Tải bản đầy đủ

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu:
 Sunfua dioxit là một hợp chất hóa học có công thức SO
2
. Chất khí quan
trọng này là sản phẩm chính của sự đốt
cháy hợp chất lưu huỳnh và nó là một mối
lo môi trường đáng kể. SO
2
thường được
mô tả là "mùi hôi của lưu huỳnh bị đốt
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 1
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
cháy". Nó là sản phẩm tạo thành trong quá trình núi lửa hoạt động và một số hoạt
động công nghiệp khác nhau.

 SO
2
là loại chất ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp cũng
như trong sinh hoạt của con người. Nguồn phát thải SO
2
chủ yếu là từ Các trung tâm
nhiệt điện, các loại lò nung, lò hơi khi đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt có chứa lưu
huỳnh hoặc các hợp chất lưu huỳnh.
 Ngoài ra, một số công đoạn sản xuất trong công nghiệp hóa chất, luyện
kim, cũng thải vào bầu khí quyển một lương SO
2
đáng kể. Trên thế giới hàng năm
tiêu thụ gần 2 tỷ tấn than đá các loại và gần 1 tỷ tấn dầu mỏ. Khi thành phần lưu
huỳnh trong nhiên liệu trung bình chiếm 1% thì lượng khí SO
2
thải vào khí quyển là
60 triệu tấn/năm. Đó là chưa kể lượng SO
2
thải ra từ các ngành công nghiệp khác.
1.2. Tính chất:
 SO
2
là một khí vô cơ không màu, mùi kích thích mạnh, không cháy, có
vị hăng cay dễ hóa lỏng, dể hòa tan trong nước với nồng độ thấp.
 SO
2
có nhiệt độ nóng chảy ở –75
0
C và nhiệt độ sôi ở –10
0
C.
 SO
2
rất bền nhiệt (∆H
0
tt
= - 296,9 kJ/mol).
 SO
2
oxy hóa chậm trong không khí sạch, do quá trình quang hoá hay do


sự xúc tác khí SO
2
dễ dàng bị oxy hoá biến thành SO
3
trong khí quyển và hòa tan
trong nước tạo thành axit H
2
SO
4
.
 Nó có khả năng làm mất màu dung dịch Brom và làm mất màu cánh
hoa hồng.
 SO
2
tan trong nước tạo thành axit yếu
SO
2
+ H
2
O  H
2
SO
3
 SO
2
là chất khử khi tác dụng một chất oxi hóa mạnh
SO
2
+ Br
2
+ 2H
2
O  2HBr + H
2
SO
4
SO
2
+ 2KMnO
4
+ 2H
2
O  K
2
SO
4
+ 2MnSO
4
+ 2 H
2
SO
4
 SO
2
là chất oxi hóa khi tác dụng với chất khử mạnh hơn
SO
2
+ 2H
2
S  3S + 2H
2
O
SO
2
+ 2Mg  S + 2MgO
 SO
2
tác dụng với nước tạo thành H
2
SO
3
nhưng H
2
SO
3
là axit yếu
SO
2
+ H
2
O  H
2
SO
3
1.3. Tác hại:
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 2
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
Khí SO
2
, SO
3
gọi chung là SO
x
, là những khí thuộc loại độc hại không chỉ đối
với sức khoẻ con người, động thực vật, mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng,
các công trình kiến trúc, là một trong những chất gây ô nhiễm môi trường. Trong khí
quyển, khí SO
2
khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác động của nhiệt độ, ánh sáng
chúng chuyển thành SO
3
nhờ oxy có trong không khí. Khi gặp H
2
O, SO
3
kết hợp với
nước tạo thành H
2
SO
4
. Đây chính là nguyên nhân tạo ra các cơn mưa acid mưa
axit ăn mòn các công trình, làm cho thực vật, động vật bị chết hoặc chậm phát triển,
biến đất đai thành vùng hoang mạc . Khí SO
2
gây ra các bệnh viêm phổi, mắt, da.
Nếu H
2
SO
4
có trong nước mưa với nồng độ cao làm bỏng da người hay làm mục nát
quần áo.
1.3.1. Đối với con người:
 SO
2
và hợp chất của SO
2
là những chất có tính kích thích, ở nồng độ
nhất định có thể gây co giật cơ trơn của khí quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết
dịch niêm mạc đường khí quản. Khi tiếp xúc với mắt chúng có thể tạo thành axit.
 SO
x
có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp
hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt. Và cuối cùng chúng
có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn. Khi tiếp xúc với bụi, SO
x
có thể tạo ra các hạt axit
nhỏ, các hạt này có thể xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ
hơn 2-3 μm.
 SO
2
có thể xâm nhập vào cơ thể của người qua da và gây ra các chuyển
đổi hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, amoniac bị thoát qua
đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt. Hầu hết dân cư sống quanh khu vực
nhà máy có nồng độ SO
2
, SO
3
cao đều mắc bệnh đường hô hấp. Nếu hít phải SO
2

nồng độ cao có thể gây tử vong.
 Độc tính của SO
2
:
Triệu chứng
Theo Henderson – Haggard
mg/m
3
ppm
Chết nhanh trong 30’ – 1h
Nguy hiểm sau khi hít thở 30’ – 1h
Kích ứng đường hô hấp, ho
Giới hạn độc tính
1.300 – 1.000
260 – 130
50
30 – 20
500 – 400
100 – 50
20
12 – 8
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 3
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
Giới hạn ngửi thấy mùi 13 – 8 5 – 3
1.3.2. Đối với thực vật:
SO
x
bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit
sulfuric là tác nhân chính gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển
thực vật. Khi tiếp xúc với môi trường có chứa hàm lượng SO
2
từ 1 - 2ppm trong vài
giờ có thể gây tổn thương lá cây. Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa y,
hàm lượng 0,15 - 0,30 ppm có thể gây độc tính cấp.
1.3.3. Đối với các công trình kiến trúc:
Sự có mặt của SO
x
trong không khí ẩm tạo thành axit là tác nhân gây ăn mòn
kim loại, bê-tông và các công trình kiến trúc. SO
x
làm hư hỏng, làm thay đổi tính
năng vật lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôi, đá hoa, đá cẩm thạch;
phá hoại các tác phẩm điêu khắc, tượng đài. Sắt, thép và các kim loại khác ở trong
môi trường khí ẩm, nóng và bị nhiễm SO
x
thì bị han gỉ rất nhanh. SO
x
cũng làm hư
hỏng và giảm tuổi thọ các sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da và giấy...
1.4. Ứng dụng:
 Sản xuất axit sunfuric
 Làm chất bảo quản:
- Khí SO
2
được sử dụng làm chất bảo quản cho hoa quả khô, do đặc
tính kháng khuẩn của nó . Nó duy trì sự tươi sông và ngăn ngừa mục nát, tuy nhiên sử
dụng chất bảo quản này cũng làm cho các loại hoa quả có hương vị khác.
- Khí SO
2
được 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 SO
2
trong rượu ở một mức độ nhất định. Ở
Mỹ là 350 ppm, EU là 160 ppm và 210 ppm đối với rượu vang đỏ và trắng, hồng. Ở
nồng độ thấp dưới 50 ppm SO
2
không ảnh hưởng đén mùi vị của rượu, nhưng nếu
nồng độ cao hơn, nó cũng tạo ra một hương vị khác.
- SO
2
còn được dùng trong quá trình vệ sinh thiết bị trong các nhà
máy sản xuất rượu .
- Chống nấm mốc.
 Làm tác nhân khử: Điôxít lưu huỳnh cũng là một chất khử Trong
nước, sulfur dioxide có thể làm phai màu. Cho nên nó thường được sử dụng để làm
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 4
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
chất tẩy quần áo, tẩy trắng giấy, bột giấy. Ngoài ra, nó còn được sử dụng để xử lý
nước thải.
 Làm thuốc thử và dung môi trong các phòng thí nghiệm: Lưu huỳnh
dioxit là một dung môi trơ đa năng đã được sử dụng rộng rãi cho các muối hòa tan
oxy hóa cao. Nó cũng đôi khi được sử dụng như là một nguồn của nhóm sulfonyl
trong tổng hợp hữu cơ.
1.5. Ý nghĩa môi trường:
 Vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO
2
từ lâu đã trở thành mối
hiểm họa của nhiều quốc gia, nhất là các nước phát triển trên thế giới. Vì những lý
do nêu trên, công nghệ xử lý khí SO
2
trong khí thải công nghiệp đã được nghiên cứu
rất sớm và phát triển mạnh mẽ.
 Ngoài tác dụng làm sạch bầu khí quyển, bảo vệ môi trường, xử lý khí
SO
2
còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO
2
thu hồi được từ khí thải là nguồn
cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit Sunfuric (H
2
SO
4
) và lưu huỳnh
nguyên chất.
1.6. Các phương pháp hấp thụ SO
2
:
1.6.1. Hấp thụ SO
2
bằng nước:
 Hấp thụ SO
2
bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm
nhất để loại bỏ khí SO
2
trong khí thải.
 Sơ đồ hệ thống xử lý SO
2
băng nước bao gồm 2 giai đoạn:
• Hấp thụ SO
2
bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí
thải đi qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng ) có tưới nước – scrubo;
• Giải thoát khí SO
2
ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO
2
nếu cần và
nước sạch.
 Quá trình diễn ra theo phản ứng sau:
SO
2
+ H
2
O ↔ H
+
+ HSO
3-
 Mức độ hòa tan của khí SO
2
trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng
cao, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO
2
phải đủ thấp. Còn để giải
thoát khí SO
2
khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao. Cụ thể là ở nhiệt độ 100
0
C
thì SO
2
bốc ra một cách hoàn toàn và trong không khí thoát ra có lẫn cả hơi nước.
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 5
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thu được SO
2
với độ đậm đặc khoảng
100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric.
 Để giải hấp cần thụ cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức phải
có một nguồn cấp nhiệt (hơi nước) công suất lớn. Đó là một khó khăn. Ngoài ra để
sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nước xuống gần 10
0
C – tức
phải cần đến nguồn cấp lạnh. Đó cũng là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém.
 Từ những nhược điểm nói trên, phương pháp khí SO
2
bằng nước chỉ áp
dụng được khi:
- Nồng độ ban đầu của khí SO
2
trong khí thải tương đối cao.
- Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ.
- Có sẵn nguồn cấp lạnh.
- Có thể xả được nước có ít nhiều axit ra sông ngòi.
 Trường hợp khí thải giàu SO
2
như trong công đoạn nấu quặng sunfua
kim loại của công nghiệp luyện kim (nồng độ SO
2
trong khí thải có thể đạt 2 ÷ 12%).
Người ta có thể xử lý bằng nước kết hợp vơi quá trình oxy hóa SO
2
bằng chất xúc tác
vanadi (V).
 Quá trình cũng được thực hiện thành hai giai đoạn:
• Khí SO
2
kết hợp với oxy nhờ sự có mặt của chất xúc tác vanadi để
biến thành anhidrit sunfuric (SO
3
), phản ứng này có tỏa nhiệt và xảy ra càng mạnh ở
nhiệt độ càng thấp, do đó cần thực hiện quá trình này qua nhiều tầng xúc tác, sau mỗi
tầng đều được làm nguội.
• Dùng nước tưới trong scruber để anhidrit sunfuric kết hợp với nước
tạo thành axit sunfuric (H
2
SO
4
).
1.6.2. Hấp thụ bằng đá vôi (CaCO
3
), vôi nung CaO hoặc vôi sữa
(Ca(OH)
2
):
 Xử lý SO
2
bằng vôi là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong
công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi.
 Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:
CaCO
3
+ SO
2
CaCO
3
+ CO
2
CaO + SO
2
 CaSO
3
2CaSO
3
+ O
2
 2CaSO
4
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 6
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
1-tháp hấp thu, 2- bộ phận tách tinh thể, 3-bộ lọc chân không,
4,5- máy bơm, 6-thùng trộn sữa vôi
Hình 1: sơ đồ hệ thống xử lý SO
2
bằng CaCO
3
và CaO
 Khói thải sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubo 1,trong đó xảy ra
quá trình hấp thụ khí SO
2
bằng dung dịch sữa vôi tưới trên lớp đệm bằng vật liệu
rỗng. Nước chứa acid chảy ra từ scrubo có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dưới
dạng tinh thể: CaSO
3.
0,5H
2
O, CaSO
4
.2H
2
O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc tro
bụi, do đó cần tách các tinh thể nói trên ra khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinh thể
2. Thiết bị số 2 là 1 bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại 1 thời gian đủ để hình thành
các tinh thể sunfit và sunfat canxi. Sau bộ phận tách tinbh thể 2, dung dịch 1 phần đi
vào tưới cho Scruber, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các tinh thể bị
giữ lại dưới dạng cặn bùn và được thải ra ngoài. Đá vôi được đập vụn và nghiền
thành bột và cho vào thùng 6 để pha trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bộ lọc chân
không số 3 cùng với 1 lượng nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới.
