Đồ án tốt nghiệp: Đồ án khí thải (Sinh viên Trần Thanh Thu Trúc)a

ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Chương 1 : Giới thiệu
1.1. Mở đầu
Ngày nay, song song với nền kinh tế phát triển và xã hội văn minh, nền khoa
học kỹ thuật hiện đại đã nâng cuộc sống của con người lên mức tiện nghi, thoải mái
hơn. Nhưng một điều mà con người không ngờ đến là để đáp ứng được nhu cầu
cuộc sống, sự khai thác quá mức tài nguyên thiên nhiên hoặc kết quả của sự
tiến bộ của khoa học kỹ thuật như con dao hai lưỡi, vừa làm cho cuộc
sống thêm phần tiện nghi vừa làm cho môi trường xuống cấp đến mức báo
động. Những nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện … thải ra các cột khói, bụi, nước thải
chứa đầy các chất ô nhiễm như:SO
2
, NO
x
, CO… đã đe doạ đến cuộc sống của
con người và hệ sinh thái tự nhiên. Chính vì thế xử lý các tác nhân ô nhiễm như
SO
2
để có bầu không khí ta thở hàng ngày được trong lành hơn, giảm các
bệnh về đường hô hấp, sảng khoái tinh thần làm việc hiệu quả hơn đang là một
vấn đề được quan tâm hiện nay.
1.2. Tổng quan về khí S0
2
Lưu huỳnh dioxit (SO
2
) là chất ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp
cũng như trong các hoạt động của con người. Nguồn phát thải chủ yếu là từ các trung
tâm nhiệt điện, từ các lò nung, lò hơi khí đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt có chứa S
hay các hợp chất có chứa S. Ngoài ra, một số công đoạn trong công nghiệp hóa chất,
luyện kim cũng thải vào khí quyển một lượng SO

2
đáng kể.
Trên thế giới hàng năm tiêu thụ đến 2 tỷ tấn than đá các loại và gần 1 tỷ tấn dầu
mỏ. Khi thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệutrung bình chiếm 1% thì lượng SO
2
thải
vào khí quyển là 60 triệu tấn / năm. Đó là chưa kể lượng SO
2
thải ra từ các ngành công
nghiệp khác.Vấn đề ô nhiễm khí quyển bởi khí SO
2
từ lâu đã trở thành mối hiểm họa
của nhiều quốc gia nhất là các nước phát triển trên thế giới. Chính những lý do nêu
trên, công nghệ xử lý lưu huỳnh dioxit trong khí thải công nghiệp đã được nghiên cứu
rất sớm và phát triển mạnh mẽ.
Ngoài tác dụng làm sạch khí quyển bảo vệ môi trường, xử lý SO
2
còn có ý nghĩa
kinh tế to lớn của nó bởi vì SO
2
thu hồi được từ khí thải là nguồn cung cấp nguyên liệu
cho các nhà máy sản xuất axit sunfuaric (H
2
SO
4
) và lưu huỳnh nguyên chất.Với tầm
quan trọng nêu trên, vấn đề xử lý SO
2
đang được quan tâm và lựa chọn phương pháp
để thực hiện.

1.2.1. Đặc điểm khí SO
2
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 2
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Lưu huỳnh dioxit (SO
2
) là một trong các chất chủ yếu gây ô nhiễm môi trường. Nó
được sinh ra do sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch (than dầu khí đốt), thoát vào bầu
khí quyển và là một trong những nguyên nhân chính gây mưa axit. Mưa axit tàn phá
nhiều rừng cây, công trình kiến trúc bằng đá và kim loại, biến đất đai trồng trọt thành
những vùng hoang mạc. Không khí chứa SO
2
gây hại cho sức khỏe con người (gây
viêm phổi, mắt, da ).
SO
2
là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong
nước với nồng độ thấp ( ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hòa tan với 40 thể
tích SO
2
. SO
2
có nhiệt độ nóng chảy ở -75
0
C và nhiệt độ sôi ở -10
0
C SO
2
rất bền nhiệt

(∆H
0tt
= - 296,9 kJ/ mol ). Khí SO
2
là một chất khí ô nhiễm khá điển hình. SO
2
có khả
năng hòa tan trong nước cao hơn các khí gây ô nhiễm khác nên dễ phản ứng với
cơ quan hô hấp của con người và động vật.
1.2.2. Tác hại của khí SO
2
Khí SO
2
là khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động thực vật mà còn
tác động lên các vật liệu xây dựng, các công trình kiến trúc,làm thiệt hại mùa màng,
nhiễm độc cây trồng.
• Đối với sức khỏe con người
Độc tính chung của SO
2
thể hiện ở rối loạn chuyển hóa protein và đường, thiếu
vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza. Khi hàm lượng thấp, SO
2
sưng niêm mạc.
Khi liều lượng cao ( > 0,5mg/m3) SO
2
gây tức thở, ho, viêm loét đường hô hấp. Nếu
hít phải SO
2
nồng độ cao có thể gây tử vong.
SO

2
có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ
quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bot. Và cuối cùng chúng có thể xâm
nhập vào hệ tuần hoàn. Khi tiếp xúc với bụi, SO
2
có thể tạo ra các hạt axitnhỏ, các hạt
này có thể xâm nhập vào các các tuyến huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn
2 – 3 µm. SO
2
có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua da và gây ra các chuyển đổi
hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát qua
đường tiểu và có ảnhhưởng đến tuyến nước bọt.
Hầu hết dân củ sống quanh khu vực nhà máy các khu công nghiệp có nồng độ SO
2
đều mắc bệnh đường hô hấp.
Bảng 1 : Liều lượng gây độc
mgSO
2
/m
3
Tác hại
20 - 30 Giới hạn gây độc tính
50 Kích thích đường hô hấp, ho
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 3
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
130 – 260 Liều nguy hiểm sau khi hít thở( 30 – 60 phút)
1000 – 1300 Liều gây chết nhanh (30 – 60 phút)
• Đối với thực vật
Khí SO

2
trong khí quyển khi gặp các chất oxy hóa dưới tác động của nhiệt độ, ánh
sáng chúng chuyển thành SO
3
. Khi gặp nước SO
3
+ H
2
O = H
2
SO
4
là nguyên nhân gây
nên mưa axit gây thiệt hại lớn, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của thực vật. Khi
tiếp xúc với môi trường có chứa hàm lượng SO
2
từ 1 – 2 ppm trong vài giờ có thể gây
thương tổn lá cây. Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa y, hàm lượng 0,15
– 0,3 ppm có thể gây độc tính cấp.
Bảng 2 : Nồng độ gây độc
Nồng độ ppm Tác hại
0,03 Ảnh hưởng đến sinh trưởng của rau quả
0,15 – 0,3 Gây độc kinh niên
1 - 2 Chấn thương lá cây sau vài giờ tiếp xúc
• Đối với môi trường
Sự có mặt của SO
2
trong không khí ẩm còn là tác nhân gây ăn mòn kim loại, bê
tông và các công trình kiến trúc. SO
2

làm hư hỏng, làm thayđổi tính năng vật lý, làm
thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôiđá hoa cương, đá cẩm thạch, phá hoại
các tác phẩm điêu khắc, tượng đài. Sắt, thép và các kim loại khác ở trong môi trường
khí ẩm, nóng và bị nhiễm SO
2
thì bị gỉ rất nhanh. SO
2
cũng làm hư hỏng và giảm tuổi
thọ các sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da và giấy.
SO
2
bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sufurit hay
các muối sufate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi trường.
Các tác hại của mưa axit:
 Nước hồ bị axit hóa : mưa axit rơi trên mặt đất sẽ rửa trôi các chất dinh dưỡng
trên mặt đất và mang các kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn
nước trong hồ, phá hỏng thức ăn, đe dọa sự sinh tồn và phát triển sinh vật khác
trong nước.
 Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp giảm : mưa axit làm tổn thương la
cây, gây trở ngại quá trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng và rơi rụng, làm
giảm độ màu mỡ của đất và cản trở sự sinh trưởng của cây cối.
Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 4
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
2.1. Khái niệm
Hấp thu là quá trình xảy ra 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 cả hai
quá trình là giống nhau.

Quá trình hấp thu tách bỏ 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 được cho tiếp xúc
với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí
để tạo nên một dung dịch cấu tử trong chất lỏng.
- Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thu
- Chất lỏng dùng để hấp thu gọi là dung môi(chất hấp thụ)
- Khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ
2.2. Các phương pháp hấp thu dùng để xử lý SO
2
Để hấp thu khí SO
2
có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối kim
loại kiềm hoặc kiềm pha.
2.2.1. Hấp thu bằng nước
Quá trình xảy ra theo sơ đồ phản ứng:SO
2
+ H
2
↔H
+
+ HSO
3
−
thu bằng nước là
phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO
2
trong khí thải, nhất
là trong khói từ các loại lò công nghiệp.
Sơ đồ hệ thống xử lý SO
2

