hệ thống xử lý hơi toluene

Phương pháp này sử dụng đối với các dung môi hữu cơ, không khí chứa hơiacid,….Quá trình hấp thụ là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc vớichất lỏng nhằm mục đích hòa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

********

ĐỒ ÁN KHÔNG KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ HƠI TOLUENE

GVHD: TS NGUYỄN NHẬT HUY SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Cẩm

Hoàng Khanh

TP Hồ Chí Minh ,Tháng 12 năm 2017

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Ngọc Cẩm - 15150053

Hoàng Khanh - 15150083

NHẬN XÉT ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp Hồ Chí Minh, ngày …tháng …năm……

MỤC LỤC

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ TOLUENE 4

2.1 Nguồn gốc, tác hại, thành phần và tính chất củaToluene 4

2.2 Một số phương pháp xử lí hơi toluene 11

Chương 3: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ HƠI TOLUENE

BẰNG THAN HOẠT TÍNH 15

3.1 Khái niệm 15

3.2 Phương pháp hấp phu 16

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng 16

3.4 Thiết bị hấp phu 17

3 5 Chọn thiết bị 20

3.6 Vật liệu hấp phu 21

3.7 Phương pháp hoàn nguyên vật liệu hấp phu 23

3.8 Đề xuất quy trình công nghệ 24

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ HẤP PHỤ 26

Chương 5: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 37

Chương 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

1

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU

Chất gây ô nhiễm môi trường không khí là những chất mà sự có mặt của nó trongkhông khí gây ra những ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của con người và sự sinh trưởngphát triển của động thực vật Và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) là một trongnhững nhóm ô nhiễm không khí quan trọng Các hợp chất này thường được tìm thấy ởmột số nguồn như lọc dầu, các đơn vị hóa dầu, các nhà máy hoá học, bể chứa và ống xảxe, Do áp suất hơi tương đối cao nên chúng dễ bay hơi vào khí quyển và gây ảnhhưởng đến sức khỏe của con người Sự phát thải VOCs trong bầu khí quyển, gây ra cácvấn đề môi trường khác nhau như: kết hợp với chất hữu cơ vô hại khác hoặc các thànhphần phân tử khác trong không khí tạo ra những hợp chất mới gây ô nhiễm môi trường,gây hiệu ứng nhà kính và gây ảnh hưởng cho sức khỏe con người

Toluene là đại diện của VOCs đã được điều tra trong các nghiên cứu gần đây Toluene

là một trong những nhân tố góp phần thúc đẩy sự phát triển của xã hội Toluene là chất dễbay hơi, dễ cháy nổ, là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp, nhưng nó cũng cónhững tác động nguy hiểm cho cơ thể sống và môi trường Toluene có trong sơn, nhựa,keo dán công nghiệp và là chất xúc tác trong công nghệ in ấn Khi sử dụng sơn, nhựa, keodán cần tạo không gian thông thoáng, tránh đóng cửa phòng Chỉ cần một lượng nhỏToluen cũng đã gây cảm giác mất thăng bằng, đau đầu, nếu lượng lớn hơn có thể gây ảogiác, choáng ngất

Con người vừa là nhân tố gây nên sự ô nhiễm Toluene trong môi trường sống , vừa lànạn nhân chủ yếu của nó do thường tiếp xúc trong các lĩnh vực sản xuất Nếu không cónhững biện pháp xử lý hợp lí thì sẽ gây ra hậu quả rất nghiêm trọng Vì vậy việc nghiêncứu thiết kế hệ thống xử lý Toluene là việc vô cùng cần thiết để hạn chế gây độc hại chocon người và môi trường xung quanh Do đó, chúng em quyết định chọn đề tài: “ Thiết kế hệ thống xử lí hơi Toluene lưu lượng 3600 m3/h, nồng độ 1000 mg/m3.”

2.2 Tính chất vật ly

Toluene là chất lỏng thơm, trong suốt không màu, có độ nhớt thấp Ít tan trong nước,nhẹ hơn nước và nổi trên mặt nước, độ hòa tan trong nước của nó ở 160oC là0.047g/100ml, còn ở 150oC là 0.04g/100ml Toluene có thể tan hoàn toàn trong các dungmôi hữu cơ như rượu, cồn, este, xeton, phenol, ete,…Toluene cũng là dung môi hòa tannhiều loại vật liệu rất tốt như: sơn, các loại nhựa tạo màng cho sơn, mực in, chất hóa học,cao su, chất kết dính, chất béo, dầu, nhựa thông, lưu huỳnh, photpho và iot

Bảng 2.2 Một số thông số của Toluene

Trọng lượng riêng(kg/m3)

Tỷ trọng ở 200oCNhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ sôiGiới hạn nỗ trong không khí (%thể tích)

Nhiệt độ chớp cháy cốc kín

Tỷ trọng hơi (không khí = 1)

Giới hạn tiếp xúc (ppm;giờ)

Khối lượng phân tử

Nhiệt độ đông đặc (0C)

0.870 tại 150oC0.867-94.990oC110.60oC1.3 – 6.84.40oC3.1450;892.13 đvc-94.991

Nhiệt độ sôi ở 100 kPa (oC)

Nhiệt độ giới hạn (0C)

Áp suất tới hạn (MPa)

Hệ số nén tới hạnThể tích tới hạn (l/mol)

Độ nhớt ở 100 kPa và 20oC (mPa.s)

Nhiệt độ bắt cháy (0C)

Nhiệt độ tự cháy (oC)

Tỉ lệ hóa hơi

Tính tan trong nước (g/l)

Hệ số phân tánTính dẫn

110.625320.84.1330.2600.320.58644480-536oC/896-997oF6.1(DIN 53170, đi-ethyl ether = 1),2(ASTM D 3539, nBuAc = 1)

0.52 ở 20oC2.65

<0.01 μS/cm

2.3 Tính chất hóa học

Toluene là hợp chất thuộc dãy đồng đẳng của Benzen có công thức phân tử là C7H8 do

đó tính chất hóa học của Toluene tương tự như Benzen Toluene là một hyđrocacbonthơm, có khả năng tham gia phản ứng thế ái điện tử Nhờ có nhóm metyl mà hoạt tính củaToluene lớn gấp 25 lần so với Benzen Vì vòng thơm khá bền nên cần áp suất cao khi tiếnhành phản ứng hyđro hóa Toluene thành Metyl xiclohexan

a Phản ứng với brom khan

b Phản ứng với clo (khí)

Toluene là dung môi có tính ứng dụng cao, điều chế Toluene thu được lợi nhuận tolớn và thu hút rất nhiều nhà đầu tư, vì thế tìm hiểu cách điều chế ra Toluene rất đượcquan tâm và nghiên cứu Toluene có thể điều chế trong phòng thí nghiệm và trong sảnxuất công nghiệp bằng những cách như sau:

-Điều chế từ Benzen ra Toluene, do Toluene là chất thuộc dãy đồng đẳng của Benzennên có thể dễ điều chế bằng cách cho Benzen tác dụng với CH3Cl xúc tác AlCl3 hay acidlewis tạo ra Toluene và axit HCl Phương trình phản ứng minh họa:

CH CH CH ��� � CH  C H

-Cho Benzen tác dụng với Clo tạo ra C6H5Cl và axit HCl Sau đó tiếp tục cho C6H5Clmới tạo thành tác dụng với CH3Cl và Na sẽ tạo ra Toluene Phương trình phản ứng hóa học minh họa:

2.5 Tinh chế

Toluene có thể tinh chế bằng cách sử dụng các hợp chất như CaCl2, CaH2, CaSO4,

P2O5 hay Natri để tách nước Ngoài ra, kỹ thuật tách nước chân không cũng được sử dụngphổ biến Trong kỹ thuật này, người ta thường dùng Benzenphenol và Natri để điều chế

2.6 Ứng dung

Toluene chủ yếu được dùng làm dung môi hòa tan nhiều loại vật liệu như sơn, các loạinhựa tạo mạng cho sơn, mực in, chất hóa học, cao su, chất kết dính,…Không chỉ điều chếBenzen ra Toluene mà từ Toluene chúng ta có thể điều chế axit Benzoic và một số chấtkhác như:

- Trong ngành hóa sinh, người ta dùng Toluene để tách Hemoglobin từ tế bào hồngcầu