 Hiệu quả hấp thụ SO
2
bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản khí động của hệ
thống không vượt quá 20 mm H
2
O.
 Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ
hệ thống xử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi
chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung.
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 7
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế
tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không
chiếm nhiều diện tích xây dựng.
1.6.3. Hấp thụ SO
2
bằng NH
3:
 Amoniac và khí SO
2
trong dung dịch nước có phản ứng với nhau và tạo
ra muối trung gian amoni sunfit, sau đó muối amoni sunfit lại tác dụng tiếp với SO
2
và H
2
O để tạo ra muối amoni bisunfit theo phản ứng sau:
SO
2
+ 2NH
3
+ H
2
O = (NH
4
)
2
SO
3
(NH
4
)
2
SO
3
+ SO
2
+ H
2
O = 2NH
4
HSO
3
 Lượng bisunfit tích tụ dần trong dung dịch có thể hoàn nguyên bằng
cách nung nóng trong chân không, kết quả thu được amoni sunfit và SO
2
. Amoni
sunfit này lại có thể sử dụng tiếp để khử SO
2
2NH
4
HSO
3
(NH
4
)
2
SO
3
+ SO
2
↑ + H
2
O
 Ngoài ra trong dung dịch còn có thể xảy ra sự phân hủy sunfit và
bisunfit amoni thành sunfat amoni và lưu huỳnh đơn chất theo phản ứng sau:
2NH
4
HSO
3
+ (NH
4
)
2
SO
3
= 2(NH
4
)
2
SO
4
+ S + H
2
O
 Lưu huỳnh đơn chất hình thành theo phản ứng trên đến lượt của mình
lại tác dụng với amoni sunfit và tạo ra thiosunfat:
(NH
4
)
2
SO
3
+ S = (NH
4
)
2
S
2
O
3
 Sau đó thiosunfat lại kết hợp với amoni bisunfit và tạo ra lưu huỳnh
đơn chất nhiều gấp 2 lần:
(NH
4
)
2
S
2
O
3
+ 2NH
4
HSO
3
= 2(NH
4
)
2
SO
4
+ 2S + H
2
O
 Lưu huỳnh đơn chất lại tác dụng với sunfit. Cứ như vậy tốc độ phản
ứng phân hủy dung dịch làm việc tăng dần và dung dịch làm việc sẽ hoàn toàn biến
thành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất.
 Có các phương pháp xử lý sau:
- Hệ thống xử lý SO
2
bằng NH
3
theo chu trình.
- Hệ thống xử lý SO
2
bằng NH
3
có chưng áp.
- Hệ thống xử lý SO
2
bằng NH
3
và vôi.
1.6.4. Hấp thụ SO
2
bằng MgO:
 Về khả năng sử dụng sữa MgO để khử SO
2
khói thải đã được biết từ
lâu, nhưng nghiên cứu ứng dụng trong công nhgiệp mới được thực hiện gần đây chủ
yếu là do các nhà khoa học – công nghệ của Liên Xô cũ.
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 8
nung nóng
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
 SO
2
được hấp thụ bởi oxit –hydroxit magiê, tạo thành tinh thể ngậm
nước sunfit magiê. Trong thiết bị hấp thụ xảy ra các phản ứng sau:
MgO + SO
2
= MgSO
3
MgO + H
2
O = Mg(OH)
2
MgSO
3
+ H
2
O + SO
2
= Mg(HSO
3
)
2
Mg(OH)
2
+ Mg( HSO
3
)
2
= 2MgSO
3
 + 2H
2
O
 Độ hòa tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở
dạng MgSO
3
.6H
2
O và MgSO
3
.3H
2
O rơi xuống thành cặn lắng.
 Tỉ lệ rắn: lỏng trong huyền phù là 1:10.
 Độ pH ở đầu vào là 6,8 – 7,5; còn ở đầu ra là 5,5 – 6,0.
 Sunfat magiê được hình thành do oxit hóa sunfit magiê.
MgSO
3
+ O
2
 MgSO
4
 Tái sinh oxit magie trong lò nung:
MgSO3 MgO + SO2
 SO
2
thoát ra là 7-15% được làm nguội, tách bụi và sương mù axit
sunfuric dùng để sản xuất axit sunfuric.
 Có các phương pháp hấp thụ sau:
- Phương pháp magie oxit “kết tinh” theo chu trình.
- Phương pháp magie oxit “không kết tinh”.
- Phương pháp magie oxit “sủi bọt”.
- Phương pháp magie oxit kết hợp với Potas (kali cacbonat).
