Đang tải... (xem toàn văn)
Bài 8 THiết bị xử lý khí thải tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vự...
Chương 4: Tính tóan lựa chọn sử dụng thiết bị xử lý khí ƠNKK Xử lý khí thải tập (Trang40-91; Loại chất khí gây nhiễm Sản phẩm cháy khơng hồn tồn CxHy, CO, bụi than Các sản phẩm cháy: SO2, NOx Các khí gây mùi hôi H2S, NH3 vv Các loại dung mơi Hấp thụ khí độc hại chất lỏng (nước dung dịch) Các phương Hấp phụ chất ô nhiễm bề mặt vật pháp xử liệu rắn lý khí thải Biến đổi hóa học chất nhiễm trình thiêu đốt xúc tác nhiệt độ cao 4.1 Hấp thụ khí chất lỏng Hấp thụ q trình hòa tan chất khí vào chất lỏng, chúng tiếp xúc với Bao gồm q trình: - Khuếch tán chất khí nhiễm đến bề mặt chất lỏng hấp thụ - Thâm nhập hòa tan chất khí vào bề mặt chất hấp thụ - Khuếch tán chất khí hòa tan vào sâu bề mặt chất hấp thụ Các phương trình QT hấp thụ - Để hấp thụ chất nhiễm, phần tử khí cần khuếch tán đến bề mặt lớp biên pha NA = kG (yAG – yAi) = kx (xAi – xAL) Trong đó: 13.8 yAG; yAi tỷ suất mol chất khí khối khí lớp biên khí sát bề mặt ngăn cách xAi; xAL tỷ suất mol chất khí khối dd hấp thụ lớp biên bế mặt khối d2 hấp thụ kx, ky hệ số trao đổi chất lớp biên chất lỏng lớp biên khí Mol/m2.h (Tỷ suất mol tỷ số số mol chất khí tổng số mol chất khí + mol chất lỏng) - Số đảo ngược hệ số trao đổi chất xem sức cản trình trao đổi chất - Khi hấp thụ khí dễ hòa tan bỏ qua sức cản lớp biên khí, cần tính tới sứ cản lớp biên lỏng Và ngược lại, với khí khó hòa tan sức cản lớp biên khí quan trọng Thiết bị hấp thụ Tất thiết bị mà làm xảy q trình tiếp xúc pha khí pha lỏng Làm cho chất khí độc hại hòa tan vào chất lỏng gọi thiết bị hấp thụ Bao gồm loại sau: Buồng phun, tháp phun: Chất lỏng phun thành giọt thể tích rỗng thiết bị, cho dòng khí qua Thiết bị sục khí: Khí phân tán dạng bong bóng qua lớp chất lỏng Hoặc cách cho khí qua xốp, đục lỗ, khuấy học Tháp hấp thụ kiểu sủi bọt: Cho khí qua lớp đục lỗ bên có chứa lớp nước mỏng Tháp đệm: Chất lỏng tưới lớp đệm rỗng chảy xuống tạo bề mặt ướt lớp đệm để dòng khí tiếp xúc qua Thơng thường nói thiết bị hấp thụ lý thuyết tính tốn thử nghiệm nói tới tháp đệm Phạm vi ứng dụng điều kiện lựa chọn - Tháp hấp thụ (tháp đệm) sử dụng để xử lý loại khí thải dễ hòa tan dung dịch phổ biến, dễ kiếm, dễ tìm (Xem trang 64) như: Ca(OH)2, NaOH, Na2CO3, Na2SO3 vv… - Tháp hấp thụ (tháp đệm) sử dụng để xử lý hỗn hợp loại khí thải có lẫn bụi bẩn, có mang nhiệt độ cao Như khói thải lò hơi, lò đốt dầu, lò nấu đồng vv… - Tháp hấp thụ (tháp đệm) sử dụng để xử lý axit nhà máy xi mạ vv… Ưu điểm Hiệu xử lý cao; Có thể xử lý bụi, nhiệt khí thải; Đơn giản, dễ vận hành, rẻ tiền Nhược điểm Làm phát sinh nước thải gây ô