đồ án xử lý khí thải SO2 từ lò hơi đốt FO (có bản vẽ)

MỞ ĐẦUHiện nay, dân số đô thị ngày càng tăng cao, các khu công nghiệp lớn và nhỏ ngàycàng được hình thành và phát triển mạnh mẽ ở khắp các tỉnh thành trên cả nước. Sự pháttriển của các ngành công nghiệp đã tạo ra rất nhiều sản phẩm phục vụ cho đời sống conngười, tuy nhiên cũng tạo ra một lượng lớn các chất thải là phá vỡ cân bằng sinh thái vàgây hại đến môi trường.Trong đó có rất nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng lò hơi và hầu hết các lò hơi trênđều sử dụng dầu FO làm nhiên liệu đốt. Đây là loại dầu có hàm lượng lưu huỳnh cao, khicháy sẽ thải ra một lượng lớn khí SO2 – loại khí được xem là độc hại nhất trong họ cáckhí độc hại thải ra do cháy nhiên liệuĐồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 lò hơi đốt dầuFO là một trong những phương án góp phần vào việc xử lý khí thải và giảm ô nhiễm môitrường.

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN vi

MỞ ĐẦU vii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẦU FO VÀ KHÍ THẢI TỪ LÒ HƠI DÙNG DẦU FO 1 1.1 TỔNG QUAN VỀ DẦU FO 1

1.2 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 2

1.2.1 Khái niệm khí SO2 2

1.2.2 Các nguồn tạo ra SO2 3

1.2.3 Tác hại 4

1.2.4 Ứng dụng 5

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI TỪ LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO6 2.1 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 6

2.1.1 Giới thiệu chung 6

2.1.2 Phân loại 6

2.1.3 Nguyên lý chung 7

2.1.4 Một số chất hấp thụ phổ biến 7

2.1.5 Ưu nhược điểm phương pháp hấp thụ 8

2.2 PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 9

2.2.1 Giới thiệu chung 9

2.2.2 Cơ chế hấp phụ 9

2.2.3 Phân loại 10

2.2.4 Các chất hấp phụ phổ biến 10

2.2.5 Ưu nhược điểm phương pháp hấp phụ 11

2.3 MỘT SỐ THIẾT BỊ HẤP THỤ 12

2.3.1 Tháp đĩa 12

2.3.2 Tháp đệm 13

2.3.3 Tháp mâm 15

2.4 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ 16

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ 19

3.1 Thông số đầu vào và đầu ra 19

3.2 Lượng NaOH cần thiết cho hệ thống theo phương trình hóa học 19

3.3 Cân bằng vật chất 20

3.3.1 Đường cân bằng pha 20

3.3.2 Đường làm việc 20

3.4 Cân bằng năng lượng 23

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ THÁP HẤP THỤ (THÁP ĐỆM) 26

4.1 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 26

4.2 CHIỀU CAO THIẾT BỊ 29

4.2.1 Tính Rex, Rey, Prx, Pry 31

4.2.2 Chiều cao đơn vị truyền khối 32

4.2.3 Tính trở lực của tháp 34

4.2.4 Tính tổng chiều cao thiết bị 35

4.3 TÍNH CƠ KHÍ 35

4.3.1 Tính bề dày thiết bị 35

4.3.2 Tính bề dày nắp và đáy 37

4.3.3 Tính đường kính ống dẫn khí và lỏng 38

4.3.4 Tính mặt bích 38

4.3.5 Tính lưới đỡ đệm: 42

4.3.6 Tính chân đỡ và tai treo 42

4.4 Tính toán thiết bị phụ trợ 45

4.4.1 Bơm 45

4.4.2 Quạt 46

4.4.3 Tính chiều cao ống khói: 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử SO2 2

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý quá trình hấp thụ 7

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo tháp đĩa không có ống chảy truyền 13

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo tháp đệm 14

Hình 2.4 Một số loại vật liệu đệm 15

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý SO2bằng tháp đệm 17

Hình 3.1 Đồ thì thể hiện đường cân bằng và đường làm việc 23

Hình 4.1 Đồ thì thể hiện số bậc truyền khối trên đường cân bằng và đường làm việc 33

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Phân loại nhiên liệu đốt lò (dầu FO) 1

Bảng 1.2 Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu FO 2

Bảng 1.3 Ước tính tải lượng một số thông số ô nhiễm không khí từ hoạt động công nghiệp trên cả nước năm 2009 3

Bảng 1.4 Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi 4

Bảng 2.1 Một số chất hấp thụ phổ biến trong xử lý khí thải 7

Bảng 2.2 Các loại chất hấp phụ 10

Bảng 4.1 Bảng thông số mặt bích thân 39

Bảng 4.2 Bảng thông số mặt bích ống dẫn khí 40

Bảng 4.3 Bảng thông số mặt bích ông dẫn lỏng 40

Bảng 4.4 Bảng chi tiết thiết kế chân đỡ 43

Bảng 4.5 Bảng chi tiết thiết kế tai treo thiết bị 44

Bảng 4.6 Hiệu suất của một số loại bơm 45

Bảng 4 7 giá trị hệ số dự trữ 45

Bảng 4.8 Hệ số dữ trữ k 47

LỜI CẢM ƠN

Trước hết chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô hiện đang côngtác và giảng dạy tại khoa Môi Trường - Trường Đại học Tài Nguyên và Môi TrườngTP.HCM Đã tận tâm dạy bảo và truyền đạt những kiến thức quý báu cho bọn em trongsuốt quá trình học tập Đặc biệt chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy

ThS Trần Anh Khoa, người đã hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện giúp đỡ tụi em trong

suốt quá trình thực hiện nhiệm vụ đồ án

Em xin chân thành cảm ơn Thư viện trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường đã tạođiều kiện thuận lợi cho em có được các nguồn tài liệu cụ thể xác thực để tham khảo vàhoàn thành tốt đồ án được giao

Bên cạnh đó, em cũng muốn chuyển lời cảm ơn sâu sắc đến bạn bè trong lớp05QTTB đã luôn cạnh bên ủng hộ tinh thần và sát cánh bên em mỗi khi cần sự trợ giúp

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Phạm Đình Thống

MỞ ĐẦU

Hiện nay, dân số đô thị ngày càng tăng cao, các khu công nghiệp lớn và nhỏ ngàycàng được hình thành và phát triển mạnh mẽ ở khắp các tỉnh thành trên cả nước Sự pháttriển của các ngành công nghiệp đã tạo ra rất nhiều sản phẩm phục vụ cho đời sống conngười, tuy nhiên cũng tạo ra một lượng lớn các chất thải là phá vỡ cân bằng sinh thái vàgây hại đến môi trường

Trong đó có rất nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng lò hơi và hầu hết các lò hơi trênđều sử dụng dầu FO làm nhiên liệu đốt Đây là loại dầu có hàm lượng lưu huỳnh cao, khicháy sẽ thải ra một lượng lớn khí SO2 – loại khí được xem là độc hại nhất trong họ cáckhí độc hại thải ra do cháy nhiên liệu

Đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 lò hơi đốt dầu

FO là một trong những phương án góp phần vào việc xử lý khí thải và giảm ô nhiễm môitrường

viii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẦU FO VÀ KHÍ THẢI TỪ LÒ HƠI

DÙNG DẦU FO

1.1 TỔNG QUAN VỀ DẦU FO

Dầu FO còn được gọi là dầu nhiên liệu hay dầu Mazut là phân đoạn nặng thu được

khi chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân không.

Nhiệt trị của dầu FO là 10,175 kcal/kg và tỷ trọng là 0,7 – 0,97 kg/l

Nhiên liệu dầu đốt trong lò được phân thành 2 loại là dầu nặng (dầu mazut) và dầunhẹ (dầu diesel và dầu hỏa) Chỉ tiêu quan trọng nhất của dầu FO là độ nhớt và hàmlượng lưu huỳnh (S)

Yêu cầu: độ nhớt phải phù hợp cho quá trình bơm, vận chuyển dầu vào hệ thốngđốt cũng như quá trình phun nóng ở bộ phận mỏ phun vào lò, độ nhớt càng nhỏ thì việcbơm nhiên liệu càng dễ dàng và nhiên liệu được tán sương tốt ở vòi phun nhờ thế quátrình diễn ra hoàn toàn, cho hiệu suất cao, ít ô nhiễm Nếu độ nhớt quá cao phải thiết bị

và lắp đặt thêm hệ thống hâm nóng để làm giảm độ nhớt của dầu tới mức phù hợp vớiyêu cầu của mỏ phun Trên thực tế, độ nhớt của các loại dầu FO (4ºC) khoảng 2- 6 cSt làphù hợp

