Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - Chương 2: Cơ sở hóa-lý của các quá trình xử lý bụi và các chất ô nhiễm dạng khí - Phạm Khắc Liệu

Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-1 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Đại cương • Xử lý khí thải cơ bản chính là kỹ thuật tách • Nguyên tắc: tách các tác nhân ô nhiễm có thể là khí, sol khí hay bụi khỏi dòng khí mang thường là không khí • Cơ sở vật lý, hóa học khác nhau với tách bụi và tách các khí, hơi Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-2 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 2.1. Xử lý bụi 2.1.1. Đặc điểm khí động học của bụi Động lực học của hạt Phân bố cỡ hạt Đường kính vật lý và đường kính khí động học Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-3 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (1). Động lực học của hạt  Một hạt trong không khí sẽ chịu tác động các lực: • Trọng lực (Gravity force) • Lực đẩy (Buoyant force) • Lực ma sát (Drag force) • Các lực khác: hấp dẫn, quán tính, từ, tĩnh điện,  Vận tốc lắng của hạt ở điều kiện ổn định theo Stokes: v = vận tốc lắng, m/s m = độ nhớt không khí, N.s/m2 hay kg/m/s rp = khối lượng riêng của hạt, kg/m 3 dp = đường kính hạt, m  Phương trình Stokes chỉ áp dụng tốt với các hạt có dp <80 mm và có chuẩn số Reynold Re < 2.0 1)-(2 18 2 ppd g v r m  Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-4 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ  Với các hạt rất nhỏ (<5 mm), do lực ma sát không đáng kể  phương trình Stokes phải đuợc hiệu chỉnh:  Cc = Hệ số hiệu chỉnh trượt Cunningham (Cunningham slip correction factor): l = quãng đường tự do trung bình 2)-(2 18 2 ppc dC g v r m  3)-(2 40257121 55,0 e,, d λ C pd p c           l Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-5 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ MW = khối lượng phân tử không khí = 29 g P = áp suất không khí, Pa (1 Pa = 1,01 105 atm) T = nhiệt độ, K R = 8314 N.m/kmol.K  Có thể tra cứu giá trị Cc đối với không khí ở 1 atm và 298 K ở bảng bên (2-4) Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-6 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Ví dụ: Tính vận tốc lắng của các hạt sau đây trong không khí ở nhiệt độ 25°C. Độ nhớt không khí = 1,910-5 kg/m/s, hệ số hiệu chỉnh Cunningham như ở bảng tra. Giả thiết chuẩn số Reynolds đều < 2.0. (a). Hạt 80 mm, khối luợng riêng 1000 kg/m3 (b). Hạt 8 mm, khối luợng riêng 1000 kg/m3 (c). Hạt 0,8 mm, khối luợng riêng 1000 kg/m3 Giải  Với hạt 80 và 8 mm  Cc = 1  tính theo p.trình (2-1) dp=80 mm dp=8 mm  Với hạt 0,8 mm: công thức (2-2), Cc = 1,21 smv /104,18)108(10 109,118 81,9 2253 5      smv /104,18)108(10 109,118 81,9 4263 5      smv /102,22)108(1021,1 109,118 81,9 6273 5      Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-7 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (2). Phân bố cỡ hạt  Các hạt trong khí thải có nhiều cỡ khác nhau, với thành phần số lượng/khối lượng khác nhau  Biểu diễn bằng dạng bảng hay đồ thị phân bố cỡ hạt Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-8 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Các kiểu đồ thị phân bố Hình 2.1- Đồ thị phân bố tần suất Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-9 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Hình 2.2- Đồ thị phân bố tích lũy Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-10 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (3). Đuờng