Tải bản đầy đủ

ĐỀ CƯƠNG XỬ LÝ KHÍ THẢI

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI
(áp dụng cho đề cương các lớp khối M học kì II năm 2017-2018)- Probocfessor
A. LÝ THUYẾT
1. Nguyên tắc làm việc của buồng lắng bụi,xyclon,lọc bụi tay áo, tĩnh điện (vẽ sở đồ nêu

nguyên tắc,ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng)
2. Nguyên tắc của việc xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, hấp phụ. ( nguyên tắc

của các loại tháp, thụ, phụ, sơ đồ làm việc của hệ thống, các yêu cầu khi thiết kế)
 vẽ tháp
3. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của tháp hấp thụ kiểu buồng lắng phun,
ventury, tháp đĩa tháp đệm
4. Nêu nguyên tắc xử lý SO2, NOx
- nguyên tắc
- vẽ sơ đồ quy trình
- ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng
- phương trình phản ứng nếu có
B. BÀI TẬP
1. Tính toán phát thải ô nhiễm
2. Tính toán khuếch tán nguồn cao, đồ thị, mô hình gauss
3. Tính toán hiệu quả xử lý bụi trong các thiết bị(xyclon, buồng lắng bụi)


Câu 1: Nguyên tắc làm việc của buồng lắng bụi,xyclon,lọc bụi tay áo, tĩnh điện (vẽ sở đồ nêu
nguyên tắc,ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng)
1. Buồng lắng bụi
a. Nguyên lý: tách bụi theo nguyên tắc trọng lực
Nguyên lý: Khi dòng khí chứa bụi chuyển động từ đường ống (nơi có tiết diện nhỏ) đi vào
buồng lắng bụi (nơi có tiết diện lớn hơn rất nhiều lần), do đó khí và bụi sẽ chuyển động chậm lại,
tạo điều kiện cho các hạt bụi lắng lại dưới tác dụng của trọng lực.

Nguyên lý làm việc của buồng lắng bụi.
Cấu tạo: là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết điện của
đường ống dẫn khí vào đề vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ vậy, hạt bụi đủ thời gian để
1


rơi xuống chạm đáy dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại tại đó mà không bị dòng khí mang
theo
b. Ưu, nhược điểm
Ưu điểm:
- Chi phí đầu tư ban đầu thấp, vận hành thấp;
- Cấu tạo đơn giản;
- Sử dụng trong xử lý khí có nồng độ bụi cao chứa các hạt bụi có kích thước lớn đặc biệt từ ngành
công nghiệp luyện kim, nấu chảy kim loại;
- Tổn thất áp suất qua thiết bị thấp;
- Buồng lắng bụi làm việc tốt với khí có nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn.
Nhược điểm:
- Phải làm sạch thủ công định kỳ;
- Cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích, cần có không gian lớn khi lắp đặt;
- Chỉ tách được bụi thô;
- Không thể thu được bụi có độ bám dính và dính ướt.
Ứng dụng:
- Tách sơ bộ bụi trước khi vào thiết bị tách bụi có khả năng tác được bụi nhỏ hơn nhằm giảm tải
lượng và chi phí bảo quản thiết bị. Thường dùng để tách bụi thô có đường kính > 60µm.
2. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (Xyclon)
a. Nguyên tắc: Tách bụi bằng lực ly tâm

Khí chứa bụi đưa vào thiết bị xử lý, tại đây dòng khí được thay đổi hướng chuyển động
đột ngột và được lặp lại nhiều lần, bụi có quán tính lớn sẽ giữ yên chuyển động bạn đâu,
va đập vào các vật cản và được giữ lại trong thiết bị,
Khí được đưa sang các công đoạn tiếp theo, bụi sẽ được xả định kỳ nhờ của xả bụi.


Ưu điểm:
- Không có bộ phận chuyển động;
- Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 5000C);
- Vận tốc khí làm việc lớn 2,2 – 5 m/s;
- Thu bụi ở dạng khô;
- Có khả năng thu bụi mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt xyclon;
- Chế tạo đơn giản, giá thành rẻ;
- Chi phí vận hành sửa chữa thấp;
- Có thể làm việc ở điều kiện nhiệt độ, áp suất khác nhau;
2


- Tách bụi có đường kính σ < 20µm.
Nhược điểm:
- Không thể thu được bụi có tính kết dính
- Tổn thất áp suất lớn
- Hiệu quả lọc bụi giảm khi kích thước hạt bụi < 5 µm.

Hình 3.10. Xiclon

Hình 3.11. Hình dạng của xyclon đơn
3


3.Thiết bị lọc bụi túi vải
a. Quá trình lọc bụi trên vải xảy ra theo 3 giai đoạn:
- Giai đoạn thứ nhất khi vải còn sạch, các hạt bụi lắng trên các lớp xơ nằm trên bề mặt sợi và giữa
các sợi. Ở giai đoạn này hiệu suất lọc bụi còn thấp.
- Giai đoạn thứ hai là khi đã có một lớp bụi bám trên bề mặt vải, lớp bụi này trở thành môi trường
lọc thứ 2. Hiệu suất lọc bụi của giai đoạn này rất cao.
- Sau một thời gian, bụi bám trên vải sẽ dày lên làm tăng trở lực đối với dòng khí, vì vậy cần thiết
phải làm sạch vải lọc. Sau khi làm sạch vải lọc vẫn còn một lượng bụi nằm giữa các xơ cho nên
trong giai đoạn 3 này hiệu suất lọc vẫn còn cao.