Ưu điểm:
- Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ.
- Thu được axit sunfuric.
- Hiệu quả làm sạch cao.
Nhược điểm:
- Quy trình công nghệ phức tạp.
- Không phân giải hoàn toàn sulfat khi nung.
- Tổn hao MgO khá nhiều.
1.6.5. Hấp thụ SO
2
bằng ZnO:
 Xử lí khí SO
2
bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như phương pháp
oxit magiê tức là dùng phản ứng giữa SO
2
với kẽm oxit để thu các muối sunfit và
bisunfit, sau đó dùng nhiệt để phân ly thành SO
2
và ZnO.
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 9
Than cốc
t
0
=
900
0
C
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
 Trong phương pháp này, chất hấp thụ là kẽm oxit. Phản ứng hấp thụ
như sau:
SO
2
+ ZnO + 2,5H
2
O ZnSO
3
.2,5H
2
O
 Khi nồng độ SO
2
lớn:
2SO
2
+ ZnO + H
2
O  Zn(HSO
3
)
2
 Sunfit kẽm tạo thành không tan trong nước được tách ra bằng xyclone
ướt và sấy khô.Tái sinh ZnO bằng cách nung sunfit ở 350
o
C.
ZnSO
3
.2,5H
2
O SO
2
+ ZnO + 2,5H
2
O
 SO
2
được chế biến tiếp tục, còn ZnO quay lại hấp thụ.
 Có các phương pháp hấp thụ sau:
- Phương pháp kẽm oxit đơn thuần.
- Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit.
Ưu điểm:
- Quá trình phân ly kẽm sunfit ZnSO
3
thành SO
2
và ZnO xảy ra ở
nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với quá trình phân ly bằng nhiệt đối với MgSO
3
.
- Có khả năng xử kí khí ở nhiệt độ cao (200 – 250
o
C).
Nhược điểm:
Có khả năng hình thành sunfit kẽm (MgSO
4
) làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi
về kinh tế nên phải tách chúng ra và bổ sung ZnO.
1.6.6. Xử lý SO
2
bằng các chất hấp thụ hữu cơ:
 Xử lí khí SO
2
trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng
nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thụ khí SO
2
được sử dụng phổ
biến là các amin thơm như anilin C
6
H
5
NH
2
, toluđin CH
3
C
6
H
4
NH
2
, xyliđin
(CH
3
)
2
C
6
H
3
NH
2
, và đimety-anilin C
6
H
5
N(CH
3
)
2
.
 Quá trình xử lí theo phương pháp trên là:
- Quá trình sunfidin: Quá trình này được các hãng công nghiệp hóa
chất và luyện kim của Đức nghiên cứu và áp dụng ở nhà máy luyện kim Hamburg để
khử SO
2
trong khói thải của lò thổi luyện đồng. Nồng độ của khí trong khói thải dao
động trong phạm vi 0,5 ÷ 8%, trung bình là 3,6%.Chất hấp thụ là hỗn hợp xylidin và
nước tỉ lệ ≈ 1:1.
- Quá trình khử SO
2
bằng dimetylanilin – Quá trình ASARCO: quá
trình này được nghiên cứu và áp dụng ở nhiều các nhà máy luyện kim.
1.6.7. Xử lý SO
2
bằng natri cacbonat:
 Nguyên tắc:
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 10
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
Na
2
CO
3
+ SO
2
 Na
2
SO
3
+ CO
2
Na
2
SO3 + SO
2
+ H
2
O  2NaHSO
3
 Cho ZnO vào dung dịch tạo thành
NaHCO
3
+ ZnO  ZnSO
3
+ NaOH
 Nung ZnSO
3
để thu khí SO
2
và ZnO dùng lại
Ưu điểm:
- Dùng chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh.
- Dùng được cho các khí với nồng độ SO
2
bất kỳ.
Nhược điểm:
- Giá thành cao nên chỉ chỉ thích hợp cho hệ thống nhỏ.
1.6.8. Xử lý SO
2
bằng các chất hấp phụ thể rắn:
1.6.8.1. Hấp phụ khí SO
2
bằng than hoạt tính:
 Khói thải đi vào tháp hấp thụ gồm nhiều tầng, khí SO
2
được giữ lại
trong lớp than hoạt tính của các tầng hấp thụ, sau đó khói đi qua cyclone để lọc sạch
tro bụi trước khi thải ra khí quyển.