bằng nước gồm 2 giai đoạn:
• Hấp thụ SO
2
bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc chokhí thải đi qua
lớp vật liệu đệm ( vật liệu rỗng )cod tưới nước – scrubơ
• Giải thoát khí SO
2
ra khỏi chất hấp thu để thu hồi SO
2
(nếu cần)và nước sạch.
Mức độ hòa tan của khí SO
2
trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó
nhiệt độ nước cất vào hệ thống hấp thu khí SO
2
phải đủ thấp. Còn để giải thoát khí SO
2
khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao. Cụ thể là 100
0
C thì SO
2
bốc ra một cách
hoàn toàn và trong khí thoát ra có lẫn cả hơi nước.
Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thu được khí SO
2
với độ đậm đặc
≈100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric. Lượng nước thực tế phải lớn
hơn một ít so với lượng nước lý thuyết vì nước sau khi ra khỏi thiết bị hấp thu không
thể đạt tới mức bão hòa khí SO
2

. Để giải hấp thu cần phải đun nóng một lượng nước
rất lớn tức phải có một nguồn cấp nhiệt công suất lớn. Ngoài ra, để sử dụng lại nước
cho quá trình hấp thu phải làm nguội nước xuống gần 10
0
C – tức phải cần đến nguồn
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 5
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
cấp lạnh. Đây là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém.Từ những vấn đề trên phương
pháp hấp thu khí SO
2
bằng nước chỉ áp dụng được khi:
• Nồng độ ban đầu của khí SO
2
trong khí thải tương đối cao.
• Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ
• Có sẵn nguồn nước lạnh
Hình 1.1: sơ đồ xử lý khí SO
2
bằng nước
1- tháp hấp thu; 2- tháp giải thoát khí SO
2
; 3- thiết bị ngưng tụ
Ưu điểm :
Rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được
Nhược điểm:
Do độ hòa tan của khí SO
2
vào trong nước quá thấp nên phải dùng một lượng nước rất
lớn và thiết bị phải có thể tích rất lớn, cồng kềnh. Để tách SO

2
khỏi dung dịch phải
nung nóng đến 100
0
C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn.
2.2.2. Hấp thu bằng dung dịch vôi sữa
Xử lý SO
2
bằng sữa vôi là phương pháp được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp
vì hiệu quả xử lý rất cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi. Khí SO
2
được thu
hồi trong tháp rữa bằng sữa vôi, sữa vôi có tác dụngvới SO
2
theo phản ứng:
SO
2
+ Ca(OH)
2
= CaSO
3
+ H
2
O
Ưu điểm
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 6
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế tạo thiết bị bằng vật
liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích

xây dựng.
Nhược điểm:
Đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO
4
và CaSO
3
, gây tắc nghẽn đường ống.
Hình 1 -2 : sơ đồ xử lý SO
2
bằng vôi sữa
2.2.3. Xử lý SO
2
bằng amoniac
Phương pháp này hấp thu khí SO
2
bằng dung dịch amoniac tạo muối amoni sunfit và
amoni bisunfit theo phản ứng sau :
SO
2
+ 2NH
3
+ H
2
O (NH
4
)
2
SO
3
(NH

4
)
2
SO
3
+ SO
2
+ H
2
O 2NH
4
HSO
3
Ưu điểm :
Hiệu quả rất cao, chất hấp thu dễ tìm và thu được muối sunfit và bisunfit là các sản
phẩm cần thiết.
Nhược điểm :
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 7
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao.
Hình 1- 3: Sơ đồ xử lý SO
2
bằng ammoniac
1- scrubơ; 2,4- thiết bị làm nguội; 3- tháp hấp
thu nhiều tầng;5- tháp hoàn nguyên; 6- tháp bốc hơi; 7- thùng kết tinh8- máy vắt khô l
y tâm; 9- nồi chưng áp
2.2.4. Xử lý SO
2
bằng magieoxit

Phương pháp này dựa trên các phản ứng sau:
MgO + SO
2
 MgSO
3
Magie sunfit lại tác dụng tiếp với SO
2
để cho bisunfit :
MgSO
3
+ SO
2
+ H2O  Mg(HSO
3
)
2
Một phần magie sunfit tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sunfat:
2MgSO
3
+ O
2
 2MgSO
4
Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO
2
do đó phản ứng oxy hóa sunfitlà không
mong muốn. Tuy nhiên khi nồng độ MgSO
4
trong dung dịch làmviệc đạt 120÷160 g/l
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc

MSSV : 080499B 8
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
thì quá trình oxy hóa sunfit trong nước sẽ ngưng lại không tiếp tục xảy ra nữa.Magie
bisunfit có thể bị trung hòa bằng cách bổ sung thêm MgO mới:
Mg(HSO
3
)
2
+ MgO  2MgSO
3.
+ H
2
O
Độ hòa tan của magie sunfit trong nước rất hạn chế, do đó MgSO
3
sẽ kết tủa thành tinh
thể hexahydrat MgSO
3
.6H
2
O và ở nhiệt độ 50
o
C hexahydrat biến thành trihydrat
MgSO
3
.3H2O.
Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử lýnhiệt ở nhiệt độ
800÷900
o
C để thu hồi MgO và SO