kính khí động học  Đuờng kính vật lý (physical diameter): đường kính thực đo của hạt  Thực tế: hạt bụi có nhiều hình dạng khác nhau: quả cầu đặc, quả cầu rỗng, dẹt, sợi, khó có đường kính thực cho hạt khác hình cầu  Đường kính Stokes (Stokes diameter, dp hay dps: đường kính của một hạt hình cầu có cùng khối lượng riêng và tốc độ lắng với hạt đang xét  Đuờng kính khí động học (aerodynamic diameter, dpa): đuờng kính của một hạt hình cầu có khối lượng riêng 1 g/cm3 và có cùng tốc độ lắng với hạt đang xét. Hạt có dp > 0,5 mm: Hạt có dp < 0,5 mm: 5)-(2 pppa ρdd  6)-(2 pcppa ρCdd  (SV tự chứng minh công thức này) Chú ý đơn vị trong công thức: dpa và dp (mm), rp (g/cm3) Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-11 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ dps= ? dps = ? Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-12 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 2.1.2. Các cơ chế tách bụi khỏi dòng khí thải  Va đập (Impaction)  Chặn (Interception)  Khuếch tán (Diffusion)  Hút tĩnh điện (Electrostatic attraction)  Trọng lực (Gravity)  Lực ly tâm (Centrifugal force)  Nhiệt di (Thermophoresis) Cơ chế hay các cơ chế tách chủ yếu tùy vào cỡ hạt, thiết bị và điều kiện áp dụng, Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-13 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (1). Va đập  Do quán tính, hạt bụi có kích thước lớn (có động năng) sẽ chuyển động thẳng hướng về vật cản trên đường đi; khi dòng khí bị bẻ cong để qua vật cản thì hạt tiếp tục di chuyển và va đập vào vật chắn  Cơ chế này xảy ra trong xử lý bụi bằng lọc túi vải hay rửa khí (vật cản: sợi vải hay giọt nước) Hình 2.3- Cơ chế va đập  Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả va đập: • Kích thước hạt: hạt càng lớn càng dễ tách • Sự chênh lệch vận tốc giữa hạt và vật cản • Kích thước vật cản KI = thông số va đập Cc = hệ số Cunningham dp = đường kính Stokes của hạt, mm Do = đuờng kính vật cản, cm v = vận tốc tương đối hạt và vật cản, cm/s r = khối lượng riêng của hạt, g/cm3 m = độ nhớt khí thải, g/cm/s Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 7)-(2 18 2 o ppc I D vdC K m r  Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-14 Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-15 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (2). Chặn  Các hạt 0,1 – 1,0 mm mang bởi dòng khí đến sát bề mặt vật cản (khoảng cách nhỏ hơn bán kính hạt), chạm vào vật cản  Do quán tính nhỏ nên các hạt này không tách khỏi dòng mà vẫn theo dòng khí tiếp cận bề mặt xung quanh vật cản  Cơ chế này xảy ra trong lọc túi vải và rửa khí  Thông số đặc trưng hiệu quả chặn: Hình 2.4- Cơ chế chặn 15)-(3 f p d d R  dp: đường kính hạt, df: đường kính sợi Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-16 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (2). Khuếch tán  Cơ chế chủ yếu với các hạt < 0,3 mm, đặc biệt hạt 0,01 – 0,1 mm  Do chuyển động Brown, các hạt này sẽ thay đổi hướng ngẫu nhiên và sẽ bị giữ lại khi va đập vào vật cản  Cơ chế này xảy ra trong lọc túi vải.  