Dựa vào độ nhớt động học và hàm lượng lưu huỳnh, nhiên liệu được phân loại nhưsau:

Bảng 1.1 Phân loại nhiên liệu đốt lò (dầu FO)

Ký hiệu Độ nhớt động học ở 50ºC,cSt Hàm lượng lưu huỳnh(S), %

FO N02A

Đến 2,0Trên 2,0 đến 3,5

(Nguồn: theo TCVN 6239 – 2002)

Trong khí thải của lò hơi đốt dầu FO người ta thường thấy có các chất sau: CO2,

CO, NOx, SO2, SO3 và hơi nước, ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro

rất nhỏ trộn lẫn với dầu cháy không hết tồn tại dưới dạng son khí mà ta thường gọi là mồhóng.

Với dầu FO đúng theo tiêu chuẩn chất lượng, khi đốt cháy trong lò hơi sẽ có nồng

độ các chất trong khí thải như sau:

Bảng 1.2 Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu FO

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử SO2.

Lưu huỳnh điôxit (hay còn gọi là anhiđrit sunfurơ) là một hợp chất hóa học vớicông thức SO2 Lưu huỳnh điôxit là một khí vô cơ không màu, nặng hơn không khí Nó

có khả năng làm vẩn đục nước vôi trong, làm mất màu dung dịch Brôm và làm mất màucánh hoa hồng (2 tính chất sau được ứng dụng để nhận biết SO2và phân biệt nó với CO2)

 Khối lượng mol: 64,054 (g.mol-1)

 Khối lượng riêng: 2,551 (g/L, gas)

 Núi lửa phun ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sunfua

 Các quá trình phân hủy, thối rửa của xác động thực vật tự nhiên cũng sinh ra

b) Do các hoạt động sản xuất công nghiệp.

 Các tác nhân gây ô nhiễm chủ yếu phát sinh từ quá trình khai thác và cung ứngnguyên vật liệu đầu vào như khai thác than, sản xuất thép, … khí thải từ các côngđoạn sản xuất như đốt nhiên liệu hóa thạch, khí thải lò hơi, hóa chất bay hơi,

 Các chất độc hại từ khí thải công nghiệp được phân loại thành các nhóm bụi,nhóm chất vô cơ và nhóm chất hữu cơ gồm NO2, SO2, VOC, TSP, các hóa chất vàcác kim loại trong đó lượng phát thải NO2, SO2, VOC, TSP chiếm phần lớn trongtải lượng chất ô nhiễm, còn lại là các chất ô nhiễm không khí khác

Bảng 1.3 Ước tính tải lượng một số thông số ô nhiễm không khí từ hoạt động công

nghiệp trên cả nước năm 2009

c) Ngành sản xuất vật liệu xây dựng

 Ô nhiễm không khí do hoạt động sản xuất vật liệu xây dựng phát sinh từ quá trìnhkhai thác, sản xuất và vận chuyển nguyên vật liệu Quá trình khai thác và chế biến

thường phát sinh bụi và một số khí: CO, NOx, SO2, H2S, …, quá trình vận chuyểnnguyên vật liệu chủ yếu phát sinh bụi

 Ngành công nghiệp sản xuất xi măng là ngành công nghiệp đóng vai trò quantrọng trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá Tuy nhiên ngành công nghiệpnày lại được coi là một trong những ngành có tác động nhiều và đặc trưng tới môitrường không khí

d) Khí thải từ các lò hơi

Bảng 1.4 Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi

Lò hơi đốt bằng củi Khói + tro bụi +CO + CO2

Lò hơi đốt bằng than đá Khói + tro bụi +CO + CO2 + SO2 + SO3 +NOx

Lò hơi đốt bằng dầu FO Khói + tro bụi +CO + CO2 + SO2 + SO3 +NOx

e) Do các hoạt động giao thông

Ở khu vực đô thị, nguồn gốc phát sinh các loại khí NO2, SO2 và CO chủ yếu từhoạt động giao thông

1.2.3 Tác hại

a) Đối với con người

 SO2 là chất có tính kích thích, dễ hòa tan trong nước nên dễ phản ứng với các cơquan hô hấp của con người và động vật

 Độc tính chung của SO2 thể hiện ở rối loạn chuyển hóa protein và đường, thiếuvitamin B, C và ức chế enzyme oxydaza Khi nồng độ SO2 thấp có thể làm sưngviêm mạc

b) Đối với thực vật

 Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO2 là rêu và địa y

 Khí SO2 khi thâm nhập vào các mô của cây sẽ kết hợp với nước để tạo thành axitsunfuro H2SO3 gây tôn thương đến màng tế bào và làm giảm đi khả năng quanghợp của cây Cây sẽ có những biểu hiện: chậm lớn, vàng úa lá rồi chết

c) Đối với môi trường

 SO2bị oxi hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa gây ra mưa axitsunfuric hay các muối sunfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môitrường.

