Đồ án thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m3ngày

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  5 
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I. KHÁI QUÁT
- Lò hơi là nguồn cung cấp nhiệt khá phổ biến trong nhiều loại hình công
nghệ, thường gặp trong các công đoạn sấy, gia nhiệt định hình, gia nhiệt
cho các phản ứng hóa học, làm chín thực phẩm, khử trùng…Trong
nhiều ngành sản xuất, lò hơi là thiết bị không thể không có.
- Lò hơi có thể được cấp nhiệt từ nhiều nguồn khác nhau. Ở các lò hơi
công suất nhỏ thường cấp nhiệt bằng điện, một số lò hiện đại dùng
nhiên liệu là khí đốt hóa lỏng (gas-LPG) kèm theo là hệ thống điều
chỉnh tự động. Với các lò hơi “sạch” như trên thường không có vấn đề
về mặt khói bụi thải. Tuy nhiên, thường gặp trong các cơ sở tiểu thủ
công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh là các lò hơi dùng nhiên liệu
đốt lò chính là gỗ củi, than đá hoặc dầu F.O. Các sản phẩm cháy do việc
đốt các nhiên liệu trên thải vào không khí thường là nguyên nhân dẫn
đến tình trạng ô nhiễm môi trường.

II. ĐẶC ĐIỂM KHÓI THẢI TỪ LÒ HƠI
- Đặc điểm khói thải của các loại lò hơi khác nhau, tùy theo loại nhiên
liệu sử dụng.
- SO
2
chủ yếu sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu bằng than đá hoặc dầu
F.O.
 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá
- Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang bụi, CO

2
, CO, SO
2
, SO
3
,
NO
x
…do thành phần hóa chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá
trình cháy tạo nên.
- Hàm lượng lưu huỳnh trong than khoảng 0,5% nên trong khí thải có
SO
2
với nồng độ khoảng 1333mg/m
3
.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  6 
 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng dầu F.O
- Khí thải của lò hơi đốt dầu F.O thường có các chất sau: CO
2
, CO, SO
2
,
SO
3

, NO
x
, hơi nước…
- Ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn
với dầu cháy không hết tồn tại dưới dạng sol khí mà ta thường gọi là mồ
hóng.
Bảng: Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu F.O

Chất gây ô nhiễm
Nồng độ (mg/m
3
)
SO
2
và SO
3

5217 - 7000
CO
50
Tro bụi
280
Hơi dầu
0,4
NO
x

428

( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ

công nghiệp – Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường
Tp.HCM )
Bảng: Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi

Loại lò hơi
Chất ô nhiễm
Lò hơi đốt bằng củi
Khói + tro bụi + CO + CO
2

Lò hơi đốt bằng than đá
Khói + tro bụi + CO + CO
2
+ SO
2
+ SO
3
+ NO
x

Lò hơi đốt bằng dầu
F.O
Khói + tro bụi + CO + CO
2
+ SO
2
+ SO
3
+ NO
x

( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ
công nghiệp – Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường
Tp.HCM )


ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  7 
III. TÁC HẠI CỦA KHÍ SO
2

- Khí SO
2
là loại khí không màu, không cháy, có vị hăng cay. Do quá
trình quang hóa hay do sự xúc tác, khí SO
2
dễ dàng bị oxy hóa và biến
thành SO
3
trong khí quyển.
- Khí SO
2
là loại khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động
thực vật mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.
 Đối với sức khỏe con người
- SO

2
là chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở
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.
Bảng: Liều lượng gây độc

mg SO
2
/m
3

Tác hại
20 - 30
Giới hạn gây độc tính
50
Kích thích đường hô hấp, ho
130 - 260
Liều nguy hiểm sau khi hít thở (30 - 60 phút)
1000 - 1300
Liều gây chết nhanh (30 - 60 phút)

- 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 bọt. Cuối cùng,
chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn.
- Khi tiếp xúc với bụi, SO
2
có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có khả năng 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 qua da và gây ra các chuyển đổi hóa
học. Kết quả là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát
qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt.
- Trong máu, SO
2
tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển
hóa đường và protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme
oxydaza, tạo ra methemoglobine để chuyển Fe
2+
(hòa tan) thành Fe
3+