- Toluene nổi tiếng còn vì từ nó có thể điều chế thuốc nổ TNT bằng cách Toluenetác dụng với HNO3 trong môi trường xúc tác có axit Sunfuric đặc sẽ tạo ra thuốc nổ TNT.Phản ứng hóa học như sau:

C7H8 + 3HNO3 → C7H5(NO2)3 + 3H2O-Điều chế rượu Benzylic bằng cách cho Toluene tác dụng với Clo tạo ra BenzylClorua và khí Hidro Clorua, sau đó cho Benzyl Clorua vừa mới tạo thành tác dụng vớiNaOH (dung dịch xút) để tạo thành rượu Benzylic và Natri Clorua Phương trình minhhọa phản ứng:

o as

5 C H  CH  6 KMnO  9 H SO � 5 C H  COOH  6 MnO  3 K SO  14 H O

2.7 Tồn trữ và bảo quản

Vấn đề bảo quản an toàn khi tồn chứa và vận chuyển Toluene cũng tương tự nhưBenzene Vì nhiệt độ bắt cháy của Toluene dưới 21oC nên Toluene là loại chất lỏng nguyhiểm Do vậy tồn chứa và vận chuyển phải được dán nhãn là chất lỏng dễ cháy và có độctính cao.

Khi xảy ra hiện tượng rò rỉ, Toluene sẽ đi vào cơ thể con người và đất trồng thông quanguồn nước Với áp suất hơi bão hòa là 2.9 kPa ở 20oC, chúng bay hơi tương đối nhanh

và ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người và gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng.Chính vì vậy, cần phải thực hiện nghiêm túc và đầy đủ các quy định về an toàn trong quátrình tồn chứa, vận chuyển toluene

2.8 Nồng độ tiêu chuẩn

- Theo QCVN 20: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của Toluene trong khí

thải công nghiệp phát thải vào môi trường không khí là 750 mg/m3

- Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về một số chất độc hại trong không khí xung quanh QCVN 06: 2009/BTNMT

Bảng 2.8 : Nồng độ cho phép của toluene trong không khí xung quanh

Một lần tối đa (μg/m3) 1 giờ (μg/m3) Năm (μg/m3)

CHƯƠNG 3:

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ HƠI TOLUENE BẰNG

THAN HOẠT TÍNH.

3.1 Một số phương pháp xử lí hơi toluene

3.1.1 Phương pháp hấp thu

Phương pháp này sử dụng các có khả năng hấp thụ như: nước, dung môi, các hợp chất

để hấp thụ Phương pháp này sử dụng đối với các dung môi hữu cơ, không khí chứa hơiacid,….Quá trình hấp thụ là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc vớichất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lựa môt hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạonên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng Dung dịch hấp thụ là dung môi, nhưng ởđây cấu tử cần hấp thu lại là dung môi, nên dung dịch hấp thụ thường phải có độ hòa tantốt dung môi, chất hay dùng là nước Cơ chế của quá trình hấp thu chia làm 3 giai đoạn:-Khuếch tán của chất ô nhiễm ở thể khí đến bề mặt phân cách pha giữa hai pha khí-lỏng của dung dịch hấp thụ

-Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của dung dịch hấp thụ

-Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt phân cách vào sâu trong lòng sâu dungdịch hấp thụ

Phương pháp hấp thụ hơi Toluene bằng dung môi hòa tan: Sử dụng một dung môi hữu

cơ có khả năng hấp thụ Toluene Sau đó Toluene được thu hồi bằng cách nung nóng vàhút ra từng phần hoặc ngưng tụ ở nhiệt độ thấp

Ưu điểm: Rẻ, dễ ứng dụng, có thể sử dụng dung môi là nước để hấp thụ các chất độc

hại rất hiệu quả như SO2, H2S,…có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi khitrong khí thải có chứa bụi lẫn các chất độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốttrong nước rửa

Nhược điểm: Hiệu suất làm sạch không cao, không dùng để xử lí dòng khí có nhiệt

độ cao Quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế nhiều trường hợp phải lắpthêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ, làm nguội dòng khí để tăng hiệu quả xử li

Do đó, thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh và vận hành phức tạp chưa kể là tăng chi phí thiết kếlắp đặt Việc lựa chọn dung môi thích hợp để xử lí là rất khó khăn khi chất khí không có

khả năng hòa tan trong nước Trong trường hợp dung môi đắt tiền thì phải thực hiện quátrình tái sinh nhưng quá trình này rất khó khăn.

