Xử lý khí HCl

Chia sẻ: Trần Thị Thanh Hằng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:46

Thêm vào BST

Báo xấu

376
lượt xem 88
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cấu trúc phân tử của hydro clorua  Công thức phân tử HCl (khí)  Phân tử gam: 36,4606 g/mol  Độ hòa tan trong nước ở 20 oC: 720g/L  Điểm nóng chảy: -114,2oC  Điểm sôi: -85,1oC  Hòa tan trong nước, dung dịch NaOH, Ca(OH)2 HCl là khí độc hại, chất ăn mòn. Hợp chất hóa học hydro clorua HCl, là một chất khí không màu, độc hại, có tính ăn mòn cao, tạo thành khói trắng khi tiếp xúc với hơi ẩm. Hơi trắng này là axít clohiđric được tạo thành khi hydro clorua hòa tan trong nước....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Xử lý khí HCl

z  ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ HCl
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ HCL I.1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ HYDROCLORUA I.1.1 Đặc điểm lý hóa của khí Hydro clorua (HCl) Cấu trúc phân tử của hydro clorua  Công thức phân tử HCl (khí)  Phân tử gam: 36,4606 g/mol  Độ hòa tan trong nước ở 20 oC: 720g/L  Điểm nóng chảy: -114,2oC  Điểm sôi: -85,1oC Hòa tan trong nước, dung dịch NaOH, Ca(OH)2   HCl là khí độc hại, chất ăn mòn. Hợp chất hóa học hydro clorua HCl, là một chất khí không màu, độc hại, có tính ăn mòn cao, tạo thành khói trắng khi tiếp xúc với hơi ẩm. Hơi trắng này là axít clohiđric được tạo thành khi hydro clorua hòa tan trong nước. Hydro clorua cũng như axít clohiđric là các hóa chất quan trọng trong công nghiệp hóa chất, khoa học, công nghệ. Phân tử hydro clorua (HCl) là một phân tử hai nguyên tử đơn giản, bao gồm một nguyên tử hydro và một nguyên tử clo kết hợp với nhau thông 1 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu qua một liên kết đơn cộng hóa trị. Do nguyên tử clo có độ âm điện cao hơn so với nguyên tử hiđrô nên liên kết cộng hóa trị này là phân cực rõ ràng. Do phân tử tổng thể có mômen lưỡng cực lớn với điện tích một phần âm δ- tại nguyên tử clo và điện tích dương δ+ tại nguyên tử hydro, nên phân tử hai nguyên tử hydro clorua là phân tử phân cực mạnh. VÌ thế, nó rất dễ dàng hòa tan trong nước cũng như trong các dung môi phân cực khác. Khi tiếp xúc với nước, nó nhanh chóng bị ion hó a, tạo thành các cation hydro (H3O+) và các anion clorua (Cl-) thông qua phản ứng hóa học thuận nghịch sau: HCl + H2O → H3O+ + Cl− Dung dịch tạo thành được gọi là axít clohiđric và nó là một axít mạnh. Hằng số điện li axít hay hằng số ion hóa Ka là rất lớn, nghĩa là HCl bị điện li hay ion hóa toàn phần trong nước. Kể cả khi không có mặt nước thì hydro clorua vẫn có thể có phản ứng như một axít. Ví dụ, hydro clorua có thể hòa tan trong các dung môi phân cực khác như mêtanol và có phản ứng như một chất xúc tác axít cho các phản ứng hóa học khi điều kiện khan nước (anhiđrơ) là mong muốn. HCl + CH3OH → CH3O+H2 + Cl− HCl cung cấp proton cho phân tử mêtanol (CH 3OH) Do bản chất axít của nó, hydro clorua là một chất khí có tính ăn mòn, cụ thể là khi có sự hiện diện của hơi ẩm. Khói trắng của clorua hiđrôloric làm thay đổi pH của giấy quỳ. Màu đỏ chỉ ra rằng dung dịch có tính axít. I.1.2 Nguồn gốc phát sinh khí HCl : HCl