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  8 
(kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả năng vận
chuyển oxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở.
 Đối với thực vật
- Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO
2
là rêu và địa y.
Bảng: 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
- SO
2
bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành
axit sulfuric hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng
xấu đến môi trường.
 Quá trình hình thành mưa axit của SO
2

- Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxyl:
SO
2
+ OH· → HOSO
2
·
- Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO
2
· và O
2
sẽ cho ra hợp chất gốc HO
2
·
và SO
3

:
HOSO
2
· + O
2
→ HO
2
· + SO
3

- Lưu huỳnh triôxít SO
3
sẽ phản ứng với nước và tạo ra H
2
SO
4
. Đây
chính là thành phần chủ yếu của mưa axít.
SO
3
(k) + H
2
O(l) → H
2
SO
4
(l)
 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 các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh
tồn của các loài cá và các sinh vật khác trong nước.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  9 
Bảng: Các ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật

pH<6,0
Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (phù du…),
đây là nguồn thức ăn quan trọng của cá.
pH<5,5
Cá không thể sinh sản được. Cá con khó sống sót. Cá lớn bị
dị dạng do thiếu dinh dưỡng. Cá bị chết do ngạt.
pH<5,0
Quần thể cá bị chết.
pH<4,0
Xuất hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu.

- Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn
thương lá 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.
- Làm tổn hại sức khỏe con người: các hạt sulfate, nitrate tạo thành trong
khí quyển làm hạn chế tầm nhìn. Hơn nữa, do hiện tượng tích tụ sinh
học, khi con người ăn các loại cá có chứa độc tố, các độc tố này sẽ tích
tụ trong cơ thể và gây nguy hiểm đối với sức khỏe con người.
- Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc.

IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO
2


 Hấp thụ khí SO
2
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 lò công nghiệp.
- Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được.
SO
2
+ H
2
O  H
+
+ HSO
3
-

- Nhược điểm: do độ hòa tan của khí SO
2
trng nước quá thấp nên thường
phải dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  10 
lớn, cồng kềnh. Để tách SO
2
khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến
100
0
C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn.

( Trang 93 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )

 Hấp thụ khí SO
2
bằng dung dịch sữa vôi
- Là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu
quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi.
CaCO
3
+ SO
2
 CaSO
3
+ CO
2

CaO + SO
2
 CaSO
3

2CaSO

3
+ O
2
 2CaSO
4

- Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, chi phí
vận hành thấp, chất hấp thụ rẻ, dễ tìm, làm sạch khí mà không cần phải
làm lạnh và tách bụi sơ bộ, 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 các đường ống và ăn mòn thiết bị.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  11 

( Trang 95 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )

 Xử lý khí khí SO
2
bằng ammoniac
- Phương pháp này hấp thụ khí SO
2

bằng dung dịch ammoniac 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 thụ dễ kiếm và thu được muối
amoni sunfit và amoni bisunfit là các sản phẩm cần thiết.
- Nhược điểm: rất tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao.

(Trang 100 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  12 
 Xử lý khí SO
2
bằng magie oxit
- Các phản ứng xảy ra như sau:
MgO + SO
2
 MgSO
3

MgSO
3
+ SO
2
+ H
2
O  Mg(HSO
3
)
2

Mg(HSO
3
)
2
+ MgO  2MgSO
3
+ H
2
O
- Ưu điểm: có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu
được axit sunfuric như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao,
MgO dễ kiếm và rẻ.
- Nhược điểm: quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao,
tổn hao MgO khá nhiều.

(Trang 105 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

(Trang 106 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  13 
 Xử lý khí SO
2
bằng kẽm oxit
- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:
SO
2
+ ZnO + 2,5 H

2
O  ZnSO
3
. 2,5H
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 - 250
0
C).
- Nhược điểm: có thể hình thành ZnSO
4
làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi
về kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO
tương đương.

 Xử lý SO
2
bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit
- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:
Na
2

CO
3
+ SO
2
 Na
2
SO
3
+ CO
2

Na
2
SO
3
+ SO
2
+H
2
O  2NaHSO
3

2NaHSO
3
+ ZnO  ZnSO
3
+ Na
2
SO
3

+ H
2
O
- Ưu điểm: không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả xử lý cao.
- Nhược điểm: hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri.

