Bài giảng Công nghệ xử lý khí thải: Chương 4 - Nguyễn Văn Hiển

Chia sẻ: Y Nhân | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Công nghệ xử lý khí thải - Chương 4: Tính toán lựa chọn và sử dụng thiết bị xử lý khí" cung cấp cho người học các kiến thức: Loại chất khí gây ô nhiễm, các phương pháp xử lý khí thải, hấp thụ khí bằng chất lỏng,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Công nghệ xử lý khí thải: Chương 4 - Nguyễn Văn Hiển

Chương Tính tóan lựa chọn và sử 4: dụng thiết bị xử lý khí. ÔNKK và Xử lý khí thải tập 3 (Trang4091; Loại Sản phẩm cháy không hoàn toàn như chất các CxHy, CO, bụi than. khí gây ô Các sản phẩm cháy: SO2, NOx nhiễm Các khí gây mùi hôi như H2S, NH3 vv... Các loại dung môi Hấp thụ khí độc hại bằng chất lỏng Các (nước hoặc dung dịch) phươn Hấp phụ chất ô nhiễm trên bề mặt g pháp vật liệu rắn xử lý khí thải Biến đổi hóa học các chất ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt hoặc xúc tác ở nhiệt độ cao
4.1 Hấp thụ khí bằng chất lỏng Hấp thụ là quá trình hòa tan chất khí vào trong chất lỏng, khi chúng tiếp xúc với nhau. Bao gồm các quá trình: Khuếch tán chất khí ô nhiễm đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ. Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ. Khuếch tán chất khí đã hòa tan vào sâu trong bề mặt chất hấp thụ. Các phương trình cơ bản của QT hấp thụ Để hấp thụ được chất ô nhiễm, các phần tử khí cần được khuếch tán đến bề mặt lớp biên của 2 pha NA = kG (yAG – yAi) = kx (xAi – xAL) 13.8 Trong đó:
yAG; yAi là tỷ suất mol của chất khí trong khối khí và trong lớp biên khí sát bề mặt ngăn cách xAi; xAL là tỷ suất mol của chất khí trong khối dd hấp thụ và lớp biên bế mặt khối d2 hấp thụ k , k là hệ số trao đổi chất của lớp biên chất x y lỏng và lớp biên khí. Mol/m2.h (Tỷ suất mol là tỷ số giữa số mol chất khí trên tổng số mol chất khí + mol chất lỏng) Số đảo ngược của hệ số trao đổi chất có thể được xem là sức cản của quá trình trao đổi chất Khi hấp thụ khí dễ hòa tan có thể bỏ qua sức cản của lớp biên khí, chỉ cần tính tới sứ cản của lớp biên lỏng. Và ngược lại, với khí khó hòa tan thì sức cản của lớp biên khí là quan trọng.
Thiết bị hấp thụ Tất cả những thiết bị mà tại đó làm xảy ra quá trình tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng. Làm cho chất khí độc hại hòa tan vào trong chất lỏng thì gọi là thiết bị hấp thụ Bao gồm các loại chính sau: Bu ồng phun, tháp phun: Chất lỏng được phun thành giọt 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. Hoặc có thể bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ, hoặc khuấy cơ học Tháp hấp thụ kiểu sủi bọt: Cho khí đi qua lớp tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nước mỏng. Tháp đệm: Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúc khi đi qua.