Hình 3.21. Thiết bị lọc bụi túi vải

a. Khí thải chứa bụi đi vào thiết bị

b. Khí sạch đi ra khỏi thiết bị

1. Ống dẫn khí nén giũ sạch bụi
3. Túi vải

2. Cửa kiểm tra
4. Thùng chứa bụi.

b. Nguyên lý làm việc: Không khí chứa bụi theo ống dẫn vào hộp phân phối đều hướng lên trên
giữa các túi vải. Bụi được giữ lại trên bề mặt ngoài ống, không khí sạch vào trong ống vải đi lên
trên vào hộp góp và ra ngoài. Sau một thời gian hoạt động, bụi bám nhiều trên bề mặt túi vải làm
tăng trở lực của hệ thống, thì phải tiến hành hoàn nguyên túi lọc.
c. Ưu nhược điểm
Ưu điểm:
- Gọn nhẹ
- Hiệu suất tách bụi cao > 99%
- Tách được bụi có kích thước nhỏ d< 0,5 µm
4


Nhược điểm:
- Không thích hợp vố hỗn hợp khí bụi có độ ẩm cao
- Vật liệu làm túi lọc phụ thuộc vào thành phần, tính chất của bụi, của khí và nhiệt độ
Ứng dụng: lọc bụi ở những nơi có vị trí chật hẹp
3. Thiết bị thu bụi tĩnh điện
a. Nguyên tắc làm việc
Dòng hỗn hợp khí bụi đi qua thiết bị, dưới tác dụng của điện trường sinh ra một dòng điện
một chiều, các hạt bụi sẽ tích điện và chuyển về điện cực trái dấu, trung hòa bám tại đó và tách ra
khỏi dòng khí. Định kỳ dùng bộ gõ để tách khỏi điện cực. Hay bụi được tách ra khỏi dòng khí
nhờ lực tĩnh điện.
Ưu điểm:
-

Hiệu suất tách bụi cao > 99%

-

Tách được bụi có kích thước nhỏ

-

Tổn thất áp suất thấp

-

Có thể làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao hay trong môi trường chân không

-

Dễ điều khiển và tự động hoá

Nhược điểm:
-

Khi thay đổi thông số công nghệ, hiệu quả tách bụi giảm mạnh

-

Không thích hợp với việc làm sạch khí chứa chất dễ nổ

-

Cồng kềng, đắt tiền

Ứng dụng: Tách bụi khô hoặc ướt trong khí thải của nhiều ngành công nghiệp
Thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống gồm một dây kim loại nhẵn, tiết diện bé 1 được căng
theo trục của ông kim loại 2 nhờ ống đối trọng 3.
Dây kim loại (cực âm) được cách điện hoàn toàn với các bộ phận xung quanh tại vị trí 4 và được
nạp điện một chiều với điện thế cao 50.000 V trở lên. Cực dương là ống kim loại bao bọc xung
quanh cực âm và được nối đất. Dưới điện thế cao mà cực âm được nạp, nó sẽ tạo ra bên trong ống
kim loại một điện trường mạnh và khi dòng khí mang bụi đi qua, những phân tử khí trong dòng
khí sẽ bị ion hoá rồi truyền điện tích âm (electron) cho hạt bụi dưới các tác động va đập quán tính
hoặc khuyến tán ion. Nhờ thế, các hạt bụi bị hút về phía cực dương, đọng lại trên bề mặt trong
của ống hình trụ, mất điện tích và rơi xuống phễu chứa bụi 5.

5


Hình 3.24. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống
1: dây kim lọai
2:ống kim loại
3: ống đối trọng
4:bộ phận cách điện
5: phễu chứa bụi

Câu 2:Nguyên tắc của việc xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, hấp phụ. ( nguyên tắc
của các loại tháp, thụ, phụ, sơ đồ làm việc của hệ thống, các yêu cầu khi thiết kế)  vẽ tháp
 HẤP THỤ

Hấp thụ là một quá trình truyền khối mà ở đó các phân tử chất khí chuyển dịch và hòa tan
vào pha lỏng. Sự hòa tan có thể diễn ra đồng thời với một phản ứng hóa học giữa các hợp
phần giữa pha khí và pha lỏng hoặc không có phản ứng hóa học. Truyền khối thực chất là một
quá trình khuếch tán mà ở đó chất khí ô nhiễm dịch chuyển từ trạng thái có nồng độ cao hơn
đến trạng thái có nồng độ thấp hơn.
Phương pháp này sử dụng các chất hấp thụ như dung môi, nước các hợp chất để hấp thụ.
Phương pháp này sử dụng với các dung môi hữu cơ, không khí chứa hơi axit
Dung dịch hấp thụ là dung môi, nhưng ở đây cấu tử cần hấp thụ là dung môi, nên dung dịch
hấp thụ cần phải có độ hòa tan tốt trong dung môi, chất hay dung là nước
Việc khử chất khí ô nhiễm diễn ra theo 3 giai đoạn:
(1) Khuếch tán chất khí ô nhiễm đến bề mặt chất lỏng
6


(2) Truyền ngang qua bề mặt tiếp xúc pha khí / lỏng (hòa tan)
(3) Khuếch tán chất khí hòa tan từ bề mặt tiếp xúc pha vào trong pha lỏng
Người ta phân ra hai loại hấp thụ : hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học.
- Hấp thụ vật lý: là quá tình dựa trên sự tương tác vật lý thuần túy, nghĩa là chỉ bao gồm sự
khuếch tán, hòa tan các chất cần hấp thụ vào trong lòng chất lỏng hay chất rắn và sự phân bố
của chúng giữa các phân tử của chất đó.
Hấp thụ hóa học : là quá trình hấp thụ đi kèm với một hay nhiều phản ứng hóa học. Sau quá
trình khuếch tán là quá trình xẩy ra các phản ứng hóa học. Như vậy sự hấp thụ hóa học không
những phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của chất khí hay hơi vào trong chất lỏng mà còn phụ
thộc vào tốc độ chuyển hóa các chất hay tốc độ phản ứng của các chất.