 Mưa axit rơi xuống mặt đất sẽ rửa trôi hết các dưỡng chất và mang kim loại độchại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ, gây tác hại xấu đến sinh vậtthủy sinh và các loài cá

 Rừng bị hủy diệt và sản lượng cây trồng giảm sút

 Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc

1.2.4 Ứng dụng

 Sản xuất axit sunfuric (Ứng dụng quan trọng nhất)

 Tẩy trắng giấy, bột giấy, tẩy màu dung dịch đường

 Khí SO2được sử dụng trong nghành công nghiệp chế biến rượu vang Tuy tỷ lệ rất

ít, đóng vai trò như một chất kháng khuẩn và chống oxy hóa Tùy từng quốc gia,

có thể cho phép nồng độ SO2 trong rượu ở một mức độ nhất định Ở M là 350ppm, EU là 160 ppm và 210 ppm đối với rượu vang đỏ và trắng, hồng Ở nồng độthấp dưới 50 ppm SO2 không ảnh hưởng đén mùi vị của rượu, nhưng nếu nồng độcao hơn, nó cũng tạo ra một hương vị khác

Khí SO2 cũng được dùng làm chất kháng khuẩn và chống ôxi hóa trong sảnxuất rượu vang, đôi khi được dùng làm chất bảo quản cho các loại quả sấy khônhư mơ, vả,…

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI TỪ LÒ HƠI

ĐỐT DẦU FO

2.1 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ

2.1.1 Giới thiệu chung

Hấp thụ làquá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏngnhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo thànhmột dung dịch các cấu tử trong chất lỏng

Cơ chế hấp thụ có thể chia làm 3 bước:

 Khuếch tán các phân tử chất ôn nhiễm thể khí trong khối khí đến bề mặt chấtlỏng hấp thụ

 Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ

 Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khốichất lỏng hấp thụ

2.1.2 Phân loại

Cơ sở của nguyên lý là dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ (thường làkhí hoặc hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) hoặc dựa vào khả năng hoà tankhác nhau của các chất trong chất lỏng để tách chất Tuỳ thuộc vào bản chất của sựtương tác mà ta chia thành:

 Hấp thụ vật lý: là quá trình dựa trên sự tương tác vật lý bao gồm sự khuếch tán,hoà tan của các chất cần hấp thụ vào trong lòng chất lỏng và sự phân bố củachúng giữa các phân tử chất lỏng

 Hấp thụ hóa học: là quá trình luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng hoá học

và bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn khuếch tán và giai đoạn xảy ra các phản ứnghoá học Như vậy sự hấp thụ hoá học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếchtán của chất khí vào trong chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hoácác chất tốc độ phản ứng của các chất Trong hấp thụ hoá học, chất được hấp thụ

có thể phản ứng ngay với các phân tử của chính chất hấp thụ

2.1.3 Nguyên lý chung

Dòng khí được dẫn vào ở đáy tháp, dung dịch hấp thụ được phun ở đỉnh tháp.Dòng khí cần xử lý tiếp xúc với dung dịch hấp thụ, chất cần xử lý được giữ lạitrong dung dịch hấp thụ và được thu ở đáy tháp Dòng không khí sạch thoát ra ngoàitrên đỉnh tháp

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý quá trình hấp thụ.