(Trang 110 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  14 
 Xử lý khí SO
2
bằng các chất hấp thụ hữu cơ
- Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lý khí thải từ các nhà
máy luyện kim màu.
- Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin.
Quá trình sunfiđin
- Chất hấp thụ được sử dụng là hỗn hợp xyliđin và nước theo tỉ lệ 1:1
2C
6
H
3
(CH
3
)
2
NH

2
+ SO
2
 2C
6
H
3
(CH
3
)
2
NH
2
. SO
2

- Nếu khí thải có nồng độ SO
2
thấp thì quy trình này không kinh tế vì tổn
hao xyliđin.

(Trang 112 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
Quá trình khử SO
2
bằng đimetylanilin
- Với khí thải có trên 35% (thể tích) khí SO
2
thì dùng đimetylanilin làm
chất hấp thụ sẽ có hiệu quả hơn dùng xyliđin.

(Trang 113 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  15 
 Hấp phụ khí SO
2
bằng than hoạt tính
- Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà
máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim và sản xuất axit sunfuric với hiệu
quả kinh tế đáng kể.
- Ưu điểm: sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn năng, có thể áp dụng được
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 là tiêu hao
nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit
sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng được.


(Trang 116 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
 Hấp phụ khí SO
2
bằng vôi, đá vôi, đolomit
- Ưu điểm: hiệu suất hấp phụ cao.
- Nhược điểm: cần chi phí đầu tư lớn do vật liệu chế tạo thiết bị đắt (thiết

bị làm việc trong môi trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao).

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  16 
CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ


Yêu cầu: Thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO
2
từ lò hơi bằng thiết bị tháp
hấp thụ (tháp đệm).
 Nguồn khói thải từ lò hơi có các thông số sau
- Lưu lượng khí: 12000 m
3
/h
- Nồng độ SO
2
: 8000 mg/m
3

- Nhiệt độ khói thải: 250
0
C
- Nồng độ bụi: 300 mg/m
3

- Áp suất: 1atm
 Quy chuẩn
- Theo QCVN 19: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO
2

được tính theo công thức sau:
C
max
= C . K
p
. K
v

Trong đó:
- C
max
là nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO
2
( mg/Nm
3
)
- C là nồng độ của SO
2
quy định tại mục 2.2 (mg/Nm
3
)
- K
p
là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3
- K

v
là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4
 Theo mục 2.2 QCVN 19: 2009/BTNMT – cột B, ta có:
C
bụi
= 200 mg/Nm
3

C
SO2
= 500 mg/Nm
3

 Theo mục 2.3 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta có lưu lượng nguồn thải là
12000 m
3
/h < 20000 m
3
/h nên hệ số K
p
= 1
 Theo mục 2.4 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta chọn hệ số K
v
= 1,0


ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  17 
Ta có:
- Nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO
2
:
C
bụi
= 200 . 1 . 1 = 200 mg/Nm
3

C
SO2
=500 . 1 . 1 = 500 mg/Nm
3

- Vì thế, ta áp dụng QCVN 19: 2009/BTNMT cho đầu ra của HTXL.
 Hiệu suất của quá trình xử lý bằng hấp thụ
E =
%75,93%100.
8000
5008000
=
−

 Lựa chọn dung dịch hấp thụ
- Các dung dịch thường dùng để hấp thụ khí SO
2
có thể là nước, huyền
phù sữa vôi (FGD), dung dịch soda Na
2

CO
3
, dung dịch NaOH…
- Nồng độ SO
2
trong khói thải lò hơi theo đề bài là 8000 mg/m
3
.
 Chuyển sang nồng độ C
ppm

C
ppm
=
)(3364
273.64
)55273.(4,22.8000
ppm=
+

- Ta thấy, nồng độ SO
2
ban đầu là rất lớn (3364 ppm > 2000 ppm) nên
không áp dụng phương pháp hấp thụ SO
2
bằng huyền phù sữa vôi được.
- Đối với nồng độ cao, ta có thể áp dụng phương pháp hấp thụ SO
2
bằng
nước hoặc bằng các dung dịch hấp thụ có chứa Natri như NaOH và

