Đồ án thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh

Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ NGUỒN GỐC KHÍ THẢI, TÁC HẠI VÀ CÁC
BIỆN PHÁP XỬ LÍ HỖN HỢP KHÍ H2S VÀ MERCAPTAN CÓ CHỨA
BỤI

GVHD:Dư Mỹ Lệ

1


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

1.1 TỔNG QUAN
1.1.1/Bụi
Bụi là các phần tử chất rắn ở thể rời rạc (vụn) được tạo ra từ quá trình tự nhiện hay
nhân tạo: nghiền, ngưng kết hay các phản ứng hoá học….Dưới tác dụng cùa dòng khí chúng ở
trạng thái lơ lững .
Tùy vào kích thước của hạt bụi mà ta gọi:bụi thô, bụi, khói, khói mịn, sương.
1.1.2/Các hợp chất lưu huỳnh: khí H2S và Mercaptan
a/ Khí H2S
-Tính chất vật lí:không màu, mùi trứng thối, có tính tẩy màu, tan ít trong nước.
-Tính chất hoá học: mang tính acid do đó có tính ăn mòn mạnh.
b/ Khí Mercaptan R-SH
-Tính chất vật lí: không màu hay có màu hơi vàng và có mùi khó chịu.Ví dụ:CH3-SH
có mùi cải hành thối.
- Tính chất hoá học: các hợp chất Sulfua này tương ứng với các rượu hay Phenol trong
đó nguyên tử Oxi được thay bằng nguyên tử S
R-OH => R-SH (O và S cùng nằm trong phân nhóm chính nhóm 6 ). Góc R có thể ở
dạng bậc 1,2,3.

Ví dụ : Metyl Mercaptan (Methanethiol) CH3-SH, Etyl Mercaptan (Ethanethiol) CH3CH2-SH , Thio phenol C6H5-SH
Các Mercaptan có khối lượng phân tử thấp thì tan nhiều trong kiềm nhưng khi khối
lượng phân tử tăng thì độ hoà tan giảm dần.
NaOH + R-SH -> NaRS + H2O
Khi tiếp xúc lâu với kiềm các Mercaptan bị oxi hoá đến Disulfua và Polysulfua là
những hợp chất khó tan trong kiềm.
1.2. NGUỒN GỐC KHÍ THẢI:H2S VÀ MERCAPTAN
H2S và Mercaptan là một trong 3 chất (NH3, H2S, Mercaptan) dùng để đánh giá mức
độ ô nhiễm mùi trong không khí.
a/ Tự nhiên
H2S và Mercaptan thường xuất hiện trong quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ,
ví dụ: khi ao hồ, sông bị ô nhiễm chất hữu cơ sẽ sinh ra các hợp chất gây mùi; quá trình phun
trào núi lửa.
b/ Nhân tạo
+ Công nghiệp:
 Chế biến dầu mