đồ án xử lý khí thải và tiếng ồn xử lý khí nh3

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI VÀ
TIẾNG ỒN.
Đề tài: XỬ LÝ KHÍ NH
3
.
GVHD: Trần Thanh Tùng
Nhóm : 6
Lớp: 53CNMT – 1
1
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
MỤC LỤC
DANH SÁCH NHÓM 6 4
THÀNH VIÊN NHÓM 6:
STT Họ và tên MSSV
1 Nguyễn Hồng Chỉnh 53130197
2 Nguyễn Ngọc Duy 53130279
3 Trần Thị Hạnh 53130438
2
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
4 Tôn Thị Cẩm Lệ 53130851
5 Nguyễn Thị Kim Loan 53130859
6 Lê Hữu Nhịn 53131163
7 Lê Thị Hoàng Oanh 53131194
8 Lê Phận 53131241
9 Ngô Thị Hải Triều 53131882

10 Võ Thị Thu Ý 53132103
LỜI NÓI ĐẦU
Amoniac là một hóa chất dùng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Sự
phát xạ của không khí có chứa amoniac vào khí quyển mà không có biện pháp xử lý, gây
ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người và môi trường. Một phương pháp có hiệu
quả cao để xử lý amoniac từ khí thải là yêu cầu cấp thiết. Những nguồn thải ra khí
3
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
amoniac bao gồm: quá trình sản xuất phân bón, quá trình điều chế than cốc sử dụng
phương pháp khôi phục sản phẩm phụ, sự đốt cháy nguyên liệu hóa thạch, quá trình chăn
nuôi và những hệ thống làm lạnh sử dụng amoniac như một môi chất lạnh….Người ta có
thể kiểm soát được lượng amoniac ở những quá trình này bằng nhiều cách như: sử dụng
tháp lọc khí ẩm, sử dụng phương pháp nước ngưng để loại bỏ khí, khôi phục và tái chế
những dòng thải, những hệ thống thu nạp Trong đồ án này, nhóm em xin trình bày
phương pháp sử dụng tháp đệm để hấp thu NH
3
.
Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm chúng em đã được sự giúp đỡ tận tình của thầy.
Tuy nhóm chúng em đã cố gắng hoàn thành tốt đồ án nhưng vẫn nhiều thiếu sót trong quá
trình thực hiện. Nhóm mong sự chỉ bảo của thầy!
I. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ.
1.1. Tính chất
1.1.1. Khái niệm là gì?
− Amoniac là một hợp chất của nitơ và hydro với công thức NH
3
, có tên quốc tế
(theo IUPAC) là “Azane”, “Amoniac”, “Hydrogen nitride” và một số tên khác.
Amoniac không màu, dạng khí có mùi cay nồng đặc trưng. Nó nhẹ hơn không
4

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
khí, mật độ của nó là 0,589 lần so với không khí. Nó có thể dễ dàng hóa lỏng do
sự liên kết mạnh mẽ giữa các phân tử hydro, nó có nhiệt độ sôi là –33,34°C và
nhiệt độ nóng chảy là –77,7°C. Là phân tử có cực, amoniac là một chất khí khá
nhẹ (d = 0,596g/cm
3
), tan nhiều trong nước, 1 lít nước ở 0°C hòa tan được
1200( L) khí NH3, ở 20°C là 700( L) khí NH
3
. Hiện tượng tan nhiều của NH
3
ở
trong nước được giải thích bằng sự liên kết hydro giữa phân tử NH
3
và phân tử
H
2
O.
− Amoniac đóng góp đáng kể vào dinh dưỡng nhu cầu của các sinh vật trên mặt
đất bằng cách phục vụ như là một tiền thân của thực phẩm và phân bón.
Amoniac trực tiếp hay gián tiếp cũng là một khối xây dựng để tổng hợp nhiều
dược phẩm.
− Amoniac được sử dụng trong thương mại thường được gọi là khan amoniac.
Thuật ngữ này nhấn mạnh đến sự vắng mặt của nước trong vật liệu. Bởi vì NH
3

sôi ở –33,34°C (–28,012°F), chất lỏng phải được lưu trữ dưới áp lực cao hoặc
ở nhiệt độ thấp.
1.1.2. Tính chất vật lí

− NH
3
tan trong nước phát nhiều nhiệt và cho dung dịch có d < 1 (dung dịch NH
3

25% có d = 0,91g/cm
3
. Nếu đun nóng lên đến 100°C thì tất cả NH
3
trong dung
dịch bay hơi hết.
− Amoniac có tác dụng kích thích làm chảy nước mắt, nhẹ hơn không khí. Nhiệt
độ tới hạn của amoniac rất cao 405,55°K nên amoniac dễ hóa lỏng. Amoniac
hóa lỏng ở 239,75°K và hóa rắn ở 195°K. Amoniac lỏng không màu, ở gần
nhiệt độ sôi có hằng số điện môi = 22. Amoniac lỏng là dung môi rất tốt cho
nhiều muối vô cơ. Các kim loại kiềm và kiềm thổ hòa tan trong amoniac lỏng.
Amoniac lỏng có entapy bốc hơi lớn, vì vậy được dùng để nạp các máy lạnh. Ở
trạng thái rắn amoniac kết tinh mạng lập phương tâm mặt: Phân tử NH
3
có cấu
tạo hình tháp tam giác với d
N - H
= 1,015 và góc hóa trị HNH = 10703, tương
ứng cấu hình electron như sau:
222
)()()(
ZYx
σσσ
− Do sự lai hóa sp
3