Sơ đồ làm việc của tháp hấp thụ(tháp đệm)
Các thông số thiết kế cơ bản đối với quá trình đơn vị hấp thụ khí có thể áp dụng cho các
thiết bị lọc khí dạng phun tia, dạng Venturi và rất nhiều thiết bị được qui vào loại thu hồi ướt
(wet collection). Tuy nhiên, sự áp dụng này không phải lúc nào cũng thành công.
Trong một số trường hợp, các thông số thiết kế cơ bản ít có giá trị và buộc phải có một tiến
trình thực nghiệm trước khi đưa ra phương pháp thiết kế hoàn chỉnh.

HẤP PHỤ
Hấp phụ (adsorption) là một quá trình truyền khối mà trong đó chất khí được liên kết
vào một chất rắn. Chất khí (chất bị hấp phụ) thâm nhập vào các mao quản của chất rắn
(chất hấp phụ) nhưng không thâm nhập vào cấu trúc mạng tinh thể chất rắn. Sự liên kết
giữa chất khí và chất rắn có thể là liên kết vật lý hay hóa học. Liên kết vật lý được đặc
trưng chủ yếu bởi các lực hút tĩnh điện còn liên kết hóa học là liên kết tạo nên do tương
tác hóa học giữa chất rắn và chất khí. Các bình áp lực có một sàn đỡ cố định được sử
dụng để giữ chất hấp phụ.
7


-

Quá trình hấp thụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc giữa pha rắn và pha khí, ở
điều kiện bình thường thì pha khí trong hỗn hợp với không khí thì không khí sẽ không
bị hấp phụ
Than hoạt tính, rây phân tử, silicagel và nhôm hoạt tính là những chất hấp thụ thông
dụng nhất. Nhìn chung, các chất hấp phụ này có đặc tính chung là diện tích bề mặt hoạt
tính trên một đơn vị thể tích rất lớn.
Quá trình hấp phụ được sử dụng rộng rãi để khử ẩm trong không khí, khử khí độc
hại và mùi trong khí thải, thu hối các loại hơi, khí có giá trị lẫn trong không khí hoặc
khí thải
Ưu điểm của quá trình hấp phụ này là các vật liệu hấp phụ có thể được hoàn nguyên và
sử dụng lại. như vậy sẽ ít tốn kém trong khi hoạt động
Ứng dụng của quá trình:
Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy
Chất khí cần khử có giá trị cần thu hồi
Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khí khác không
thể áp dụng được.

-

-

Hình 5.2. Sơ đồ hệ thống hấp phụ xử lý SO2 bằng than hoạt tính

1. Phễu chứa than hoạt tính 2. Đo liều lượng
3. Tháp hấp phụ nhiều tầng
- 4. Xiclon
5. Bunke
6. Tháp giải hấp phụ
- 7. Thiết bị cấp nhiệt
8. Quạt
9. Máy sàng

 YÊU CẦU THIẾT KẾ:
- ĐẢM BẢO THỜI GIAN CHU KỲ LÀM VIỆC THÍCH HỢP
- CÓ XỬ LÝ SƠ BỘ ĐỐI VỚI KHÍ THẢI
- XỬ LÝ LÀM GIẢM BỚT NỒNG ĐỘ BAN ĐẦU
- PHÂN PHỐI DÒNG KHÍ,DUNG MÔI HẤP THỤ, ĐI QUA LỚP VẬT LIỆU ĐỆM
-

ĐỀU ĐẶN
ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG THAY THẾ MỚI HƠẶC HOÀN NGUYÊN VẬT LIỆU
HẤP PHỤ
8


Câu 3: Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của tháp hấp thụ kiểu buồng lắng phun,
ventury, tháp đĩa tháp đệm
1. Tháp đệm

Chất lỏng thường được đưa vào ở đỉnh tháp và được làm cho nhỏ giọt đều qua các lớp vật
liệu đệm có diện tích bề mặt rộng lớn.. khi được đưa vào đáy tháp, khi chuyển động dưới
lên trên ngược chiều dung môi, khí đi qua lớp đẹm chưa dung môi rồi thì là ABC…
XYZZZ &*^&%^&&*%&$%#@#@*
• Ưu điểm
+ Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao;
+ Cấu tạo đơn giản;
+ Trở lực trong tháp không lớn lắm;
+ Giới hạn làm việc tương đối rộng.
 Nhược điểm: Khó làm ướt đều đệm. Do đó, nếu tháp cao quá thi chất lỏng phân bố không
đều. Vì vậy người ta phải chia tầng và ở mỗi tầng có đặt them bộ phận phân phối chất
lỏng.
2. Tháp đĩa

9


a. Đĩa lưới sàng

b. Đĩa sủi bọt

Hình 4.3. Hai dạng tháp đĩa thông dụng

Chất lỏng đi vào tháp ở đỉnh hoặc tại một đĩa thích hợp nào đó và chảy xuống nhờ trọng
lực qua mỗi đĩa bằng ống chảy chuyền. Pha khí đi từ dưới lên qua mỗi đĩa nhờ các khe hở
do cấu tạo của đĩa tạo nên. Trong các tháp đĩa, sự tiếp xúc giữa pha lỏng và pha khí diễn ra
ở các đĩa.
Dòng khí chuyển động từ dưới lên trên xuyên qua các mủi chụp sủi bọt hoặc các lỗ khoan
trên đĩa và sau đó đi xuyên qua lớp chất lỏng còn lại trên đĩa và hòa lẫn với chất lỏng.
3. Buồng lắng phun

Một dạng buồng phun điển hình

Dạng đơn giản nhất của các buồng phun là một hình trụ mà trong đó các vòi phun
được bố trí ở phần trên cao và những giọt nhỏ được làm cho rơi xuống cùng với một số
chất lỏng chảy xuống dọc theo thành bên trong của buồng.
Cho dù các dòng chất lỏng và chất khí có thể chuyển động cùng chiều nhưng thông
thường thì dòng khí được đưa vào ở phần thấp hơn của tháp theo hướng tiếp tuyến để tạo
ra một sự chuyển động xoắn ốc và các giọt chất lỏng phun ra khỏi các vòi phun là những
tia thẳng.
Trong trường hợp này, các tia nước được ly tâm thẳng đến tường và từ đó chúng rơi
xuống như là một dòng chảy màng mỏng.
4. Thiết bị lọc khí ventury

Trong thiết bị lọc khí Venturi, dòng khí chuyển động qua Venturi ở một tốc độ cao
với chất lỏng lọc được đưa vào ở áp suất tương đối thấp tại họng Venturi; ở đó diễn ra sự
cắt xé chất lỏng và hình thành các giọt nhỏ và việc xáo trộn kỹ với chất khí được cung cấp
bởi dòng khí; chất lỏng được đưa vào ở áp suất qui ước.
10


Kết quả là các giọt phun của chất lỏng được hòa trộn với chất khí, một cấp hấp thụ
diễn ra ở đó, và cần thiết phải có một bộ phận tách lỏng lối cuốn. Thông thường một bộ
phận ly tâm đơn giản hoặc một dạng vòi phun được bố trí ở đầu ra của Venturi để loại bỏ
chất lỏng ra khỏi dòng khí đã được rửa sạch
Câu 4: Nêu nguyên tắc xử lý SO2, NOx
- nguyên tắc
- vẽ sơ đồ quy trình
- ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng
- phương trình phản ứng nếu có
HẤP THỤ
I. Một số hệ thống hấp thụ SO2
1. Hấp thụ SO2 bằng nước

a. Hấp thụ SO2 bằng nước theo chu trình
Quá trình hấp thụ diễn ra theo phương trình:
SO2 + H2O ↔ H+ + HSO3-

Hình 5.7. Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nước có tuần hoàn

1. Tháp hấp thụ

2. Tháp giải thoát khí SO2
4, 5. Thiết bị trao đổi nhiệt

3. Thiết bị ngưng tụ
6. Bơm

Quá trình hấp thụ SO2 bằng nước theo chu trình gồm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Hấp thụ SO2 bằng cách cho khí thải tiếp xúc với nước, ở nhiệt độ thấp.
+ Khí thải chứa SO2 đi vào phía dưới của Scrubber nhờ ống dẫn khí, nước được đưa vào phía trên
của Scrubber nhờ hệ thống phân phối nước.
11


+ Khí SO2 ở trong khí thải, tiếp xúc với nước ở trong lớp vật liệu đệm rỗng của Scrubber và khí
SO2 bị hòa tan vào nước, rồi đi xuống phía dưới của thiết bị.
+ Khí sạch đi lên phía trên và thoát ra ngoài qua ống dẫn khí ra.
- Giai đoạn 2: Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ, bằng cách gia tăng nhiệt độ của dung dịch
chứa SO2 lên 1000C.
+ Dung dịch thu được ở phía dưới của Scrubber được đưa sang tháp giải thoát khí SO 2 , tại đây
dung dịch sẽ được gia tăng nhiệt độ đến 1000C, ở nhiệt độ này khí SO2 sẽ thoát ra khỏi nước.
+ Khí SO2 có lẫn hơi nước sẽ được đưa sang thiết bị ngưng tụ để ngưng tụ lại hơi nước, khí SO 2
sạch thu được sẽ được đưa đi dùng cho các mục đích khác nhau.
+ Nước thu được ở tháp giải thoát khí SO2 sẽ được đem đi trao đổi nhiệt, làm lạnh trước khi tuần
hoàn trở lại Scrubber
* Nhược điểm
- Phương pháp xử lý cần phải làm lạnh một khối lượng nước lớn để thuận lợi cho quá trình hấp
thụ SO2;
- Ngoài ra cũng cần phải đun nóng một khối lượng lớn nước để giải thoát khí SO2.
* Phương pháp này chỉ áp dụng khi
- Nồng độ khí SO2 trong khí thải tương đối cao;
- Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) giá rẻ;
- Có sẵn nguồn nước lạnh;
- Có thể xả được nước có chứa ít nhiều axit ra sông ngòi.

b. Hấp thụ SO2 bằng nước có xúc tác
Phương pháp này có thể áp dụng cho khí thải giàu SO 2 , như trong công nghiệp luyện kim
màu, khi nồng độ khí SO2 có thể đạt 2 – 12 %.

12


Hình 4.8. Sơ đồ hệ thống hấp thụ SO2 bằng nước có xúc tác

1. Xyclon

2. Tháp oxy hóa nhiều tầng xúc tác
3. Thiết bị làm nguội

4. Scrubber

Nguyên lý hoạt động của hệ thống gồm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Chuyển hóa SO2 thành SO3
+ Khí SO2 trong khí thải sẽ kết hợp với O2 ở trong tháp oxy hóa nhiều tầng xúc tác, nhờ xúc tác
Vanadi (V) để biến thành anhidrit sunfuric SO3;
+ Phản ứng chuyển hóa khí SO2 thành khí SO3 có tỏa nhiệt, mà phản ứng này xảy ra càng mạnh ở
nhiệt độ càng thấp, do đó sau mỗi tầng khí cần được làm nguội để tăng hiệu quả phản ứng.
- Giai đoạn 2: Hấp thụ SO3 vào nước
+ Khí thải sau khi đi qua tháp oxy hóa nhiều tầng xúc tác được đưa vào phía dưới của Scrubber,
phía trên của Scrubber nước được đưa vào nhờ hệ thống phân phối nước.
+ Nước tiếp xúc và phản ứng với khí SO 3 có trong khí thải ở trong lớp vật liệu đệm rỗng để tạo
thành H2SO4.
+ Khí sạch đi lên phía trên rồi thoát ra ngoài.
Ngoài ra để tăng hiệu quả chuyển hóa khí SO 2 thành khí SO3 , người ta tiến hành xử lý bụi
trước khi đưa khí thải vào ở trong tháp oxy hóa xúc tác.
2. Xử lý khí SO2 bằng đá vôi (CaCO3) hoặc vôi nung (CaO)
Xử lý khí SO2 bằng vôi là một phương pháp được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp vì
hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm.
Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý:
CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2
CaO + SO2 = CaSO3
CaSO3 + O2 = 2CaSO4