- Ưu điểm:

+ Làm sạch và thu hồi nhiều chất ô nhiễm dạng hơi, khí Các chất có giá trị kinh tếcao có thể thu hồi và tái sử dụng được cho quá trình sản xuất mà vẫn giảm được tác hạicủa ô nhiễm

+ Xử lý triệt để khi nồng độ khí thải trong không khí là rất nhỏ mà các quá trình xử

lý khí khác không thể thực hiện được

+ Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy

+ Chất hấp phụ dễ tìm và giá thành thấp (than hoạt tính là vật liệu dễ sử dụng và hấpphụ được hầu hết các chất và đem lại hiệu quả cao)

- Nhược điểm: Tốn chi phí cho vật liệu hấp phụ Không thể sự dụng với nguồn thải

có tải trọng ô nhiễm cao Quá trình xử lí thường phải thực hiện theo phương pháp giánđoạn

3.1.3 Phương pháp nhiệt

Bản chất là quá trình oxi hóa các cấu tử độc hại và các tạp chất có mùi hôi bằng oxi ởnhiệt độ cao (450◦C - 1200◦C) Phương pháp này dùng để loại bỏ bất kì loại khí và hơinào mà sản phẩm cháy ít độc hại hơn

- Ưu điểm: Là thiết bị xử lí đơn giản và có khả năng ứng dụng rộng rãi vì thành

phần khí thải ít ảnh hưởng đến thiết bị đốt

- Nhược điểm: Tốn nhiều năng lượng, thành phần khí thải sau khi đốt có CO2 cao,

là chất gây ô nhiễm không khí và hiệu ứng nhà kính

3.1.4 Phương pháp xúc tác.

Bản chất của quá trình xúc tác để làm sạch khí thải là thực hiện các tương tác hóa họcnhằm chuyển các chất độc thành các sản phẩm không độc hoặc ít độc hơn trên bề mặt củachất xúc tác rắn

-Ưu điểm: Các chất xúc tác không làm thay đổi mức năng lượng của các phân tử chất

tương tác và không làm chuyển dịch cân bằng phản ứng đơn giản Vai trò của chúng làlàm tăng vận tốc tương tác hóa học Các chất xúc tác trong xử lí khí thải công nghiệp làcác chất tiếp xúc trên cơ sở các kim loại quý: Pt, Pd, Ag,…, các oxit Mangan, Đồng,Coban,…

-Nhược điểm: Tốn kém nhiều và hiệu suất không ổn định Hiệu quả xử lí của phương

pháp này chủ yếu phụ thuộc vào hoạt tính của chất xúc tác

3.1.5 Phương pháp phát tán khí

Bản chất của phương pháp này là phát tán khí thải vào khí quyển Trong một sốtrường hợp không thể xử lý do chi phí cao phải dùng phương pháp này để giảm nồng độchất ô nhiễm trong khu vực thải khí Các ống khói cao 300 - 500m thường được sử dụng

để phát tán khí thải

-Ưu điểm: Hệ thống đơn giản chỉ là các ống khói cao, sẽ làm giảm ô nhiễm tại nguồnphát sinh đạt mức tiêu chuẩn.

-Nhược điểm: Phương pháp này sẽ gây ô nhiễm nơi khác và không phải là phương

pháp hợp lý vì nó có thể gây ra hiện tượng khói quang hóa hay mưa axit gây ảnh hưởngmôi trường nghiêm trọng

Hình 3.1.5: Thiết bị hấp phu than hoạt tính

3.2 Khái niệm hấp phu

Hấp phụ là quá trình phân ly dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một số loạikhí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong quá trình đó cácphân tử chất ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn Vật liệu rắn sửdụng trong quá trình này là được gọi là chất hấp phụ, còn khí bị giữ lại trên chất hấp phụđược gọi là chất bị hấp phụ Chất hấp phụ làm tăng nồng độ của chất bị hấp phụ trên bềmặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn – khí, rắn – lỏng)

3.3 Phân loại hấp phu

a Hấp phu vật lí

Hấp phụ vật lý là quá trình xảy ra thuận nghịch, là loại hấp phụ gây ra do tương tácyếu giữa các phần tử, lực tương tác là lực Van der Waals.