Hệ số khuếch tán đặc trưng khả năng khuếch tán của hạt: K = hằng số Boltzmann = 1,38066 10-23 m2 kg s-2 K-1 8)-(2 3 m pa c p d KTC D  Hình 2.5- Cơ chế khuếch tán Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-17 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (4). Lực hút tĩnh điện  Hạt tích điện đi vào một điện trường sẽ bị hút về cực trái dấu và giữ lại  Điện lượng q (C) mà một hạt tích được trong điện trường E (V/m): D = hằng số điện của hạt dp = đường kính hạt (m) E = cường độ điện truờng (V/m)  Lực điện trường làm hạt tích điện di chuyển: e0 = hệ số điện thẩm 8,85410-12 C/V/m  Lực ma sát khi hạt di chuyển trong điện trường : w = tốc độ di chuyển của hạt về cực thu gom (m/s)  Cân bằng 2 lực  tốc độ di chuyển hạt về cực thu gom: hay EqFe  9)-(2 2 3 2 0 pEd D D q e        10)-(2 2 3 22 0 pe dE D D F e        11)-(2 3 c p c C wd F m  13)-(2 32 3 2 0 c p C dE D D w m e        12)-(2 3 c p C d qE w m  Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 2 18 ppcs dC g v r m  Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-18 (5). Trọng lực  Các hạt kích thước lớn di chuyển đủ chậm trong dòng khí và trọng lực đủ làm hạt lắng xuống  Đây là cơ chế chính trong buồng lắng bụi Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Hình 2.6 - Cơ chế tách tùy thuộc vào cỡ hạt và tốc độ dòng khí Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-19 Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-20 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 2.2. Xử lý các chất ô nhiễm dạng khí 2.2.1. Quá trình hấp thụ 2.2.2. Quá trình hấp phụ 2.2.3. Quá trình đốt 2.2.4. Quá trình oxy hóa xúc tác Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-21 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 2.2.1. Quá trình hấp thụ 2.2.1.1. Các khái niệm  Là quá trình thu hút chọn lọc một hay một số cấu tử của hỗn hợp khí (chất bị hấp thụ) bằng chất thu hút thể lỏng (chất hấp thụ)  Phạm vi áp dụng: Khí thải có nồng độ khí độc hại tương đối lớn (>1% v/v)  Cơ chế quá trình: • Khuếch tán các phân tử chất khí trong khối khí thải đến bề mặt chất lỏng hấp phụ • Vận chuyển chất khí qua bề mặt chất phân cách vào chất hấp thụ • Khuếch tán chất khí vào sâu trong lòng khối chất lỏng hấp thụ Hình 2.7- Cơ chế quá trình hấp thụ Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-22  Từ cơ chế hấp thụ – để cải thiện hiệu quả hấp thụ: • Cần cung cấp bề mặt tiếp xúc lớn giữa các pha khí và lỏng • Cần cung cấp sự khuấy trộn tốt các pha khí và lỏng • Cần có thời gian lưu hay tiếp xúc đủ dài giữa các pha Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-23 2.2.1.2. Các dạng hấp thụ - Hấp thụ vật lý  Chỉ là khuếch tán, hòa tan chất cần hấp thụ vào trong chất lỏng; có thể thu lại chất khi giải hấp thụ. Ví dụ: hấp thu NH3 trong nước, hydrocarbon trong dầu  Liên quan đến độ hòa tan. Độ hòa tan D phụ thuộc nhiều yếu tố: xi = nồng độ mol riêng phần của các chất khí trong pha lỏng pi = áp suất riêng phần của các khí trong pha khí T = nhiệt độ S = diện tích tiếp xúc giữa hai pha kD = hệ số khuyếch tán của chất bị hấp thụ trong pha lỏng  Là quá trình động, cần quan tâm đến quá trình chuyển pha và ảnh hưởng của các yếu tố đến cân bằng trên ranh giới phân cách pha Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ ,...),,,,...,,,...,( 2121 Djj kSTpppxxxfD  Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-24 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ - Hấp thụ hóa học  Là quá trình hấp thụ đi kèm với một hay nhiều phản ứng hóa học khi chất khí bị hấp thụ tiếp xúc với pha lỏng hấp thụ  Hấp thụ hóa học phụ thuộc hai yếu tố:  Tốc độ khuyếch tán  Tốc độ phản ứng hóa học Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-25 2.2.1.3. Yêu cầu với chất hấp thụ:  Có dung lượng hấp thụ cao  Có tính chọn lọc cao với cấu tử bị hấp thụ  Có khả năng bay hơi thấp  Có các tính chất động học tốt  Không có tính ăn mòn nhiều đến thiết bị  Có giá thành rẻ và dễ kiếm Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-26 2.2.1.4. Các loại thiết bị hấp thụ  Buồng phun, tháp phun: chất lỏng (dung dịch hấp thụ) được phun thành giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua  Thiết bị sục khí: khí được phân tán dưới dạng các bong bóng đi qua lớp chất lỏng.  