\

13


Hình 4.9. Sơ đồ xử lý SO2 trong khí thải bằng sữa vôi

1. Scrubber
4,5. Máy bơm

2. Bộ phận tách tinh thể
6. Thùng hòa trộn

3. Bộ lọc chân không
7. Máy đập

8. Máy nghiền

Nguyên lý hoạt động của xử lý SO2 trong khí thải bằng sữa vôi:
+ Đá vôi hoặc vôi tôi sẽ được đập, nghiền nhỏ rồi được hòa trộn với nước tạo thành dạng dung
dịch sữa vôi (huyền phù) trước khi được đưa vào phía trên của Scrubber.
+ Khí thải chứa khí SO2 sau khi được làm sạch tro bụi sẽ được đưa vào phía dưới của Scrubber,
trong lớp vật liệu đệm rỗng sữa vôi sẽ phản ứng với khí SO 2 theo phản ứng 1 và 3 hoặc phản ứng
2 và 3. Khí sạch đi lên phía trên và thoát ra ngoài.
+ Dung dịch thu được ở phía dưới của Scrubber sẽ chứa nhiều tinh thể CaSO 3.0,5H2O,
CaSO4.2H2O và một ít tro bụi sẽ được tách ra khỏi hỗn hợp bằng bộ phận tách tinh thể và bộ lọc
chân không. Phần dung dịch thu được sẽ được tuần hoàn trở lại Scrubber sau khi bổ sung thêm
dung dịch sữa vôi.
Hiệu quả của quá trình xử lý SO2 bằng phương pháp này có thể đạt đến 98%.
3. Xử lý SO2 bằng dung dịch NH3 theo chu trình
Quá trình xử lý SO2 bằng dung dịch NH3 chia thành hai giai đoạn
- Giai đoạn 1: Hấp thụ SO2 vào dung dịch NH3
+ Khí thải chứa SO2 trước tiên sẽ được làm nguội và làm sạch bụi nhờ Scrubber, tại đây một phần
SO2 cũng bị hấp thụ vào nước.
+ Tiếp theo khí thải sẽ được đưa vào phía dưới của tháp hấp thụ nhiều tầng, ở phía trên của các
tầng thì dung dịch NH3 sẽ được đưa vào để hấp thụ khí SO2, tầng trên cùng của tháp sẽ được tưới
nước, nhằm hạn chế sự bay hơi của NH3. Phản ứng hấp thụ SO2 vào dung dịch NH3:
SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2SO3
(NH4)2SO3 + SO2 + H2O =NH4HSO3
+ Khí sau khi được làm sạch SO2 sẽ đi lên phía trên và thoát ra ngoài
- Giai đoạn 2: Giai đoạn hoàn nguyên
+ Dung dịch thu được ở phía dưới của tháp hấp thụ nhiều tầng, một phần sẽ được đem qua tháp
hoàn nguyên để tách khí SO2. Tại nhiệt độ và áp suất thích hợp sẽ xảy ra phản ứng tách khí SO2:
NH4HSO3 → (NH4)2SO3 + SO2 + H2O
+ Khí SO2 sẽ được thu lại và dùng cho các mục đích khác nhau

14


Hình 4.10. Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng dung dịch NH3 theo chu trình

1. Scrubber

2,4. Thiết bị làm nguội

I. 5. Tháp hoàn nguyên

3. Tháp hấp thụ nhiều tầng

6. Tháp bốc hơi

8. Máy vắt khô ly tâm

7. Thùng kết tinh

9. Nồi chưng áp

+ Ngoài ra trong dung dịch có thể xảy ra các phản ứng sau:
2NH4HSO3 + (NH4)2SO3 → 2(NH4)2SO4 + S + H2O
(NH4)2SO3 + S → (NH4)2S2O3
(NH4)2S2O3 + 2NH4HSO3 → 2(NH4)2SO4 + 2S + H2O
+ Một phần dung dịch thu được ở phía dưới của tháp hoàn nguyên sẽ được đưa sang tháp bốc hơi,
thùng kết tinh và máy vắt ly tâm để tách (NH 4)2SO4 ,một phần sau khi được bổ sung NH 3 sẽ được
đưa tuần hoàn trở lại tháp hấp thụ nhiều tầng để tiếp tục xử lý khí thải chứa khí SO2.
+ Một phần dung dịch thu được ở phía dưới của tháp hấp thụ nhiều tầng sẽ được đưa sang nồi
chưng áp để tách lưu huỳnh.
II. Một số hệ thống hấp thụ NOx
1. Hấp thụ khí NOx bằng nước

Trong công nghiệp các loại khí thải có chứa oxit nitơ ở nồng độ thấp thường được xử lý bằng
dung dịch hấp thụ nước với các loại thiết bị hấp thụ khác nhau như Scrubber, thiết bị sục khí sủi
bọt, Venturi…
Hiệu quả xử lý NOx theo các phương pháp trên thường không cao, tối đa chỉ đạt 50% :
2NO2(hoặc N2O4) + H2O → 2HNO3 + HNO2
HNO2 → NO + NO2 (hoặc ½N2O4) + H2O
NO + ½O2 → NO2
2NO2 → N2O4
15