2.1.4 Một số chất hấp thụ phổ biến

Bảng 2.1 Một số chất hấp thụ phổ biến trong xử lý khí thải

3 (8 – 10g/l) + NH3 (1,2 – 1,5g/l) +(NH4)3AsO3 (3,5 – 6g/l), dung dịch K3PO4 (40 – 50%),

NH4OH, K2CO3,…

CO Nito lỏng, dung dịch [Cu(NH3)2]n

Cl2 Dung dịch NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3, CCl4,…

Hơi, sương HCl Nước, dung dịch NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2CO3, K2CO3.Hợp chất flo

Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của chất hòa tan để dễ tách cấu tử ra khỏidung môi Nhiệt độ đóng rắn thấp sẽ tránh hiện tượng đóng rắn

Không cháy, giá thành rẻ, dễ kiếm trong công nghiệp và ít độc hại

2.1.5 Ưu nhược điểm phương pháp hấp thụ

 Ưu điểm

Rẻ tiền, dễ ứng dụng, có thể sử dụng dung môi là nước để hấp thụ các khí độchại như SO2,H2S, NH3, HF, v.v… rất hiệu quả

Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi,khi trong khí thải có chứa

cả bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa

 Nhược điểm

Hiệu suất làm sạch không cao,không dùng để xử lý dòng khí có nhiệt độ cao.Quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế nhiều trường hợp cầnphải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội tăng hiệu quảquá trình xử lý như vậy thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh,vận hành phức tạp

Khi làm việc hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi khống chế, điều chỉnh mật độtưới của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải có hàm lượng bụi lớn.

Việc lưc chọn dung môi thích hợp để xứ lý rất khó khăn khi chất khí không cókhả năng hoà tan trong nước

Phải tiến hành tái sinh dung môi khi dung môi đắt tiền để giảm giá thành xử lý

mà công việc này là rất khó khăn

2.2 PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ

2.2.1 Giới thiệu chung

Hấp phụ là hiện tượng các phân tử chất khí, lỏng, các ion được giữ lại trên bềmặt phân cách của các pha Bề mặt phân cách pha có thể là lớp phim khí – lỏng, lỏng –lỏng, khí – rắn, lỏng – rắn

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là quá trình xử lý dựa trên sự phân lykhí bởi ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí,trong quá trình đó các phân tử khí chất ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt vậtliệu rắn Vật liệu rắn sử dụng trong quá trình này gọi là chất hấp phụ, còn chất khí bịgiữ lại trong chất hấp phụ được gọi là chất bị hấp phụ

Bước 1 và 2 là quá trình khuếch tán chất ô nhiễm, quá trình này xảy ra do sựchênh lệch nồng độ giữa lớp khí chứa chất ô nhiễm đi ngang qua vật liệu hấp phụ vàlớp khí nằm sát bề mặt chất hấp phụ Bước 3 mới thực sự là quá trình kết nối vật chấtgiữa chất ô nhiễm và chất hấp phụ Quá trình này xảy ra nhanh hơn nhiều so với bước

1 và 2

2.2.3 Phân loại

Hấp phụ vật lý: hay hấp phụ Van der Waals là hiện tượng hấp phụ thuận nghịch.Các phần tử khí bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ nhờ lực liên kết giữa các phần tử.Quá trình này có toả nhiệt, độ nhiệt toả ra phụ thuộc vào cường độ lực liên kết phân tử

Hấp phụ hóa học: là hấp phụ có kèm theo phản ứng hóa học giữa chất bị hấpphụ và chất bị hấp phụ Khí bị hấp phụ do có phản ứng hóa học với vật liệu hấp phụ,lực liên kết phân tử trong trường hợp này mạnh hơn ở hấp phụ vật lý Do vậy lượngnhiệt toả ra lớn hơn, và cần năng lượng nhiều hơn

2.2.4 Các chất hấp phụ phổ biến

Tùy theo tính chất và lưu lượng khí thải của từng nhà máy, công xưởng mà chọnkiểu tháp hấp phụ khác nhau Vật liệu hấp phụ cũng khá đa dạng, có thể kể đến như:than hoạt tính, silicagel, zeolit, và các chất hấp phụ tự nhiên khác… tùy loại khí thảicần xử lý mà chọn vật liệu hấp phụ thích hợp

Bảng 2.2 Các loại chất hấp phụ

Than hoạt tính

Bề mặt kị nướchấp phụ các CHCtrong nước vàkhông khí

Tách các chất

ô nhiễm cógốc hữu cơ

Giá rẻ, dùngtrong xử lýmôi trường

Khó tái sinh nếu

bị đóng cặn, cóthể bắt cháy khitái sinh

Silicalite

Bề mặt lị nước,đặc trưng hấp phụtương tự thanhoạt tính

CHC từ dòngkhí

Có thể đốt bỏ

dễ hơn thanhoạt tính

Giá thành caohơn than hoạt tínChất hấp phụ

cao phân tử Thườngcopolymer củalà TáchCHC từ dòngcác Không gặp vấnđề đóng cặn Mắc hơn thanhoạt tính