của nguyên tử nitơ mà cặp electron hóa trị tự do (ở N) phân bố
trên 1 sp
3
được định hướng rõ rệt trong không gian, vì vậy phân tử NH
3
rất dễ
cho cặp electron đó tạo nên liên kết cho – nhận (liên kết phối trí) với các
nguyên tử khác và liên kết có độ phân cực lớn . Cặp electron hóa trị tự do và
tính phân cực của liên kết N–H tạo nên liên kết hidro giữa các phân tử NH
3
, vì
vậy NH
3
dễ bị nén, có nhiệt bay hơi cao và tan nhiều trong nước. Ở nhiệt độ
thường chỉ cần áp suất 67 atm là có thể hóa lỏng nó.
1.1.3. Tính chất hóa học
5
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
− Cũng do có cặp electron hóa trị tự do và ít bền mà NH
3
có hoạt tính hóa học
cao. Nó có thể cho ba loại phản ứng: phản ứng cộng, phản ứng khử và phản ứng
thế, trong đó đặc trưng hơn cả là phản ứng cộng.
− Amoniac bền ở nhiệt độ thường. Khi đun nóng có xúc tác amoniac tự phân hủy
theo chiều ngược lại của phương trình tổng hợp. Phản ứng ở trạng thái cân bằng
xác định.
− Amoniac bị phân hủy khi chiếu xạ bằng tia tử ngoại.
− Trong oxi nguyên chất, amoniac cháy với ngọn lửa vàng nhạt tạo thành N
2

và
H
2
O. Dưới áp suất lớn, hỗn hợp amoniac và oxi có thể nổ:
2NH
3
+ 1,5O
2
 N
2
+ 3H
2
O
)/(6,768
0
molkJH −=∆
− Nếu có chất xúc tác là platin hay hợp kim platin – rodi ở 800 – 900
0
C thì khí
amoniac bị O2 không khí oxi hóa thành nito oxit:
2NH
3
+
OHNOO
22
32
2
5
+→

)/(588
0
molkJH −=∆
− Các chất oxi hóa khác như nước oxy già, axit cromic, kalipemanganat oxi hóa
amoniac một cách dễ dàng.
− Khí amoniac và dung dịch cháy trong clo, brom tạo thành N
2
2NH
3
+ 3Cl
3
 N
2
+ 6HCl
− Amoniac cộng hợp được với rất nhiều chất: nước, axit, muối.
− Quan trọng nhất là phản ứng cộng với nước. Khi tan trong nước NH
3
tác dụng
với nước theo sơ đồ sau:
NH
3
+ HOH → NH
4
+
+ OH
-
− Sự xuất hiện ion OH
-
tạo nên môi trường bazơ của dung dịch (nhưng là bazơ
yếu vì có hằng số điện li K = 1,8.10

-5
). Trong dung dịch amoniac luôn có một
cân bằng kép:
NH
3
+ HOH → NH
4
OH → NH
4
+
+ OH
-
− Vì vậy trong dung dịch nước luôn có mùi NH
3
và có thể xem không có NH
4
OH.
− Ngay ở trạng thái khí, cũng cho phản ứng cộng với khí HCl tạo thành muối
amoni clorua:
NH
3
+ HCl = NH
4
Cl
− Ngoài những loại phản ứng cộng như trên đã nói, NH
3
còn cho một loại phản
ứng kết hợp đặc biệt với các muối tạo thành những hợp chất có thành phần
giống như các hydrat gọi là các amoniacat. Ví dụ: AgNO
3

.2NH
3
,
CuSO
4
.4NH
3
…hoặc tạo thành các hợp chất phức với nhiều muối. Trong khi đó
bản thân NH
3
khan lại là một axit rất yếu, có thể mất 1 proton H
+
tạo thành
anion amid NH
2
-
. Ví dụ: cho liti nitrua vào NH
3
lỏng người ta nhận được anion
amid (NH
2
-
):
Li
3
N
(S)
+ 2 NH
3

(1)
→ 3 Li
+
(am)
+ 3 NH
2
-
(am)
6
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
− Hydro trong NH
3
có thể bị các kim loại mạnh đẩy ra và thế chỗ để tạo ra các
nitrua như magie có thể cháy trong NH
3
để tạo magie nitrua Mg
3
N
2
. Natri hoặc
kali kim loại nóng có thể tạo ra các nitrua (NaNH
2
, KNH
2
) khi tác dụng với
NH
3
.
− NH

3
bền ở nhiệt độ thường nhưng khi đun nóng lên 300°C nó bắt đầu phân hủy
và ở 600°C nó phân hủy gần như hoàn toàn:
2NH
3
 N
2
+ 3H
2
− H
2
tạo thành làm cho NH
3
nóng có tính khử mạnh.
− N
3-
có thể bị oxy hóa lên các trạng thái oxy hóa cao hơn của nitơ, đặc biệt là dễ
bị oxy hóa lên N
0
(N
2
) và N
2+
(NO).
− Các chất oxy hóa như CuO, nước javen oxy hóa được NH
3
thành N
2
:
3CuO + 2NH