Ưu điểm: Hấp phụ vật lí là quá trình thuận nghịch bằng cách hạ thấp áp suất riêng

của chất bị hấp phụ hay nhiệt độ, chất bị hấp phụ sẽ nhanh chóng bị nhả ra mà bản chấthóa học của nó không hề thay đổi Hấp phụ vật lí có tốc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh vàkhông cần năng lượng hoạt hóa

Nhược điểm: Hấp phụ vật lí có khoảng nhiệt độ hấp phụ thấp, gồm nhiều lớp hấp

phụ

b Hấp phu hóa học

Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ không thuận nghịch đơn phân tử (hấp phụ mộtlớp), lực liên kết là lực liên kết hóa học mạnh hơn nhiều so với hấp phụ vật lí Do lượngnhiệt tỏa ra lớn, khoảng 20 - 400 kJ/g.mol Tốc độ của quá trình hấp phụ hóa học phụthuộc vào nhiệt độ

Ưu điểm: Nhiệt lượng hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới 800 kJ/mol, năng lượng

cần cho phản ứng

Nhược điểm: Hấp phụ hóa học cần năng lượng để hoạt hóa, chỉ xảy ra hấp phụ đơn

lớp

3.4 Các yếu tố ảnh hưởng

a Ảnh hưởng của môi trường

Giữa môi trường và chất tan thường có cạnh tranh sự hấp phụ lên bề mặt rắn Về mặtnhiệt động học, cấu tạo có sức căng bề mặt bé hơn sẽ bị hấp phụ mạnh hơn lên bề mặt vậtrắn Tuy nhiên, trong thực tế còn có sự tác động của các yếu tố khác

b Ảnh hưởng của bản chất hấp phu

Bản chất và độ xốp của vật hấp phụ ảnh hưởng lớn đến sự hấp phụ Vật hấp phụkhông phân cực thì hấp phụ chất không phân cực tốt, vật hấp thụ phân cực thì hấp thụ tốtchất phân cực.

c Tính chất của chất hấp phu

Quá trình hấp phụ diễn ra theo hướng làm san bằng sự phân cực giữa các pha Độchênh lệch của sự phân cực càng lớn thì hấp phụ diễn ra càng mạnh Quy tắc này chophép xác định cấu trúc lớp bề mặt và chỉ ra điều kiện cho chất hấp phụ thích hợp nhấttrong trường hợp cụ thể

d Quy tắc phân tử lượng đối với sự hấp phu chất tan từ dung dịch

Chất hấp phụ có phân tử lượng càng lớn thì sự hấp phụ càng nhanh

e Ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, áp suất, độ ẩm

Sự hấp phụ trong dung dịch xảy ra chậm hơn trong pha khí vì sự thay đổi nồng độtrên bề mặt phân chia pha được thực hiện bởi quá trình khuếch tán Tốc độ khuếch tántrong pha khí diễn ra nhanh hơn trong pha lỏng Khi nhiệt độ tăng lên, khả năng khuếchtán vật chất vào dung dịch giảm dẫn đến giảm sự hấp phụ Áp suất càng cao, khả nănghấp phụ càng tốt Độ ẩm càng thấp, khả năng hấp phụ càng tốt

3.5 Thiết bị hấp thu

a Yêu cầu thiết bị

- Đảm bảo thời gian chu kì làm việc thích hợp.

- Có xử lí sơ bộ đối với khí thải.

- Xử lí làm giảm bớt nồng độ ban đầu.