Tỉ lệ tách thấphơn các chất hấpphụ

2.2.5 Ưu nhược điểm phương pháp hấp phụ

 Ưu điểm

Làm sạch và thu hồi được khá nhiều chất ô nhiễm thể hơi hay khí Nếu các chấtnày có giá trị kinh tế cao thì sau khi hoàn nguyên chất hấp phụ, chúng sẽ được tái sửdụng trong công nghệ sản xuất mà vẫn giảm được tác hại gây ô nhiễm

Chất hấp phụ cũng khá dễ kiếm và rẻ tiền Thông dụng nhất là than hoạt tính(hấp thụ được nhiều chất hữu cơ)

 Nhược điểm

Khi hoàn nguyên chất hấp thụ sẽ sinh ra các trường hợp ô nhiễm thứ cấp (nếuchất ô nhiễm hoàn toàn là chất độc hại nguy hiểm cần thải bỏ hay có giá trị kinh tếkhông cao không cần tái sử dụng) Trường hợp chất hấp phụ có giá thành rẻ, dễ kiếm

có thể bỏ nó đi

Không hiệu quả khi dòng khí ô nhiễm chứa cả bụi lẫn chất ô nhiễm thể hơi haykhí vì bụi dễ gây nên tắc thiết bị và làm giảm hoạt tính hấp phụ của chất hấp phụ (nếumuốn sử dụng ta phải lọc bụi trước khi cho dòng khí vào thiết bị hấp phụ)

Hiệu quả hấp phụ kém nếu nhiệt độ khí thải quá cao

Với các chất khí bị hấp phụ có khả năng bắt cháy cao, việc tiến hành hấp phụbằng dòng khí có nhiệt độ cao cũng sẽ vấp phải nguy cơ cháy tháp hấp phụ

Cường độ hấp phụ thấp do vận tốc dòng khí thấp do vận tốc khí nhỏ và không

có sự xáo trộn mãnh liệt

 Ưu điểm:

Cấu tạo đơn giản

Công nghệ tiên tiến, hiệu suất cao

Trở lực trong tháp không lớn lắm

Có thể làm việc với tỉ trọng của khí, khá ổn định

 Nhược điểm:

Khó làm việc được với chất lỏng bẩn

Tháp đệm khó chế tạo được ở kích thước lớn ở quy mô công nghiệp

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo tháp đĩa không có ống chảy truyền.

2.3.2 Tháp đệm

Cấu tạo: Thân tháp rỗng và bên trong tháp được đổ đầy đệm làm từ các vật liệukhác 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

Nguyên tắc hoạt động: Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuốngdưới tạo ra bề mặt ướt của lớp vật liệu đệm cho dòng khí từ dưới đi lên

 Ưu điểm:

Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao

Cấu tạo đơn giản

Trở lực trong tháp; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ) nhỏ

Giới hạn làm việc tương đối rộng.

Có tính năng chịu ăn mòn cao

Rẻ tiền, dễ kiếm

 Nhược điểm:

Khó làm ướt đều đệm

Nếu tháp quá cao thì chất lỏng không phân bố đều

Kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo tháp đệm.

Hình 2.4 Một số loại vật liệu đệm.

2.3.3 Tháp mâm

Nguyên lý hoạt động: Tháp hình trụ thẳng đứng, trong có gắn các mâm có cấutạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha khí được cho tiếp xúc với nhau Chất lỏng đivào tháp ở đỉnh hoặc tại một mâm thích hợp và chảy xuống nhờ trọng lực qua mỗimâm bằng ống chảy chuyền Pha khí đi từ dưới lên qua mỗi mâm nhờ các khe hở docấu tạo của mâm tạo nên

 Ưu điểm:

Có thể sử dụng cho cả quá trình chưng cất lẫn hấp thụ

Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lượng hơi

 Nhược điểm:

Khi vận tốc khí lớn có thể gây nên sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trong dònghơi từ mâm dưới lên mâm trên làm giải sự biến đổi nồng độ tạo nên bởi quá trìnhtruyền khối, làm giảm hiệu suất,

Ngoài ra còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nén khícho tháp

2.4 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ

Trong các thiết bị dùng cho phương pháp hấp thụ thì dung dịch hấp thụ được sửdụng có thể là nước hoặc dung dịch hóa học như kiềm, dung dịch sữa vôi… Nếu dùngdung dịch hóa học thì hiệu suất hấp thụ các chất ô nhiễm sẽ cao nhưng đắt tiền

Dùng nước thì sẽ rẻ tiền và an toàn cho thiết bị nhưng hiệu suất hấp thụ các chất

Đối với dùng NaOH: NaOH là chất hấp thụ có độ hấp thụ mạnh, có thể xử lý

SO2 ở bất kì nồng độ nào

Do đó, dung dịch hấp thụ lựa chọn cho quy trình công nghệ là dung dịch NaOH(pha loãng với nước)

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý SO2 bằng tháp đệm.