 Than hoạt tính được hoàn nguyên bằng cách nâng nhiệt độ lên 400-
450
o
C. Khí SO
2
thoát ra từ quá trình hoàn nguyên có nồng độ 40-50% và đạt khoảng
96-97% lượng khí SO
2
có trong khói thải.
 Sau khi hoàn nguyên than hoạt tính được sàn chọn lại để loại bỏ phần
than quá vụn nát và bổ sung thêm than mới để đưa lên hấp phụ trở lại.
 Khí thoát ra từ quá trình hoàn nguyên ngoài SO
2
còn có một số loại khí
khác như: H
2
S là 2-4%, lưu huỳnh là 0,1-0,3%.
1.6.8.2. Hấp phụ khí SO
2
bằng than hoạt tính có tưới nước – quá
trình LURGI:
 Theo phương pháp này khí thải được làm cho bão hòa hơi nước ở nhiệt
độ dưới 100
o
C đi qua lớp than hoạt tính có tưới nước làm ẩm trong thiết bị hấp phụ.
Khí SO
2
bị giữ lại trong lớp than hoạt tính và oxy hóa thành SO
3
nhờ có oxy trong khí
thải. Tiếp theo, SO
3
kết hợp với nước biến thành axit sunfuric H
2
SO
4
và theo nước
chảy vào thùng chứa. Axit sunfuric thu được trong thùng chứa với nồng độ 20-25%.
 Hệ thống thử nghiệm ban đầu với lưu lượng khỏi thải 1000-1500 m
3
/h.
Nồng độ ban đầu của SO
2
trong khói khi đốt nhiên liêu mazut là 0,1-0,15%. Hiệu quả
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 11
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
khử SO
2
đạt 98-99%. Chất hấp phụ làm việc trong hơn 3 năm liên tục mà hoạt tính
của nó không hề bị giảm sút.
1.6.8.3. Xử lý SO
2
bằng nhôm oxit kiềm hóa:
Quá trình xử lý khí SO
2
bằng nhôm oxit kiềm hóa được dựa trên tính chất hấp
phụ của hỗn hợp nhôm oxit (Al
2
O
3
) và natri oxit (Na
2
O)với thành phần natri oxit
chiếm 20% khối lượng hỗn hợp. Trong quá trình hấp phụ, khí SO
2
bị oxy hóa, sau đó
tác dụng với các oxit kim loại để biến thành sunfat. Chất hấp phụ đã bão hòa được
hoàn nguyên bằng khí trơ ở nhiệt độ 600-650
o
C.
1.6.8.4. Xử lý SO
2
bằng Mangan oxit:
 Có 2 phương pháp tiêu biểu của quá trình xử lý SO
2
bằng Mangan oxit
là “quá trình Mangan” được nghiên cứu áp dụng ở Mỹ và “quá trình DAR Mangan”
do hãng Mitsubishi của Nhật Bản đề xuất.
 Trong quá trình Mangan của Mỹ, chất hấp phụ được sử dụng là
Mangan oxit (Mn
2
O
3
) dạng hạt được làm khô trong không khí và trong chân không ở
nhiệt độ 300-400
o
C.
 Quá trình DAR-Mangan của hãng Mitsubishi sử dụng chất hấp phụ là
hỗn hợp của một số oxit được gọi là oxit Mangan hoạt tính. Chất hấp phụ thu được
bằng cách dùng amoniac để xử lý Mangan sunfat và tiếp theo là oxy hóa hydrat bằng
oxy trong không khí và hơi nước:
MnSO
4
+ 2NH
4
OH  Mn(OH)
2
+ (NH
4
)
2
SO
4
Mn(OH)
2
+ 0,5iO
2
+ n(n-1)H
2
O  MnO
1+i
.nH
2
O
Trong đó: i = 0,5-0,8 và n = 0,1-1,0
1.6.8.5. Xử lý SO
2
bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền
 Quá trình đốt nhiên liệu than nghiền có trộng bột vôi và dolomit để khử
khí SO
2
mới được áp dụng trong những năm gần đây và hiện nay vẫn đang được tiếp
tục nghiên cứu hoàn thiện.
 Phản ứng giữa vôi (CaO) và dolomit (CaCO
3
.MgCO
3
) với SO
2
xảy ra
như sau:
2CaO + 2 SO
2
+O
2
 2CaSO
4
2CaCO
3
.MgCO
3
+ 2SO
2
+ O
2
 2[CaSO
4
+ MgO] + 4CO
2
 Phản ứng giữa vôi và SO
2
xảy ra mạnh nhất ở nhiệt độ 760-1040
o
C,
còn phản ứng giữa dolomit và SO
2
ở nhiệt độ 600-1200
o
C.