Thông thường khi nói thiết bị hấp thụ và lý thuyết tính toán và thử nghiệm chính là nói tới tháp đệm Phạm vi ứng dụng và điều kiện lựa ch n ọTháp h ấp thụ (tháp đệm) được sử dụng để xử lý các loại khí thải dễ hòa tan trong các dung dịch phổ biến, dễ kiếm, dễ tìm (Xem trang 64) như: Ca(OH)2, NaOH, Na2CO3, Na2SOấ Tháp h 3 vv… p thụ (tháp đệm) được sử dụng để xử lý hỗn hợp các 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) còn được sử dụng để xử lý hơi axit tại các nhà máy xi mạ vv… Ưu Nhược điểảm xử lý cao; Hiệu qu điểm Làm phát sinh n ước Có thể xử lý được thải gây ô nhiễm cả bụi, nhiệt trong thứ cấp; Độ bền khí thải; Đơn giản, thiết bị không cao dễ vận hành, rẻ
Tính toán thiết kế tháp hấp thụ. Tính toán theo lý thuyết. Khí thải vào có lưu lượng là G1 (mol/m2.h) Số chứa chất A có tỷ suất mol đầu vào là y 1 liệu Tỷ suất mol đầu ra sau xử lý qua tháp của đầu chất A là y2 vào Tỷ suất mol của chất A có trong chất lỏng hấp thụ ở đầu vào là x2 Tính chiều cao lớp đệm ZT và lưu lượng dung dịch hấp thụ phun vào L2 Giả Pha khí cũng như pha lỏng đều có 2 thiế thành phần: Khí trơ + Khí A và chất t lỏng trơ + chất A (hòa tan). G và L là lưu lượng tổng bao gồm cả phần khí trơ hoặc chất lỏng trơ + chất A Xem lý thuyết tính toán từ trang 50 – 55 và ví dụ trang 55
Tính toán theo kinh nghiệm. S ố Lưu lượng khí thải cần xử lý L (m3/h) liệu đầu Nồng độ đầu vào và đầu ra khỏi thiết vào bị (m3/h) Tính Chọn vận tốc làm việc của tháp v = 1 Dtháp, – 3,5 m/s. Từ đó tính ra đường kính tháp Chọn chiều cao lớp đệm trong tháp từ Hđệm 1 – 1,5m Pha dung dịch hấp thụ theo tỷ lệ yêu Vận cầu (xem bảng trang 64) hành tháp Đo đạc kiểm nghiệm hiệu quả xử lý, từ đó điều chỉnh lưu lượng dung dịch hấp thụ cho phù hợp (xem bảng trang 64)
Lựa chọn hóa chất hấp thụ. T64 Khí độc Chất hấp thụ hại cần khử N2O3, NO2, Nước, NaOH, Na2CO3, KOH, N2 O 5 K2CO3, Ca(OH)2, CaCO3, Mg(OH)2, MgCO3, Ba(OH)2 NO Dd: FeCl2, FeSO4, Na2SO3, Na2S2O5, NaHSO3, NaHCO3 SO2 Dd: NaSO3 (1825%), Ca(OH)2, Na2CO3 (1520%), NaOH (15 25%), KOH, CaCO3, MgO H 2S Dd: Na2CO3, NH4OH, K3PO4 (4050%), K2CO3 CO Nito lỏng, [Cu(NH)3]n, COCH Cl2, CO2 NaOH, Na2CO3, KOH, K2CO3, Ca(OH)2 HCl, HF, NaOH, Na2CO3, K2CO3,
4.2 Hấp phụ khí bằng chất rắn (Trang 64) Hấp phụ là quá trình phân ly chất khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với các khí có mặt trong khí thải và bị giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn. Hấp phụ là sự hút các phân tử khí, hơi bởi bề mặt chất hấp phụ. Bản chất quá trình hấp phụ Hấp phụ Hấp phụ vật lý hóa học
HẤP PHỤ VẬT LÝ. Các phân tử khí bị hút vào bề mặt vật liệu hấp phụ nhờ lực tương tác yếu giữa các phân tử. Hấp phụ vật lý là quá trình có tỏa nhi ệt ương tác này là lực VanderWaals. Nên Lực t dạng hấp phụ này còn gọi là hấp phụ phân tử hay hấp phụ VanderWaals Quá trình hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch. Khí đã hấp phụ có thể được nhả ra bằng cách thay đổi áp xuất của chất khí hoặc nâng cao nhiệt độ. Sử dụng ưu điểm này để có thể thu hồi lại những khí hoặc chất quý hiếm. Hoặc hoàn nguyên lại vật liệu hấp phụ Hấp phụ vật lý diễn ra rất nhanh, nhưng khả năng hấp phụ sẽ giảm nhanh khi khí thải có nhiệt độ cao và có nhiều bụi.