3
= 3Cu + 3H
2
O + N
2
− Phản ứng này được dùng để khử sạch lớp oxit kim loại trên bề mặt kim loại khi
hàn.
− Các nguyên tử hydro của amoniac có thể được thay thế bằng các nguyên tử kim
loại. Phản ứng giữa amoniac và kim loại hình thành các hợp chất amidua ,
imidua và nitrua trong số các amidua, phổ biến nhất là amidua của kim loại
kiềm và kiềm thổ.
− Ví dụ: Ở 350
0
C, natri tác dụng với NH
3
cho amiđua natri NaNH
2
:
2Na + 2H
3
N = 2NaNH
2
+ H
2
− NH
3
tự bốc cháy ở 651°C và có thể tạo hỗn hợp nổ với không khí khi nồng độ
nằm trong vùng 16 – 25%.
− NH
3

có tính ăn mòn các kim loại và hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm (Zn), nhôm
(Al), vàng (Au), bạc (Ag), thủy ngân (Hg) Vì vậy trong thực tế người ta
khuyến cáo không nên để hơi hoặc dung dịch amoniac tiếp xúc với các vật dụng
có chứa các kim loại hoặc hợp kim này. Khi NH
3
tiếp xúc lâu dài với một số
kim loại (Au, Ag, Hg, Ge, Te, Sb…) thì có thể tạo ra các hợp chất kiểu fuminat
dễ gây nổ nguy hiểm.
− Amoniac lỏng phá hủy các chất dẻo, cao su, gây phản ứng trùng hợp nổ của
etylen oxit.
1.2. Ứng dụng
− Phân bón: Khoảng 73% (tính đến 2004) amoniac được sử dụng làm phân bón
trên toàn thế giới nhằm cung cấp đạm cho cây. Vì vậy ngành công nghiệp sản
xuất phân bón dựa vào amoniac là một thành phần quan trọng của ngân sách thế
giới.
− Tiền thân để tổng hợp các hợp chất nitơ: Amoniac trực tiếp hoặc gián tiếp là
tiền thân của các hợp chất chứa nitơ nhất. Hầu như tất cả các hợp chất nitơ tổng
hợp có nguồn gốc từ amoniac. Một dẫn xuất quan trọng là acid nitric, acid nitric
được tạo ra thông qua quá trình Ostwald bởi quá trình oxy hóa của amoniac với
7
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
không khí trên một đĩa bạch kim có xúc tác ở 700 – 850°C, ~ 9 atm. Nitric
oxide là một trung gian trong việc chuyển đổi này:
− NH
3
+ 2O
2
→ HNO
3

+ H
2
O axit nitric được sử dụng để sản xuất phân bón, vật
liệu nổ và các hợp chất nhiều organonitrogen.
− Dung dịch amoniac đặc 25% được dùng nhiều trong các phòng thí nghiệm.
− Cleaner: NH
3
trong nước (amoni hydroxit) được sử dụng như là một mục đích
chung cho các bề mặt sạch hơn, như nó được sử dụng để làm sạch kính, sứ, thép
không gỉ và nó cũng thường được sử dụng để làm sạch lò vì amoniac có khả
năng hòa tan kim loại oxit.
− Lên men: Amoniac là giải pháp (ở 16 – 25%) được sử dụng trong ngành công
nghiệp lên men như là một nguồn cung cấp nitơ cho vi sinh vật cũng như để
điều chỉnh pH trong quá trình lên men này.
− Chất làm lạnh R717: Do tính chất bay hơi thuận lợi của nó, amoniac là chất làm
lạnh. Amoniac khan được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện lạnh công
nghiệp.
− Điều chế hidrazin N
2
H
4
(chất đốt cho tên lửa).
1.3. Độc tính
− Độc tính của NH
3
có 3 dạng: khí NH
3
, khí NH
3
hóa lỏng, dung dịch NH

4
OH
NH
3
là một trong những kẻ giết hại chính thế giới thủy sinh, sự nhiệm độc NH
3
thường xảy ra đối với những hồ nuôi mới hoặc nhưngx hồ nuôi cũ nhưng có
mật độ nuôi lớn.
− Triệu chứng:
+ Đối với người: Khi hít phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với NH
3
, khó thở, ho, hắt
hơi khi hít phải, cổ họng bị rát, mắt, môi, và mũi bị phỏng, tầm nhìn bị hạn
chế, mạch máu bị giảm nhanh chóng, da bị kích ứng mạnh và bị phòng. Trong
một số trường hợp nếu hít phải NH
3
nồng độ đậm đặc có thể bị ngất, thậm chí
bị tử vong.
+ Nhiễm độc cấp tính: Nồng độ khí NH
3
trên 100(mg/m
3
)gây kích ứng đường hô
hấp rõ rệt. Trị số giới hạn cho phép làm việc với đủ phương tiện phòng hộ
trong một giờ là từ 210 – 350(mg/m
3
).
1.4. Cấp cứu và điều trị
− Trong trường hợp hít phải NH
3