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 12
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
 Phương pháp này là sự kết hợp giữa quá trình cháy với quá trình khử
khí SO
2
thành 1 quá trình thống nhất trong buồng đốt của lò mà không đòi hỏi phải
lắp đặt thêm nhiều thiết bị phụ trợ khác.
 Trong một số trường hợp khác, người ta còn dùng vôi dưới dạng vữa
(30% chất rắn trong nước theo khối lượng) và phun vào dòng khói thải trong thiết bị
gọi là buồng sấy khô kiểu phun đặt trên đường khói của lò. Khí SO
2
trong khói thải
kết hợp với Ca(OH)
2
theo phản ứng:
SO
2
+ Ca(OH)
2
 CaSO
3
+ H
2
O
 CaSO
3
bị oxy hóa rất nhanh bằng oxy có mặt trong khói thải và tạo
thành CaSO
4
:
CaSO
3
+ ½ O
2
 CaSO
4
 Cả canxi sunfit và canxi sunfat đều rất ít hòa tan trong nước. Khi các
giọt vữa được làm khô bằng nhiệt của khói thải, chúng sẽ trở thành những hạt rắn có
nhiều lỗ rỗng và được tách Ra khỏi khói thải trong thiết bị lọc bụi. Người ta gọi đó là
phương pháp rửa khí ướt-khô hỗn hợp bằng đá vôi.
1.7. Các loại thiết bị hấp thụ:
1.7.1. Tháp rỗng:
Là tháp có cơ cấu phun chất
lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất
trong đó chất lỏng được phun thành
những giọt nhỏ trong thể tích rỗng
của thiết bị và cho dòng khí đi qua.
Tháp phun đươc sử dụng khi yêu cầu
trở lực bé và khí có chứa hạt rắn.
1.7.2. Tháp đệm:
1.7.2.1. Sơ đồ
cấu tạo:
 Cấu tạo gồm:
thân tháp rỗng bên trong đổ
đầy đệm làm từ vật liệu khác
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 13
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
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.
 Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta
dùng bộ phận phân phối dạng: lưới phân phối (lỏng đi trong ống – khí ngoài ống;
lỏng và khí đi trong cùng ống); màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu,
khe); bánh xe quay (ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ) ...
 Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề
dày δ. Đối với đệm trụ, h = d chứa được nhiều phần tử nhất trong 1 đơn vị thể tích.
 Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a
(m2/m3); thể tích tự do ε (m3/m3); đường kính tương đương d (tđ) = 4r(thủy lực) =
4.S/n = 4 ε/a; tiết diện tự do S (m
2
/m
3
) .
 Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích tự
do và và tiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí khi ε và
S lớn; khối lượng riêng nhỏ; phân phối đều lỏng; có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ
kiếm... Để làm việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có khối lượng riêng nhỏ.
1.7.2.2. Nguyên lý hoạt động:
 Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng màng nên bề mặt tiếp
xúc pha là bề mặt thấm ướt của đệm.
 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.
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 14
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
• 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.
 Hiệu ứng thành thiết bị (channeling effect): Chất lỏng có xu hướng
chảy từ tâm ra thành thiết bị, gây giảm hiệu suất do tiếp xúc pha kém. Khắc phục
bằng cách:
• Nếu chiều cao đệm lớn hơn 5 lần đường kính đệm thì chia đệm
thành từng đoạn; giữa các đoạn đệm đặt bộ phận phân phối lại chất lỏng.
• Chọn d/Φ = đường kính đệm/đường kính tháp = 1/15 – 1/8.
• Xếp đệm: nếu d < 50mm: đổ lộn xộn, d > 50mm: xếp thứ tự.
• Tưới lỏng và phun khí ngay từ đầu.
1.7.2.3. Ưu – nhược điểm - ứng dụng:
 Ưu điểm: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ
màng/quá độ) nhỏ.
 Nhược điểm: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó
tách nhiệt, khó thấm ướt.
 Ứng dụng:
• Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp
chưng cất,...
• Dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ (như hệ thống hút chân
không,...)
