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry
Liên minh Quốc tế về Hóa học thuần túy và Hóa học ứng dụng
NXB Nhà xuất bản
Trang 11PHẦN MỞ ĐẦU
1 Đặt vấn đề
Amoniac là một chất dùng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau,
nó tồn tại trong không khí ảnh hưởng đến sức khỏe con người Những nguồn thải ra khí amoniac bao gồm: quá trình sản xuất phân bón, qua trình điều chế than cốc, sự đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, quá trình chăn nuôi
Có nhiều cách để xử lý khí NH3 và với đồ án môn xử lý khí thải này, em xin trình bày phương pháp sử dụng tháp đệm để hấp thụ NH3 Từ việc tính toán các thông
số em đã thiết kế tháp đệm với hiệu quả xử lý khí tốt nhất
Trong bài em đã đề xuất hai phương án để xử lý khí NH3 và dựa vào những ưu nhược điểm để lựa chọn việc xử lý khí NH3 bằng nước
Phương pháp hấp thụ với tháp đệm dung môi nước
5 Đối tượng và giới hạn
Áp dụng QCVN 19:2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ làm mục tiêu đầu ra của nhà máy sản xuất amoniac
Trang 12CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KHÍ NH3
Người đầu tiên chế ra amoniac nguyên chất là nhà hóa học Dzozè Prisly Ông
đã thực hiện thành công thí nghiệm của mình vào năm 1774 và khi đó người ta gọi amôniăc là chất khí kiềm
Trong nước mưa, nước biển người ta cũng phát hiện thấy có NH3 và các các muối amoni Hoạt động của núi lửa cũng là nguồn sinh ra muối amoni (như amoni clorua NH4Cl và amoni sunfat (NH4)2SO4) Tại một số vùng khoáng chứa sôđa, người
ta cũng thấy có các tinh thể amoni bicacbonat NH4HCO3 Các hoạt động sinh hóa hàng ngày của người và động vật cũng là nguồn sinh ra NH3
1.1.3 Các tính chất cơ bản của amoniac
NH3 nhẹ hơn không khí ( khối lượng riêng ( D= 0,73 kg/m³) nên có thể thu khí
NH3 bằng cách đẩy không khí (úp ngược bình)
Ở điều kiện tiêu chuẩn, nó là một chất khí độc, tan nhiều trong nước do hình thành liên kết hiđro với phân tử nước
Trang 13Amoniac khan tạo “khói” trong không khí ẩm Amoniac hòa tan mạnh trong nước tạo thành dung dịch nước của NH3 (hay còn gọi là amoni hyđroxit do trong dung dịch nước của amoniac có tạo thành NH4OH)
Dung dịch nước của NH3 (còn có tên là “ nước đái quỷ”) khá bền nhưng bị loại gần hết NH3 khi đun tới sôi
Bảng 1.1 Một số tính chất đặc trưng của NH 3
Điểm sôi (ở áp suất khí quyển) -33,34oC
Tỷ trọng (so với không khí ở 0oC) 0,596
Độ hòa tan trong nước g/100g H2O 89,9 (0oC) 60 (15oC) 7,4 (100oC)
Độ tan của NH3 khí trong 1 lít nước 700 lít (20oC)
Giới hạn nổ với không khí 15-28% (thể tích)
(Nguồn [1])
Cấu tạo hóa học:
Nguyên tử nitơ trong phân tử amoniac có 3 e độc thân, do đó trong phân tử amoniac sẽ tạo thành ba liên kết cộng hóa trị với ba nguyên tử hidrô
Hình 1.1 Cấu trúc NH 3 (Nguồn [2])
Amoniac có cấu tạo hình chóp, trong đó nguyên tử nitơ đỉnh, đáy là một tam giác mà đỉnh là ba nguyên tử hiđrô Ba liên kết đều là liên kết có cực và các cặp e chung đều bị lệch về phía của nitơ Do đó, phân tử NH3 là phân tử phân cực, trong đó
N sẽ dư điện tích âm, còn các nguyên tử H sẽ dư điện tích dương