cần đưa nhanh nạn nhân ra khỏi môi trường độc
hại, cho nằm nghỉ, thở oxi, điều trị triệu chứng, quan sát y học lien tục 24 giờ
trở lên để phát hiện các biến đổi hô hấp.
− Trường hợp bị ô nhiễm da cần nhanh chóng rửa sạch bằng nước hoặc dung dịch
có tác dụng trung hòa để bảo vệ da, điều trị triệu chứng. Trường hợp bị ô nhiễm
mắt phải khẩn trương rửa mắt thật kỹ.
1.5. Các vấn đề môi trường liên quan đến NH
3
− Trong quá trình nuôi cá, tôm, các quá trình xử lý nước thải, khí thải và bùn do
phân hữu cơ, xác động vật, xác(vỏ) tôm sau khi tiêu hóa thức ăn thì chúng được
8
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
thải ra trong điều kiện kỵ khí dưới tác dụng của vi khuẩn trong nước xuất hiện
H
2
S, NH
3
, CH
4
… các chất nầy rất độc cho ao nuôi và các động vật thủy sinh.
− Các vụ rò rĩ khí NH
3
từ các nhà máy phân bón, SX nước đá, đông lạnh… cũng
ảnh hưởng lớn đến sức khỏe công nhân và cộng đồng xung quanh.
− Nguồn phát thải: làm phân bón, kỹ nghệ làm lạnh, kỹ nghệ điện tử, NH
4
Cl được
sử dụng trong công nghệ hàn, NH
3

được sử dụng trong công nghiệp dầu khí,
thuốc lá, trong công nghệ sản xuất các chất gây nghiện bất hợp pháp.
− Các công nghệ xử lý:
+ Xử lý hóa học: dựa vào tính chất hóa học của NH
3
ta có thể xử lý NH
3
bằng các
phun các dung dịch acid loãng (HCl, H
2
SO
4
…) để hấp thụ hóa học NH
3
.
+ Xử lý sinh học: bể sinh học màng vi lọc xử lý nitơ, NH
3
trong nước thải. Việc
khử chất ô nhiệm này chỉ thực hiện duy nhất một quá trình là khử nitrit. Quá
trình này gồm hai giai đoạn chính đó là giai đoạn nitrit hóa bán phần và khử
nitrit thông qua hệ thống màng vi lọc. Xử lý NH
3
bằng hồ tùy tiện có thêm các
chất trao đổi ion như Zeolit. NH
3
là một khí độc và cũng là một khí có nhiều
ứng dụng trong kỹ nghệ. Tuy nhiên so với những chất khí thải thì NH
3
ít độc
hại và xử lý tương đối đơn giản. Vấn đề quan trọng là trong kỹ thuật làm lạnh

chúng ta cố gắng hạn chế tối đa sự cố môi trường xảy ra, đồng thời luôn có
biện pháp đối phó để giảm thiểu thiệt hại và ảnh hưởng môi trường xung
quanh.
+ Xử lý cơ học: nhờ vào khả năng hòa tan tốt trong H
2
O, khi sự cố môi trường
xảy ra thì biện pháp đơn giản nhất đó là cách ly người dân và phun nước pha
loãng.
9
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
II. CHƯƠNG II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.
2.1. Lựa chọn công nghệ xử lý:
− Hiện nay chúng ta có nhiều phương pháp xử lý khí thải các nhà máy, các xí
nghiệp, các ngành công nghiệp phát sinh nhiều khí gây ô nhiễm môi trường. Để xử
lý đạt hiệu quả thì phải chọn được một phương pháp xử lý phù hợp và tối ưu với
từng đặc điểm của các loại khí thải. Các phương pháp xử lý khí thải được dùng
phổ biến hiện nay như: Phương pháp hấp thụ sử dụng các chất hấp thụ như dung
môi, nước, các hợp chất để hấp thụ khí thải; Phương pháp đốt sử dụng hệ thống
hút, sau đó cho vào hệ thống bình nén khí để đốt, có thể áp dụng đốt các loại khí
dễ cháy như CO; Phương pháp sử dụng vật liệu/hoá chất phản ứng sử dụng các
loại hoá chất để phản ứng để tạo ra CO
2
và hơi nước, áp dụng đối với nhà máy thải
ra dung môi hữư cơ; Sử dụng chất xúc tác để tạo phản ứng với không khí, áp dụng
để xử lý khí thải có hiệu quả, các chất xúc tác được sử dụng rộng rãi là nano TiO
2
,
sắt từ,

− Trong quá trình sản xuất phân bón cần rất nhiều hóa chất và diễn ra nhiều công
đoạn gây phát sinh các khí như NH
3
, CO
2
, SO
2
,…. Nguyên nhân chủ yếu sinh ra
NH
3
là do sự thất thoát hoặc phản ứng không hoàn toàn của quá trình amôn hoá
bằng khí NH
3
. Để xử lý khí NH
3
đạt hiệu quả và đơn giản nhất chúng tôi chọn
10
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
phương pháp hấp thụ khí NH
3
bằng tháp hấp thụ với chất hấp thụ là nước. Vì quá
trình hấp thụ trong quá trình sản xuất phân bón còn dùng để làm sạch và thu hồi
khí cho sản xuất.
− Hấp thụ khí bằng chất lỏng là quá trình chuyển cấu tử từ pha khí vào trong pha
lỏng thông qua quá trình hòa tan các chất khí trong chất lỏng khi chúng tiếp xúc
với nhau. Nước được sử dụng là chất hấp phụ vì có nhiều ưu điểm và có tính chất
phù hợp với quá trình hấp thụ khí NH
3
. Nước là dung môi hòa tan tốt khí NH