nhiễm thứ cấp; Độ bền thiết bị khơng cao Tính tốn thiết kế tháp hấp thụ Tính tốn theo lý thuyết Số liệu đầu vào Khí thải vào có lưu lượng G1 (mol/m2.h) chứa chất A có tỷ suất mol đầu vào y1 Tỷ suất mol đầu sau xử lý qua tháp chất A y2 Tỷ suất mol chất A có chất lỏng hấp thụ đầu vào x2 Tính chiều cao lớp đệm ZT lưu lượng dung dịch hấp thụ phun vào L2 Giả thiết - Pha khí pha lỏng có thành phần: Khí trơ + Khí A chất lỏng trơ + chất A (hòa tan) G L lưu lượng tổng bao gồm phần khí trơ chất lỏng trơ + chất A Xem lý thuyết tính tốn từ trang 50 – 55 ví dụ trang 55 Tính tốn theo kinh nghiệm Số liệu đầu vào Tính Dtháp, Hđệm Vận hành tháp Lưu lượng khí thải cần xử lý L (m3/h) Nồng độ đầu vào đầu khỏi thiết bị (m3/h) Chọn vận tốc làm việc tháp v = – 3,5 m/s Từ tính đường kính tháp Chọn chiều cao lớp đệm tháp từ – 1,5m Pha dung dịch hấp thụ theo tỷ lệ yêu cầu (xem bảng trang 64) Đo đạc kiểm nghiệm hiệu xử lý, từ điều chỉnh lưu lượng dung dịch hấp thụ cho phù hợp (xem bảng trang 64) Lựa chọn hóa chất hấp thụ T64 Khí độc hại cần khử Chất hấp thụ N2O3, NO2, Nước, NaOH, Na2CO3, KOH, N2O5 K2CO3, Ca(OH)2, CaCO3, Mg(OH)2, MgCO3, Ba(OH)2 NO Dd: FeCl2, FeSO4, Na2SO3, Na2S2O5, NaHSO3, NaHCO3 SO2 Dd: NaSO3 (18-25%), Ca(OH)2, Na2CO3 (15-20%), NaOH (1525%), KOH, CaCO3, MgO H2S Dd: Na2CO3, NH4OH, K3PO4 (40-50%), K2CO3 CO Nito lỏng, [Cu(NH)3]n, COCH Cl2, CO2 NaOH, Na2CO3, KOH, K2CO3, Ca(OH)2 HCl, HF, SiF4 NaOH, Na2CO3, K2CO3, Ca(OH)2 4.2 Hấp phụ khí chất rắn (Trang 64) Hấp phụ q trình phân ly chất khí dựa lực số chất rắn khí có mặt khí thải bị giữ lại bề mặt vật liệu rắn Hấp phụ hút phân tử khí, bề mặt chất hấp phụ Bản chất trình hấp phụ Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học VẬT LIỆU HẤP PHỤ Vật liệu làm chất hấp phụ vật liệu xốp với bề mặt lớn, tạo thành tổng hợp nhân tạo hay tự nhiên Cấu trúc bên chất hấp phụ công nghiệp đặc trưng kích thước hh́ình dạng khác khỏang trống lỗ xốp Vật liệu hấp phụ cần đáp ứng yêu cầu - Có khả hấp phụ cao; Phạm vi tác dụng rộng; Có độ bền học cần thiết; Có khả ḥòan ngun dễ dàng; Rẻ tiền Một số vật liệu hấp phụ phổ biến Than hoạt tính Than hoạt tính chất hấp phụ rắn, xốp, khơng phân cực có bề mặt riêng lớn Than hoạt tính có cấu tạo xốp nhiều lỗ hổng nhỏ không đồng phức tạp Có dạng than Dạng vi mao quản; Dạng mao quản trung gian; Dạng mao quản lớn Than hoạt tính tích lỗ xốp vào khỏang 0,24-0,48 cm3/g Dùng để tách chất ô nhiễm có gốc hữu ĐK mao quản 0,003μm than tách H2O, NH3 Nếu d tăng lên 0,004 μm tách CO2, SO2, H2S, C2H4, C2H6 C2H5OH Ưu điểm: Giá rẻ dùng xử lý ô nhiễm môi trường Nhược điểm: Khó tái sinh bị đóng cặn, bắt cháy tái sinh Zeolit Zeolit hợp chất alumosihcat có cấu trúc