Tính bazơ yếu (do cặp e chưa tham gia liên kết ở nguyên tử N)
NH3 có thể tác dụng với nước
NH3 + H2O → NH4+ + OH-
Trang 14NH3 dễ dàng kết hợp với axit tạo thành muối amoni
2NH3 + 3Cl2 → 6HCl + N2
Tác dụng với oxit kim loại
2NH3 + 3CuO → 3Cu + 3H2O + N2 (to)
1.2 Hiện trạng amoniac NH 3 hiện nay
Mỗi năm các nhà máy sản xuất khí amoniac xả ra rất nhiểu lượng khí độc này, ảnh hưởng đến môi trường, chất lượng không khí Bởi sản xuất NH3 luôn chiếm vị trí quan trọng trong cân bằng ngân sách của thế giới Sản lượng NH3 hàng năm lên đến con số hàng trăm triệu tấn và dự kiến sẽ tăng bình quân 7% /năm
Phần lớn (trên 80%) NH3 được tiêu thụ với mục đích sản xuất phân bón và làm lạnh Lượng NH3 cho sản xuất phân bón trong nước là 500-540 nghìn tấn/năm Do việc sản xuất NH3 ngày càng gia tăng dẫn đến việc nồng độ khí NH3 xả thải ra ngoài môi trường quá nhiều gây nên việc ô nhiễm khí thải vượt quá nồng độ cho phép
Tải lượng chất ô nhiễm NH3 do nhân tạo là 4x106 tấn/năm và từ thiên nhiên là 100x106 – 200x106 tấn/năm.Nhìn chung thì lượng NH3 sản xuất ra mỗi năm là rất rất nhiều, bởi nó là một khí độc nên cần có cách nào đó giảm thiểu số khí độc này ra ngoài môi trường Lượng amoniac đươc sử dụng nhiều nhất là từ nông nghiệp
Theo thống kê mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm thải ra khoảng 75-85 triệu tấn chất thải Theo báo cáo của Viện Chăn nuôi, nồng độ khí H2S và NH3 trong chất thải chăn nuôi cao hơn khoảng 30- 40 lần mức cho phép
Tại QCVN 19:2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và chất vô cơ - quy định đối với nhà máy, cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ công nghiệp hoạt động trước ngày 16 tháng 1 năm 2007 nồng độ amoniac cho phép là 76 mg/Nm3 và đối với nhà máy, cơ sở sản xuất, chế biến, kinh
Trang 15doanh, dịch vụ công nghiệp hoạt động kể từ ngày 16 tháng 01 năm 2007 nồng độ amoniac cho phép là 50 mg/Nm3
Mô tả quy trình:
Đầu tiên, khí CH4 sau khi loại lưu huỳnh được dẫn vào bình biến đổi hơi nước
sơ cấp cùng với nước Hỗn hợp này tiếp tục được dẫn vào bình biến đổi hơi nước thứ cấp Tại bình này có sự góp mặt của không khí
Sau đó, hỗn hợp được dẫn lần lượt qua 3 bình phản ứng: bình biển đổi CO, bình loại CO2 và cuối cùng là bình biến đổi CO và CO2 cuối cùng Khí tổng hợp sẽ tiếp tục
đi vào công đoạn tiếp theo, đó là quá trình tổng hợp ammoniac
Cuối cùng, sau khi ammoniac được tổng hợp, sản phẩm thô sẽ đi qua bình tách lại sản phẩm lần cuối cùng trước khi thu được amoniac tinh khiết Khí tổng hợp không phản ứng sẽ quay trở lại bình tổng hợp ammonia để tiếp tục chuyển hóa
Hình 1.2 Sơ đồ sản xuất khí NH 3 (Nguồn [3])
Qúa trình loại
CO2
Qúa trình biến đổi CO và CO2
Bình tổng hợp Amoniac
Khí tổng hợp H
Bình biến đổi hơi nước sơ cấp
Trang 161.4 Ứng dụng:
Ứng dụng trong cả quá trình amoniac-nước ngọt (còn gọi là quá trình Solvay), một phương pháp được sử dụng rộng rãi để sản xuất soda, và quá trình Ostwald, một phương pháp chuyển đổi amoniac thành axit nitric
Amoniac được sử dụng trong nhiều quy trình luyện kim
Ngoài ra, amoniac có thể hấp thụ một lượng đáng kể nhiệt từ môi trường xung quanh của nó (ví dụ, một gram ammonia hấp thụ 327 calo nhiệt), mà làm cho nó hữu ích như một chất làm mát trong tủ lạnh và điều hòa không khí thiết bị
Đối với động vật thủy sinh, NH3 được xem như là một trong những “kẻ giết hại” chính thế giới thủy sinh, sự nhiễm độc NH3 thường xảy ra đối với những hồ nuôi mới hoặc những hồ cũ nhưng mật độ nuôi lớn
Amoniac xâm nhập vào cơ thể con người do hít, nuốt vào hoặc tiếp xúc qua da
Nó tác dụng với nước tạo thành amoni hydroxit Hóa chất này có tính ăn mòn và gây tổn thương tế bào bị tiếp xúc Các mô bị tổn thương lại bị thoát dịch, vì vậy càng làm biến đổi amoniac thành amoni hydroxit
Tác hại chủ yếu của NH3 là làm viêm da và đường hô hấp Mùi amoniac có thể nhận biết được ở nồng độ 5 ÷ 10 ppm Ở nồng độ 150 ÷ 200 ppm gây khó chịu và cay mắt Ở nồng độ 400 ÷ 700 ppm gây viêm mắt, mũi, tai và họng một cách nghiêm trọng Ở nồng độ ≥ 2000 ppm da bị bỏng, ngạt thở và tử vong trong vòng vài phút
Trang 17Hấp thụ vật lý: Dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng (tương
tác vật lý) Hấp thụ vật lý được sử dụng rộng rãi trong xử lý khí thải
Hấp thụ hóa học: Cấu tử trong pha khí và pha lỏng có phản ứng hóa học với
nhau (tương tác hóa học)
2.1.1 Tháp đệm
Hình 2.1 Tháp đệm (Nguồn [4])
Cấu tạo gồm Thân tháp 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.
Trang 18Có nhiều loại đệm nhưng tất cả đều có yêu cầu chung là:
đi từ dưới lên phân tán trong lòng 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
Ưu – nhược điểm của tháp đệm
Ưu điểm:
- Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao
- Cấu tạo đơn giản
- Trở lực trong tháp
- Giới hạn làm việc tương đối rộng
Nhược điểm:
- Khó làm ướt đều đệm
Trang 19- Nếu tháp cao quá thì chất lỏng phân bố không đều Vì vậy khi tháp cao người ta phải chia tầng và ở mỗi tầng có đặt thêm bộ phận phân phối lỏng
So với tháp đệm thì tháp đĩa phức tạp hơn và được phân thành nhiều loại theo kết cấu của đĩa và sự vận chuyển của chất lỏng qua lỗ đĩa hoặc theo các ống chảy giữa các đĩa
Phân loại
1 Tháp không có ống chảy chuyền: khí và lỏng chuyển động từ đĩa này sang đĩa khác trên cùng một lỗ Vì vậy không có hiện tượng giảm chiều cao chất lỏng trên đĩa như trong tháp có ống chảy chuyền, và tất cả bề mặt đĩa đều làm việc nên hiệu quả của đĩa cao hơn Vì vậy những năm gần đây loại tháp này được sử dụng rộng rãi
Hình 2.2 Tháp đĩa không có ống chảy chuyền (Nguồn [5])
Trang 202 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 2.3 Tháp đĩa có ống chảy chuyền (Nguồn [5])
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
Trang 212.2 Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là quá trình hút có chọn lọc các cấu tử trong pha khí lên bề mặt của chất rắn dựa trên ái lực của một số chất rắn với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí Hấp phụ được chia làm hai loại:
Hấp phụ vật lý: Là hấp phụ đa phân tử, Lực liên kết là lực hút giữa các phân tử
(Lực Vanderwaals) không tạo thành hợp chất bề mặt
Hấp phụ hóa học: là hấp phụ đơn phân tử, lực liên kết là lực liên kểt bề mặt