2
Magie oxit được quay trở lại chu trình làm việc,
còn SO
2
đậm đặc có thể đưa sang công đoạn chế biến axit sunfuaric hoặc lưu huỳnh
đơn chất.
Ưu điểm :
Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm sạch sơ bộ , thu được axitsunfuric như là
1 sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao, MgO dể kiếm và rẻ
Nhược điểm :
Quy trình công nghệ khá phức tạp, vận hành khó, chi phí cao, tổn hao MgO quá nhiều.
2.2.5. Xử lý SO
2
bằng kẽm oxit
Phương pháp này dựa trên phản ứng sau :
SO
2
+ ZnO + 2,5 H
2
0  ZnSO
3
. 2,5 H
2
O
ZnSO
3
.2,5H
2
O => ZnO + SO
2

+ 2,5H
2
O
Ưu điểm
Có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao(200 – 2500C)
Nhược điểm
Có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế nên thường
xuyên tránh tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO tương đương.
2.2.6. Xử lý SO
2
bằng các chất hấp thụ hữu cơ
Quá trình xử lý khí SO
2
trong khí thải bằng các chất hữu cơ được áp dụng nhiều trong
công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thu SO
2
được sử dụng phổ biến là các
amin thơm như: aniline C
6
H
5
NH2, toluidin CH
3
C
6
H
4
NH
2
, xylidin (CH

3
)
2
C
6
H
3
NH
2
và
dimetyl-anilin C
6
H
5
N(CH
3
)
2
.
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 9
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Thực tế cho thấy dung dịch xylidin trong nước có nhiều ưu điểm khi sử dụng để khử
SO
2
trong khói thảivới nồng độ thấp, còn khi nồng độ SO
2
trong khói thải tương đối
cao (trên 2%) thì dimetyl- aniline có ưu thế hơn.
Quá trình sunfidin:

Khí thải sơ bộ được làm nguội và lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bằng điện, sau đó cho
qua các tháp hấp thu đặt nối tiếp nhau. Các tháp hấp thu được tưới hỗn hợp xylidin-
nước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều của dòng khí và dung dịch hấp thu.
Trong quá trình hấp thu SO
2
bằng xylidin cótỏa ra một lượng nhiệt đáng kể, do đó cần
làm nguội dung dịch bằng các thiết bị trao đổi nhiệt. Khí sạch đi ra khỏi tháp hấp thu
có chứa hơi xylidincần cho qua scrubơ để thu hồi hơi xylidin bằng axit sunfuric
loãng.
Quá trình khử SO
2
bằng dimetylanilin – quá trình ASARCO
Khí thải sau khi được lọc sạch bụi và các giọt sương axit sunfuric bằng bộ lọc điện và
sucrubơ được đưa vào tháp hấp thu trong đó xảy ra baquá trình sau:
-Hấp thu khí SO
2
bằng dimetyl – aniline khan
-Khử SO
2
còn lại trong khí bằng dung dịch natri cacbonat loãng để thu sunfit và
bisunfit natri dùng cho các giai đoạn tiếp theo
-Hấp thu hơi dimetyl aniline bằng axit sunfuric loãng và thu được sunfat
dimetyl – anilin
2.2.7. Hấp thụ SO
2
bằng than hoạt tính
Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải của nhà máy nhiệt điện, nhà
máy luyện kim với hiệu quả kinh tế đáng kể.
Ưu điểm :
Sơ đồ hệ thống đơn giản, có thể áp dụng cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO

2
một cách liên tục hay gián đoạn , cho phép làm việc được với khí thải có nhiệt độ cao
(trên 100
0
C)
Nhược điểm
Tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên, có thể tiêu hao nhiều vật liệu hấp thụ hoặc sản
phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp
mới sử dụng được.
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 10
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
2.3. Thiết bị hấp thụ SO2
 Tháp đệm.
 Tháp sủi bọt
 Thùng rửa khí rỗng (tháp phun) (thiết bị sử dụng trong công nghệ xử lý)
Tháp phun có dạng trụ đặt thẳng đứng, được sử dụng dựa trên nguyên tắc tạo ra sự
tiếp xúc trực tiếp giữa các chất ô nhiễm và các hạt dung dịch hấp thụ được phun ra
dưới dạng các hạt nhỏ và mật độ lớn. Dung dịch hấp thụ được phun ngược chiều với
dòng khí bốc lên, tạo ra một sự hỗn loạn trong dòng khí. Thiết bị có cấu tạo và vận
hành đơn giản, giá thành thấp, hiệu suất ổn định.
Đặc tính của tháp phun
Tiết diện tháp có thể tròn hay hình chữ nhật.
- Dòng khí và dịch thể trong tháp có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều
hoặc cắt nhau.
- Các mũi phun có thể bố trí một tầng hay nhiều tầng, hoặc đặt dọc trục thiết bị.
- Các tháp rửa khí rỗng hoạt động có hiệu quả khi bụi có kích thước > 10µm và
kém hiệu quả khi kích thước bụi < 5µm.
Cấu tạo: Hình trụ tròn, rỗng bên trong có chứa hệ thống ống dẫn phân phối khí thải và
dung môi hấp thụ.

Vật liệu: Vỏ tháp được làm bằng thép không gỉ: inox 201, inox 304 hoặc thép CT3
phủ sơn cách nhiệt.
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 11
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Hình : cấu tạo tháp phun khí rỗng
Vỏ thiết bị. - Tấm phân phối khí. -Vòi phun nước - Tấm chắn nước
Nguyên lý hoạt động .
Công suất: Theo kiểu modul, tùy theo công suất yêu cầu của khách hàng.
Khả năng xử lý: Thích hợp với hỗn hợp khí thải ít ô nhiễm, được ứng dụng chủ yếu
trước một công trình xử lý quan trọng
Nguyên lý làm việc: tháp được sử dụng để kết hợp lọc sạch bụi và hơi khí độc bằng
dung dịch phun. Người ta đưa dòng khí thải có lẫn bụi và hơi khí độc vào một đầu
buồng phun qua một thiết bị có thể phân đều dòng khí thải theo toàn bộ tiết diện
ngang của buồng. Trong không gian buồng phun có bố trí hệ thống ống phun để phun
dung dịch thành chùm các hạt nước nhỏ ngược chiều dòng khí thải. Hơi khí độc bị
dung dịch hấp thụ qua bề mặt các hạt dung dịch. Sau đó khí thải có thể được thải
thẳng vào khí quyển hay đưa qua bộ sấy nóng trước khi thải để giảm độ ẩm tương đối
của dòng khí.
Dung dịch nước phun được thu hồi đưa qua thiết bị lắng cặn và xử lý hóa trước khi
được phun trở lại. Sau một khoảng thời gian làm việc, dung dịch phun được thải vào
hệ thống xử lý nước thải.
Tháp được cấu tạo đơn giản, dễ dàng cho việc chế tạo lắp đặt
Vận hành đơn giản, giảm chi phí.
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 12
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Chương 3 : TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ SO
2
Yêu cầu : Thiết kế hệ thống xử lý SO

2
bằng thiết bị tháp hấp thụ(tháp rửa khí rỗng).
Nguồn khói thải có các thông số sau :
- Lưu lượng khí : 12700 m
3
/h
- Nồng độ SO
2
: 14 g/m
3
= 14000 mg/m
3
- Nhiệt độ khói thải : 60
0
C = 333
0
K
3.2. Tính toán dung môi hấp thụ
Quy chuẩn :
Theo QCVN 19 – 2009/BTNMT, nồng độ tối đa của SO
2
được tính theo công thức :
C
max
= C . K
p
. K
v
= 500 . 1 . 1 = 500 (mg/Nm
3

)
Trong đó :
C : nồng độ của SO
2
được quy định tại mục 2.2 – cột B, C

= 500mg/Nm
3
K
p
: hệ số lưu lượng nguồn thải tại mục 2.3, ta có lưu lượng nguồn thải 12700m
3
/h
< 20000m
3
/h nên hệ số K
p
= 1
K
v
: hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4, ta chọn K
v
= 1
 Ta áp dụng QCVN 19 – 2009/BTNMT cho đầu ra của thiết bị xử lý
Hiệu suất của quá trình xử lý bằng hấp thụ theo lý thuyết
E = = 96,4 %
Vậy nồng độ cần giữ lại trong tháp
Phương án :
Cân bằng vật chất
- Lưu lượng khí : 12700 m

3
/h
- Nồng độ SO
2
đầu vào : 14 g/m
3
= 14000 mg/m
3
- Nhiệt độ khí vào tháp : 60
0
C
- Áp suất P = 1atm = 760mmHg = 1,0133.10
-5
Pa
- Nồng độ SO
2
đầu ra : 500mg/m
3
= 5887ppm
- Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và
dòng lỏng vào , t = 40
0
C. Hỗn hợp xử lý xem như gồm SO
2
và không khí
- Dung tích sử dụng trong quá trình hấp thu là huyền phù CaCO
3
,với tỷ lệ về
khối lượng(R/L = 1/10)
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc

MSSV : 080499B 13
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
- CaCO
3
= 2625 (kg/m
3
)
- H
2
O = 1000 (kg/m
3
)
Khối lượng mol huyền phù:
M
hp
= = 19,45 g hp/mol hp
Khối lượng riêng huyền phù:
ρ

=
 Lập phương trình cân bằng
Ta có :
Trong đó :
P
*
SO2
: áp suất riêng phần SO
2
cân bằng (Pa)
[SO

2
}:tỷ số mol /mol huyền phù
T: nhiệt làm việc của tháp (
0
K)
(trang 28/ sách Kỹ thuật xử lý khí thải công nghiệp – Phạm Văn
Bôn)
??????
Số liệu đường cân bằng :
X 0,002 0,002
5
0,003
6
0,004
5
0,005
2
0,005
9
0,006
5
0,007
1
Y 0,000
5
0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007
Vẽ đường cân bằng :(X – Y)
 Đường làm việc:
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 14

ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Suất lượng mol của pha khí vào tháp
=465,099 (kmol/h)= 465099(mol/h)
Tính toán Y
đ
và Yc trong pha khí
Nồng độ pha khí vào tháp
(phần mol)
(mol SO
2
/mol khí trơ)
Nồng độ pha khí ra khỏi tháp
(phần mol SO
2
)
( mol SO
2
/mol khí trơ)
Suất lượng mol của cấu tử trơ
G
tr
= G
đ
.(1 - y
ñ
)= 465099.(1- 0,00597)=462322,36(mol trơ/h)
Tính toán X
max
, X
đ

X
max
ứng với Y
d
nằm trên đường chuẩn ( gai ơi 0,00600 = 0,006 hehe.)
=> P
*
= = 4,53(mmHg)
Thay vào PT đường cân bằng ta tìm được giá trị X
max
Lg[SO2] =
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 15
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Lg[SO2]= = - 2,4
 [SO2] = 0,00398(mol SO
2
/mol huyền phù)
Ta có : X
max
= [SO2] = 0,00398(mol SO
2
/mol huyền phù)
X
đ
= 0 (mol SO
2
/mol huyền phù)
 Lựa chọn dung môi hấp thụ
Dung môi sử dụng trong quá trình hấp thụ SO

2
là huyền phù CaCO
3
Lượng dung môi tối thiểu
(mol /h)
Lượng dung môi thực tế lấy bằng 1,5 lượng dung môi tối thiểu
L
trơ
= 1,5 L
min
= 1,5 . 672574 = 1008861(mol /h)
Lượng dung môi sử dụng theo thể tích
L
trơ
= 1008861 (mol/h) . 19,45 . 10
-3
(kg/mol) . = 18,52 (m
3
/h)
Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp hấp thụ
(mol SO
2
/mol dung môi)
Chương 4 : TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ
4.1. Tính đường kính tháp hấp thụ
Đường kính tháp hấp thụ
Trong đó :
Q : lưu lượng khí trung bình đi qua tháp (m3/s)
: vận tốc khí trung bình đi qua tháp (m/s), chọn = 1,5(m/s) (quy phạm 1,5 – 2m/s)
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc

MSSV : 080499B 16
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Tính Q : suất lượng khí của SO
2
(molSO
2
/h)=0,74(mol
SO
2
/s) = 47,36 (g/s)
Lưu lượng SO
2
bị hấp thụ
Lưu lượng khí thải vào tháp
Q
đ
= 12700(m
3
/h)=3,5277(m
3
/s)
Lưu lượng khí ra khỏi tháp
Q
c
= Q
đ
- = 3,5277 – 0,0202 =3,5075(m
3
/s)
Q = (m

3
/s)
 D = 1,7(m)
Chiều cao hữu ích của tháp H = 2 x D = 2 x 1,7 = 3,4 (m) ?????
4.2. Tính bề dày thân
Thiết bị làm việc ở t =60
0
C
Áp suất làm việc Plv = 1at = 9,81.10
4
(N/m
2
)
Chọn vật liệu là thép không gỉ
– Ký hiệu thép: CT3
– Giới hạn bền: σ
b
= 380 x10
6
(N/m
2
)
– Giới hạn chảy: σ
c
= 240 x10
6
(N/m
2
)
– Chiều dày tấm thép: b = 4-20mm

– Độ dãn tương đối: δ = 25%
– Hệ số dẫn nhiệt: λ = 50 (W/m
o
)
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 17
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
– Khối lượng riêng: ρ = 7850 (kg/m
3
)
Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối 2
bên.
– Hệ số hiệu chỉnh: η =1
– Hệ số an toàn bền kéo: η
k
= 2,6
– Hệ số an toàn bền chảy: η
c
= 1,5
Hệ số bền mối hàn ϕ: thân hình trụ hàn dọc, hàn tay bằng hồ quang điện, hàn
giáp mối 1 bên, đường kính D>=700mm → hệ số bền mối hàn ϕh = 0,95 (Bảng XIII.8
– Trang 362 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2).
Trong đó:
P
mt
: Áp suất pha khí trong thiết bị, P
mt
= 1at = 9,81.10
4
(N/m

2
)
P
l
: Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị
→ P = 9,81.10
4
+ 3,33.10
4
= 13,14.10
4
(N/m
2
) = 0,1314 (N/mm
2
)
H= 3,4(m)
• Xác định ứng suất cho phép của thép CT3
 Theo giới hạn bền
Trong đó:
σ
k
: Giới hạn bền kéo, σ
k
= 380.10
6
(N/m
2
)
n

k
: Hệ số bền kéo, n
k
= 2,6
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 18
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
η: Hệ số hiệu chỉnh, η = 1
 Theo giới hạn chảy
Trong đó:
σ
c
: giới hạn bền chảy, σ
c
= 240.10
6
(N/m
2
)
n
c
: Hệ số bền kéo, n
c
= 1,5
η: Hệ số hiệu chỉnh, η = 1
Ta lấy giới hạn bé hơn trong 2 ứng suất cho phép ở trên làm ứng suất cho phép
tiêu chuẩn.
[σ] = 146,15 x10
6
(N/m

2
) = 146,15 (N/mm
2
)
• Bề dày thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong, tính theo lý thuyết vỏ
mỏng
Ta có:
• Bề dày tối thiểu của thân:
Trong đó:
D: Đường kính của tháp, D =1,7m =1700 mm
P: Áp suất làm việc trong tháp, P = 0,1314 (N/mm
2
)
ϕ
h
: Hệ số bền mối hàn, ϕ
h
= 0,95
[σ]: Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, [σ] = 146,15 (N/mm
2
)
Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước:
C = C
1
+ C
2
+ C
3
+ C
0

SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 19
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Với: C
0
: Hệ số quy tròn kích thước, C
0
= 0,4 mm
C
1
: Hệ số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15
năm với tốc độ ăn mòn 0,1 mm/năm, C
1
= 1,5 mm
C
2
: Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học, C
2
= 0,4
C
3
: Hệ số bổ sung do dung sai âm C
3
= 0,12mm(Bảng XIII.9-Trang 364-Sổ tay
quá trình thiết bị công nghệ hoá chất tập 2)
→ C = 1,5 + 0,4 + 0,12 + 0,4 =2,42 mm
• Bề dày thực của thân thiết bị
S = S’ + C = 0,8 + 2,42 = 3,22 (mm)
• Kiểm tra điều kiện bền

< 0,1 mm/ năm ( thỏa điều kiện )
Áp suất cho phép trong thân thiết bị khi bề dày S = 3,22 (mm)
→ [P] > P = 0,1314 (N/mm
2
)
Vậy thân tháp có bề dày S =3,22(mm) thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm
việc.
4.3. Tính đáy và nắp
 Ta chọn đáy và nắp của tháp là elip
 Chọn vật liệu đáy và nắp thiết bị cùng với vật liệu làm thân tháp là thép
không gỉ CT3
 Các thông số đã biết:
 Đáy và nắp làm bằng thép không gỉ CT3
 Hệ số bổ sung quy tròn kích thước C = 2,42 (mm)
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 20
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
 [σ] = 146,15 (N/mm
2
)
 Áp suất làm việc phần dưới thân P = 0,1314 (N/mm
2
)
 Đường kính tháp D = 1700 (mm)
 Chọn elip tiêu chuẩn → tỷ số: h
t
/D = 0,25
h
t
: Chiều cao phần lồi của đáy, (m)

→ h
t
= D × 0,25 = 1,7× 0,25 = 0,43 (m)
 Bán kính cong phía trong ở đỉnh đáy R
t
Tính tỷ số:
 Bề dày tối thiểu của đáy và nắp
 Bề dày thực tế của đáy và nắp
S = S’ + C = 0,8 + 2,42 =3,22(mm)
Chọn về bề dày đáy = bề dày nắp và bằng bề dày thân tháp = 3,22 (mm)
 Kiểm tra điều kiện bền
< 0,1 (thỏa điều kiện ) cho nay
tui sua lun la 0,1 >>>0,125 tui hok bit o dau ra ba koi lai rui cho tui bit zoi !! co gi sua
lai nha
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 21
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Áp suất cho phép trong thân thiết bị khi bề dày S = 3,22 (mm) tui sua c1 la 1,5
do
[P] > P=0,1314
→ Vậy bề dày của đáy và nắp là S = 3,22 mm
Chọn đáy và nắp elip có gờ, chiều cao gờ h = 25 (mm), ta có các thông số sau:
Bảng 1. Các thông số của đáy và nắp.
STT Đại lượng Đơn vị Thông số
1 Đường kính D mm 1700
2 Chiều cao h
t
mm 425
3 Bề mặt trong m
2

3,27
4 Thể tích, m
3
m
3
700
5 Đường kính phôi mm 2045
6 Khối lượng riêng kg/m
3
7,85.10
3
7 Khối lượng kg 207
(Các thông số được lấy theo bảng XIII.10 và XIII.11 – Trang 382 - Sổ tay quá
trình và thiết bị công nghệ hóa chất, Tập 2)
4.4. Tính ống dẫn
Vận tốc khí trong ống khoảng 10-20 (m/s), chọn vận tốc trong ống là 15m/s
 Đường kính ống vào và ra
Ống dẫn khí vào tháp: Vận tốc khí trong ống khoảng 10-20 (m/s), chọn vận tốc trong
ống là 15m/s
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 22
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
d
1
=
Trong đó :
Q : Lưu lượng khí vào tháp
v: Vận tốc khí trong ống vào và ra, v = 15 (m/s)
Chọn bề dày ống b = 1 (mm)
Ống dẫn khí ra khỏi tháp

d
1
= d
2
= 550(mm)
Chiều dài đoạn ống nối là 150 mm ứng với d =550 (mm) (bảng XIII.32-Trang 434-Sổ
tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2)
Ống dẫn chất lỏng vào tháp: chọn v = 2,5 m/s
d
3
=
L : lưu lượng dung môi CaCO3
Bề dày ống b = 1 (mm)
Vật liệu làm là thép CT3
Chiều dài đoạn ống nối là 100 (mm) ứng với đường kính ống d = 50 (mm) (bảng
XIII.32-Trang 434-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2)
4.5. Tính vòi phun
Lưu lượng lỏng qua tất cả các vòi phun
L = 18,52 (m
3
/h)
Vận tốc khí trong tháp hấp thụ bằng 50 ÷ 70% vận tốc giọt lỏng được phun vào tháp
nhằm tránh hiện tượng khí đẩy các giọt lỏng lên trên, năng cản quá trình tiếp xúc giữa
2 pha.
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 23
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Chọn v
k
= 50% v

giọt
v
giọt
= = = 5 m/s
với v
k
: vận tốc khí trong lỗ phun ( v
k
từ 1 - 2,5m/s). Chọn v
k
= 2,5 m/s
Số lỗ phun
Chọn đường kính lỗ phun la 1mm = 0,001 m
Kết cấu vòi phun
Hệ thống vòi phun được bố trí theo hình lục giác đều, số vòi phun trên mỗi cạnh lớn
nhất là 3, tổng số vòi phun là 18.
Số lỗ phun trên 1 vòi là:
Lưu lượng dung dịch hấp thụ qua mỗi vòi là:
Đường kính lỗ 0,001m = 1mm
Chọn bước lỗ t = 10 mm
Tổng số lỗ lớn nhất trong một cạnh a = 3 lỗ
Số lỗ nằm trên đường chéo b = 5 lỗ
Đường kính ống vào của vòi phun ( lấy bằng đường kính tối thiểu có thể bố trí đủ 73
vòi phun )
SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 24
ĐỒ ÁN KHÍ THẢI
Chiều cao vòi phun
Chiều cao vòi phun
h

v
= ( 2 – 4 )D
ống
Chọn h
v
= 4 x D
ống
=4 x 44 =176 mm
Đường kính miệng vòi phun.
Góc vào của dòng lỏng là 20
o

Bố trí vòi phun
Hệ thống vòi phun gồm 18 vòi, được bố trí theo hình lục giác đều, khoảng cách giữa
các vòi là:
Góc ra của chùm tia chọn
4.6. Tính bích
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các bộ phận của thiết bị cũng như nối các
bộ phận khác với thiết bị.Vật liệu: CT
3
.
Bích sử dụng là bích kiểu số I (dùng để nối thiết bị), (theo bảng XIII.27 trang 417 sổ
tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2).
P
y
.10
6
D
t
Kích thước nối Kiểu

SVTH : Trần Thanh Thu Trúc
MSSV : 080499B 25