- Phân phối dòng khí đi qua lớp hấp phụ vật liệu đều đặn

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

b Thiết bị với hấp phu hạt tầng mỏng

Dùng than hoạt tính làm chất hấp phụ theo lớp mỏng (độ dày khoảng 12 - 15cm) đượcgiữ lại bởi một lực cơ học, bởi vì khả năng chống lại lực đẩy của dòng khí rất yếu Chất

hấp phụ có thể được dựng trên những đĩa dạng lưới Thiết bị hấp phụ mỏng thường đc ápdụng để lọc sạch lượng dưỡng khí cấp vào cho các căn hộ Tốc độ hấp phụ của loại thiết

bị này tương đối nhanh

c Thiết kế với lớp hấp phu hạt tầng dày

Sử dụng than củi làm chất hấp phụ với độ dày lớn hơn 0.5inch (khoảng 12mm) với độdày này sẽ đủ sức giữ được một khoảng trống tối thiểu và hấp phụ hạt tầng dày thườnglàm đơn giản hơn lớp hấp phụ mỏng, dễ dàng xác định được lượng than hoạt tính sửdụng Thiết bị hấp phụ với lớp dày sẽ được sử dụng ở những nơi có yêu cầu sử dụng đượctrong thời gian dài, ít phải thay đổi lớp hấp phụ Ví dụ: Dùng để lọc sạch các khí thải từcác ống thải của các lò sưởi dùng trong nhà, mức độ tập trung chất ô nhiễm cao Việchấp phụ chất ô nhiêm trên bề mặt lớp hấp phụ là quá nhanh so với hấp phụ lớp mỏng, dovậy không bít kín các lỗ rổng

Nhược điểm chung của hai thiết bị trên:

- Tạo vùng khí bão hòa.

- Khi hơi đạt tiêu chuẩn xử lí, cần phải thay hay hoạt hóa lại toàn bộ than, kể cả

lượng than chưa bão hòa

d.Thiết kế tầng hấp phu sôi

Khi một dòng khí được thổi qua tầng hấp phụ chứa các chất hấp phụ dạng hạt thì sựgiảm áp suất do tầng này sẽ theo chiều ngược lại với khối lượng của chính nó Khi vậntốc dòng khí đủ cao, độ giảm áp sẽ bằng với khối lượng của tầng hấp phụ và chất hấp phụtrong đó bắt đầu chuyển động, nghĩa là bắt đầu quá trình sôi Ở tốc độ khí cao hơn(khoảng 259 ft/ph), các hạt hấp phụ có thể chuyển động không ngừng Độ giảm áp cần để

có hiện tượng sôi tỉ lệ thuận với độ dày tầng hấp phụ và mật độ dòng khí, mật độ các hạtrắn

e Hệ thống tầng xoay

Để giảm lượng Cacbon không sử dụng và giữ tổn thất năng lượng ở mức thấp nhất,cần hướng cho dòng khí chỉ đi qua vùng hoạt động của tầng hấp phụ trong khi đó Cacbon

bão hòa đang hoàn nguyên để tận dụng lại Thiết bị hấp phụ tầng xoay gồm 4 hình trụ.Toàn bộ hệ thống sẽ xoay ở một gốc độ sao cho các đoạn của tầng hấp phụ sẽ chuyển từhấp phụ sang giải hấp ngay sau khi nó đạt mức bão hòa Tuy việc sử dụng than đã đươccải tiến nhưng việc sử dụng lại trở nên kém hiệu quả Việc bảo trì các mối hàn kín vànhững bộ phận chuyển động cũng tốn kém hơn bảo trì thiết bị hấp phụ có tầng hấp phụtĩnh.

f Một số loại khác

Có thể bao gồm cả hai loại chất hấp phụ trong một hình trụ đứng hoặc trong một hìnhtrụ nằm ngang; một lớp hấp phụ chuyển động được chứa trong một tầng trống quay Mỗihình thức thích hợp với một trường hợp cụ thể Ứng dụng của thiết bị hấp phụ, bao gồmmột số ứng dụng sau:

-Thu hồi rượu đẳng Propyl từ các quá trình chế biến nước cam – quýt.

-Thu hồi Metyl Clorua từ các nhà máy sản xuất phim ảnh.

-Thu hồi hơi rượu Etyl từ các lò nấu Wishky.

-Làm sạch khí thải từ các ống khói nhà bếp.