được sinh ra trong các quá trình: 2 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu -Quá trình điện phân muối ăn sản xuất xút. -Quá trình gia công chế biến có sử dụng Clo (quá trình Clo hóa). -Các cơ sở gia công chế biến kim loại có tẩy rửa bằng HCl. -Quá trình thiêu đốt chất dẻo, giấy và rác thải công nghiệp. -Quá trình mạ điện. -Quá trình làm sạch các nồi đun nấu. - Quá trình sản xuất phân bón, dệt nhuộm và chế biến thực phẩm I.1.3 Ảnh hƣởng của HCl đố i với môi trƣờng và con ngƣời : a/ Đối với con ngƣời Tiếp xúc với khí HCl gây ra ảnh hưởng đến sức khỏe của con người ở nhiều dạng khác nhau bao gồm làm ngứa phổi, da và màng nhầy, làm tê liệt hóa các chức năng của hệ thống thần kinh trung ương, ngoài ra còn các vấn đề về hô hấp và tiêu hóa. Tiếp xúc nhiều hơi axit clohidric có thể bị nhiễm độc, gây ra bệnh viêm dạ dày, bệnh viêm phế quản kinh niên, bệnh viêm da và giảm thị giác. Do tác dụng kích thích cục bộ, HCl sẽ gây bỏng, sưng tấy, tụ máu trường hợp nặng có thể dẫn tới phổi bị mọng nước. Tiếp xúc khí HCl qua đường hô hấp lâu ngày có thể gây ra khàn giọng, phỏng và loét đường hô hấp, đau ngực và bệnh dị ứng phổi. Tiếp xúc với liều lượng cao gây ra nôn mửa, dị ứng phổi và chết do nhiễm độc. Clorua hidro tạo thành axit clohidric có tính ăn mòn cao khi tiếp xúc với cơ thể. Việc hít thở bởi hơi khói gây ra ho, nghẹt th ở, viêm mũi, họng và phần phía trên của hệ hô hấp. Trong những trường hợp nghiêm trọng là phù phổi, tê liệt hệ tuần hoàn và tử vong. Tiếp xúc với da có thể gây mẩn đỏ, các thương tổn hay bỏng nghiêm trọng. Nó cũng có thể gây ra mù mắt trong những trường hợp nghiêm trọng. Theo kết quả nghiên cứu của Tổ chức Y tế thế giới (WHO), HCl có thể gây ảnh hưởng hệ thống vị giác, mắt, da, mũi, mồm. 3 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu  Bắt đầu ở nồng độ 0,1- 3,23 mg/m3 đã thấy có mùi, từ 2,83-12,8 mg/m3 thấy mùi rõ và từ 8,3-32,9 mg/m3 thấy mùi nặng.  Công nhân làm việc nồng độ 15 mg/m3 ở thời gian dài có thể bị hỏng răng và để bảo vệ sức khỏe công nhân nên duy trì nồng độ ở mức 2,9 mg/m3.  Không gây ung thư b/ Đối với môi trƣờng: HCl làm cho cây cối chậm phát triển, với nồng độ cao thì cây chết . HCl có tác dụng làm giảm độ mỡ bóng của lá cây, làm cho các tế bào biểu bì của lá bị co lại. I.1.4 Ứng dụng: Một số ứng dụng của hiđrô clorua là: Sản xuất axít clohiđric.  Hiđrôclorinat hóa cao su.  Sản xuất các clorua vinyl và alkyl.  Trung gian hóa học trong các sản xuất hóa chất khác  Làm chất trợ chảy babit  Xử lý bông  Trong công nghiệp bán dẫn (loại tinh khiết)  Khắc các tinh thể bán dẫn. o Chuyển silic thành SiHCl3 để làm tinh khiết silic. o I.1.5 Các giới hạn nồng độ khí HCl trong môi trƣờng.  Nồng độ tối đa cho phép của khí HCl trong không khí xung quanh: TCVN 5938-2005 Thời gian trung bình 24 giờ: 60 µg/cm3  Tiêu chuẩn của khí HCl đối với khí thải công nghiệp: TCVN 5939-2005  Giới hạn A (áp dụng cho các nhà máy, cơ sở đang hoạt động): 200 mg/Nm3 4 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu  Giới hạn B (áp dụng cho các nhà máy, cơ sơ xây dựng mới): 50 mg/Nm3 Đơn vị: mg/Nm3 ( Miligam trên mét khối khí thải chuẩn ) I.