Phản ứng đầu tiên xảy ra trên lớp màng ngăn cách giữa pha khí và pha lỏng. Quá trình oxy hóa
của oxit nitơ xảy ra tương đối chậm nhưng thực hiện đến cùng, nhưng khí có mặt HNO 3 đậm đặc
thì phản ứng sẽ không thực hiện đến cùng.
* Ngoài nước ra người ta dùng dung dịch H2O2 loãng để thu được axit nitric:
NO + H2O2 → NO2 + H2O;
3 NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
N2O3 + H2O2 → N2O4 + H2O
N2O4 + H2O → HNO3 + HNO2
Chi phí khoảng 6kg H2O2 cho 1kg axit nitric
2. Hấp thụ bằng kiềm

Dùng các loại kiểm để hấp thụ các oxyt nitơ dựa theo các phản ứng sau:
2NO2 + Na2CO3 = NaNO3 + NO2 + CO2
Hoạt động các dung dịch kiềm còn phụ thuộc vào pH ban đầu của dung dịch (pH càng cao, hoạt
độ càng cao).

HẤP PHỤ
I. Xử lý SO2 bằng phương pháp hấp phụ
1. Xử lý SO2 bằng than hoạt tính
Hệ thống xử lý SO2 bằng than hoạt tính có sơ đồ đơn giản và được áp dụng cho nhiều ngành
công nghiệp thải ra khí SO2 khác nhau. Hệ thống này có ưu điểm là có thể làm việc được với khí
thải có nhiệt độ cao trên 1000C.
Nhược điểm của phương pháp này tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên, quá trình này có thể
làm tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi là khí SO 2 có nồng độ thấp hoặc có lẫn
nhiều H2SO4.

16


Hình 5.2. Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng than hoạt tính
1. Phễu chứa than hoạt tính
4. Xiclon

2. Đo liều lượng
5. Bunke

7. Thiết bị cấp nhiệt

3. Tháp hấp phụ nhiều tầng
6. Tháp giải hấp phụ

8. Quạt

9. Máy sàng

Nguyên lý hoạt động: chia làm 2 giai đoạn
- Giai đoạn 1: Hấp phụ SO2 vào than hoạt tính
+ Khí thải chứa khí SO2 đi vào phía dưới của tháp hấp phụ nhiều tầng, than hoạt tính được đưa từ
tầng trên xuống tầng dưới ở trong tháp, nhờ có hệ thống cào đảo.
+ Khí SO2 sẽ được hấp phụ vào than hoạt tính, khí thải tiếp tục đi lên phía trên và được lọc sạch
tro bụi trước khi thải vào môi trường.
- Giai đoạn 2: Giải hấp phụ
+ Sau khi than hoạt tính bão hòa khí SO 2 thì nó sẽ được chuyển qua bunke rồi được đưa vào tháp
giải hấp phụ.
+ Ở nhiệt độ 400 ÷ 450 0C thì khí SO2 sẽ thoát ra khỏi than hoạt tính. Khí SO 2 thaots ra từ quá
trình hoàn nguyên có nồng độ 40 ÷ 50% và đạt khoảng 96 ÷ 97% lượng khí SO 2 có trong khí thải,
trước khi xử lý.
+ Lượng than hoạt tính sau khi được hoàn nguyên, sẽ được loại bỏ một số không đạt yêu cầu, rồi
được bổ sung thêm một lượng than hoạt tính mới trước khi được đưa tuần hoàn trở lại tháp hấp
phụ nhiều tầng.

17


Khí SO2 thoát ra từ quá trình hoàn nguyên còn chứa một số khí khác như: H 2S là 2 ÷ 4%; S từ
0,1 ÷ 0,3% do có các phản ứng sau.
2SO2 + 3C + 2H2O = 2H2S + 3CO2
SO2 + C = S + CO2
2S + C + 2H2O = 2H2S + CO2
2. Xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước (LURGI)
Theo phương pháp này, khí thải được làm cho bão hòa hơi nước ở nhiệt độ dưới 100 0C 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 SO3 nhờ có oxy trong khí thải.

Hình 5.3. Xử lý khí SO2 theo quá tình LURGI
1. Scrubber Venturi

2. Xiclon

3. Thiết bị hấp phụ

4. Bể chứa axit

5. Bơm

6. Than hoạt tính

Tiếp theo, SO3 kết hợp với nước biến thành H2SO4 và theo nước chảy vào thùng chứa. H2SO4
thu được với nồng độ 20 – 25% được trích một phần để làm nguội và làm ẩm khí thải cần xử lý.
Quá trình này được thực hiện trong Scrubơ Venturi, trong đó axit loãng được dòng khí chuyển
động rối với vận tốc lớn xé nhỏ thành giọt min, nhiệt độ của khí giảm xuống nhờ có nước bốc
hơi, còn axit loãng thì trở lên đậm đặc hơn. Sau Scrubơ Venturi tro bụi và axit được tách ra khỏi
dòng khí trong xiclon và chảy xuống bể chứa, còn khí đi vào thiết bị hấp phụ.
Hệ thống thử nghiệm ban đầu với lưu lượng khói thải 1.000 – 1.500 m3/h. Nồng độ ban đầu của
SO2 trong khí thải đốt nheien liệu mazut là 0,1 – 0,15%. Hiệu quả khử SO2 đạt 98 – 99%. Chất
hấp phụ làm việc trong hơn 3 năm liên tục mà hoạt tính của nó không hề bị giảm sút.
3. Xử lý SO2 bằng Al2O3 kiềm hóa
Quá trình xử lý SO2 bằng Al2O3 kiềm hóa được dựa trên tính chất hấp phụ của hỗn hợp nhôm
oxit và natri oxit (Na2O) với thành phần natri oxit chiếm 20% khối lượng của hỗn hợp. Trong quá
trình hấp phụ, khí SO2 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 – 6500C.
- Giai đoạn 1: Hấp phụ SO2
18


+ Khí thải sau khi được làm sạch sơ bộ sẽ được đưa vào phía dưới của tháp hấp phụ. Chất hấp
phụ sẽ được đưa vào phía trên của tháp và chuyển động từ trên xuống dưới.
+ Trong quá trình chuyển động ngược chiều, chất hấp phụ sẽ khử khí SO2 trong khí thải. Bụi và
các hạt chất hấp phụ có kích thước nhỏ sẽ bị dòng khí mang theo, đi lên phía trên của tháp.
+ Khí tiếp tục được đi qua xiclon để làm sạch tro bụi trước khi thải vào khí quyển.

Hình 5.4. Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng Al2O3 kiềm hóa
1, 3. Xiclon 2. Tháp hấp phụ
6. Thiết bị giải hấp phụ

4. Phễu nạp chất hấp phụ 5. Đo liều lượng
7. Buồng làm nguội

8 Bề mặt trao đổi nhiệt

- Giai đoạn 2: Giải hấp phụ
+ Một phần chất hấp phụ sau khi ra khỏi tháp hấp phụ được tuần hoàn trở lại cho đến khi đạt mức
bão hòa nhất định.
+ Phần còn lại đi qua bộ phận khống chế liều lượng để đi qua thiết bị hoàn nguyên. Ở nhiệt độ và
áp suất thích hợp, chất hấp phụ sẽ được hoàn nguyên.
+ Sau khi hoàn nguyên, vật liệu hấp phụ được làm nguội và được đưa tuần hoàn trở lại tháp hấp
phụ. Một lượng chất hấp phụ mới được bổ sung, để lặp lại chu trình làm việc.
Lượng chất hấp phụ lưu thông trong hệ thống khoảng 48 – 50 kg cho 1000 m 3 khí thải cần xử lý,
với nồng độ ban đầu của SO2 khoảng 0,3%. Vận tốc chuyển động của dòng khí trong tháp hấp
phụ và 2 – 2,5 m/s. Thì hiệu quả khử SO2 trong khí thải đạt trên 90%.
4. Xử lý khí SO2 bằng mangan oxit
Xử lý SO2 theo quá trình mangan (Mỹ)
Chất hấp phụ được xử dụng là Mn2O3 dạng hạt, được làm khô trong không khí và trong chân
không ở nhiệt độ 300 – 4000C.

19


Khí thải ở nhiệt độ 130 – 3300C đi vào thiết bị hấp phụ bởi mangan oxit và oxy hóa thành SO 3,
sau đó kết hợp với độ ẩm mao dẫn trong chất hấp phụ tạo thành H 2SO4. H2SO4 lại kết hợp với
Mn2O3 tạo thành mangan sunfat. Sự tiếp xúc giữa khí thải với chất hấp phụ dạng hạt cũng được
thực hiện tương tự như trong phương pháp nhôm oxit kiềm hóa. Trong phạm vi nhiệt độ của khói
thải nên trên khả năng khử SO2 của chất hấp phụ đạt 25 – 37% trọng lượng bản thân và khả năng
hấp phụ càng cao khi nhiệt độ càng tăng.

Hình 5.5. Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 theo quá trình mangan
1. Thiết bị hấp phụ

2. Máy sàng

4. Thùng phản ứng

3. Thùng điện phân

5. Máy lọc ly tâm

6. Máy sấy

Khi chất hấp phụ đã bão hòa SO 2, thì chất hấp phụ được đưa qua máy sàng rồi đưa vào thùng
phản ứng, để kết hợp với dung dịch xút theo phản ứng:
MnSO4 + 2NaOH = MnO↓ + Na2SO4 + H2O
Tiếp theo chất kết tủa thu được sẽ được tách ra, giội nước trong máy ly tâm, ở đó MnO bị oxy
hóa thành Mn2O3. Chất này được đem đi sấy rồi đưa tuần hoàn trở lại chu trình làm việc.
Dung dịch thu được từ máy ly tâm, có chứa Na2SO4 sẽ được đưa vào thùng điện phân, để phân
giải thành H2SO4 loãng và dụng dịch NaOH. H 2SO4 sẽ được cô đặc và đem dùng cho các mục
đích khác. Còn NaOH thì tuần hoàn trở lại vào thùng phản ứng để tiếp tục chu trình hoàn nguyên
vật liệu hấp phụ.
II. Xử lý NOx bằng phương pháp hấp phụ
Khí thải có chứa 1 – 1,5% NOx có thể được xử lý bằng các chất hấp phụ như silicagel,
alumogel, than hoạt tính….
Khi trong chất hấp phụ có chứa đioxit nitơ thì nó trở thàh chất xúc tác để oxy hóa các oxit nitơ
thành nitơ đioxit. Nitơ đioxit bị hấp phụ vào các chất nêu trên và có thể được tách ra khỏi chúng
bằng cách nung nóng.
20


Khả năng hấp phụ NOx của các chất rắn nêu trên nói chung là rất thấp. Do đó muốn khử NO x
một cách triệt để thì cần lắp đặt hệ thống với nhiều tầng hấp phụ nối tiêp nhau, dẫn đến tiêu hao
nhiều năng lượng để thắng sức cản khí động của hệ thống. Mặc khác, bụi trong khí thải cũng làm
giảm nhanh chóng khả năng hấp phụ của vật liệu, do đó khí thải trước khi đi vào hệ thống hấp
phụ cần lọc sạch tro bụi. Tuy nhiên, bên cạnh những nhược điểm kể trên, sử dụng chất hấp phụ để
khử NOx cũng có ưu điểm của nó là có khả năng thu hồi NO 2 nồng độ cao để điều chế axit HNO 3
phục vụ cho nhiều nhu cầu khác nhau trong công nghiệp.

