Công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn - Đề tài: Phương pháp hấp thụ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM Khoa: CNSH & KTMT MÔN: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI VÀ TIẾNG ỒN ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO LỚP: 03DHMT2 NHÓM: 1 DANH SÁCH NHÓM STT HỌ VÀ TÊN MSSV 1 VÕ PHẠM THÙY DƯƠNG 2009120162 2 NGUYỄN THỊ HƯỚNG DƯƠNG 2009120154 3 ĐOÀN THỊ HUỲNH LIÊN 2009120004 4 CHÂU KIM PHỤNG 2009120132 5 NGUYỄN THỊ HỒNG OANH 2009120153 6 PHẠM CẨM TIÊN 2009120129 NỘI DUNG VI. Ứng dụng IV. Chất hấp thụ III. Cơ chế quá trình II. Phân loại I. Khái niệm V. Các loại TB hấp thụ Hệ thống XLKT đơn giản I. Khái Niệm • Hấp thụ là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng. II. PHÂN LOẠI III. CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt 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 ngăn cách vào sâu trong lòng chất lỏng hấp thụ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ LÝ THUYẾT LỚP BIÊN Để trao đổi một lượng chất ô nhiễm từ khí thải vào chất lỏng hấp thụ cần phải trao đổi các phần tử qua vùng ranh giới Cường độ trao đổi thực phụ thuộc cào các yếu tố: nhiệt độ, áp suất, nồng độ, độ hòa tan Nồng độ phân tử ở phía chất khí phụ thuộc vào cả hai hiện tượng khuếch tán: khuếch tán rối và khuếch tán phân tử Phương trình trao đổi chất • Đối với lớp biên khí: • Đối với lớp biên chất lỏng: NA= kG(pAG  pAi) NA = kL(CAi CAL) IV. CHẤT HẤP THỤ (DUNG MÔI) 1. Điều kiện lựa chọn dung dịch hấp thụ:  Độ hoà tan chọn lọc  Độ bay hơi tương đối thấp  Tính ăn mòn của dung môi thấp  Chi phí thấp Độ nhớt bé, khi đó trở lực của quá trình càng nhỏ, tăng tốc độ hấp thụ và có lợi cho quá trình truyền khối.  Các tính chất khác: Nhiệt dung riêng, nhiệt độ đóng rắn, tạo tủa, độc hại 2. Chất hấp thụ phổ biến Nước (H2O) Dung dịch bazơ: KOH, NaOH, Na2CO3 K2CO3, Ca(OH)2, CaCO3 MonoEtanolAmin (OHCH2CH2NH2), Dietanolamin(R2NH), trietanolamin (R3N) - Dễ bay hơi nên thất thoát nhiều - Ăn mòn hoá học - Liên kết với CO2 rất bền nên khó phân hủy để hoàn nguyên 3.Hiệu suất của quá trình hấp thụ Phụ thuộc vào các yếu tố:  Tính chất và chất lượng của chất hấp thụ  Thành phần và tính chất của khí thải cần xử lí  Thời gian sử dụng chất hấp thụ trong thiết bị (chu kì hấp thụ)  Lượng chất hấp thụ  Khả năng tiếp xúc giữa chất ô nhiễm và dung dịch hấp thụ  Nhiệt độ, áp suất, V. CÁC LOẠI THIẾT BỊ HẤP THỤ Tháp Phun Tháp Đệm Tháp Mâm A. Tháp Phun a. Cấu Tạo • Tháp có dạng hình trụ thẳng đứng, được sử dụng trên nguyên tắc tạo ra sự tiếp xúc giữa chất ô nhiễm và dòng nước phun. Dung dịch hấp thụ được phung thành giọt xuyên qua dòng khí bốc lên trong thể tích rổng của thiết bị. b. Nguyên Lý Hoạt Động • Xem clip c. Ưu Điểm Thiết kế và vận hành đơn giản Vận tốc khí trong tháp cao, làm tăng khả năng hấp thụ Đường kính tháp nhỏ, nên mật độ tưới nhỏ (50 – 90 m3/m2) tiết kiệm dung tích hấp thụ mà vẩn cho hiệu suất cao Nhược Điểm Thiết bị dể bị ăn mòn, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ, làm tăng giá thành chế tạo Cần phải có hệ thống tự đông điều chỉnh lưu lượng dung dịch hấp thụ phun vào thiết bị. Dung dịch phải được phun điề khắp tiết diện tháp B. THÁP ĐIỆM a. Cấu Tạo Một Số Tháp Đệm Vật Liệu Đệm • Có nhiều loại vật liệu như: than hoạt tính, silicagel, zeolit, và các chất hấp phụ tự nhiên khác Tùy vào từng loại khí thải mà lựa chọn vật liệu hấp phụ. b. Nguyên Lý Hoạt Động Tháp đệm được dùng để lọc hơi khí độc có lẫn rất ít bụi để tránh nghẹt lớp đệm. Tốc độ dòng khí qua lớp đệm được cấu tạo sao cho tránh hiện tượng sặc trong lớp đệm. Trong thực tế, người ta thường kết hợp buồng phun và tháp đệm để tiến hành lọc hơi khí độc. Thiết bị loại này có một buồng phun ở phía trên và một tháp đệm ở phía dưới. Khi thải đi từ dưới lên qua tháp đệm và qua buồng phun, sau đó được đưa qua một lớp vật liệu rỗng khác để tách lại các hạt nước phun. c. Ưu Nhược Điểm Ưu Điểm: • Hiệu quả xử lý cao • Thiết kế vận hành đơn giản • Giá thành phù hợp Nhược điểm: • Khó khăn trong việc rửa vật liệu đệm • Hay gây tắc ngẽn vật liệu đệm do tích tụ cặn, làm tăng trở lực quá trình hấp thụ • Phân phối dung dịch hấp thụ phải điều khắp diện tích tháp C. THÁP MÂM a. Cấu Tạo • Tháp hình trụt hẳng đứng, trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha khí được cho tiếp xúc với nhau. • Quá trình chung của cả tháp là sự tiếp xúc pha nghịch dòng mặc dù trên mỗi mâm hai pha khí vàl ỏng tiếp xúc giao dòng b. Nguyên Lý Hoạt Động • Xem clip d. Các Loại Mâm c. Ưu Nhược Điểm Ưu Điểm: • Có thể xử dụng cho cả quá trình chưng cất lẩn hấp thụ • Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lương hơi Nhược Điểm • Khi vận tốc khí lớn có thể gây nên sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trong dòng hơi từ mâm dưới lên mâm trên làm giảm sự biến đổi nồng độ tạo nên bởi quá trình truyền khối, làm giảm hiệu suất. Ngoài ra còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nén khí cho tháp. VI. ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ KHÍ THẢI 1. XỬ LÝ SO2:  Hấp thụ bằng nước: 1. XỬ LÝ SO2: Hấp thụ bằng nước: Ưu điểm: • Cấu tạo đơn giản • Có thể thu hồi SO2 dùng cho các mục đích khác (sản xuất axít H2SO4) Nhược điểm: • Cần lưu lượng nước lớn, thiết bị hấp thụ có thể tích lớn • Loại SO2 ra khỏi dung dịch thực hiện bằng cách đun nóng nó đến 1000C, cần chi phí nhiệt lớn. 1. XỬ LÝ SO2 Hấp thụ bằng dung dịch sữa vôi: 1. XỬ LÝ SO2  Hấp thụ bằng dung dịch sữa vôi: Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí thấp, chất hấp thụ dễ tìm, làm sạch khí mà không cần làm lạnh và tách bụi sơ bộ, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường Nhược điểm: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO4 và CaSO3 gây tắc ngẽn đường ống và ăn mòn thiết bị 1. XỬ LÝ SO2 Hấp thụ SO2 bằng amoniac: 1. XỬ LÝ SO2  Hấp thụ bởi oxit – magie hydroxit: • MgO + SO2 = MgSO3 • MgO + H2O= Mg(OH)2 • MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2 • Mg(OH)2 + Mg(HSO3)2 = 2MgSO3 + 2H2O Tái sinh MgO: Thực hiện trong lò nung ở nhiệt độ 9000C với xúc tác là than cốc. Ưu điểm: • Có thể xử lý khí nóng không cần làm nguội sơ bộ • Thu được sản phẩm tận dụng sản xuất axit sunfuric. • MgO sẵn có, rẻ tiền, hiệu quả xử lý cao. 1. XỬ LÝ SO2Hấp thụ bởi ZnO: • SO2 +ZnO + 2,5H2O = ZnSO3.2,5H2O • Khi nồng độ SO2 lớn: SO2 +ZnO + 2,5H2O = Zn(HSO3)2 • Kẽm sunfit tạo thành không tan trong nước được tách ra bằng xiclon nước và sấy khô. • Tái sinh ZnO: Nung sunfit ở nhiệt độ 3500C. ZnSO3.2,5H2O = ZnO + SO2 + 2,5H2O • Ưu điểm: Có khả năng xử lý ở nhiệt độ cao (200- 2500C) • Nhược điểm: Có thể hình thành ZnSO4 , làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi 2. Xử lý NOx Hấp thụ bằng nước: • Khi hấp thụ NO2 bằng nước một phần axit nitric được sinh ra ở pha khí: 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO • Để xử lý NOx có thể sử dụng dung dịch oxi già loãng. • Quá trình hấp thụ NOX thành HNO3 tăng theo độ tăng nồng độ axit và áp suất riêng phần của NOX • Để thúc đẩy quá trình có thể dùng chất xúc tác, hiệu quả xử lý đạt 97%. 2. Xử lý NOx • Hấp thụ bằng kiềm và huyền phù: 3NO2 + Na2CO3 = NaNO3 + NaNO2+ CO2 + Q • Phương trình phản ứng cho quá trình hấp thụ N2O3 bằng dung dịch kiềm và huyền phù: • M2(CO3)m + N2O3= M(NO2)m+ CO2 • M(HCO3)m + N2O3 = M(NO2)m+ CO2 +H2O • M(OH)m + N2O3 = M(NO2)m +H2O 3. Xử lý Halogen và các hợp chất của chúng 3.1. Xử lý các hợp chất chứa Flo:  Hấp thụ bằng nước: • HF và SiF4 tan nhiều trong nước • Thu được H2SiF6 10 – 22% dùng sản xuất SiO2, CaF2, AlF, NaF, Na3AlF6 • Hiệu quả xử lý 90 – 95% 3.1. Xử lý các hợp chất chứa Flo: Hấp thụ bằng dung dịch muối amoni: Các phản ứng xảy ra: • HF + (NH4)2CO3 = 2NH4F + CO2 + H2O • HF + NH4HCO3 = NH4F+ CO2 + H2O • HF + NH3 = NH4F • 2SiF4+ 2NaF = Na2SiF6 NH4F được xử lý như sau: • 2 NH4F + Na2CO3 = (NH4)2CO3 + NaF • (NH4)2CO3 + H2O = 2NH4OH + CO2 • NH4OH = H2O + NH3 NaF là chất rắn được tách ra bằng lắng, lọc. 3.1. Xử lý các hợp chất chứa Flo: Hấp thụ bằng dung dịch K2CO3 Phản ứng hấp thụ: HF +K2CO3 = 2KF + CO2 + H2O Phản ứng phục hồi chất hấp thụ: 2KF + Na2CO3 = 2NaF + K2CO3 3.2. Hấp thụ phân tử F2 Phản ứng hấp phụ: • F2 + 2NaOH = 0,5O2 + 2NaF + H2O Thời gian tiếp xúc giữ khoảng 1 phút tránh tạo ra F2O NaF ít tan trong dung dịch kiềm. Xử lý NaF trước khi đưa ra khỏi hệ thống: • 2NaF + CaO + H2O = CaF2 + NaOH 3.3 Xử lý Clo và hydro clorua Hấp thụ clo với các dung dịch kiềm: • Cl2 + 2NaOH = NaOCl +NaCl + H2O • 2Ca(OH)2 + 2Cl2 = CaCl2 + Ca(OCl)2 + H2O • Na2CO3 +Cl2 + H2O = NaCl + NaOCl + CO2 + H2O • Dung dịch NaOH được dùng với hàm lượng 100 – 150g/l • Huyền phù Ca(OH)2 100 – 110g/l Hấp thụ clorua hydro bằng dung dịch kiềm và nước: • Sử dụng NaOH, Ca(OH)2 hoặc Na2CO3 để hấp thụ HCl. • Nhược điểm khi dùng nước hấp thụ bằng nước tạo sương mù các giọt axit lỏng, hiệu quả thu hồi không cao. 3.4. Xử lý Brom và các hợp chất của nó: Hấp thụ bằng dung dịch kiềm: • OH- + Br2 = Br- + BrO- + H2O • CO32- + Br2 +H2O= Br- + BrO- + 2HCO3- • 2HCO3- + Br2 = BrO- + H2O + 2CO2 Hấp thụ FeBr2 • 2FeBr2 + Br2 = 2FeBr3 Hấp thụ bằng SO2 • Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4 4. Xử lý COx Hấp thụ bằng [Cu(NH3)m(H2O)n]+ • [Cu(NH3)m(H2O)n]+ + xNH3 + yCO =[Cu(NH3)m(CO)y(H2O)n]+ + Q Thường tồn tại ở dạng hóa trị 1, dung dịch có tính kiềm yếu nên đồng thời hấp thụ CO2 • 2NH4OH + CO2 = (NH4)2CO3 + H2O • (NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 Rửa Nitơ lỏng: Đây là quá trình hấp thụ vật lý. Quá trình ứng dụng trong công nghiệp nitơ. 4. Xử lý COx Hấp thụ bằng dung dịch clorua đồng, nhôm: Ứng dụng khi trong khí thải có O2 và lượng lớn CO2 Quá trình thấp thụ: • CuCl2+ AlCl3 + 2C6H5CH3 = (CuAlCl4)(C6H5CH3) • (CuAlCl4)(C6H5CH3) + 2CO = (CuAlCl4).2CO + 2C6H5CH3 • Hơi nước trong khí thải có thể phá hủy phức sinh ra HCl • 2CuAlCl4 + H2O = 2HCl + CuCl + CuAlCl4.AlOCl  Cần sấy khô khí trước khi xử lý VII. HỆ THỐNG XỬ LÍ KHÍ THẢI ĐƠN GIẢN (KHÍ THẢI LÒ HƠI) Đặc điểm khí thải lò hơi:  Lò hơi là nguồn cung cấp nhiệt cho các thiết bị công nghệ qua môi chất dẫn nhiệt là hơi nước cao áp.  Lò hơi có thể được cấp nhiệt từ nhiều nguồn khác nhau, hiện nay người ta thường dùng ba loại nhiên liệu đốt lò chính là gỗ củi, than đá hoặc dầu F.O. Đặc điểm khí thải lò hơi • CO2, CO, N2, oxi dư, tro bụi Đốt củi • khói, tro bụi, CO2, CO, SO2 , SO3 và NOx Đốt than đá • CO2, CO, NOx, SO2, SO3, hơi nước và hạt troĐốt dầu F.O Sơ đồ công nghệ xử lí khí thải lò hơi