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP X Ử LÝ KHÍ THẢI: I.2.1.Phƣơng pháp hấp thu: Nguyên tắc : Cơ sở của nguyên lý là dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ (thường là khí hoặc hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) hoặc dựa vào khả năng hoà tan khác nhau của các chất trong chất lỏng để tách chất. Tuỳ thuộc vào bản chất của sự tương tác mà ta chia thành:  Hấp thụ vật lý : Hấp thụ vật lý là quá trình dựa trên sự tương tác vật lý bao gồm sự khuếch tán, hoà tan của các chất cần hấp thụ vào trong lòng chất lỏng và sự phân bố của chúng giữa các phân tử chất lỏng.  Hấp thụ hoá học : Hấp thụ hoá học là quá trình luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng hoá học và bao gồm hai giai đoạn :giai đoạn khuếch tán và giai đoạn xảy ra các phản ứng hoá học. Như vậy sự hấp thụ hoá học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của chất khí vào trong chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hoá các chất- tốc độ phản ứng của các chất. Trong hấp thụ hoá học, chất được hấp thụ có thể phản ứng ngay với các phân tử của chính chất hấp thụ. Ưu điểm: Rẻ tiền nhất là khi sử dụng nước làm dung môi hấp thu, các khí độc hại như SO 2, H2S, NH3, HF, v.v… có thể được xử lý rất tốt bằn g phương pháp này với dung môi nước, các dung môi thích hợp. Có thể được sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có chứa cả bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa. 5 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu Khuyết điểm: Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm giảm khi nhiệt độ dòng khí tăng cao nên không thể dùng xử lý dòng khí thải có nhiệt độ cao,quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lý khí nhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội thiết bị hiệu quả của quá trình xử lý như vậy thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp. Khi làm việc hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi khống chế, điều chỉnh mật độ tưới của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải có hàm lượng bụi lớn. Việc lựa chọn dung môi thích hợp sẽ rất khó khăn, khi chất khí cần xử lý không có khả năng hòa tan trong nước, lựa chọn các dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn đề: Các dung môi này có gây độc hại cho con người và môi trường hay không? Việc lựa chọn dung môi thích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế và kỹ thuật, giá thành dung môi quyết định lớn đến giá thành xử lý và hiệu quả xử lý. Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp) khi sử dụng dung môi đắt tiền hoặc chất thải gây ô nhiễm nguồn nước. Hệ thốn g càng trở nên cồng kềnh phức tạp. I.2.2.Phƣ ơng pháp hấp phụ: Nguyên lý: Hơi và khí độc khi đi qua lớp hấp phụ bị giữ lại nhờ hiện tượng hấp phụ. Nếu ta chọn các chất hấp phụ chọn lọc thì có thể loại bỏ được các chất độc hại mà không ảnh hưởng đến thành phần các khí không có hại khác.  