21


BÀI TẬP
1. Tính toán phát thải ô nhiễm
2. Tính toán khuếch tán nguồn cao, đồ thị, mô hình gauss
3. Tính toán hiệu quả xử lý bụi trong các thiết bị(xyclon, buồng lắng bụi)

Câu 1: Tính toán phát thải ô nhiễm
Than cám có thành phần % về khối lượng như sau: C 58%; H 14%; O 8%; N 5%; S 4%; W 5%; A
6%. Đốt cháy than bằng oxy của không khí với hệ số thừa khí là 1,15 (oxy chiếm 21% không khí
khô). Độ ẩm của không khí là 0,15 mol H2O/mol không khí khô.
* Tính lượng không khí thực tế để đốt cháy hoàn toàn 100 gam than cám trên, biết Nitơ trong
than cám chuyển hóa hoàn toàn thành NO và NO2 với tỉ lệ NO:NO2 là 1:3 ?
* Tính thành phần sản phẩm cháy theo số mol?
* Tính nồng độ CO2 trong sản phẩm cháy, biết nhiệt độ khí thải là 1200C, áp suất 1 atm?
Bài giải
* Tính lượng không khí thực tế để đốt cháy hết 100 gam than cám trên, biết sản phẩm cháy không
có NOx tạo thành
- Trong 100 gam than cám có
Tên thành phần

%

Số gam

khối lượng

Số mol
(nguyên tử)

C

58

58

4,8333

H

14

14

14,0000

O

8

8

0,5000

N

5

5

0,3571

S

4

4

0,1250

W

5

5

0,2778

A

6

6

K

1,15

1,15

- Các phản ứng xảy ra dạng đơn giản:
C + O2 → CO2
S + O2 → SO2
4H + O2 → 2H2O
4N + 7/2O2 → NO + 3NO2
- Số mol oxi lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy là :

- Số mol oxi không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy là :
22


- Số mol không khí khô lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy :

Số mol không khí khô thực tế cần :

Số mol H2O trong không khí:

Như vậy số mol không khí thực tế cần để đốt cháy hoàn toàn lượng nhiên liệu:

* Tính sản phẩm cháy tạo thành theo số mol?
Sản phẩm cháy gồm có: CO2, H2O (bao gồm H2O tạo ra trong quá trình cháy và H 2O của không
khí), N2, O2 dư, NO, NO2, SO2
- Số mol của CO2

- Số mol của SO2

- Số mol của H2O
+ Số mol của H2O được tạo ra trong quá trình đốt nhiên liệu

+ Số mol của H2O trong không khí

+ Số mol của H2O trong than

Vậy
- Số mol của N2

- Số mol của NO2

- Số mol của NO

- Số mol của O2 dư
23


*. Tính nồng độ CO2 trong sản phẩm cháy, biết nhiệt độ khí thải là 1200C, áp suất 1 atm?
- Tổng số mol sản phẩm cháy:

- Thể tích sản phẩm cháy:

- Số gam CO2 trong sản phẩm cháy:

- Nồng độ CO2 trong sản phẩm cháy

Câu 2: Tính toán hiệu quả xử lý bụi trong các thiết bị(xyclon, buồng lắng bụi)
1. Buồng lắng bụi

Điều kiện để toàn bộ số hạt có kích thước ≥ δo rơi xuống đáy là τ1 = τ2 . Hay:
δmin: đường kính giới hạn của hạt bụi, hay những bụi có đường kính ≥ δo đều được
giữ lại 100% ở trong buồng lắng bụi.
Trong đó:
: khối lượng riêng của bụi
: khối lượng riêng của khí
: gia tốc trọng trường (g= 9,81m/s2)
: hệ số nhớt độc học(18,6.10-6 kg/m.s)
L: lưu lượng dòng khí(m3/s)
Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắng
Giả thiết rằng mọi cỡ hạt bụi trong dòng khí đi vào buồng lắng được phân bố đều
đặn trên toàn tiết diện ngang ban đầu của nó. Thì hiệu quả lọc của buồng lắng bụi đối với
cỡ hạt δ, được tính như sau:
2. Xyclon

Đường kính giới hạn của hạt bụi
Đường kính giới hạn của hạt bụi có ý nghĩa là đường kính bé nhất mà toàn bộ cỡ hạt lớn hơn
hoặc bằng đường kính này sẽ bị giữ lại hoàn toàn trong Xyclon và được tính theo công thức:

Trong đó
L

: lưu lượng khí thải, m3/s;

b

: trọng lượng riêng của bụi, kg/m3;

µ

: độ nhớt của khí thải, kg/m.s (Pa.s);

r1

: bán kính lõi(ống trung tâm) xyclon, m;

r2

: bán kính vỏ xyclon, m;
24


l

: chiều cao làm việc hiệu của xyclon, m.
l = H – a, m

H: chiều cao thân hình trụ của Xyclon, m;
a: chiều cao ống dẫn khí vào, m.
n: số vòng quay, vg/s;

: vận tốc tiếp tuyến trung bình bên trong xyclon

: bán kính trung bình của xyclon

: vận tốc dòng khí tại cửa vào (m/s):

Tính hiệu suất của Xyclon
Hiệu suất của Xyclon đối với bụi có đường kính δ được tính như sau:

Trong đó: α: là hệ số

Ví dụ: tính toán hiệu suất lắng theo giải phân cấp cỡ hạt. Xyclon tương tự, khác công thức
 Hiệu quả lắng bụi của buồng lắng
Hiệu quả lắng theo cỡ hạt
Theo cỡ hạt, hiệu quả lắng được tính theo :
25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×