Na
2
CO
3
.
- Tuy nhiên, khí SO
2
có độ hòa tan trong nước khá thấp nên thường phải
dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn,
cồng kềnh. Mặt khác, để tách SO
2
khỏi dung dịch phải nung nóng lên
đến 100
0
C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn.
- NaOH và Na
2
CO
3
là các chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh, có thể
xử lý SO
2
ở bất kỳ nồng độ nào. Do đó, dung dịch hấp thụ lựa chọn cho
quy trình công nghệ là dung dịch NaOH (pha loãng với nước).
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  18 
Quạt

Tháp
hấp thụ
Van
chặn
Ống khói

Ống khói
Khí ra
Khí vào
SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SO
2
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ

Van
Nước sau
lắng
Xử lí
Thùng chứa
Bơm

Cyclone
Bể lắng
NaOH
H
2
O

Lò hơi
Trao đổi
nhiệt
Cặn
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  19 
 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

- Vì nồng độ bụi tương đối cao hơn so với nồng độ cho phép (300 mg/m
3

> 200 mg/m
3
) nên ta phải xử lý bụi. Cho dòng khí thải có chứa bụi đi
qua Cyclone để thu hồi bụi.
- Do nhiệt độ dòng khí thải cao (250
0
C) nên sau khi qua Cyclone, dòng
khí được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống thích
hợp cho quá trình hấp thụ xảy ra hiệu quả.
- Dùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên. Dung dịch hấp thụ NaOH
được bơm từ thùng chứa lên tháp và tưới trên lớp vật liệu đệm theo
chiều ngược với chiều của dòng khí đi trong tháp.
- Các phản ứng xảy ra trong tháp
SO
2
+ 2NaOH  Na
2
SO
3
+ H
2
O
Na
2
SO
3
+ SO

2
+ H
2
O  2NaHSO
3
SO
2
+ NaHSO
3
+ Na
2
SO
3
+ H
2
O  3NaHSO
3

- Khí sạch đi vào ống khói và thải ra môi trường có nồng độ SO
2
đạt tiêu
chuẩn cho phép C
max
(Theo QCVN 19: 2009/BTNMT).
- Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều natri sunfit, natri bisunfit và
khói bụi. Một phần dung dịch được bơm trở lại thùng chứa qua van điều
chỉnh lưu lượng và tiếp tục được bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm nếu
lượng dung dịch NaOH còn dư nhiều. Phần dung dịch còn lại được đưa
đến bể lắng để lắng các cặn bẩn. Cặn sau lắng được đem chôn lấp còn
nước sau lắng được đưa đi xử lí rồi mới thải ra môi trường.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  20 
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ


I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
- Lưu lượng khí: 12000 m
3
/h
- Nồng độ SO
2
đầu vào: 8000 mg/m
3

- Nhiệt độ khí vào tháp: 55
0
C
- Nồng độ bụi: 300 mg/m
3

- Áp suất: P
t
= 1atm = 760 mmHg = 1,0133.10
5
Pa.
- Nồng độ đầu ra: C
SO2
c
= 500 mg/m
3

- Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 25
0
C
- Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí
vào và dòng lỏng vào, t
0
= 40
0
C. Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm SO
2

và không khí.
1. Đầu vào
- Suất lượng mole của hh khí đi vào tháp:
G
1
=
)/(163,446

)55273.(082,0
12000.1
hkmol
RT
PV
=
+
=

- Suất lượng mole của SO
2
:
G
A
đ
=
)/(5,1)/(1500
64
12000.8000
.
2
2
hkmolhmol
M
VC
SO
đ
SO
===

- Suất lượng mole của cấu tử trơ:
G
B
đ
=
)/(663,4445,1163,446
1
hkmolGG
đ
A
=−=−

- Nồng độ phân mole của SO
2
trong hỗn hợp khí:
y
A
đ
=
)/(10.362,3
163,446
5,1
2
3
1
hhkhímolSOmol
G
G
đ
A

