Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ





BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ NĂM 2011

Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng
điện phân ”.
Ký hiệu: 164.11RD/HĐ-KHCN


Cơ quan chủ quản:
BỘ CÔNG THƯƠNG
Cơ quan chủ trì đề tài:
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ
Chủ nhiệm đề tài:
Th.S VŨ QUANG HUY





9094

Hµ néi - 2011

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ





BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ NĂM 2011

Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng
điện phân”.
Ký hiệu: 164.11RD/HĐ-KHCN





VIỆN TRƯỞNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI




Th.S VŨ QUANG HUY




Hµ néi - 2011

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 1
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 3
DANH SÁCH THÀNH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 5
LỜI NÓI ĐẦU 6
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ KHÍ ĐỘC VÀ THIẾT BỊ HẤP THỤ HƠI AXÍT XƯỞNG
ĐIỆN PHÂN 7

1.1. Tổng quan về các chất, khí thải độc hại xưởng điện phân: 7
1.2. Khảo sát mức độ bốc hơi độc của xưởng điện phân kim loại: 8
1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm không khí xưởng điện phân kim loại: 8
1.2.2. Khảo sát mức độ bốc hơi độc của bể điện phân kim loại: 10
1.3. Các thiết bị hấp thụ hơi axít: 11
1.3.1.Tháp rỗng: 11
1.3.3.Tháp mâm: 14
1.3.4.Tháp màng: 16
1.4. Kết luận chương 1: 17
CHƯƠNG 2:LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HẤP
THỤ HƠI AXÍT XƯỞNG ĐIỆN PHÂN 19

2.1. Giới thiệu: 19
2.1.1. Tính chất: 19
2.1.2. Tác hại: 20
2.1.3. Ứng dụng: 21

2.1.4. Ý nghĩa môi trường: 22
2.2. Các phương pháp hấp thụ SO
2
: 22
2.2.1. Hấp thụ SO
2
bằng nước: 22
2.2.2. Hấp thụ bằng đá vôi (CaCO
3
), vôi nung CaO hoặc vôi sữa (Ca(OH)
2
):23
2.2.3. Hấp thụ SO
2
bằng NH
3
: 24
2.2.4. Hấp thụ SO
2
bằng MgO: 25
2.2.5. Hấp thụ SO
2
bằng ZnO: 26
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 2
2.2.6. Xử lý SO
2
bằng các chất hấp thụ hữu cơ: 27

2.2.7. Xử lý SO
2
bằng natri cacbonat: 27
2.2.8. Xử lý SO
2
bằng các chất hấp phụ thể rắn: 27
2.3. Tính toán, thiết kế thiết bị hấp thụ - Tháp hấp thụ SO
2
: 30
2.3.1. Sơ đồ công nghệ: 30
2.3.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ: 30
2.3.3. Tính toán thiết kế: 31
2.4.Thiết kế Tháp hấp thụ 51
2.5. Kết luận chương 2: 52
CHƯƠNG 3:QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THÁP HẤP THỤ 53
3.1. Phân tích đặc tính công nghệ trong kết cấu Tháp hấp thụ: 53
3.2. Xác định dạng sản xuất: 53
3.3. Lựa chọn phương pháp chế tạo: 54
3.4. Lập quy trình chế tạo: 54
3.5. Lựa chọn máy gia công: 59
CHƯƠNG 4:HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THÁP HẤP THỤ 60
4.1. Mô tả hệ thống thiết bị: 60
4.2. Hướng dẫn sử dụng: 61
4.2.1. Quy định chung:: 61
4.2.2. Kiểm tra thiết bị trước khi vận hành:: 61
4.2.3. An toàn khi vận hành: 61
4.2.4. Trình tự vận hành: 62
4.2.5. Những hỏng hóc thường gặp và cách sửa chữa: 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64
LỜI CẢM ƠN 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66
PHỤ LỤC 67


Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 3
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
1. Tên đề tài:
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.
2. Cơ sở pháp lý của đề tài:
- Quyết định số 6878 /QĐ – BCT, ngày 29 tháng 12 năm 2010 về việc đặt hàng
thực hiện các nhiệm vụ KHCN năm 2011 của Bộ Trưởng Bộ Công Thương.
- Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu
khoa học và phát triển công nghệ số 164.11 RD/HĐ-KHCN ngày 26 tháng 04 năm
2011.
3. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
3.1. Tính cấp thiết:
Trong các cơ sở công nghiệp tiêu thụ nhiều năng lượng, bài toán giảm phát thải ô
nhiễm môi trường thường gắn liền với bài toán hiệu quả năng lượng. Theo đó, quan trắc,
đo lường, giám sát môi trường trong một cơ sở công nghiệp chính là quan trắc, đo
lường, giám sát quá trình công nghệ để gi
ảm bụi, giảm các loại khí thải như CO, CO
2
,
NO
x
, SO, SO
2