- Làm sạch chất bẩn có trong không khí khi cung cấp dưỡng khí cho phòng mổ hoặcphòng điều khiển điện

3.6 Chọn thiết bị

a Ta chọn thiết bị hấp phu tầng cố định

Đây là thiết bị trong đó pha khí được cho chuyển động qua tầng hạt chất hấp phụ cốđịnh, được sử dụng nhiều lĩnh vực như: thu hồi hơi dung môi có giá trị từ các chất khí,khử nước trong pha khí hoặc lỏng, khử màu các loại dầu khoáng dầu thực vật…Các hạtchất hấp phụ được đặt trong tầng có chiều cao từ 0,3 – 1,2m trên tấm đỡ có đục lỗ, dòngkhí nhập liệu được thổi từ trên xuống Loại thiết bị này có ba phương thức làm việc:

- Phương thức làm việc bốn giai đoạn: hấp phụ, nhả hấp, sấy, làm lạnh

- Phương thức ba giai đoạn: hấp phụ, nhả hấp, làm lạnh

- Phương thức hai giai đoạn: nhả hấp, làm lạnh.

Khi chọn phương thức làm việc cho thiết bị, cần căn cứ vào đặc trưng của chất bị hấpphụ cần thu hồi và nồng độ đầu vào của nó trong hỗn hợp khí:

- Khi nồng độ đầu khá cao thì sử dụng phương thức bốn giai đoạn

- Khi nồng độ trung bình nhỏ (2 - 3g/m3) thì dùng phương thức ba giai đoạn

- Khi nhiệt độ của hỗn hợp khí trong thiết bị tương đối đồng nhất và thấp (< 350C),chất hấp phụ không tan trong nước thì dùng phương thức hai giai đoạn

- Thiết bị tầng cố định có loại thẳng đứng, loại nằm ngang, loại hình vành khăn

3.6 Vật liệu hấp phu

Chất hấp phụ thường là các loại vật liệu dạng hạt có đường kính 6 – 10 mm đến 200micromet, có độ rỗng lớn được hình thành do những mạch mao quản li ti nằm bên trongkhối vật liệu Đường kính của mao quản chỉ cần lớn hơn đường kính phân tử của chất bịhấp phụ thì chất hấp phụ mới có hiệu quả Do chứa nhiều mao quản nên bề mặt tiếp xúccủa chất hấp phụ rất lớn

có thể tạo với Hydroxyl các liên kết kiểu cầu hydro Với các chất không phân cực, sự hấpphụ trên Silicagel chủ yếu bởi lực mao dẫn trong các lỗ xốp nhỏ Silicagel cũng như cácchất hấp phụ khác có thể tái sinh Tái sinh chúng thường ở nhiệt độ dưới 2000C Nếu trênnhiệt độ này sẽ dẫn đến thay đổi bất thuận nghịch của cấu trúc bề mặt và làm mất khảnăng hoạt động của chúng Việc giải hấp phụ của silicagel cần phải lưu ý nhiều hơn sovới than hoạt tính.

d Zeolite.

Zeolite là hợp chất Alumino Silicate có tinh thể Tính chất của Zeolite phụ thuộc vào

tỉ lệ Si và Al và mức độ tinh thể của sản phẩm cuối cùng Đồng thời còn chịu ảnh hưởngcủa các cation kim loại khác được nhận thêm vào trong quá trình hình thành sản phẩm.Zeolite thể hiện tính nhạy cảm rất rõ đối với nhiệt độ Ví dụ: Zeolite chứa Canxi chỉ bịmất tính hấp phụ khi nhiệt độ lên tới 8000C, chứa Na bị mất hoạt động khi nhiệt độ

7000C, còn Li thì 6400C

3.7 Phương pháp hoàn nguyên vật liệu hấp phu.

a Hoàn nguyên bằng nhiệt.

Phổ biến nhất là dùng không khí nóng hoặc hơi nước để sấy nóng vật liệu làm cho khảnăng hấp phụ giảm xuống đến mức thấp nhất và lúc đó chất khí đã bị hấp phụ sẽ thoát rangoài Sau khi hoàn nguyên bằng nhiệt, vật liệu hấp phụ cần được làm nguội trước khiđưa vào sử dụng lại

b Hoàn nguyên bằng áp suất.

Ở nhiệt độ không đổi, nếu giảm áp suất thì khả năng hấp phụ giảm và do đó chất khí

đã hấp phụ sẽ thoát khỏi bề mặt vật liệu

c Hoàn nguyên bằng khí trơ.