1.7.3. Tháp mâm:
1.7.3.1. Sơ đồ cấu tạo:
 Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân
hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt các tấm ngăn
(đĩa) cách nhau một khoảng nhất định. Trên mỗi
đĩa hai pha chuyển động ngược hoặc chéo
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 15
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
chiều:lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên hoặc xuyên qua chất lỏng
chảy ngang; ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là đĩa.Tùy thuộc cấu tạo của đĩa
chất lỏng trên đĩa có thể là khuấy lý tưởng hay là dòng chảy qua.
 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.
 Pha khí (hơi hay lỏng) xuyên qua các lỗ, khe chóp, khe lưới,hay khe
xupap sục vào pha lỏng trên đĩa. Để phân phối đều chất lỏng người ta dùng tấm ngăn
điều chỉnh chiều cao mức chất lỏng trên đĩa.
 Tháp đĩa không có ống chảy chuyền: khi đó khí (hơi hay lỏng) và lỏng
đi qua cùng một lỗ trên đĩa.
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 16
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
1.7.3.2. 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.
1.7.4. Tháp màng:
 Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt chất lỏng chảy thành màng theo bề mặt
vật rắn thường là thẳng đứng. Bề mặt vật rắn có thể là ống, tấm song song hoặc đệm
tấm.
1.7.4.1. Tháp màng dạng ống:
 Có cấu tạo tương tự thiết bị trao đổi nhiệt
dạng ống chùm, gồm có ống tạo màng được giữ bằng hai
vĩ ống ở hai đầu, khoảng không giữa ống và vỏ thiết bị
để tách khi cần thiết. Chất lỏng chảy thành màng theo
thành ống từ trên xuống, chất khí (hơi) đi theo khoảng
không gian trong màng chất lỏng từ dưới lên.
1.7.4.2. Tháp màng dạng tấm phẳng:
 Các tấm đệm đặt ở dạng thẳng đứng được
làm từ những vật liệu khác nhau (kim loại, nhựa, vải căng treo trên khung...) đặt
trong thân hình trụ. Để đảm bảo thấm ướt đều chất lỏng từ cả 2 phía tấm đệm ta dùng
dụng cụ phân phối đặc biệt có cấu tạo răng cưa.
1.7.4.3. Tháp màng dạng ống khi lỏng và khí đi cùng chiều:
 Cũng có cấu tạo từ các ống cố định trên 2 vỉ, khí đi qua thân gồm các
ống phân phối tương ứng đặt đồng trục với ống tạo màng. Chất lỏng đi vào ống tạo
màng qua khe giữa 2 ống. Khi tốc độ khí lớn sẽ kéo theo chất lỏng từ dưới lên
chuyển động dưới dạng màng theo thành ống tạo màng. Khi cần tách nhiệt có thể cho
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 17
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ
tác nhân lạnh đi vào khoảng không gian giữa vỏ và ống. Để nâng cao hiệu suất người
ta dùng thiết bị nhiều bậc giống nhau.
 Thủy động lực trong thiết bị dạng màng:
• Khi Re < 300 – chảy màng , bề mặt pha nhẵn trơn.
• Khi 300 < Re < 1600 – chảy màng bắt đầu có gợn sóng.
• Khi Re > 1600 – chảy rối.
 Khi có dòng khí chuyển động ngược chiều sẽ ảnh hưởng lớn đến chế
độ chảy của màng. Khi đó, do lực ma sát giữa khí và lỏng sẽ có cản trở mạnh của
dòng khí làm bề dày màng tăng lên, trở lực dòng khí tăng. Tiếp tục tăng vận tốc dòng
khí sẽ dẫn đến cân bằng giữa trọng lực của màng lỏng và lực ma sát và dẫn đến chế
độ sặc (nhiều khi pha khí chỉ 3-6m/s đã xảy ra sặc). Khi tốc độ vượt qua tốc độ sặc sẽ
làm kéo chất lỏng theo pha khí ra ngoài.
1.7.4.4. Ưu và nhược điểm của tháp màng:
 Ưu điểm:
- Trở lực theo pha khí nhỏ.
- Có thể biết được bề mặt tiếp xúc pha (trong trường hợp chất lỏng
chảy thành màng).
- Có thể thực hiện trao đổi nhiệt.
 Nhược điểm:
- Năng suất theo pha lỏng nhỏ.
- Cấu tạo phức tạp, khi vận hành dễ bị sặc.
 Ứng dụng:
- Trong phòng thí nghiệm.
- Trong trường hợp có năng suất thấp.
- Trong những hệ thống cần trở lực thấp (hệ thống hút chân
không,...).
XỬ LÝ KHÍ SO
2
BẰNG NƯỚC 18

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×