, và các khí độc hại khác thải vào không quyển.
3.2. Mục tiêu của đề tài:
Làm chủ thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ hơi axit xưởng điện phân, ứng dụng vào
việc xử lý độc trong cơ sở sản xuất.
4. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu:
4.1. Đối tượng:
Thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.
4.2. Phạm vi nghiên cứu:
-Nghiên c
ứu tổng quan về thiết bị hấp thụ hơi axit.
-Khảo sát chế độ làm việc, nguyên lý hoạt động của thiết bị hấp thụ hơi axit.
-Tính toán thiết kế thiết bị hấp thụ hơi axit xưởng điện phân.
-Lập quy trình công nghệ chế tạo tháp hấp thụ.
-Lập hướng dẫn sử dụng tháp hấp thụ.
-Chế tạo 01 tháp hấp thụ.
-Lắ
p đặt chạy thử, khảo nghiệm.
-Viết báo cáo tổng kết.
4.3. Phương pháp nghiên cứu:
- Thu thập tài liệu lý thuyết.
- Khảo sát, đo đạc số liệu thực tế.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 4
- Tính toán thiết kế.
- Khảo nghiệm thực tế.
5. Kinh phí thực hiện đề tài:
- Tổng số: 400 triệu đồng
+ Từ ngân sách Nhà nước: 400 triệu đồng

+ Vốn tín dụng: 0 triệu đồng
+ Vốn tự có: 0 triệu đồng
6. Thời gian thực hiện: 12 tháng.
- Bắt đầu: 01/2011
- Kết thúc: 12/2011


Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 5
DANH SÁCH THÀNH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

TT Họ và tên
Học hàm, học vị,
chuyên môn
Cơ quan công tác
1 Vũ Quang Huy Thạc sỹ kỹ thuật Viện Nghiên cứu Cơ khí
2 Nguyễn Văn Bình Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí
3 Mai Quý Sáng Thạc sỹ kỹ thuật Viện Nghiên cứu Cơ khí
4 Đỗ Thái Cường Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí
5 Bùi Khắc Dũng Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí
6 Nguyễn Mạnh Cường Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 6

LỜI NÓI ĐẦU

Các cơ sở sản xuất công nghiệp là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm
môi trường nói chung và ô nhiễm không khí nói riêng cho thấy nguồn ô nhiễm từ các
hoạt động sản xuất công nghiệp là rất đáng kể, góp phần làm trầm trọng thêm tình trạng
ô nhiễm không khí. Quá trình tăng trưởng và phát triển gây nên những khu vực bị ỗ
nhiễm cục bộ, những vùng đất bị sa mạc hoá, những khu vực b
ụi, chất độc hại và tiếng
ồn vượt quy định nhiều lần, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, gây nhiều bệnh tật nan
y cho người lao động trong khu công nghiệp và dân cư xung quanh.
Hiện nay việc quản lý môi trường tại các khu công nghiệp trên cả nước mới chỉ
chú trọng về quản lý nước thải công nghiệp. Chúng ta cần có sự quan tâm hơn trong việc
giải quyết bài toán quản lý môi trường toàn diện, bao gồ
m cả chất thải rắn và khí thải
công nghiệp, trong đó có nhiệm vụ làm sạch khí thải các nhà máy điện phân kim loại.
Nếu không có biện pháp kịp thời thì môi trường không khí xung quanh các nhà máy, các
khu công nghiệp sẽ đứng trước nguy cơ bị xấu đi trầm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến

sức khoẻ của người dân.
Trong các cơ sở công nghiệp tiêu thụ nhiều năng lượng, bài toán giảm phát thải ô
nhiễm môi trường thường gắn liền với bài toán hiệu quả năng lượng. Theo đó, quan trắc,
đo lường, giám sát môi trường trong một cơ sở công nghiệp chính là quan trắc, đo
lường, giám sát quá trình công nghệ để giảm bụi, giảm các loại khí thải như CO, CO
2
,
NO
x
, SO, SO
2
, và các khí độc hại khác thải vào không quyển.
Xuất phát từ thực tế trên, Viện Nghiên cứu Cơ khí đã đề xuất và được Bộ Công
Thương chấp thuận đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng
điện phân”.
Trong công tác triển khai nghiên cứu do còn hạn chế nhóm đề tài mong được sự
đóng góp từ các nhà khoa học và độc giả quan tâm đến vấn đề
này để đề tài đạt kết quả
cao hơn.
Nhóm đề tài
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 7
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ KHÍ ĐỘC VÀ THIẾT BỊ HẤP THỤ HƠI AXÍT
XƯỞNG ĐIỆN PHÂN
1.1. Tổng quan về các chất, khí thải độc hại xưởng điện phân:
Trong các cơ sở công nghiệp tiêu thụ nhiều năng lượng, bài toán giảm phát thải ô
nhiễm môi trường thường gắn liền với bài toán hiệu quả năng lượng. Theo đó, quan trắc,

đo lường, giám sát môi trường trong một c
ơ sở công nghiệp chính là quan trắc, đo
lường, giám sát quá trình công nghệ để giảm bụi, giảm các loại khí thải như CO, CO
2
,
NO
x
, SO, SO
2
, và các khí độc hại khác thải vào không quyển.
Quá trình bụi và phát tán khí độc là trong không khí là quá trình phức tạp chịu
ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường. Do vậy việc tính toán, xây dựng mô hình phát
tán bụi và khí độc là một trong những bài toán khó khăn với các nhà khoa học từ trước
đến nay.
Trên thực tế có rất nhiều nguồn thải công nghiệp có thành phần phát thải vô cùng
phức tạp, như trong các nhà máy hóa chất, nhà máy điện phân kẽm, cơ sở sả
n xuất sơn
v.v các khí thải ra rất phức tạp và độc hại. Để kiểm soát được các nguồn thải này đòi
hỏi phải có những nghiên cứu cụ thể về tính chất phát thải, các giải pháp khắc phục,
biện pháp xử lý ngay tại nguồn thải, vì những khí thải độc có thể ngây tác động ngay lập
tức cho sức khỏe người lao động, tác động nghiêm trọng tại khu vực dân cư và môi
trườ
ng xung quanh.
Các chất độc hại đối với sức khoẻ của con người còn mang tên là độc tố công
nghiệp, trong đó kể cả bụi độc. Các chất được coi là độc hại nếu như một số lượng
không lớn của nó rơi vào cơ thể con người thì người sẽ bị nhiễm độc và gây bệnh tật. Sự
nhiễm độc có thể ngay lập tức hoặc sau một thời gian. S
ự nhiễm độc tức thời xảy ra do
sự thâm nhập vào cơ thể người một số lượng độc tố tương đối lớn trong khoản thời gian
ngắn. Sự nhiễm độc dần dần xảy ra do sự thâm nhập vào cơ thể một số lượng độc không

lớn trong khoảng thời gian dài. Trong những điều kiện sản xuất các độc tố có thể thâm
nhậ
p vào cơ thể người qua cơ quan hô hấp, qua da và qua con đường ăn uống.
Những hơi và khí của các chất độc hại được chia làm hai nhóm chính:
Nhóm 1: Những khí và hơi hoá học không gây phản ứng.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 8
Những chất khí và hơi này không tham gia vào phản ứng với các tế bào của cơ
thể con người và bản thân chúng cũng không bị thay đổi trong cơ thể con người.
Nhóm 2: Các chất khí và hơi hóa học có tham gia phản ứng với các tế bào trong cơ
thể người.
Tính độc hại của các chất phụ thuộc vào cấu trúc hoá học của nó, những tính chất
vật lý và trạng thái của hỗn hợp.
Những khí và hơ
i của các chất độc hại được tách ra vào không khí của các xưởng
sản xuất do các phản ứng hoá học, do sự bay hơi của dung dịch từ các bề mặt thoáng, sự
bay hơi của axít và hoá chất khác từ các bể điện phân kim loại, bể mạ, sự rò rỉ qua các
khe hở của thiết bị và ống dẫn, sự cháy của nhiên liệu, sự xả khí từ các động cơ đốt
trong của ô tô, s
ự thải bỏ các mẫu thử từ các thiết bị hoá học, sự chất tải, dỡ tải vật liệu
và thành phẩm từ các thiết bị và một số trường hợp khác.
Thống kê một cách không đầy đủ chúng ta có thể xác định các nguồn gây ô
nhiễm không khí chủ yếu sau:
- Khối từ các nguồn đốt nhiên liệu.
- Khí thải từ công nghiệp luyện kim.
- Khí thải từ
công nghiệp hoá chất.
- Khí thải chứa các chất gây ô nhiễm dạng hạt.

- Khí thải từ các nhá máy gia công bề mặt kim loại, các nhà máy sản xuất kim
loại bằng điện phân.
Các nhà máy này tạo ra khí thải với chất ô nhiễm là bụi, khí HCl, khí NH
3
, khí
SO
2
, hơi H
2
SO
4
…
1.2. Khảo sát mức độ bốc hơi độc của xưởng điện phân kim loại:
1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm không khí xưởng điện phân kim loại:
Khảo sát thực tế tại nhà máy điện phân kim loại Công ty luyện kim màu Thái
Nguyên: Nhà máy kẽm điện phân được xác định là đơn vị gây ô nhiễm lớn nhất do cả
nguồn nước thải sinh hoạt và nguồn nước thải sản xuất đều không
đảm bảo. Kết quả
phân tích mức độ ô nhiễm trong nguồn nước thải sản xuất của Nhà máy kẽm điện phân
mang tính axit và hàm lượng kim loại nặng cao: Cd vượt 2,92 lần, Mn vượt 3,03 lần, Zn
vượt 112,85 lần so với tiêu chuẩn cho phép. Các loại kim loại cực kì độc hại Pb, Cr
được xả thẳng ra môi trường cũng có xuất xứ từ đây.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 9
Ngoài ra Nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên còn là nguyên nhân chính dẫn
đến tình trạng ô nhiễm bầu không khí trong khu công nghiệp bởi hàm lượng khí SO
2
xả

ra môi trường lên tới 0,13 mg/m
3
vượt gấp 4 lần tiêu chuẩn cho phép và hàm lượng
H
2
SO
4
là 7,6 mg/m
3
gấp 25 lần tiêu chuẩn cho phép. Chính nồng độ hơi H
2
SO
4
và SO
2

của Nhà máy kẽm điện phân đã khiến cho môi trường xung quanh nhà máy bị tàn phá,
những cư dân nơi đây có dấu hiệu xuất hiện các bệnh về phổi
Mức độ ô nhiễm của hơi H
2
SO
4
, SO
3
, SO
2
cao và tỉ trọng của các hơi và khí
này đều nặng hơn không khí, làm cho bầu không khí trong phân xưởng điện phân có
dạng sương mù. Ảnh hưởng trực tiếp tới điều kiện làm việc của công nhân nơi đây. Hiện
tại do chưa có hệ thống thông gió và xử lý khí độc cho hệ thống các bể điện phân kim

loại nên công nhân thao tác tại các bể điện phân: khi lắp, bóc dỡ tấm kẽm, kiểm tra đi
ện
cực phải dùng mặt nạ phòng độc.
Bảng 1-1:Kết quả phân tích nồng độ hơi độc tại các phân xưởng nhà máy điện
phân kẽm. (Nguồn từ Trung tâm y tế môi trường Bộ Công Nghiệp cho kết quả phân
tích).

Ngày báo cáo kết quả 30/11/2007
Hơi khí độc (mg/m3 KK)
T
Điểm lấy mẫu

CO CO
2
SO
2

H
2
SO
4

NO
2

Chì
Kẽm
(ZnO)
Phân xưởng Điện phân đúc
thỏi

Nhà máy điện phân
Vị trí thao tác trên bể
Đầu khu vực bể điện phân 4.37
Giữa khu vực bể điện phân 8.47
Vị trí bích tách kẽm 1.75
Nhà đúc thỏi
Vị trí cấp liệu lò đúc 689 0 0.7
I
Phân xưởng Hoà tách làm sạch
788 0.01 1.2
Khu vực làm sạch nhà A06
Sàn thao tác tầng 2 nhà A05
Sàn thao tác máy khuấy cô đặc 0.87
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 10
Giữa nhà nồi hơi 1.25 985 2.8 1.75
II
Phân xưởng thiêu và sản xuất
axit
5.6 1.75
Sàn thao tác lò thiêu lớp sôi tầng
2
KPHĐ KPHĐ
Khu vực lò thiêu KPHĐ
Sàn thao tác lò sinh khí than KPHĐ KPHĐ
Giữa bể hấp phụ axit 1.31
V
Tổ phân tích hoá

Khi phá mẫu 1.53
TCCP3733/2002/QĐ-BYT 40 1800 10 2.0 10 0.1 10

1.2.2. Khảo sát mức độ bốc hơi độc của bể điện phân kim loại:
- Tại phân xưởng điện phân kẽm sử dụng 64 bể điện phân bố trí trên mặt bằng
phân xưởng 800 m
2
. Các bể điện phân được bố trí thành hai dãy, mỗi dãy có 32 bể đặt
liền nhau. Phân xưởng điện phân hoạt động 3 ca cho năng suất 30
T
kẽm/ngày.
- Trong mỗi bể điện phân có:
+ Dung dịch điện phân: (g/l).
H
2
SO
4
: 130 ÷ 140 g/l
ZnO : 35 ÷ 45 g/l
Giêlatin: 1 ÷ 2 g/l
+ Bể điện phân sử dụng điện cực.
Điện cực dương: hợp kim pb-Cu
Điện cực âm: Nhôm
+ Quá trình điện phân sử dụng dòng điện
Điện : 3,2
V
D = 4,3 A/dm
3

+ Nhiệt độ bể điện phân T = 28 ÷ 30

0
C
+ Kích thước bản điện cực 1060x640 mm.
+ Kích thước bể điện phân: 2920x980x1500 = 4292 dm
3
+ Thể tích dung dịch:
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 11
V
d/d
= 2800x740x1380 = 2859 dm
3
+ Mỗi bể có 38,5 cực âm và 39 tấm cực dương (S
2 mặt
= 1,3

dm
2
).
Quá trình điện phân kẽm bằng dung dịch ZnSO
4
và H
2
SO
4
sẽ thoát ra các khí
SO
2

, SO
3
, H
2
và hơi H
2
SO
4
.
Các khí này phần lớn nặng hơn không khí ta có
1 mol không khí ở ĐKTC = 29,1
1 mol H
2
SO
4
ở ĐKTC = 98
1 mol SO
2
ở ĐKTC = 64

1 mol SO
3
ở ĐKTC = 80
Vậy d
SO2
= 2,2 lần d
SO3
= 2,76 lần d
H2SO4
= 3,38 lần.

Các khí này khi bay khỏi bể điện phân không bốc hơi đi mà lơ lửng tại phân
xưởng gây ảnh hưởng trực tiếp đến công nhân làm việc tại đây. Các chất khí này có tính
axít, độc hại, khi hít phải khí các khí này ảnh hưởng đến hoạt động của phổi, ngoài ra nó
còn ảnh hưởng tới các thiết bị xung quanh như kết cấu thép nhà xưởng, các thiết bị kim
loại … do đó cần được xử lý để
bảo vệ con người và các thiết bị xung quanh.
1.3. Các thiết bị hấp thụ hơi axít:
1.3.1.Tháp rỗng:
Là tháp có cơ cấu phun chất lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất trong đó chất
lỏng được phun thành những giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi
qua. Tháp phun đươc sử dụng khi yêu cầu trở lực bé và khí có chứa hạt rắn.
Hình 1-1: Tháp rỗng
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 12
1.3.2.Tháp đệm:
Cấu tạo gồm:
thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau (gỗ, nhựa,
kim loại, gốm, ) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo, );
lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng vào ra.

Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộ phận
phân phối dạng: lưới phân phối (lỏng đi trong ống – khí ngoài ống; lỏng và khí đi trong
cùng ống); màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu, khe); bánh xe quay
(ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ)
Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề dày δ. Đối
với đệm trụ, h = d chứa được nhiều phần tử nhất trong 1 đơn vị thể tích.
Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a (m2/m3); thể tích
tự do ε (m3/m3); đường kính tương đương d (tđ) = 4r(thủy lực) = 4.S/n = 4 ε/a; tiết diện

tự do S (m
2
/m
3
) .
Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích tự do và và
tiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí khi ε và S lớn; khối
lượng riêng nhỏ; phân phối đều lỏng; có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm Để làm
việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có khối lượng riêng nhỏ.
Hình 1-2: Tháp đệm
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 13
Nguyên lý hoạt động:

Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng màng nên bề mặt tiếp xúc pha là
bề mặt thấm ướt của đệm.
Tháp đệm làm việc ngược chiều có các chế độ thủy động lực sau:
+ Chế độ màng OA: khi mật độ tưới không lớn, tốc độ khí nhỏ, chất
lỏng chảy thành màng theo bề mặt đệm, khí đi ở khe giữa các màng.
+ Chế độ hãm AB: từ A tăng tốc độ khí sẽ làm tăng ma sát của dòngkhí
với bề mặt lỏng và kìm hãm sự chảy của màng lỏng, lượng lỏng giữ lại trong
đệm tăng.
Khi tăng tốc độ khí làm tăng xoáy đảo màng lỏng trên đệm nên tăng cường quá trình
truyền khối.
+ Chế độ nhũ tương BC: Khí-lỏng tạo thành hệ nhũ tương không bền 2
pha liên tục-gián đoạn của khí-lỏng đổi vai trò cho nhau liên tục, làm tăng bề mặt tiếp
xúc pha và cường độ truyền khối lên cực đại, đồng thời trở lực thủy lực cũng tăng
nhanh; chế độ này duy trì rất khó mặc dù cường độ truyền khối lớn.

+ Chế độ cuốn theo: quá giới hạn sặc, nếu tăng tốc độ khí, toàn bộ chất
lỏng sẽ bị giữ lại trong tháp và cuốn ngược trở ra theo dòng khí.
Hiệu ứng thành thiết bị (channeling effect): Chất lỏng có xu hướng chảy từ tâm ra
thành thiết bị, gây giảm hiệu suất do tiếp xúc pha kém. Khắc phục bằng cách:
+ Nế
u chiều cao đệm lớn hơn 5 lần đường kính đệm thì chia đệm thành
từng đoạn; giữa các đoạn đệm đặt bộ phận phân phối lại chất lỏng.
+ Chọn d/Φ = đường kính đệm/đường kính tháp = 1/15 – 1/8.
+ Xếp đệm: nếu d < 50mm: đổ lộn xộn, d > 50mm: xếp thứ tự.
+ Tưới lỏng và phun khí ngay từ đầu.
Ưu – nhược điểm - ứng dụng:

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ) nhỏ.
Nhược điểm: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó thấm
ướt.
Ứng dụng:
Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp
chưng cất,
Dùng trong các hệ thống trở l
ực nhỏ (như hệ thống hút chân không, )
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 14
1.3.3.Tháp mâm:
Cấu tạo:
Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt các
tấm ngăn (đĩa) cách nhau một khoảng nhất định. Trên mỗi đĩa hai pha chuyển động
ngược hoặc chéo chiều:lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên hoặc
xuyên qua chất lỏng chảy ngang; ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là đĩa.Tùy

thuộc cấu tạo của đĩa chấ
t lỏng trên đĩa có thể là khuấy lý tưởng hay là dòng chảy qua.

Hình 1-3: Tháp mâm
Tháp đĩa có ống chảy chuyền: bao gồm tháp đĩa, chóp, lỗ, xupap, lưới, Trên đĩa
có cấu tạo đặc biệt để lỏng đi từ đĩa trên xuống đĩa dưới theo đường riêng gọi là ống
chảy chuyền, đĩa cuối cùng ống chảy chuyền ngập sâu trong khối chất lỏng đáy tháp tạo
thành van thủy lực ngăn không cho khí (hơ
i hay lỏng) đi theo ống lên đĩa trên.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 15

Hình 1-4: Nguyên lý hoạt động của tháp mâm
Pha khí (hơi hay lỏng) xuyên qua các lỗ, khe chóp, khe lưới,hay khe xupap sục
vào pha lỏng trên đĩa. Để phân phối đều chất lỏng người ta dùng tấm ngăn điều chỉnh
chiều cao mức chất lỏng trên đĩa.
Tháp đĩa không có ống chảy chuyền: khi đó khí (hơi hay lỏng) và lỏng đi qua
cùng một lỗ trên đĩa.
Ưu – nhược điểm và ứng dụng:

Tháp đĩa lỗ: ưu điểm là kết cấu khá đơn giản, trở lực tương đối thấp, hiệu suất khá cao.
Tuy nhiên không làm việc được với chất lỏng bẩn, khoảng làm việc hẹp hơn tháp chop
(về lưu lượng khí).
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 16
Tháp chóp: có thể làm việc với tỉ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh, khá ổn định. Song

có trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế tạo, kết cấu phức tạp. Nói chung tháp
chop có hiệu suất cao hơn tháp đĩa lỗ.
Tháp xupap: dùng trong chưng cất dầu mỏ.
1.3.4.Tháp màng:
Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt chất lỏng chảy thành màng theo bề mặt vật r
ắn
thường là thẳng đứng. Bề mặt vật rắn có thể là ống, tấm song song hoặc đệm tấm.
1.3.4.1. Tháp màng dạng ống:
Có cấu tạo tương tự thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, gồm có ống tạo màng
được giữ bằng hai vĩ ống ở hai đầu, khoảng không giữa ống và vỏ thiết bị để tách khi
cần thiết. Chất lỏng chảy thành màng theo thành
ống từ trên xuống, chất khí (hơi) đi
theo khoảng không gian trong màng chất lỏng từ dưới lên.
1.3.4.2. Tháp màng dạng tấm phẳng:
Hình 1-5: Tháp màng tấm phẳng
Các tấm đệm đặt ở dạng thẳng đứng được làm từ những vật liệu khác nhau (kim
loại, nhựa, vải căng treo trên khung ) đặt trong thân hình trụ. Để đảm bảo thấm ướt đều
chất lỏng từ cả 2 phía tấm đệm ta dùng dụng cụ
phân phối đặc biệt có cấu tạo răng cưa.
1.3.4.3. Tháp màng dạng ống khi lỏng và khí đi cùng chiều:
Cũng có cấu tạo từ các ống cố định trên 2 vỉ, khí đi qua thân gồm các ống phân
phối tương ứng đặt đồng trục với ống tạo màng. Chất lỏng đi vào ống tạo màng qua khe
giữa 2 ống. Khi tốc độ khí lớn sẽ kéo theo chất lỏng từ dưới lên chuyển
động dưới dạng
màng theo thành ống tạo màng. Khi cần tách nhiệt có thể cho tác nhân lạnh đi vào
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 17
khoảng không gian giữa vỏ và ống. Để nâng cao hiệu suất người ta dùng thiết bị nhiều

bậc giống nhau.
Thủy động lực trong thiết bị dạng màng:
+ Khi Re < 300 – chảy màng , bề mặt pha nhẵn trơn.
+ Khi 300 < Re < 1600 – chảy màng bắt đầu có gợn sóng.
+ Khi Re > 1600 – chảy rối.
Khi có dòng khí chuyển động ngược chiều sẽ ảnh hưởng lớn đến chế độ chảy của
màng. Khi đó, do lực ma sát gi
ữa khí và lỏng sẽ có cản trở mạnh của dòng khí làm bề
dày màng tăng lên, trở lực dòng khí tăng. Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí sẽ dẫn đến cân
bằng giữa trọng lực của màng lỏng và lực ma sát và dẫn đến chế độ sặc (nhiều khi pha
khí chỉ 3-6m/s đã xảy ra sặc). Khi tốc độ vượt qua tốc độ sặc sẽ làm kéo chất lỏng theo
pha khí ra ngoài.
Ưu và nhược đ
iểm của tháp màng:
Ưu điểm:
- Trở lực theo pha khí nhỏ.
- Có thể biết được bề mặt tiếp xúc pha (trong trường hợp chất lỏng chảy
thành màng).
- Có thể thực hiện trao đổi nhiệt.

Nhược điểm:
- Năng suất theo pha lỏng nhỏ.
- Cấu tạo phức tạp, khi vận hŕnh dễ bị sặc.
Ứng dụng:
-
Trong phòng thí nghiệm.
- Trong trường hợp có năng suất thấp.
- Trong những hệ thống cần trở lực thấp (hệ thống hút chân không, ).
1.4. Kết luận chương 1:
- Có nhiều nguồn khí thải gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới sức khoẻ người

lao động và dân cư. Nhà máy luyện kẽm bằng phương pháp điện phân là một ví dụ.
- Kết quả phân tích cho thấy: mức độ ô nhiễ
m trong nguồn nước thải sản xuất của
Nhà máy kẽm điện phân mang tính axit và hàm lượng kim loại nặng cao: Cd vượt 2,92
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 18
lần, Mn vượt 3,03 lần, Zn vượt 112,85 lần so với tiêu chuẩn cho phép. Các loại kim loại
cực kì độc hại Pb, Cr được xả thẳng ra môi trường cũng có xuất xứ từ đây. Ngoài ra Nhà
máy kẽm điện phân Thái Nguyên còn là nguyên nhân chính đến tình trạng ô nhiễm bầu
không khí trong khu công nghiệp bởi hàm lượng khí SO
2
xả ra môi trường lên tới 0,13
mg/m
3
vượt gấp 4 lần tiêu chuẩn cho phép và hàm lượng H
2
SO
4
là 7,6 mg/m
3
gấp 25 lần
tiêu chuẩn cho phép. Chính nồng độ hơi H
2
SO
4
và SO
2
của Nhà máy kẽm điện phân đã

khiến cho môi trường xung quanh nhà máy bị tàn phá.
- Chúng ta phải có những giải pháp hút và xử lý khí độc nhằm mục đích:
+ Làm sạch không khí, bảo vệ sức khoẻ con người, bảo vệ môi trường
sống.
+ Sử dụng biện pháp công nghệ nhằm tận thu được tài nguyên để tái sử
dụng.


Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 19
CHƯƠNG 2
LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HẤP THỤ
HƠI AXÍT XƯỞNG ĐIỆN PHÂN
2.1. Giới thiệu:
Sunfua dioxit là một hợp chất hóa học có công thức SO
2
. Chất khí quan trọng này
là sản phẩm chính của sự đốt cháy hợp chất lưu huỳnh và nó là một mối lo môi trường
đáng kể. SO
2
thường được mô tả là "mùi hôi của lưu huỳnh bị đốt cháy". Nó là sản
phẩm tạo thành trong quá trình núi lửa hoạt động và một số hoạt động công nghiệp khác
nhau.
SO
2
là loại chất ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp cũng như
trong sinh hoạt của con người. Nguồn phát thải SO
2