tạo nên hợp chất bề mặt
Một số chất hấp phụ sử dụng phổ biến là: than hoạt tính, silicagen, aliumogen, zeolit
2.2.1 Thiết bị hấp phụ tầng sôi
Hình 2.4 Thiết bị hấp phụ có lớp tầng sôi nhiều bậc (Nguồn [7])
Cấu tạo gồm: 1- thân, 2- lưới phân phối, 3- ống chảy chuyển Nguyên lý hoạt động
Khi một dòng khí được thổi qua tầng hấp phụ chứa các chất hấp phụ dạng hạt thì sự giảm áp suất do tầng này sẽ theo chiều ngược lại với khối lượng của chính nó
Khi vận tốc dòng khí đủ cao, độ giảm áp sẽ bằng với khối lượng của tầng hấp phụ và chất hấp phụ trong đó bắt đầu chuyển động, nghĩa là bắt đầu quá trình sôi
Trang 22Ở tốc độ khí cao hơn (khoảng 259 ft/phút), các hạt chất hấp phụ có thể chuyển động không ngừng Độ giảm áp cần để có hiện tượng sôi tỷ lệ thuận vào độ dày tầng hấp phụ và mật độ dòng khí, mật độ các hạt rắn
Ưu – nhược của thiết bị
Ưu điểm:
- Vì chuyển động mạnh và trộn lẫn nên không có sự phân lớp chất hấp phụ giữa các hạt đã làm việc và các hạt chưa làm việc, nghĩa là không có khu vực chết
- Cũng do khuấy trộn mạnh nên nhiệt độ phân bố đều trong lớp chất hấp phụ do đó tránh được hiện tượng quá nhiệt
Các hạt chất hấp phụ được đặt trong tầng có chiều cao từ 0,3 – 1,2m trên tấm
đỡ có đục lỗ, dòng khí nhập liệu được thổi từ trên xuống
Có ba phương thức làm việc: phương thức 4 giai đoạn (hấp phụ, nhà hấp, sấy, làm lạnh), 3 giai đoạn (hấp phụ, nhà hấp, làm lạnh) và 2 giai đoạn (hấp phụ, nhà hấp)
Khi chọn phương thức làm việc cho thiết bị cần căn cứ vào đặc trưng của chất
bị hấp phụ cần thu hồi và nồng độ của nó trong hỗn hợp khí
Trang 23Phạm vi áp dụng Các chất ô nhiễm có mùi khó chịu, cháy được hoặc thay đổi được về mặt hóa học để biến thành các chất có ít mùi hơn khi phản ứng với oxi ở nhiệt độ thích hợp
Các loại sol khí hữu cơ có khói nhìn thấy được
Một số các hơi, khí hữu cơ
Những chất hữu cơ độc hại có khả năng cháy được thải ra trong một số ngành công nghiệp khai thác và lọc dầu
Có 3 phương pháp đốt Thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp trong không khí
- Không cần hoàn nguyên như các phương pháp xử lý khác
- Có khả năng thu hồi, tận dụng được nhiệt thải ra trong quá trình đốt Nhược điểm
- Chi phí đầu tư lớn
- Khả năng phức tạp hơn vấn đề ô nhiễm khi các chất ô nhiễm hydrocacbon cần thiêu đốt có chứa hợp chất clorin, nito và lưu huỳnh
- Quá trình cấp thêm nhiên liệu bổ sung gây trở ngại cho quá trình vận hành
Khái niệm
Là phương pháp sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa chất ô nhiễm
Phần lớn các hợp chất đều bị phân hủy dưới tác dụng của vi sinh vật trong điều kiện nhất định Nhưng một số vi sinh vật có thể phân hủy được cả các chất vô cơ như hydrogen sulfide và nitrogen oxides
Trang 24Thông số thiết kế
- Diện tích
- Thành phần hóa học và hàm lượng của chất ô nhiễm trong khí thải
- Thời gian lưu khí
Trang 253.1.2 Tiêu chí chọn sơ đồ công nghệ
Hiệu quả xử lý cao
Dễ vận hành
Quy trình đơn giản, chi phí đầu tư thấp
Nguồn nhiên liệu dễ kiếm, rẻ
Ít gây ảnh hưởng đến môi trường