−
==

- Tỉ số mol:
Y
đ
=
3
3
3
10.373,3
10.362,31
10.362,3
1
−
−
−
=
−
=
−
đ
A
đ
A
y
y


ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  21 
- Khối lượng riêng của pha khí ở 0
0
C và 1atm:

)/(7719,0
293,1
10.362,31
93,2
10.362,3
1
1
3
33
2
mkg
yy
kk
đ
A
SO
đ
A
hhđ
=
−
+=

−
+=
−−
ρρρ

=>
)/(295,1
3
mkg
hhđ
=
ρ

- Khối lượng riêng của pha khí ở 55
0
C và 1atm:

)/(078,1
55273
273
.
1
1
.295,1
3
0
0
0
mkg
T

T
P
P
đđ
hh
=
+
==
ρρ

2. Đầu ra
- Suất lượng mole của SO
2
được hấp thụ:

)/(40625,15,1.9375,0.9375,0 hkmolGM
đ
A
===

- Suất lượng mole của SO
2
còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:
G
A
c
=
)/(09375,040625,15,1 hkmolMG
đ
A

=−=−

- Suất lượng mole của khí ở đầu ra:
G
B
c
=
)/(757,44409375,0663,444 hkmolGG
c
A
đ
B
=+=+

- Nồng độ phân mole của SO
2
trong hỗn hợp khí đầu ra:
y
A
c
=
)/(10.211,0
757,444
09375,0
2
3
hhkhímolSOmol
G
G
c

B
c
A
−
==

- Tỉ số mol:
Y
c
=
3
3
3
10.211,0
10.211,01
10.211,0
1
−
−
−
=
−
=
−
c
A
c
A
y
y

- Khối lượng riêng của pha khí ở 0
0
C và 1atm:

)/(7733,0
293,1
10.211,01
93,2
10.211,0
1
1
3
33
2
mkg
yy
kk
c
A
SO
c
A
hhc
=
−
+=
−
+=
−−

ρρρ

=>
)/(293,1
3
mkg
hhc
=
ρ

- Khối lượng riêng của pha khí ở 40
0
Cvà 1atm (ta xem như nhiệt độ dòng
khí ra bằng với nhiệt độ làm việc là 40
0
C):

)/(128,1
40273
273
.
1
1
.293,1
3
0
0
0
mkg
T

T
P
P
cc
hh
=
+
==
ρρ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  22 
II. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG
- Xác định đường cân bằng thông qua các dữ kiện về độ hòa tan của SO
2

trong nước.
Bảng: Áp suất riêng phần của SO
2
(mmHg) tại bề mặt phân chia hai
pha lỏng-khí
mgSO
2
/100mgH
2
O
10

0
C
20
0
C
30
0
C
40
0
C
50
0
C
60
0
C
70
0
C
0,0
0
0
0
0
0
0
0
0,5
21

29
42
60
83
111
144
1,0
42
59
85
120
164
217
281
1,5
64
90
129
181
247
328
426
2,0
86
123
176
245
333
444
581

2,5
108
157
224
311
421
562
739
3,0
130
191
273
378
511
682
897
3,5
153
227
324
447
603
804

4,0
176
264
376
518
698

4,5
199
300
428
588
793


5,0
223
338
482
661




(Trích Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá
trình hấp thụ).
- Điều kiện làm việc của quá trình hấp thụ là ở 40
0
C và áp suất 1atm .
Bảng: Bảng thể hiện độ hòa tan của SO
2
trong nước ở 40
0
C và áp suất
1atm

mgSO
2
/100mgH
2
O
P
*
SO2
(mmHg)
0,0
0
0,5
60
1,0
120
1,5
181
2,0
245
2,5
311
3,0
378
3,5
447
4,0
518
4,5
588
5,0

661
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  23 
1. Tính toán cho cặp giá trị p
*
SO2
= 60mmHg và C
SO2
= 0,5gSO
2
/100gH
2
O
 Pha khí
- Nồng độ phần mole SO
2
trong pha khí:

07895,0
760
60
*
2
*
===
t
SO

P
p
y

- Tỉ số mol:

08572,0
07895,01
07895,0
1
=
−
=
−
=
y
y
Y

 Pha lỏng
- Nồng độ phần mole SO
2
trong pha lỏng:
0014,0
18
100
64
5,0
64
5,0

22
2
=
+
=
+
=
OHmoldichdungtrongSOmol
dichdungtrongSOmol
x

- Tỉ số mol:

2. Kết quả
C
SO2

gSO
2
/100gH
2
O
P
*
SO2

(mmHg)
y
*
x

0,0
0
0
0
0,5
60
0,07895
0,0014
1,0
120
0,15789
0,0028
1,5
181
0,23816
0,0042
2,0
245
0,32237
0,00559
2,5
311
0,40921
0,00698
3,0
378
0,49737
0,00837
3,5

447
0,58816
0,00975
4,0
518
0,68158
0,01112
4,5
588
0,77368
0,0125
5,0
661
0,86974
0,01387



0014,0
0014,01
0014,0
1
=
−
=
−
=
x
x
X

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  24 
 Vẽ đường cân bằng
ĐƯỜNG CÂN BẰNG
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016
Nồng độ phần mol SO2 trong pha lỏng
Nồng độ phần mol SO2 trong pha khí


- Đường cân bằng của quá trình hấp thụ SO
2
tuân theo định luật Henry,
nên phương trình đường cân bằng có dạng :
y
*
= Hx

Trong đó:
y
*
: nồng độ phần mol SO
2
trong pha khí tại trang thái cân bằng
H: hệ số Henry
x: nồng độ phần mol của SO
2
trong pha lỏng tại trang thái cân bằng pha
Bảng kết quả hệ số Henry
y
*
x

H
0
0
0
0,07895
0,0014
56,39
0,15789
0,0028
56,39
0,23816
0,0042
56,7
0,32237
0,00559

57,68
0,40921
0,00698
58,63
0,49737
0,00837
59,42
0,58816
0,00975
60,32
0,68158
0,01112
61,29
0,77368
0,0125
61,89
0,86974
0,01387
62,71
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  25 
Ta có:
y
đ
A
= 0,003362 (mol SO
2

/mol hh khí)
y
c
A
= 0.000211 (mol SO
2
/ mol hh khí)
- Do nồng độ phần mol của SO
2
trong pha khí thay đổi trong khoảng rất
nhỏ so với nồng độ được biểu diễn trên đồ thị nên ta chọn hệ số Henry
H = 56,39.
 Phương trình đường cân bằng: y
*
= 56,39x
Bảng giá trị
y.10
-3
Y.10
-3
x.10
-3
X.10
-3
0,33
0,3301
0,0059
0,0059
0,66
0,6604

0,0117
0,0117
0,99
0,991
0,0176
0,0176
1,32
1,3217
0,0234
0,0234
1,65
1,6527
0,0293
0,0293
1,98
1,9839
0,0351
0,0351
2,31
2,3153
0,041
0,041
2,64
2,647
0,0468
0,0468
2,97
2,9788
0,0527
0,0527

3,3
3,3109
0,0585
0,0585
3,63
3,6432
0,0644
0,0644

- Từ bảng số liệu, ta thấy giá trị của cặp y-x xấp xỉ giá trị Y-X nên xem
như phương trình đường cân bằng biểu diễn theo Y-X có dạng như sau:
Y = 56,39X






ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  26 
 Vẽ đường cân bằng (X-Y)
ĐƯỜNG CÂN BẰNG
0
0.5
1
1.5
2

2.5
3
3.5
4
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Số mol SO2 trong pha lỏng (10-3)
Số mol SO2 trong pha khí (10-3)


III. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC

1. Xác định L
m i n

- X
max
là giao điểm của đường Y
A
đ
= 3,373.10
-3
với đường cân bằng
Y=56,39X
-
Ta có: 3,373.10
-3
= 56,39 X
max
=> X
max

= 0,0000598 (mol SO
2
/mol dung dịch)
X
đ
= 0

Y
đ
-Y
c
= (L/G).(X
c
-X
đ
)
- Xác định tỉ lệ
min
)(
tr
tr
G
L
:
)/(876,52
00000598,0
10.211,010.373,3
0
)(
33

max
min
trokhikmolddkmol
X
YY
G
L
cđ
tr
tr
=
−
−
=
−
−
=
−−

- Suất lượng mole tối thiểu:
(L
tr
)
min
= 52,876.G
tr
= 52,876.444,663 = 23512 (kmol/h)
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  27 
- Suất lượng mole thực tế:
L =
ϕ
.L
min