3
, có
độ nhớt thấp(nước thường 30
o
C có độ nhớt 0,8 x 10
-6
(m
2
/s)) trở lực của quá trình
càng nhỏ nên tốc độ hấp thụ càng nhanh, hiệu quả càng cao; là dung môi rẻ tiền và
dễ kiếm, không gây ăn mòn thiết bị và không độc hại với người và quá trình nhả
hấp để sử dụng lại NH
3
và dung môi cũng đơn giản. Trong phương pháp hấp thụ,
tùy vào đặc điểm cũng như tính chất của khí thải và dung môi ta có thể chọn các
loại tháp hấp thụ khác nhau để có thể nâng cao hiệu suất xử lý.Có nhiều loại tháp
hấp thụ khác nhau như: Tháp phun, tháp đệm, tháp mâm, tháp sục khí và tháp sui
bọt. Khi chọn tháp hấp thụ cần chú ý tới hiệu quả và khả năng cho khí đi qua, có
kết cấu đơn giản, dễ vận hành. Vì vậy các nhà máy sản xuất phân bón thường lựa
chọn phương pháp hấp thụ để xử lý khí thải của nhà máy. Mặt khác sử dụng
phương pháp hấp thụ NH
3
bằng dung môi nước đem lại hiệu quả về mặt môi
trường và đặt biệt là mặt kinh tế.
 Vì lý do đó nhóm em lựa chọn phương pháp hấp thụ NH
3
bằng tháp đệm sử dụng
dung môi nước. Phương pháp này vừa đảm bảo xử lý NH
3
hiệu quả, đảm bảo độ

an toàn xử lý, chất lượng xử lý, độ bền thiết bị xử lý, vừa hiệu quả về mặt kinh tế
do dung môi nước rẻ hơn các dung môi khác mà hiệu quả xử lý cao, lại thuận tiện
cho việc xử lý nước thải sau quá trình xử lý khí thải của nhà máy.
2.2. Thuyết minh quá trình công nghệ:
2.2.1. Sự phát sinh khí NH
3
trong sản xuất phân bón:
− Trong quá trình sản xuất phân đạm (ure) thì sinh ra một lượng lớn khí thải NH
3

thải ra môi trường, thông qua quá trình cung cấp NH
3
để sản xuất ure thì lượng
NH
3
còn dư bị thải bỏ ra không khí và quá trình làm khô ure cũng phát sinh lượng
lớn NH
3
. Thường thì tỷ lệ khí NH
3
trong thành phần khí thải của nhà máy không
lớn nhưng vì tác hại rất lớn của khí NH
3
tới môi trường nên phải xử lý khí NH
3

đến nồng độ thích hợp trước khi khí thải ra ngoài môi trường.
2.2.2. Quá trình thu gom khí thải của nhà máy sản xuất phân bón:
11
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH

3
Hình 2.1: Sơ đồ thu gom khí thải
Dựa vào sơ đồ trên ta thấy hệ thống thu gom khí thải không chỉ có nhiệm vụ thu
gom khí thải cần xử lý mà còn có nhiệm vụ đưa khí thải đến thiết bị xử lý thông
qua hệ thống quạt hút và quạt đẩy.
Khí thải từ nhà máy được các quạt hút thu gom, sau đó nhờ hệ thống quạt đẩy khí
thải sẽ đi vào bề hấp thụ có châm dung dịch hóa chất hấp thụ. Tại đây khí
thải thông qua hệ thống phân phối khí tiếp xúc với nước và hóa chất, một phần khí
SO2, NOx, NH3 được hấp thụ, các thành phần bụi bẩn trong khí thải cũng được
giữ lại. Nồng độ hóa chất hấp thụ, hệ thống phân phối khí được tính toán kỹ lưỡng
đảm bảo hiệu quả hấp thụ một cách tối ưu, tránh các trường hợp dư thừa, lãng phí
hóa chất gây hư hại thiết bị xử lý.
Khí thải sau khi đi qua bể hấp thụ tiếp tục được hệ thống quạt đẩy đẩy vào tháp
hấp phụ. Cấu tạo tháp hấp phụ bao gồm các lớp vật liệu đệm, vật liệu hấp phụ và
hệ thống phân phối dung dịch hóa chất hấp thụ được bố trí một cách hợp lý, đảm
bảo hấp phụ hoàn toàn các thành phần ô nhiễm còn lại cũng như triệt tiêu hoàn
toàn các bụi bẩn còn sót lại.
12
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
2.2.3. Hệ thống xử lý khí thải
 Giới thiệu quá trình hấp thu.
- Khái niệm.
Hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng
hoặc rắn do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng (rắn).
- Mục đích của phương pháp hấp thụ:
+ Hòa tan một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch
(hỗn hợp) các cấu tử trong chất lỏng (chất rắn). Các quá trình xảy ra do sự
tiếp xúc pha giữa khí và lỏng (rắn). Quá trình này cần sự truyền vật chất từ
pha khí vào pha lỏng (rắn). Nếu quá trình xảy ra ngược lại, nghĩa là cần sự