Có hai cách để áp dụng phương pháp hấp phụ xử lý chất thải công nghiệp: 6 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu Sử dụng thiết bị hấp phụ định kỳ tức là trên một tháp hấp o phụ, ta nhồi chất hấp phụ vào và cho chất bị hấp phụ đi qua đó. Sau một thời gian khi chất hấp phụ no (đã bão hoà chất bị hấp phụ) thì quá trình dừng lại để tháo bỏ chất hấp phụ đã no và đưa vào lượng chất hấp phụ mới vào. Sử dụng thiết bị hấp phụ liên tục, trong đó chất hấp o phụ được chuyển động ngược dòng với chất bị hấp phụ. Có hai kiểu hấp phụ: Hấp phụ vật lý :chất hấp phụ chỉ giữ lại cấu tử ( do - lực Van der Waals ). Hấp phụ hoá học :chất hấp phụ hấp phụ các cấu tử - lên trên bề mặt chất rắn do đó chất hấp phụ là chất xúc tác làm xảy ra phản ứng hoá học. Ưu điểm: Làm sạch và thu hồi được khá nhiều chất ô nhiễm thể hơi khí nếu chất này có giá trị kinh tế cao thì sau khi hoàn nguyên chất hấp phụ chúng sẽ được tái sử dụng trong công nghệ sản xuất mà vẫn tận giảm được tác hại gây ô nhiễm. Chất hấp phụ cũng khá dễ kiếm và rẻ tiền thông dụng nhất là than hoạt tính (than hoạt tính hấp thu được nhiều chất hữu cơ). Nhược điểm: Khi hoàn nguyên chất hấp phụ sẽ sinh ra chất thải ô nhiễm thứ cấp (nếu chất ô nhiễm hoàn toàn là chất độc hại nguy hiểm cần thải bỏ hoặc có giá trị kinh tế không cao thì không cần tái sử dụng). Trường hợp này chất phụ có giá thành rẻ, dễ kiếm có thể thảo bỏ nó đi. Không hiệu quả khi dòng khí có chứa bụi và chất ô nhiễm thể hơi khí vì bụi dễ gây tắc thiết bị và làm giảm hoạt tính hấp phụ của chất hấp phụ (lúc này nếu muốn sử dụng ta phải lọc bụi trước khi cho dòng khí vào thiết bị hấp phụ). Hiệu quả hấp phụ kém nếu nhiệt độ của khí thải khá cao (tương tự 7 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu như hấp thụ). Với các chất khí bị hấp phụ có khả năng bắt cháy cao việc thực hiện nhả hấp phụ bằng dòng khí có nhiệt độ cao cũng sẽ vấp phải nguy cơ cháy tháp hấp phụ. I.2.3. Phƣơng pháp đốt: Ưu điểm: Nhưng khí có khả năng bắt cháy cao và nhiệt trị cao có thể xử lý băng phương pháp đốt. Thông thường những hợp chất hữu cơ nhất là các hydrocacbon chưa no như olephin hoặc mạch vòng ( dãy thơm – acromatic) la những chất có khả năng bắt cháy lớn khi đốt. Phương pháp đốt trực tiếp là giải pháp thỏa đáng khi xử lý khôn g chứa nhiều chất ô nhiễm vô cơ như Sulfur, Chlorine và Fluorine. Trong những trường hợp khí thải có nhiệt độ cao có thể không cần phải gia nhiệt khi đưa vào đốt. Khí thải của công nghệ chế biến hạt điều có tính chất này. Phương pháp đốt hoàn toàn phù hợp với việc xử lý các khí độc hại không cần thu hồi hoặc khả năng thu hồi thấp, khí thu hồi không có giá trị kinh tế lớn. Có thể tận dụng nhiệt năng trong quá trình xử lý vào các mục đích khác. Nhược điểm: Phải có hệ thống thiết bị đốt thích hợp không sinh ra khói và các chất ô nhiễm thứ cấp gây độc hại. Nên trong khi nghiên cứu, thiết kế triển khai phải chú ý tốt đến tất cả các điều kiện duy trì phản ứng cháy để có được 1 thiết bị đốt cho hiệu quả cao. I.2.4. Xử lý bụi: Đ ể xử lí aerosol (bụi, khói, sương) người ta sử dụng phương pháp khô, ướt và tĩnh điện. Trong thiết bị khô bụi được lắng bởi trọng 8 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu lực, lực quán tính và lực li tâm hoặc được lọc qua vách ngăn xốp. Trong thiết bị ướt, sự tiếp xúc giữa khí bụi và nước được thực hiện. Nhờ đó, bụi được lắng trên các giọt lỏng, trên bề mặt bọt khí hay trên các màng chất lỏng. Trong thiết bị lọc tĩnh điện các aerosol được tích điện và lắn g trên điện cực. Trên cơ sở phân loại các phương pháp xử lý bụi, ta có thể chia các thiết bị xử lý bụi làm những dạng sau :  Lọc cơ khí  Thiết bị màng lọc  Thiết bị hấp thụ  Thiết bị lọc tĩnh điện  Thiết bị lọc ướt  Thiết bị buồng đốt I.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HCl I.2.1 Hấp thụ khí HCl bằng dung dịch kiềm và nƣớc Hấp thụ khí HCl bằng nước được thực hiện trong các thiết bị khác nhau. Trong tháp đệm, hiệu quả có thể đạt 88%, tháp đĩa 90-99%, tháp đĩa chóp 97,8%.  Khi tiếp xúc với nước, nó nhanh chóng bị ion hóa, tạo thành các cation hydro (H3O+) và các anion clorua (Cl-) thông qua phản ứng hóa học thuận nghịch sau: HCl + H2O → H3O+ + Cl−  Nhược điểm cơ bản của phương pháp này tạo sương mù các giọt axit lỏng, mà việc thu hồi nó không đạt hiệu quả cao. Sử dụng dung dịch kiềm NaOH, Ca(OH)2 để hấp thụ HCl cho phép tăng hiệu quả xử lý và đồng thời trung hòa nước thải. Phương pháp cho phép tận dụng hydro clorua để sản xuất các clorua kim loại: CaCl2 , NaCl, BaCl2. 9 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu I.2.2 Hấp phụ hydro clorua Để hấp phụ khí HCl người ta có thể dùng oxiclorua sắt và clorua oxit đồng trong hỗn hợp với oxit magie, sunfat và photphat đồng,…Các hợp chấ t hấp phụ này cho phép xử lý khí với nồng độ HCl thấp đến 1% thể tích trong khoảng nhiệt độ rộng. Tuy nhiên phương pháp này ít được sử dụng do chi phí phục hồi chất hấp phụ lớn, chất hấp phụ thường đắt và hiếm. 10 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu CHƢƠNG II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ HCL II.1 LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ: II.1.1 Lựa chọn phƣơng pháp xử lý: * Lựa chọn công nghệ: xử lý khí HCl bằng phƣơng pháp hấp thụ với dung dich hấp thụ là dung dịch kiềm NaOH, vì: Như đã đề cập ở chương I:  Hấp thụ bằng H2O: tạo sương mù các giọt axit lỏng, mà việc thu hồi nó không đạt hiệu quả cao.  Phương pháp hấp thụ: ít được sử dụng do chi phí phục hồi chất hấp phụ lớn, chất hấp phụ thường đắt và hiếm. Sử dụng dung dịch kiềm NaOH, để hấp thụ HCl cho phép tăng hiệu quả xử lý và đồng thời trung hòa nước thải. Lựa chọn phương pháp hấp thụ. Vì: phương pháp này có thể thu hồi cấu tử có giá trị từ hỗn hợp khí để xử lý các tạp chất độc hại.Cụ thể ở đây là cấu tử Cl- có mặt trong khí HCL được tách ra và đem đi xử lý. II.1.2 Sơ lƣợc về phƣơng pháp hấp thụ và các thiết bị hấp thụ: a. Sơ lƣợc về phƣơng pháp hấp thụ: Hấp thụ là quá trình lôi cuốn khí và hỗn hợp khí bởi chất lỏng.Cấu tử được tách ra từ hỗn hợp gọi là cấu tử mục tiêu hay cấu tử chính. Hấp thụ là quá trình khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng. Nếu quá trình xảy ra ngược lại, nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của hai quá trình là giống nhau. Quá trình hấp thu tách một hay nhiều chất ô nhiễm ra khỏi dòng khí thải (pha khí) bằng cách xử lý với chất lỏng (pha lỏng). Khi này hỗn hợp khí sẽ được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lựa một 11 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng. Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thụ. - Chất lỏng dùng để hấp thu được gọi là dung môi (chất hấp thụ). - Khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ. - 6 Sơ đồ lọc khí độc hại trong hỗn hợp khí kiểu hấp thụ 1-Cửa thoát khí vào khí quyển; 2-Giàn phun; 3-Buồng thiết bị hấp thụ; 4-Thiết bị phun; 5-Không khí bẩn đi vào; 6-Bể lắng hay phin lọc; 7-Bơm Cơ sở của nguyên lý: Dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ (thường là khí hoặc hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) hoặc dựa vào sự hòa tan khác nhau của các chất trong chất lỏng đẻ tách chất. Nguyên tắc: Cho khí thải tiếp xúc với chất lỏng, các khí này hoặc được hòa tan vào chất lỏng hoặc được biến đổi thành phần. Hiệu quả hấp thụ phụ thuộc vào: Sự tiếp xúc giữapha khí và pha lỏng. - Thời gian tiếp xúc. - Nồng độ môi trường hấp thụ. - Tốc độ phản ứng giữa chất hấp thụ và khí thải - 12 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu Quá trình hấp thụ đƣợc chia làm 2 loại chính: Hấp thụ vật lý: Là quá trình dựa trên sự tương tác vật lý bao - gồm sự khuếch tán, hòa tan của các chất hấp thụ vào trong lòng chất lỏng và sự phân bố chúng giữa các chất lỏng. Hấp thụ hóa học: là quá trình luôn di kèm với một hay nhiều - phản ứng hóa học và bao gồm 2 giai đoạn: giai đoạn khuếch tán và giai đoạn xảy 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 vào trong chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa các chất-tốc độ phản ứng của các chất. Trong hấp thụ hóa học, chất được hấp thụ có thể phản ứng ngay với các phân tử của chính chất hấp thụ. Ƣu điểm: Rẻ tiền nhất là khi sử dụng nước làm dung môi hấp thu các khí độc hại như: SO2, H2S, NH3… có thể được xử lý tốt với phương pháp này. Có thể sử dụng kết hợp khicần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có chứa cả bụi lẫn chất khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa. Khuyết điểm: Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm giảm khi nhiệt độ khi dòng khí tăng cao nên không thể dùng khi xử lý dòng khí thải có nhiệt độ cao. Quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lý khí nhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội thiết bị, hiệu quả của quá trình xử lý khí như vậy thiết bị trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp. Khi làm việc hiện tượn g “sặc” rất dễ xảy ra khi khống chế, điều chỉnh mật độ tưới của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải có hàm lượng bụi lớn. Việc lựa chọn dung môi thích hợp sẽ rất khó khăn, khi chất khí can được xử lý không có khả năng hòa tan trong nước, lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn đề: Các dung môi này có gây độc hại cho con người và 13 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu môi trường hay không? Việc lựa chọn dung môi thích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế và kỹ thuật. Giá thành dung môi quyết định lớn đến giá thành xử lý và hiệu quả xử lý. Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp) khi xử dụng dung môi đắt tiền hoặc chất thải gây ô nhiễm nguồn nước. Hệ thống càng trở nên cồng kềnh và phức tạp. Cơ chế quá trình: Hấp thụ là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng nhiề u trong các quá trình khác. Hấp thụ trên cơ sở của quá trình truyền khối được mô tả và tính toán dựa vào phân chia 2 pha (can bằng pha và khuếch tán). Cơ chế quá trình có thể chia làm 3 bước: Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễmthể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ. Nồng độ phân tử ở phía chất khí phụ thuộc vào cả 2 hiện tượng khuếch tán: Khuếch tán rối: Có tác dụng làm nồng độ phân tử được o đều đặn trong khối khí. Khuếch tán phân tử: Làm cho các phân tử khí chuyển o động về phía lớp biên. Trong pha lỏng cũng xảy ra hiện tượng như vậy: Khuếch tán rối: được hình thành để giữ cho nồng độ o được đều đặn trong toàn bộ khối chất lỏng. Khuếch tán phân tử: Làm dịch chuyển các phân tử đến o lớp biên, hoặc từ lớp biên đi vào pha khí. Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ. Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng chất lỏng hấp thụ. Quá trình hấp thụ phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha khí. 14 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu Quá trình trao đổi: Khi chất khí ô nhiễm từ khí thải vào chất lỏng hấp thụ các phân tử được trao đổi qua vùng ranh giới gọi là lớp biên (màng, phim).Các phân tử đi qua lớp biên từ 2 phía, một số từø phía chất khí, một số từ phiá chất lỏng. Cường độ trao đổi phụ thuộc vào các yếu tố tác động lên hệ thống như áp suất, nhiệt độ, nồng độ và độ hòa tan của các phân tử. Cường độ trao đổi sẽ tăng nếu giữa pha lỏng và pha khí xảy ra phản ứng hóa học, hay các phân tử khí không thể quay trở về khối khí, khi có tác động của các quá trình vật lý. Quá trình hấp thụ kèm theo sự tảo nhiệt và sự tăng nhiệt độ của hệ thống. Khi pha khí phân tán vào pha lỏng xảy ra hiện tượng dẫn nhiệt làm năng lượng của cấu tử pha khí bị giảm. Hiện tượng này xảy ra là do sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử khí, làm cho các phân tử này bị xáo trộn từ đó dẫn tới sự can bằng năng lượng giữa 2 pha. Nhờ có sự chuyển động này mà sự khác biệt cục bộ về nồng độ chất khí trong hỗn hợp sẽ được giảm dần ngay cả khi không có sự can thiệp của ngoại lực như: quay, lắc. Mặt khác, tổng thể tích của hệ thống trong quá trình hấp thụ cũng giảm do thể tích pha khí giảm. Hấp thụ đẳng nhiệt: được tiến hành với sự giải nhiệt pha lỏng - bằng thiết bị truyền nhiệt bố trí trong tháp hấp thụ. Nếu nồng độ ban đầu không lớn hoặc lưu lượng chất lỏng lớn thì sự thay đổi nhiệt độ của chất lỏng không đáng kể. Hấp thụ đẳng áp: diễn ra khi không có sự trao đổi với bên ngoài, - khi này cơ cấu thiết bị được đơn giản hóa nhưng điều kiện can bằng không tốt. Tháp hấp thụ phải thỏa mãn những yêu cầu sau: Hiệu quả và có - khả năng cho khí đi qua, trở lực thấp (
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ của mỗi khí bị - giảm xuống. Khí hấp thụ hóa học trong tháp xuất hiện đối lưu bề mặt, nghĩa là trên bề mặt phân chia pha xuất hiện dòng đối lưu cưỡng bức thúc đẩy quá trình truyền khối. Dung môi hấp thụ: Chất hấp thụ có thể là H2O, dung dịch NaOH, - KOH, Na2CO3,K2CO3… b. Các loại thiết bị hấp thụ:  Thiết bị hấp thu kiểu màng chất lỏng: Nguyên lý hoạt động:Màng chất lỏng được hình thành khi cho chất lỏng chảy vào thành màngtheo các ống, đĩa quay được bố trí hợp lý trong tháp. Chất lỏng theo màng chuyển động từ trên xuống dưới và khí đi từ dưới lên trên, ít khi sử dụng chế độ chảy cùng chiều (chế độ này chỉ sử dụng khi tốc độ của dòng khí thải cao trên 15-20 m/s). Với thiết bị màng ống và tấm màng, người ta thường áp dụng cho dòng khí thải có tốc độ trung bình từ 4-5 m/s. Ưu điểm: Tạo được diện tích tiếp xúc pha lớn và có khả năng tách, thoát nhiệt tốt đồng thời với quá trình hấp thụ. Chất khí đi ra Chất lỏng đi vào Chất lỏng đi ra Chất khí đi vào Tháp màng dạng ống  Thiết bị màng đĩa quay: Nguyên lý hoạt động:Dòng khí đi qua hệ thống gồm nhiều tấm đục lỗ hay lưới bằng kim loại. Những tấm lưới này luôn được thấm ướt bằng một chất lỏng thích hợp.Thiết bị này có cấu tạo giống như thiết bị đĩa quay 16 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu trong xử lý bụi.Chất lỏng được phân bố đều trên các tầng đĩa, chuyển động từ trên xuống và được quay tròn liên tục trong suốt quá trình xử lý. Ưu điểm: Sức cản thủy lực nhỏ, có thể làm việc với mức tiêu hao chất hấp thụ thấp.Cho phép vận tốc khí lớn nên đường kính tháp tương đối nhỏ, kinh tế hơn những tháp khác.Được sử dụng khi năng suất lớn, lưu lượng lỏng nhỏ và môi trường không ăn mòn. Khí thoát Hệ thống phun Chất lỏng đi vào Hệ thống đĩa xoay Khí vào Chất lỏng đi ra Thiết bị màng đĩa quay Tháp hấp thu loại đệm: Nguyên lý hoạt động:Trong tháp người ta nhồi các vật thể nhựa, sành, sứ, lò so kim loại, vụn than cốc… để làm tăng diện tích tiếp xúc hai pha.Khi vận hành khí thải được đưa từ dưới lên còn chất lỏng được đưa từ trên xuống. Trong đó, màng chất lỏng trong chuyển động từ đơn nguyên từ vật liệu này sang vật liệu khác thì màng cũ được phá vỡ và màng mới được hình thành. Việc phá vỡ là do sự chuyển động ngược chiều của dòng khí. Ưu điểm: Có thể làm việc với tốc độ dòng khí lớn mà không bị tắc nghẽn. Tháp đệm thường được sử dụng khi năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỷ lệ lỏng: khí lớn, khí không chứa bụi và hấp thụ không tạo ra cặn lắng. Nhược điểm: Khó thoát nhiệt trong quá trình hấp thụ. 17 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu Chất khí đi ra Chất lỏng đi vào Bộ phân phối Lớp đệm Chất khí đi vào Chất lỏng đi ra Sơ đồ tháp đệm  Tháp hấp thu sủi bọt: Nguyên lý hoạt động: Chất khí từ dưới đi lên xuyên qua các khe lỗ, khe chóp, khe lưới sục vào chất lỏng chảy từ trên xuống.Để phân phối đều chất lỏng người ta dùng tấm ngăn điều chỉnh chiều cao mức chất lỏng. Thường được sử dụng trong trường hợp tải lượng cao, áp suất khí thải lớn, và quá trình hấp thụ có sự tỏa nhiệt, cần được làm lạnh. Các kiểu tháp hấp thụ sủi bọt chính bao gồm: Sủi bọt qua lưới, sủi bọt qua đãi chụp xen kẽ, trộn cơ học khí và chất lỏng. Ưu điểm: Khí thải có tải lượng cao, áp suất lớn, có sự tỏa nhiệt... Nhược điểm: Hấp thụ kiểu sủi bọt là lớp bọt chiếm thể tích khá lớn trong thiết bị hấp thụ, việc chuyển động của chất lỏng gặp phải trở lực lớn. 18 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC
ĐỒ ÁN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. Nguyễn Chí Hiếu Chất khí đi ra Tấm chắn Chất lỏng đi vào Màng phân phối Chất khí đi vào Chất lỏng đi ra Cấu tạo thiết bị sủi bọt Chất khí đi ra Chất lỏng đi vào Chất lỏng đi ra Chất khí đi vào Sơ đồ tháp sủi bọt 19 XỬ LÝ KHÍ HCL BẰNG NƯỚC