Thiết bị hấp thụ kiểu sủi bọt: khí đi qua tấm đục lỗ bên trên có lớp chất lỏng mỏng  Thiết bị hấp thụ có lớp đệm bằng vật liệu rỗng: chất lỏng được tưới trên lớp đệm và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúc đi qua Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-27 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 3 kiểu hấp thụ khác nhau xảy ra trong các dạng thiết bị: Phun sương Tiếp xúc trên bề mặt ướt Sủi bọt qua chất lỏng Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-28 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Hình 2.8- Tháp phun (A) và tháp hấp thụ với vật liệu đệm (B) (A) (B) Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-29 2.2.1.5. Các phương trình liên quan quá trình hấp thụ (1)- Định luật Henry: quan hệ giữa nồng độ khí tan trong dung dịch với áp suất cân bằng của nó trong pha khí pA = áp suất riêng phần của chất A trong pha khí yA = phần mol của chất A trong pha khí xA = phần mol hay nồng độ của chất A trong pha lỏng H = Hằng số định luật Henry; đơn vị của H có thể khác nhau, ví dụ: pA = [atm], xA =[mol/cm 3]  H= [atm.cm3)/mol] yA=phần mol, xA=phần mol  H không thứ nguyên  Chỉ áp dụng đúng với dung dịch loãng và phân tử khí không phân ly khi tan vào pha lỏng  H càng nhỏ thì độ tan càng lớn Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ hay 14a)-(2 AA xHp  14b)-(2 AA xHy  Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-30 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Ví dụ đường cân bằng hòa tan SO2 trong nước (20 oC)  H = 42,7 Hình 2.9- Đường cân bằng hòa tan SO2 trong nước Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-31 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (2). Cân bằng khối chất bị hấp thụ Y1=nồng độ chất trong khí thải vào Y2=nồng độ chất trong khí thải ra X1= nồng độ chất trong dung dịch đầu ra X2= nồng độ chất trong dung dịch đầu vào Lm= lưu lượng chất lỏng, mol/h Gm= lưu lượng chất khí, mol/h Lm/Gm= tỷ số lỏng-khí – thường sử dụng để mô tả hay so sánh các hệ thống hấp thụ 15)-(2 )( 2121 XX G L YY m m  Hình 2.10- Sơ đồ cân bằng khối chất hấp thụ Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Ví dụ 1 vê ̀ định luật Henry Sử dụng đồ thị ở hình 2.9 tính lưu lượng nước sạch tối thiểu để loại được 90% SO2 khỏi khi ́ thải có lưu lượng 84,9 m 3/min chứa 3% SO2 theo thể tích. Nhiệt độ làm việc là 293 K va ̀ áp suất là 101,3 kPa (1 atm). Nước sạch không chứa SO2 Giải: Y1= 3% (v/v) = 0,03 Y2 = (1-0,9)Y1 = 0,003 X2 = 0 (a). Ở lưu lượng nước tối thiểu, X1 va ̀ Y1 cân bằng: Y1 = H*X1 Từ hình 2.9: H = 42,7 (phần mol SO2 trong khí/phần mol SO2 trong nước)  X1 = 0,000703 phần mol Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-32 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (b). Tỷ lệ lỏng-khí tối thiểu theo (2.15): Y1 – Y2 = (Lm/Gm)(X1 – X2) Lm/Gm = (Y1 – Y2)/(X1 – X2) = (0,03 – 0,003)/(0,000703 – 0) = 38,4 (mol nước/mol khí) (c). Tính lưu lượng nước tối thiểu cần thiết - Chuyển m3 khí sang mol khí: Ở 0oC (273 K) và 101,3 kPa, 1 mol khí có 22,4 L hay 0,0224 m3 Ở 20oC (293 K): có 0,0224*(293/273) = 0,024 m3/mol Gm = 84,9 (m 3/min)*(mol/0,024 m3) = 