 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Do nhiệt độ dòng khí thải cao nên trước khi vào tháp hấp thụ, dòng khí sẽ quathiết bị làm nguội để giảm nhiệt độ xuống thích hợp cho quá trình hấp thụ xảy ra

Dung dịch NaOH từ bể chứa sẽ được bơm lên bồn chứa cao vị và được dẫn vàotrong tháp Khí thải có chứa SO2 được thổi vào từ đáy tháp hấp thụ Bên trong tháp hấpthụ, khí thải sẽ đi từ dưới lên và dung dịch NaOH đi từ trên tháp xuống, hai pha nàytiếp xúc ngược chiều nhau Tại đây khí SO2 được hấp thụ bởi nước Hiệu suất hấp thụcủa tháp hấp thụ chỉ đạt 90% nên lương khí thải còn lại thoát ra ngoài qua quạt hút và

đi vào ống khói thải ra khí quyển với tiêu chuẩn thải được cho phép Dung dịch NaOHsau khi hấp thụ khí SO2, được dẫn ra ngoài từ đáy tháp hấp thụ sau đó dẫn đến hệ thống

xử lý dung dịch NaOH thải của nhà máy hoặc có thể tận dụng để tái sinh sản xuất

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

3.1 Thông số đầu vào và đầu ra

Công suất của hệ thống: 2000 m3/h = 0,56 m3/s

Nồng độ đầu vào khí SO2trong khí thải: 1200 mg/m3= 1,2 g/m3,

Nhiệt độ NaOH đi vào hệ thống là 25oC

Nhiệt độ làm việc trung bình của hệ thống là 50oC

Áp suất làm việc ở: 760 mmHg = 1 atm

3.2 Lượng NaOH cần thiết cho hệ thống theo phương trình hóa học

Lượng NaOH cần thiết cho hệ thống xử lý được tính theo phản ứng tổng quátsau:

Lưu lượng SO2trong khí vào:

M Ā nM Miii Ā M ii 㷟 Ā g⿏nL ݉ ݋Lưu lượng mol SO2cần xử lý là: SOM Ā g⿏nL in Ā MMnL ݉ ݋

Theo phương trình (*) thì NaOH Ā M SOM Ā L ݉ ݋

Để đảm bảo cho tháp hấp thụ vận hành tốt => ݉䁡 Ā iii nM Ā

M i 㷟

Dung dịch NaOH để hấp thị khí SO2 có nồng độ 10% là: ݉ Ā M ii 㷟

Khối lượng riêng của dung dịch: 䁡 n iL Ā i⿏ 㷟 ݉g

Vậy lưu lượng dung dịch NaOH cần thiết là: Ā M n i⿏Āini 㷟L ݉g

3.3 Cân bằng vật chất

3.3.1 Đường cân bằng pha

Dựa theo định luật Henry:

Ở 60oC Hx10-6 = 0,0653 mmHg

ĀR ݉ Ā Āini Lg⿏ i i Ā iLn㷟M

Ā ݉tg ݉ t Ā g i n㷟MtiLn㷟Mt

3.3.2 Đường làm việc

 Gy: Lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h)

 Yd: Nồng độ đầu của hỗn hợp khí (kmol/kmol khí trơ)

 Yc: Nồng độ cuối của hỗn hợp khí (kmol/kmol khí trơ)

 Ltr: lượng dung môi đi vào thiết bị (kmol/h)

 Xd: Nồng độ đầu của dung môi (kmol/kmol dung môi)

 Xc: Nồng độ cuối của dung môi (kmol/kmol dung môi)

 Gtr: Lượng khí trơ vào thiết bị (kmol/h)

Đầu vào

Số mol SO2 lúc đầu:

Số mol không khí:

η: hiệu suất xử lý của tháp cần phải thực hiện.

Lưu lượng pha lỏng và pha khí