vật chất từ pha lỏng (rắn) vào pha hơi, ta co quá trình nhả khí.
− Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp thụ:
+ Tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi và các chất ô nhiễm trong
khí thải. Để hấp thụ được một chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn
lọc của chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc
chọn dung dịch cho thích hợp.
+ Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu thường do tính chất của dung
môi quyết định.
− Việc lựa chọn dung môi phụ thuộc và các yếu tố sau :
+ Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và
không hòa tan không hớòa tan đáng kể các cấu tử còn lại. Đây là điều kiện
quan trọng nhất.
+ Độ nhớt của dung môi càng bé thì trở lực thuỷ học càng nhỏ và và có lợi ch
o quá trình chuyển khối.
+ Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi.
+ Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt dộ sôi của chất hoà tan để dể tách các cấu
tử ra khỏi dung môi.
+ Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hòa tan
dễ dàng hơn.
13
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
+ Ít bay hơi, rẻ tiền , dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn
kim loại.
 Các phương pháp hấp thụ:
- Có 2 phương pháp chính: hấp thụ hóa học và hấp thụ vật lí.
 Phương pháp vật lí:
Về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất hập thụ vào trong dung môi hấp thụ, chất
khí hòa tan không tạo ra các hợp chất hóa học với dung môi, nó chỉ thay đổi trạng thái từ
thể khí biến thành dung dịch lỏng (quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất

lỏng).
 Hấp thụ hóa học:
+ Trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một số phản ứng hóa
học với dung môi hấp thụ. Chất khí độc hại sẽ bị biến đổi về bản chất hóa
học và biển thành chất khác.
+ Cơ cấu của quá trình này có thể chia thành 3 bước:
+ Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt
của chất lỏng hập thụ.
+ Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt chất hấp thu.
+ Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng
khối chất lỏng hấp thụ.
 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu:
− Ảnh hưởng của nhiệt độ:
+ Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henri sẽ
tăng.
+ Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung.
+ Nếu các đừơng làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm số
đĩa lý thuyết sẽ tăng và chiều cao của thiết bị sẽ tăng. Thậm chí có khi tháp
không làm việc được vì nhiệt độ quá cao so với yêu cầu kỹ thuật.
+ Nhưng nhiệt độ tăng cũng có lợi là làm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng
tăng.
− Ảnh hưởng của áp suất:
+ Nếu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng áp suất trong tháp thì hệ số
cân bằng sẽ tăng và cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành.
Khi đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ tăng quá trình
chuyển khối sẽ tốt hơn và số đĩa lý thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp
sẽ thấp hơn
+ Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăng nhiệt độ. Mặt khác,
sự tăng áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vân hành của tháp
hấp thụ.

14
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
− Các yếu tố khác:
Tính chất của dung môi, loại thiết bị và cấu tạo thiết bị độ chính xác của
dụng cụ đo, chế độ vận hành tháp… đều có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu.
 Ưu, nhược điểm của quá trình hấp thu:
− Ưu điểm:
+ Rẻ tiền, nhất là khi sử dụng H
2
O làm dung môi hấp thụ,các khí độc hại như
+ SO
2
, H
2
S, NH
3
, HF… Có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này với dung môi
nước và các dung môi thích hợp.
+ Có thể 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.
− Nhược điểm:
+ Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng khí
cao nên không thể dùng xử lí các dòng khí thải có nhiệt độ cao, quá trình hấp thụ l
à quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp
thụ xử lí khí thải nhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong
tháp hấp thụ để làm nguội thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lí. Như vậy,
thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp.
+ Khi làm việc, hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi ta 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 lí
không có khả năng hòa tan trong nước. Lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn
đề: các dung môi này có độc hại cho người sử dụng và môi trường hay không ?
Việc lựa chọn dung môi thích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế và kĩ
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.
Chất thải gây ô nhiễm nguồn nước hệ thống càng trở nên cồng kềnh phức tạp.
 Thiết bị hấp thu:
− Thiết bị được sử dụng để tiến hành quá trình hấp thu được gọi là thiết bị
hấp thu hoặc cột hấp thu. Thiết bị hấp thu được chia thành 4 nhóm sau:
15
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
+ Thiết bị hấp thu bề mặt : được dùng khi hấp thu một lượng nhỏ có tính hòa tan
tốt.
+ Thiết bị hấp thu loại đệm : được sử dụng phổ biến nhất khi chất lỏng và
chất khí tinh khiết và có mât độ phun lớn.
+ Thiết bị hấp thu loại sủi bọt (tháp mâm) : được dùng khi tháp có năng suất cao và
cần thoát ra một luợng nhệt lớn .
+ Thiết bị hấp thu loại phun: thành tia và thiết bị hấp thu cơ khí .
− Các loại tháp thường gặp:
 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 khá nhau (trụ, cầu, tấm,
yên ngựa, lò xo…), lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng ra vào.
Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dung
bộ phận phân phối dạng: lưới phân phối (lỏng đi trong ống – khí ngoài ống ; lỏng