HẤP PHỤ HÓA HỌC Làm xảy ra phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ với vật liệu hấp phụ. Khi đó vật liệu hấp phụ sẽ biến đổi tính chất thành chất khác Hấp phụ hóa học là quá trình tỏa nhiệt rất mạnh. Nhiệt độ càng cao, quá trình diễn ra càng nhanh Hấp phụ hóa học là quá trình không thuận nghịch nên vật liệu hấp phụ không thể hoàn nguyên được Khí bị hấp phụ nếu có được nhả ra khỏi vật liệu hấp phụ thì cũng bị thay đổi thành phần và tính chất ban đầu
VẬT LIỆU HẤP PHỤ Vật liệu làm chất hấp phụ là các vật liệu xốp với bề mặt trong lớn, được tạo thành do tổng hợp nhân tạo hay tự nhiên. Cấu trúc bên trong của các chất hấp phụ công nghiệp được đặc trưng bởi kích thước và h́ình dạng khác nhau của khỏang trống và lỗ xốp. Vật liệu hấp phụ cần đáp ứng các yêu cầu Có khả năng hấp phụ cao; Phạm vi tác dụng rộng; Có độ bền cơ học cần thiết; Có khả năng hòan nguyên d ̣ ễ dàng; Rẻ tiền. Một số vật liệu hấp phụ phổ biến
Than hoạt tính Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, xốp, không phân cực và có bề mặt riêng rất lớn. Than hoạt tính có cấu tạo xốp và nhiều lỗ hổng nhỏ không đồng đều và rất phức tạp. Có 3 dạng than là Dạng vi mao quản; Dạng mao quản trung gian; Dạng mao quản lớn Than hoạt tính có thể tích lỗ xốp vào khỏang 0,240,48 cm3/g. Dùng để tách các chất ô nhiễm có gốc hữu cơ. ĐK mao quản là 0,003μm thì than có thể tách được H2O, NH3. Nếu d tăng lên 0,004 μm thì có thể tách được CO2, SO2, H2S, C2H4, C2H6 và C2H5OH Ưu điểm: Giá rẻ nhất dùng trong xử lý ô nhiễm môi trường. Nhược điểm: Khó tái sinh nếu bị đóng cặn, có
Zeolit Zeolit là các hợp chất alumosihcat có cấu trúc tinh thể. Zeolit Sản xuất dưới dạng bột hoặc dạng viên xốp từ cao lanh tự nhiên sẵn có ở Việt Nam. Tính chất của zeolit phụ thuộc vào tỷ lệ Si và Al và mức độ tạo tinh thể của sản phẩm cuối cùng. Các zeolit thể hiện tính nhạy cảm rất rõ đối với nhiệt độ.
Zeolit có khả năng hấp phụ hơi các hợp chất phân cực và các chất có nối đôi trong phân cực. Ưu điểm: Giữ được hoạt tính cao ở nhiệt độ tương đối 150 – 250oC. Nhược điểm: Do thể tích lỗ xốp nhỏ nên lượng chất hấp phụ ít hơn so với các chất hấp phụ khác.
Silicagel Silicagel là gel của anhydrit axit silisic có cấu trúc lỗ xốp rất phát triển. Silicagel dễ dàng hấp phụ các chất phân cực cũng như các chất có thể tạo với nhóm hydroxyl các liên kết kiểu cầu hydro. Silicagel có độ rỗng cao khoảng 800m2/gam, cho phép nó hút nước mạnh. Ứng Dụng: Silicagen có lỗ xốp mịn dùng hấp phụ các hơi và khí dễ ngưng tụ. Silicagen có lỗ xốp trung b́ình và thô dùng để hút hơi các hợp chất hữu cơ. Nếu tiến hành giải hấp bằng khí nóng ẩm hay bằng hơi nước với thời gian kéo dài sẽ làm giảm hoạt tính hấp phụ của chúng.
Silicagel Silicagel có ái lực rất mạnh với hơi nước nên chúng thường được sử dụng để sấy khô các môi trường khác. Silicagel có ái lực rất mạnh với hơi nước nên chúng thường được sử dụng để sấy khô các môi trường khác. Silicagel không cháy ở nhiệt độ tái sinh thấp 110oC – 200oC và có độ bền cơ học cao Silicagel có thể bị phá hủy dễ dàng bởi cá giọt nước. Hoặc ở nơi có độ ẩm quá cao.
Keo nhôm Keo nhôm được điều chế bằng cách nung Hydroxyt nhôm ở nhiệt độ cao. Diện tích bề mặt của keo nhôm là 170 – 220 m2/g. Tổng thể tích lỗ xốp là 0,6 – 1 cm3/g. Keo nhôm bền khi độ ẩm cao. Chúng được ứng dụng để thu hồi các hợp chất hữu cơ phân cực và sấy khí
Thiết kế Tháp hấp phụ Tiêu chí thiết kế: Đảm bảo chu kỳ làm việc thích hợp Dòng khí được phân phối đều tới các lớp than trong tháp Đảm bảo khả năng dễ thay thế mới hay hoàn nguyên vật liệu hấp phụ. Đảm bảo dòng khí đi vào tháp đã được tách ẩm, tách bụi triệt để. Vật liệu hấp phụ được đổ thành từng lớp trong thiết bị hấp phụ. Dòng khí được dẫn xuyên qua lớp vật liệu này với vận tốc khí từ 0,1 0,5 m/s. Thời gian lưu từ 1 – 6s