3.2 Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý
3.2.1 Tính nồng độ đầu vào của khí thải
Theo QCVN 19:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ
+ Kp :hệ số lưu lượng nguồn thải
Kp=1 do lưu lượng thải của nhà máy là 10000 m3/h
Trang 263 >> Cmax= 50 mg/m3
Từ đó, cho thấy nồng độ khí NH3 ra khỏi nhà máy so với nồng độ tối đa cho phép so với QCVN 19:2009/BTNMT vượt quá giới hạn cho phép, gấp 15 lần Vì vậy cần phải lựa chọn công nghệ xử lý NH3 hợp lý trước khi thải ra môi trường
3.2.2 Phương án đề xuất
Phương án 1: Phương pháp hấp thụ với dung dịch hấp thụ là H20
Hình 3.1 Sơ đồ xử lý khí NH 3 bằng nước
KHÍ THẢI THÁP GIẢI NHIỆT
THÁP ĐỆM QUẠT HÚT
ỐNG KHÓI NGUỒN TIẾP NHẬN
Trang 27Phương án 2: Phương pháp hấp thụ bằng HCl 5%
Hình 3.2 Sơ đồ xử lý khí NH 3 bằng HCl 5%
Thuyết minh công nghệ Dòng khí NH3 trước khi vào tháp có nhiệt độ cao (1800C) nên trước tiên sẽ được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống sao cho thích hợp với quá trình hấp thụ rồi mới đưa sang tháp hấp thụ
Dòng khí hấp thụ đi vào từ phía dưới đáy tháp đệm, di chuyển theo chiều đi lên xuyên qua lớp đệm nhờ hệ thống quạt Để điều chỉnh lưu lượng dòng khí người ta dùng các van Dòng khí trước khi vào tháp đệm nó được điều chỉnh lưu lượng bằng lưu lượng kế Dòng khí vào tháp đúng với lượng đã tính toán từ trước Dòng khí này đi ngược lên trên tiếp xúc với pha lỏng từ trên chảy xuống
Trong khi chất lỏng được bơm bơm từ bồn chứa để đưa vào phía trên tháp, dòng lỏng này qua van nhằm điều chỉnh lưu lượng, rồi được đưa vào tháp, trước đó được qua thiết bị điều chỉnh lưu lượng lỏng Khí sạch được hút vào ống khói nhờ quạt hút và thải ra môi trường với nồng độ NH3 đạt tiêu chuẩn cho phép Cmax (theo QCVN 19:2009/BTNMT)
Một phần dung dịch sau khi hấp thụ được bơm trở lại thùng chứa nhiều van điều chỉnh lưu lượng và tiếp tục được bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm nếu lượng dung dịch hấp thụ còn dư nhiều Phần dung dịch còn lại được đưa đến bể lắng để lắng các cặn bẩn Cặn sau lắng được đem chôn lấp, còn nước sau lắng được đưa đi xử lý rồi mới thải ra môi trường
Trang 28Sản phầm sau khi hấp thụ là khí đã hấp thụ xong, đem đi thực hiện các mục đích khác, dung môi được cho vào bể (có thể đem tái sinh để có thể thực hiện một quy trình mới )
3.2.3 So sánh hai công nghệ trên
- Dễ xử lý khi thải ra môi trường
- Không gây ô nhiễm môi trường
- Dung dịch ngoài việc hấp thụ
NH3 còn có khả năng làm dịu khí
- Dung dịch ít gây ăn mòn thiết
bị, do không tạo ra axit
- NH3 hòa tan tốt trong nước
- Hiệu suất xử lý cao
- HCl là một axit mạnh được
sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp
- Là loại hóa chất rẻ tiền, dễ tìm
Nhược điểm
- Để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nước xuống gần 100C – tức phải cần đến nguồn cấp lạnh
- Không an toàn cho người
=> Gây ăn mòn thiết bị
Từ những ưu nhược điểm trên, ta thấy để tạo ra hiệu quả cao nhất cho việc xử lý khí NH3, đồng thồi kết hợp với việc bảo vệ môi trường trong quá trình xử
lý Ta nên chọn phương án 1: phương pháp hấp thụ NH3 bằng nước