3538 mol khí/min - Lm/Gm = 38,4 (mol nước/mol khí) - Lm = 38,4*3538 = 136*10 3 mol nước/min = 136*103 *18 = 2448*103 g/min = 2448 kg/min Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-33 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (d). Hình 2.11 minh họa kết quả tính toán Độ dốc của đường làm việc tối thiểu (AB)1,5 = độ dốc đường làm việc thực tế (đường AC): 38,4  1,5 = 57,6 Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-34 Hình 2.11- Sơ đồ giải thích kết quả tính toán Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-35 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 2.2.1.6. Tính toán tháp hấp thụ có vật liệu đệm (1)-Tính đường kính tháp hấp thụ  Khái niệm điểm tải và hiện tượng “ngập lụt” • Giảm đường kính cột hấp thụ  tốc độ dòng khí qua cột tăng • Tăng tốc độ dòng khí - sẽ đến 1 điểm mà chất lỏng chảy xuống bị giữ trong các khoảng trống giữa vật liệu. Tỷ số tốc độ khí/lỏng lúc đó gọi là điểm tải (loading point) • Gia tăng tiếp tốc độ khí sẽ làm chất lỏng lấp đầy hoàn toàn các khoảng trống giữa lớp vật liệu, tạo 1 lớp trên mặt lớp vật liệu và không còn có thể chảy qua tháp nữa – hiện tượng “ngập lụt”. Tốc độ khí tại đó gọi là tốc độ ngập (flooding velocity). • Sử dụng tháp với đường kính cực lớn sẽ loại trừ được hiện tượng ngập nhưng gia tăng đường kính sẽ làm tăng chi phí.  Nguyên tắc chọn đường kính tháp hấp thụ: vận hành ở một % nhất định của tốc độ ngập Thực tê: chọn mức 50-75% tốc độ ngập – cũng sẽ dưới điểm tải Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-36 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Hình 2.12 -Biểu đồ quan hệ giữa độ giảm áp suất và sự ngập lụt để tính đường kính tháp Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-37 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ  Các bước tính toán: (a). Tính giá trị trên trục hoành = (L/G)(rG/rL) 0.5 (2-16) L và G = lưu lượng khối của pha lỏng và khí (chú ý cùng đơn vị) rG = khối lượng riêng của khí thải, kg/m 3 rL = khối lượng riêng của chất lỏng hấp thụ, kg/m 3 (b). Xác định giá trị e trên trục tung tương ứng ở biểu đồ (đường cong ngập) (c). Biến đổi phương trình trên trục tung, tính G’  G' = tải trọng bề mặt chất khí (lưu lượng khối của khí trên 1 đơn vị diện tích tiết diện cột) tại điểm ngập, g/s/m2 g = gia tốc trọng trường = 9.81 m/s2 F = hệ số nhồi vật liệu (m2/m3) f = tỷ số khối lượng riêng chất lỏng hấp thụ so với nước mL = độ nhớt của chất lỏng (= 0.0008 Pa.s đối với nước) 17)-(2 ' 5,0 2,0        L LG F gρερ G fmgρρ FG LG L 2,02' fm e  Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-38 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (d). Tính tải trọng bề mặt G' ở điều kiện làm việc G’op.= fG’. (2-18) {f = 0,5 ~ 0,75} (e). Tính diện tích mặt cắt cột A từ G’ làm việc: A =G/G’op. (2-19) (f). Tính đường kính cột từ diện tích A: d = (4A/)0,5 (2-20) Ví dụ 2: kích thước cột Đối với cột hấp thụ ở ví dụ 1, hãy tính đường kính cột nếu lưu lượng chất lỏng làm việc là gấp 1,5 lần lưu lượng tối thiểu. Tốc độ khí lớn hơn 75% tốc độ ngập và vật liệu nhồi bằng sứ cỡ 2 inch. Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-39 Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Giải - Từ ví dụ 1 ta có: Gm = 3538 mol/min Lm = 2448 kg/min - Chuyển đổi lưu lượng khí theo mol sang theo khối lượng, giả thiết khối lượng phân từ khí là 29 g/mole G =3538*29 = 102,6 kg/min - Lưu lượng làm việc gấp 1,5 lần giá trị tối thiểu: L = 1,5*2448 = 3672 kg/min - Khối lượng riêng củ