và khí 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.
+ Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a, thể tích tự do,
đường kính tương đương, tiết diện tự do S .
+ Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích tự
do và tiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí, khối
lượng riêng nhỏ; phân phối đều chất lỏng; có tính chịu ăn mòn cao; rẻ tiền; dễ
kiếm…
+ Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng máng nên
bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt thấm ướt của đệm.
− Ưu , nhược điểm:
+ Ưu: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ) nhỏ.
+ Nhược: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó
thấm ướt.
 Tháp đĩa
16
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
− Cấu tạo:
+ Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt
các tấm ngăn (đĩa) cách nhau 1 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 .
+ Tháp đĩa có ống chảy chuyền: bao gồm tháp đĩa, chóp, lỗ, xupap, lưới,…trên đĩa có
cấu tạo đặc biệt để chất lỏng đi từ đĩa trên xuống đĩa dưới theo đường
riêng gọi là ống chảy chuyền .
+ Tháp đĩa không có ống chảy chuyền ; khi có khí (hơi hay lỏng) và lỏng đi qua
cùng 1 lỗ trên đĩa

− Ưu , nhược điểm:
+ 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).
+ 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.
 Quy trình công nghệ:
- Chọn quy trinh công nghệ:
+ Chọn nguồn xử lý là nhà máy sản xuất phân ure. Khí được xử lý sơ bộ trước khi đi
vào tháp.
+ Có nhiều loại dung môi để hấp thụ NH
3
, nhóm em chọn dung môi hấp thụ là nước
vì nước là dung môi hấp thụ rẻ tiền, dễ kiếm, không ăn mòn thiết bị, có tính kinh
tế cao.
+ Tháp hấp thu là tháp đệm nên dung môi hấp thu là nước sạch để không tạo ra cặn l
ắng làm cản trở dòng khí và lỏng
- Thuyết minh quy trình công nghệ:
+ Khí thải được thu gom bằng hệ thống thu gom của nhà máy (quạt hút) rồi được
quạt đẩy đưa đến SCRUBƠ, tại đây bụi và các chất rắn khác có trong khí thải sẽ
17
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
được xử lý, tiếp theo quạt đẩy đưa khí thải từ SCRUBƠ vào tháp hấp thu để xử lý
các loại khí như SO
2
, NO
2
, NH

3

+ Dung dịch dùng hấp thụ là nước. Tháp hấp thụ làm việc ngược dòng: nước được
bơm lên bồn cao vị mục đích là để ổn định lưu lượng, từ đó cho vào tháp từ trên đi
xuống, hỗn hợp khí được thổi từ dưới lên và quá trình hấp thụ xảy ra. Hấp thụ xảy
ra trong đoạn tháp có bố trí vật liệu đệm.
+ Hỗn hợp khí trơ đi ra ở đỉnh tháp sẽ được cho đi qua ống khói để phát tán khí ra
ngồi không gây ảnh hưởng đến công nhân. Dung dịch sau hấp thụ ở đáy tháp được
cho ra bồn chứa. Tại đây , dung dịch lỏng này sẽ được xử lý để sao cho nồng độ
của nước thải đạt được nồng độ cho phép để có thể thải ra môi trường.
+ Nếu trong khu công nghiệp thì xử lý sao cho nước thải đạt tiêu chuẩn loại B
(1mg/l) hoặc nếu đặt trong khu sinh hoạt thì phải xử lý cho đến khi đạt tiêu chuẩn
loại A (0,1mg/l).
18
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
Hình 2.2: Sơ đồ quy trình công nghệ:
19
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
Hình 2.3: Bản vẽ mặt bằng
20
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
Hình 2.4: Bản vẽ chi tiết tháp hấp thu
III. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ
LÝ KHÍ NH
3
3.1. Số liệu thiết kế ban đầu:
• Các thông số ban đầu:

− Lưu lượng khí thải: 3000m
3
/h
− Nồng độ NH
3
ban đầu: 6% thể tích
− Áp suất làm việc: 1atm
− Dùng nươc sạch để hấp thu ở nhiệt độ: 20
0
C
21
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
− Lượng nước sử dụng lớn hơn 20% lượng tối thiểu
− Hiệu suất của quá trình hấp thu là 98%
− Nước vào tháp là nước tinh khiết
− Vật chêm là vòng sứ Raschig có kích thước 5x5x1.
3.2. Tính toán các số liệu thiết kế
3.2.1. Cân bằng vật chất
Phương trình cân bằng vật chất của hệ NH
3
– H
2
O được biểu diễn theo định luật Henry:
P = H.x và y
cb
=
t
P
H

= m.x (1)
Trong đó:
y
cb
: phần mol của NH
3
trong dòng khí ở điều kiện cân bằng.
x: nồng độ phần mol khí hòa tan trong pha lỏng.
P: áp suất riêng phân của cấu tử khí NH
3
hòa tan khi cân bằng.
P
t
: áp suất tổng của hệ hấp thu, mmHg.
H: hệ số Henry(mmHg). Ở 208
0
C: H = 0,00208.10
6
(mmHg)
m: hệ số phân bố.
t
P
H
m =
=
760
10.00208,0
6
= 2,74
Ta có:

Y
Y
y
cb
+
=
1
,
X
X
x
+
=
1
Thay vào (1) ta có:
cb
cb
Y
Y
+1
=
X
X
m
+1
.
Y
cb
=
Xm