tinh thể Zeolit Sản xuất dạng bột dạng viên xốp từ cao lanh tự nhiên sẵn có Việt Nam Tính chất zeolit phụ thuộc vào tỷ lệ Si Al mức độ tạo tinh thể sản phẩm cuối Các zeolit thể tính nhạy cảm rõ nhiệt độ Zeolit có khả hấp phụ hợp chất phân cực chất có nối đơi phân cực Ưu điểm: Giữ hoạt tính cao nhiệt độ tương đối 150 – 250oC Nhược điểm: Do thể tích lỗ xốp nhỏ nên lượng chất hấp phụ so với chất hấp phụ khác Silicagel Silicagel gel anhydrit axit silisic có cấu trúc lỗ xốp phát triển Silicagel dễ dàng hấp phụ chất phân cực chất tạo với nhóm hydroxyl liên kết kiểu cầu hydro Silicagel có độ rỗng cao khoảng 800m2/gam, cho phép hút nước mạnh Ứng Dụng: Silicagen có lỗ xốp mịn dùng hấp phụ khí dễ ngưng tụ Silicagen có lỗ xốp trung bh́ình thơ dùng để hút hợp chất hữu Nếu tiến hành giải hấp khí nóng ẩm hay nước với thời gian kéo dài làm giảm hoạt tính hấp phụ chúng Silicagel Silicagel có lực mạnh với nước nên chúng thường sử dụng để sấy khô mơi trường khác Silicagel có lực mạnh với nước nên chúng thường sử dụng để sấy khô môi trường khác Silicagel không cháy nhiệt độ tái sinh thấp 110oC – 200oC có độ bền học cao Silicagel bị phá hủy dễ dàng cá giọt nước Hoặc nơi có độ ẩm cao Keo nhôm Keo nhôm điều chế cách nung Hydroxyt nhôm nhiệt độ cao Diện tích bề mặt keo nhơm 170 – 220 m2/g Tổng thể tích lỗ xốp 0,6 – cm3/g Keo nhôm bền độ ẩm cao Chúng ứng dụng để thu hồi hợp chất hữu phân cực sấy khí Thiết kế Tháp hấp phụ Tiêu chí thiết kế: -Đảm bảo chu kỳ làm việc thích hợp -Dòng khí phân phối tới lớp than tháp -Đảm bảo khả dễ thay hay hoàn nguyên vật liệu hấp phụ -Đảm bảo dòng khí vào tháp tách ẩm, tách bụi triệt để Vật liệu hấp phụ đổ thành lớp thiết bị hấp phụ Dòng khí dẫn xun qua lớp vật liệu với vận tốc khí từ 0,1 - 0,5 m/s Thời gian lưu từ – 6s Thiết kế Tháp hấp phụ Vật liệu hấp phụ thường đổ thành – lớp tháp Để sau thay luân phiên than hoạt tính Căn vào lưu lượng khí thải; Vận tốc khí thiết bị lựa chọn; Thời gian lưu khí tháp mà ta thiết kế tháp hấp phụ Hồn ngun vật liệu hấp phụ Trong q trình vận hành, thấy xuất điểm dừng, ta phải ngừng q trình hấp phụ, chuyển sang chu kỳ hồn nguyên (nếu hấp phụ vật lý), nhằm phục hồi khả hấp phụ vật liệu thay vật liệu hấp phụ (nếu hấp phụ hóa học) Phương pháp hoàn nguyên Hoàn nguyên áp suất: Làm giảm áp suất riêng phần khí bị hấp phụ giữ ngun nhiệt độ Khi khí bị hấp phụ nhả Hoàn nguyên nhiệt: Là phương pháp phổ biến Dùng khơng khí nóng nước bão hòa, đơn giản mang phơi nắng để hồn ngun Than hoạt tính, silicagel, keo nhơm thường hồn ngun nhiệt độ từ 100-200oC Zeolit hoàn nguyên nhiệt độ 100 – 400oC Sau hồn ngun khả hấp phụ vật liệu đạt 60-75% so với lúc đầu Sau vài lần hồn ngun khả hấp phụ hẳn, ta phải thay vật liệu Phương pháp hồn ngun Trong phương pháp hồn ngun phương pháp sử dụng nước đơn giản, dễ sử dụng hiệu cao Vì nước bão hòa có nhiệt trị cao, mà lại khơng làm ẩm vật liệu hấp phụ Ở nhiệt độ 100oC, nước nóng làm cho khí hấp phụ nhả ra, không làm hỏng vật liệu hấp phụ Chất khí hấp phụ nhả cho ngưng tụ lại để thu hồi mang xử lý Phạm vi ứng dụng Các chất khí nhiễm khơng cháy khó đốt cháy Các chất khí có giá trị cao, cần thu hồi Các khí nhiễm có nồng độ thấp khí thải, mà q trình khử khí khác khơng thể áp dụng Ưu điểm Có hiệu xử lý cao; Đơn giản, dễ vận hành, dễ chế tạo thiết bị; có khả xử lý hỗn hợp nhiều loại khí khác lúc Nhược điểm Do vật liệu có khả hấp phụ hữu hạn nên khó kiểm sốt q trình hấp phụ; Hiệu xử lý khó kiểm sốt ổn định; Chi phí vận hành cao 4.3 Xử lý khí phương pháp thiêu đốt (Trang 80) Q trình thiêu đốt thích hợp sử dụng cho Phần lớn chất khí có mùi khó chịu cháy được, chịu tác dụng nhiệt độ cao mà biến đổi chất thành loại có mùi khó chịu Các sol khí hữu có khói nhìn thấy như: Khói từ lò rang cafê; Khói từ lò nước thịt; Khói từ lò nung men sứ vv Các khí, hữu thải vào khí chúng phản ứng với sương mù, gây hại cho mơi trường; Các khí, sinh từ công nghệ khai thác, lọc dầu Khi thiêu đốt xử lý nhiều loại khí nhiễm lúc; Ưu điểm Phân hủy hoàn toàn chất ô nhiễm cháy được, thiết bị thiêu đốt thiết kế vận hành quy cách Khả thích ứng thiết bị thay đổi vừa phải lưu lượng, nồng độ khí thải Hiệu xử lý cao chất nhiễm có lưu lượng tải lượng ô nhiễm lớn; Khả xử lý thiết bị ổn định, khơng cần hồn ngun lực xử lý phương pháp hấp phụ, hấp thụ; Có khả thu hồi, tận dụng nhiệt lượng thải trình thiêu đốt; Nhược điểm Chi phí đầu tư trang thiết bị chi phí vận hành tương đối lớn Có khả làm phức tạp thêm vấn đề ÔNKK chất cần thiêu đốt có chứa thêm tạp chất khác clorin, nito, lưu huỳnh vv Trong q trình thiêu đốt có cấp thêm nhiên liệu lượng để đảm bảo nhiệt độ cần thiết Điều làm tốn thêm chi phí vận hành phức tạp cho trình vận hành Các trình thiêu đốt Thiêu đốt lửa trực tiếp Thiêu đốt có buồng đốt Thiêu đốt có xúc tác ... hồi Các khí nhiễm có nồng độ thấp khí thải, mà q trình khử khí khác khơng thể áp dụng Ưu điểm Có hiệu xử lý cao; Đơn giản, dễ vận hành, dễ chế tạo thiết bị; có khả xử lý hỗn hợp nhiều loại khí khác... Ưu điểm Hiệu xử lý cao; Có thể xử lý bụi, nhiệt khí thải; Đơn giản, dễ vận hành, rẻ tiền Nhược điểm Làm phát sinh nước thải gây ô nhiễm thứ cấp; Độ bền thiết bị không cao Tính tốn thiết kế tháp... chất khí độc hại hòa tan vào chất lỏng gọi thiết bị hấp thụ Bao gồm loại sau: Buồng phun, tháp phun: Chất lỏng phun thành giọt thể tích rỗng thiết bị, cho dòng khí qua Thiết bị sục khí: Khí phân