- Chọn
ϕ
= 1,5  L = 1,5.23512 = 35268 (kmol/h)
- Lưu lượng nước thực tế cần cung cấp:
L = 35268 (kmol/h) = 35268.18 = 634824 (kg/h)
2. Xác định X
đ
và X
c

Ta có:
đc
cđ
tr
XX
YY
G
L
−
−
=

)/2(0000399,0
)10.211,010.373,3.(
35268
663,444
).(
33
ddmolSOmol
YY
L
G
X
cđ
tr
c
=
−=−=
−−

- Đường làm việc đi qua 2 điểm (X
c
, Y
đ
) và (X
đ
, Y
c
).
 Vẽ đường cân bằng và đường làm việc trên cùng đồ thị
ĐƯỜNG CÂN BẰNG-ĐƯỜNG LÀM VIỆC

0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Số mol SO2 trong pha lỏng (10-3)
Số mol SO2 trong pha khí (10-3)






ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  28 
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ
I. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ
- Hấp thụ SO
2
bằng dung dịch NaOH 10% khối lượng.
- Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 40
0

C.
Bảng: Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m
3
) theo nhiệt độ
(ở áp suất khí quyển).

- 20
0
C
0
0
C
20
0
C
40
0
C
60
0
C
80
0
C
100
0
C
120
0
C

dd NaOH
10%
-
1117
1109
1100
1089
1077
1064
1049

(Trích Bảng 4 trang 11 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền
khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008)
Bảng: Độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 10% (Cp) theo nhiệt độ

0
0
C
10
0
C
20
0
C
30
0
C
40
0
C

50
0
C
dd NaOH
10%
-
-
1,86
1,45
1,16
0,98

(Trích Bảng 9 trang 16 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền
khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008)
1. Đường kính tháp hấp thụ

υυπ
.785,0.
.4 VV
D ==

Trong đó:
D: đường kính tháp hấp thụ (m)
V: lưu lượng của dòng khí qua tháp hấp thụ (m
3
/s)
υ
: vận tốc biểu kiến của dòng khí ứng với tổng tiết diện của tháp (m/s)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH



SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  29 
a. Cách xác định vận tốc
υ
của dòng khí
- Tính vận tốc biểu kiến của pha khí
f
υ
ứng với điểm lụt theo phương
trình sau:

125,0
25,0
16,0
3
2
.75,1.


log















−=
















L
k
l
L
Lt

kf
G
L
C
Vg
ρ
ρ
µ
µ
ρ
ρσυ

Trong đó:

σ
: bề mặt riêng của đệm (m
2
/m
3
)
V
t
: thể tích tự do của đệm (m
3
/m
3
)

Lk
ρρ

,
: khối lượng riêng của pha khí và pha lỏng (kg/m
3
)

L
µ
: độ nhớt động lực của pha lỏng ở nhiệt độ làm việc (kg/m.s)

l
µ
: độ nhớt động lực của nước ở 20
0
C (mPa.s)
L, G: suất lượng dòng lỏng và dòng khí ( kg/s)
C: hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với quá trình hấp thụ
( C = 0,022 cho vật liệu đệm là vòng hay xoắn )
- Vận tốc làm việc của pha khí được xác định theo công thức sau:

f
υυ
).9,075,0( −=

b. Tính toán
• Chọn vật liệu đệm là vòng sứ Raschig xếp ngẫu nhiên có các thông số:
- Kích thước: 50 x 50 x 5 (mm)
- Bề mặt riêng:
σ
= 95 (m
2

/m
3
)
- Thể tích tự do: V
t
= 0,79 (m
3
/m
3
)
- Khối lượng riêng của đệm:
)/(500
3
mkg
đ
=
ρ

( Trích Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Tập 3 - Truyền
khối - Vũ Bá Minh)
- Khối lượng riêng của pha khí:


)/(103,1
2
128,1078,1
2
3
mkg
c

hh
đ
hh
tb
k
=
+
=
+
=
ρρ
ρ