Dùng khí trơ không chứa chất khí đã bị hấp phụ thổi qua lớp vật liệu hấp phụ Trongtrường hợp này áp suất riêng của chất bị hấp phụ trong pha khí sẽ thấp hơn hoặc bằngkhông, như vậy sẽ tạo được gradian ngược chiều so với quá trình hấp phụ và do đó chất

bị hấp phụ trong pha rắn sẽ khuếch tán ngược trở lại vào pha khí – tức giải hấp phụ(desorption) Trong các phương pháp trên thì phương pháp hoàn nguyên bằng nhiệt đượcsử dụng rộng rãi nhất

Ưu điểm: Đơn giản, ít tốn kém, hiệu quả cao Ở nhiệt độ cao (1000C) hơi có thể giảithoát được hầu hết các chất khí ô nhiễm đã bị hấp phụ trong pha rắn, không làm hỏngcác vật liệu hấp phụ cũng như chất khí được giải thoát Hơi nước ngưng tụ lại và nhả

nhiệt ngưng tụ trong lớp vật liệu hấp phụ càng thúc đẩy quá trình giải hấp phụ Có thể thu hồi được các chất bị hấp phụ bằng cách cho hơi ngưng tụ Hơi nước có entanpy cao hơn

nhiều so với không khí nóng do đó nhiệt độ của vật liệu hấp phụ được nâng cao một cáchnhanh chóng Vật liệu hấp phụ có độ ẩm cao sau khi hoàn nguyên bằng hơi nước có thểđược làm khô bằng cách thổi khí lạnh và khô vào

3.8 Đề xuất quy trình công nghệ

Quy trình sản xuất sơn:

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình sản xuất sơn

- Nguyên liệu đầu vào: Bột màu vô cơ, hữu cơ với 15 loại khác nhau: TiO2, Fe2O3,

Cr2O3, phthalocyanyne xanh, bột đỏ Naphthol…(không có tính độc)

- DMHC (Dung môi hữu cơ): Toluene

Đề xuất quy trình công nghệ:

Nguyên liệu ban đầu

Hơi nước quá nhiệt

Hình 3.3 Sơ đồ quy trình xử lí Toluene bằng than hoạt tính

Tóm tắt sơ bộ về quy trình công nghệ xử lí toluene: Dòng khí vào trong tháp sẽ đi vào

từ trên xuống dưới đi qua vật liệu hấp phụ và đi ra ngoài qua ống khói Khi đã hấp phụnhiều lần thì vật liệu hấp phụ sẽ trở nên bão hòa Lúc này dòng hơi quá nhiệt sẽ được cấpvào hoàn nguyên vật liệu hấp phụ, vật liệu hấp phụ sẽ được tái sử dụng lại tránh lãng phí.Lượng nước ngưng tụ trong quá trình nhả hấp sẽ dược đưa tới hệ thống xử lí nước thải

CHƯƠNG 4:

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ HẤP PHỤ 4.1 Điều kiện đầu vào

- Năng suất 3600 m3/h

- Hiệu suất xử lý 90%

- Nồng độ đầu vào: 1000 mg/h

- Nồng độ đầu ra: 750 mg/Nm3

Bể chứa nước ngưng

Hệ thống xử lí nước thải

- Nhiệt độ khí thải: 40oC

- Nhiệt độ làm việc: 40oC

- Áp suất làm việc P = 1at

- Đường kính trung bình của than là: dg = 4mm

4.2 Thiết lập đường hấp phu đẳng nhiệt của toluene

Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt của Benzene ( Hình X.1 trang 245 - Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 2), ta xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt của

Toluene theo các công thức:

Tra hình XXIV trang 466 (Sách quá trình và thiết bị công nghệ hóa học – Tập 10 – Ví

dụ và bài tập), ta được: p s,1  75mmHg; p s,2 95mmHg

Tra bảng 4 trang 397 và 398 ( Sách quá trình và thiết bị công nghệ hóa học - Tập 10 –

Ví dụ và bài tập), ta được:  3  3

1 1

3 2

2 2

78 0.0887 /879

92

0.1087 /846

M

p M

0.1087

1.22550.0887

V V

p T

Bảng 4.2: Tính toán đường hấp phu đẳng nhiệt của toluene.

Đường hấp phụ đẳnh nhiệt của