chủ yếu là từ Các trung tâm nhiệt
điện, các loại lò nung, lò hơi khi đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt có chứa lưu huỳnh
hoặc các hợp chất lưu huỳnh.
Ngoài ra, một số công đoạn sản xuất trong công nghiệp hóa chất, luyện kim, cũng
thải vào bầu khí quyển một lương SO2 đáng kể. Trên thế giới hàng năm tiêu thụ gần 2 tỷ
tấn than đá các loại và gần 1 tỷ t
ấn dầu mỏ. Khi thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu
trung bình chiếm 1% thì lượng khí SO2 thải vào khí quyển là 60 triệu tấn/năm. Đó là
chưa kể lượng SO2 thải ra từ các ngành công nghiệp khác.
2.1.1. Tính chất:
SO
2
là một khí vô cơ không màu, mùi kích thích mạnh, không cháy, có vị hăng
cay dễ hóa lỏng, dể hòa tan trong nước với nồng độ thấp.
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
0
tt
= - 296,9 kJ/mol).
SO
2
oxy hóa chậm trong không khí sạch, do quá trình quang hoá hay do sự xúc

tác khí SO
2
dễ dàng bị oxy hoá biến thành SO
3
trong khí quyển và hòa tan trong nước
tạo thành axit H
2
SO
4
.
Nó có khả năng làm mất màu dung dịch Brom và làm mất màu cánh hoa hồng.
SO
2
tan trong nước tạo thành axit yếu
SO
2
+ H
2
O Æ H
2
SO
3

SO
2
là chất khử khi tác dụng một chất oxi hóa mạnh
SO
2
+ Br
2

+ 2H
2
O Æ 2HBr + H
2
SO
4

SO
2
+ 2KMnO
4
+ 2H
2
O Æ K
2
SO
4
+ 2MnSO
4
+ 2 H
2
SO
4

SO
2
là chất oxi hóa khi tác dụng với chất khử mạnh hơn
SO
2
+ 2H

2
S Æ 3S + 2H
2
O
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 20
SO
2
+ 2Mg Æ S + 2MgO
SO
2
tác dụng với nước tạo thành H
2
SO
3
nhưng H
2
SO
3
là axit yếu
SO
2
+ H
2
O Ù H
2
SO
3

2.1.2. Tác hại:
Khí SO
2
, SO
3
gọi chung là SO
x
, là những khí thuộc loại độc hại không chỉ đối với
sức khoẻ con người, động thực vật, mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các công
trình kiến trúc, là một trong những chất gây ô nhiễm môi trường. Trong khí quyển, khí
SO
2
khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác động của nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển
thành SO
3
nhờ oxy có trong không khí. Khi gặp H
2
O, SO
3
kết hợp với nước tạo thành
H
2
SO
4
. Đây chính là nguyên nhân tạo ra các cơn mưa acid mưa axit ăn mòn các công
trình, làm cho thực vật, động vật bị chết hoặc chậm phát triển, biến đất đai thành vùng
hoang mạc . Khí SO
2
gây ra các bệnh viêm phổi, mắt, da. Nếu H

2
SO
4
có trong nước
mưa với nồng độ cao làm bỏng da người hay làm mục nát quần áo.
Đối với con người:

SO
2
và hợp chất của SO
2
là những chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có
thể gây co giật cơ trơn của khí quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc
đường khí quản. Khi tiếp xúc với mắt chúng có thể tạo thành axit.
SO
x
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 bọt. Và cuối cùng chúng có thể xâm nhập
vào hệ tuần hoàn. Khi tiếp xúc với bụi, SO
x
có thể tạo ra các hạt axit nhỏ, các hạt này có
thể xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 µm.
SO
2
có thể xâm nhập vào cơ thể của người qua da và gây ra các chuyển đổi hóa
học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, amoniac bị thoát qua đường tiểu
và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt. Hầu hết dân cư sống quanh khu vực nhà máy có
nồng độ SO
2
, SO

3
cao đều mắc bệnh đường hô hấp. Nếu hít phải SO
2
ở nồng độ cao có
thể gây tử vong.
Độc tính của SO
2
:
Theo Henderson – Haggard
Triệu chứng
mg/m
3
ppm
Chết nhanh trong 30’ – 1h
Nguy hiểm sau khi hít thở 30’ – 1h
Kích ứng đường hô hấp, ho
Giới hạn độc tính
Giới hạn ngửi thấy mùi
1.300 – 1.000
260 – 130
50
30 – 20
13 – 8
500 – 400
100 – 50
20
12 – 8
5 – 3
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.

Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 21
Đối với thực vật:

SO
x
bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit
sulfuric là tác nhân chính gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển thực
vật. Khi tiếp xúc với môi trường có chứa hàm lượng SO
2
từ 1 - 2ppm trong vài giờ có
thể gây tổn thương lá cây. Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa y, hàm
lượng 0,15 - 0,30 ppm có thể gây độc tính cấp.
Đối với các công trình kiến trúc:

Sự có mặt của SO
x
trong không khí ẩm tạo thành axit là tác nhân gây ăn mòn kim
loại, bê-tông và các công trình kiến trúc. SO
x
làm hư hỏng, làm thay đổi tính năng vật
lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôi, đá hoa, 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
x
thì bị han gỉ rất nhanh. SO
x
cũng làm hư hỏng và giảm tuổi
thọ các sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da và giấy
2.1.3. Ứng dụng:

- Sản xuất axit sunfuric
- Làm chất bảo quản:
Khí SO2 được sử dụng làm chất bảo quản cho hoa quả khô, do đặc tính kháng
khuẩn của nó . Nó duy trì sự tươi sông và ngăn ngừa mục nát, tuy nhiên sử dụng chất
bảo quản này cũng làm cho các loại hoa quả có hương vị khác.
Khí SO2
được sử dụng trong nghành công nghiệp chế biến rượu vang. Tuy tỷ lệ
rất ít, đóng vai trò như một chất kháng khuẩn và chống oxy hóa. Tùy từng quốc gia, có
thể cho phép nồng độ SO2 trong rượu ở một mức độ nhất định. Ở Mỹ là 350 ppm, EU là
160 ppm và 210 ppm đối với rượu vang đỏ và trắng, hồng. Ở nồng độ thấp dưới 50 ppm
SO2 không ảnh hưởng đén mùi vị của rượu, nhưng n
ếu nồng độ cao hơn, nó cũng tạo ra
một hương vị khác.
SO2 còn được dùng trong quá trình vệ sinh thiết bị trong các nhà máy sản xuất
rượu.
Chống nấm mốc.
Làm tác nhân khử: Điôxít lưu huỳnh cũng là một chất khử Trong nước, sulfur
dioxide có thể làm phai màu, cho nên nó thường được sử dụng để làm chất tẩy quần áo,
tẩy trắng giấy, bột giấy. Ngoài ra, nó còn được sử dụng để xử lý n
ước thải.
Làm thuốc thử và dung môi trong các phòng thí nghiệm: Lưu huỳnh dioxit là một
dung môi trơ đa năng đã được sử dụng rộng rãi cho các muối hòa tan oxy hóa cao. Nó
cũng đôi khi được sử dụng như là một nguồn của nhóm sulfonyl trong tổng hợp hữu cơ.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 22
2.1.4. Ý nghĩa môi trường:
Vấn đề ô nhiễm bầu 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. Vì những lý do nêu trên, công
nghệ xử lý khí SO
2
trong khí thải công nghiệp đã được nghiên cứu rất sớm và phát triển
mạnh mẽ.
Ngoài tác dụng làm sạch bầu khí quyển, bảo vệ môi trường, xử lý khí SO2 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 Sunfuric (H
2
SO
4
) và lưu huỳnh nguyên chất.
2.2. Các phương pháp hấp thụ SO
2
:
2.2.1. Hấp thụ SO
2
bằng nước:
Hấp thụ SO
2
bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại
bỏ khí SO
2
trong khí thải.
Sơ đồ hệ thống xử lý SO
2
bằng nước bao gồm 2 giai đoạn:

Hấp thụ SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi qua lớp
vật liệu đệm (vật liệu rỗng ) có tưới nước – scrubo.
Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 nếu cần và nước sạch.
Quá trình diễn ra theo phản ứng sau:
SO
2
+ H
2
O ↔ H
+
+ HSO
3-
Mức độ hòa tan của khí SO
2
trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó
nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ 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 ở nhiệt độ 100
0
C thì SO
2
bốc ra một
cách hoàn toàn và trong không khí thoát ra có lẫn cả hơi nước. Bằng phương pháp
ngưng tụ người ta có thể thu được SO
2
với độ đậm đặc khoảng 100% để dùng vào mục
đích sản xuất axit sunfuric.

Để giải hấp cần thụ cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức phải có một
nguồn cấp nhiệt (hơi nước) công suất lớn, đó là một khó khăn. Ngoài ra để sử dụng lại
nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nước xuống gần 10
0
C – tức phải cần đến
nguồn cấp lạnh. Đó cũng là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém.
Từ những nhược điểm nói trên, phương pháp 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 cấp lạnh.
- Có thể xả được nước có ít nhiều axit ra sông ngòi.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị hấp thụ khí độc xưởng điện phân.


Đề tài Nghiên cứu KHCN - Cấp Bộ năm 2011 - ThS.Vũ Quang Huy 23
Trường hợp khí thải giàu SO
2
như trong công đoạn nấu quặng sunfua kim loại
của công nghiệp luyện kim (nồng độ SO
2
trong khí thải có thể đạt 2 ÷ 12%). Người ta có
thể xử lý bằng nước kết hợp vớii quá trình oxy hóa SO
2
bằng chất xúc tác vanadi (V).
Quá trình cũng được thực hiện thành hai giai đoạn:

Khí SO
2
kết hợp với oxy nhờ sự có mặt của chất xúc tác vanadi để biến thành
anhidrit sunfuric (SO
3
), phản ứng này có tỏa nhiệt và xảy ra càng mạnh ở nhiệt độ càng
thấp, do đó cần thực hiện quá trình này qua nhiều tầng xúc tác, sau mỗi tầng đều được
làm nguội.
Dùng nước tưới trong scruber để anhidrit sunfuric kết hợp với nước tạo thành axit
sunfuric (H
2
SO
4
).
2.2.2. Hấp thụ bằng đá vôi (CaCO
3
), vôi nung CaO hoặc vôi sữa (Ca(OH)
2
):
Xử lý SO
2
bằng vôi là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp
vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi.
Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:
CaCO
3
+ SO
2
ÆCaCO
3

+ CO
2
CaO + SO
2
Æ CaSO
3

2CaSO
3
+ O
2
Æ 2CaSO
4



Hình 2-1: Sơ đồ hệ thống xử lý SO
2
bằng CaCO
3
và CaO
1-Tháp hấp thụ, 2- bộ phận tách tinh thể, 3-bộ lọc chân không,
4,5- máy bơm, 6-thùng trộn sữa vôi