Xm
).1(1
.
−+
=
X
X
).74,21(1
.74,2
−+
=
).74,21(
.74,2
X
X
−
22
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
Vậy phương trình cân bằng: Y
cb
=
X
X
.74,11(
.74,2
−
Trong đó:
X: nồng độ NH
3

trên cơ bản cấu tử trơ, kmol NH
3
/kmol H
2
O.
Y
cb
: nồng độ NH
3
trên cơ bản không khí ở điều kiện cân bằng, kmol NH
3
/kmol khí trơ.
3.2.2. Các thông số dòng khí
Nồng độ thể tích ban đầu: y
d
= 6% =0,06
Nồng độ đầu theo tỉ lệ mol:
Y
d
=
d
d
y
y
−1
=
06,01
06,0
−
= 0.0638 (kmol NH

3
/kmol khí trơ)
Nồng độ thể tích đầu ra:
Y
c
= Y
d
.(1 – n) = 0,0638.(1 – 0,98) = 1,276.10
-1
(kmol NH
3
/kmol khí trơ)
Suất lượng dòng khí vào tháp:
G
y
=
TR
VP
.
.
=
)27320.(
273
4,22
3000.1
+
= 124,7867(kmol/h)
Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp khí:
G
tr

= G
y
(1 – y
d
) = 124,7867.(1 – 0,06) = 117,2995(kmol/h)
Lưu lượng thể tích trung bình đi trong tháp hấp thu:
V
ytb
= (V
yd
+ V
yc
)/2
Trong đó:
V
yd
, V
yc
: lưu lượng khí vào, ra khỏi tháp m
3
/h.
V
y
= V
tr
.(1 + Y
c
)
Mà: V
tr

= V
yd
.(1 – Y
d
)
23
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
Nên: V
yc
= V
yd
.(1 – Y
d
).(1+ Y
c
) = 3000.(1 – 0,0638).(1 + 1,276.10
-3
)
= 2812,1838(m
3
/h)
 V
ytb
= (V
yd
+ V
yc
)/2 =( 3000 + 2812,1838)/2 =2906,0919(m
3

/h)
Khối lượng riêng trung bình của pha khí:
T
MyMy
tbtb
ytb
.4,22
273].).1(.[
1
α
ρ
−+
=
Trong đó: M
1
, M
α
: khối lượng mol của NH
3
và không khí.
T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp, T = 20
0
C
 T = 20 +273 = 293(
0
K)
y
tb
: nồng độ mol của NH
3

lấy theo giá trị trung bình
y
tb
= (y
d
+ y
c
)/2
với y
d
, y
c
là nồng độ phần mol NH
3
vào và ra khỏi tháp.
Y
d
= 0,06
Y
c
= y
d
(1 – n)= 0,06.(1 – 0,98) = 0,0012
 y
tb
= (0,06 + 0,0012)/2 = 0,0306
M
1
= M
NH3

= 17
M
kk
= 28,84(g/mol)

293.4,22
273].84,28).0306,01(17.0306,0[ −+
=
ytb
ρ
= 1,1845(kg/m
3
)
Độ nhớt trung bình của pha khí:
kk
kk
kk
hh
hh
M
m
M
m
M
µµµ
+=
1
1
1
M

hh
, M
1
, M
kk
: khối lượng phân tử của hỗn hợp khí, NH
3
, không khí(kg).
M
hh
= y
tb
.M
1
+ (1 – y
tb
).M
kk =
0,0306.17 + (1 – 0,0306).28,84 = 28,4777(g/mol)
24
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
m
1
,m
a
: nồng độ thể tích của NH
3
và không khí.
m

1
= y
tb
= 0,0306
m
kk
=1 – y
tb
= 1 – 0,0306 = 0,9694
u
NH3(20
0
C)
= 10
-5
Pa.s
Với µ
kk(20
0
C)
= 1,8313.10
-5
Pa.s
55
10.8313,1
84,28.9694,0
10
17.0306,04777,28
−−
+=

hh
µ
 µ
hh
= 1,8039.10
-5
Lưu lượng khối lượng pha khí trung bình:
G
ytb
= (G
yd
+ G
yc
)/2
Trong đó: lưu lượng khối lượng pha khí vào và ra, kg/h.
G
yd
= G
tr
.M
tr
+ G
tr
.M
NH3
.Y
d
= 117,2995.28,84 +117,2995.17.0,0638 = 3510,1406(kg/h)
G
yc

= G
tr
.M
tr
+ G
tr
.M
NH3
.Y
c
= 117,2995.28,84 +117,2995.17.1,276.10
-3
= 3385,4620(kg/h)
G
ytb
=( 3510,1406 + 3385,4620)/2 = 3447,8013(kg/h)
3.2.3. Các thông số dòng lỏng
Hấp thu NH
3
bằng H
2
O, chọn dung môi sạch khi vào tháp đệm với X
d
= 0.
Lượng dung môi tối thiểu sử dụng:
L
min
=
d
cdtr

XX
YYG
−
−
*
)(
X
*
: nồng độ pha lỏng cân bằng tương ứng Y
d.
Từ đồ thị đường cân bằng ta có: X
*
= 0,0111 (kmol NH
3
/kmol H
2
O)
L
min
=
)00111,0(
)10.276,10638,0.(2995,117
3
−
−
−
= 660,7238(kmol/h)
25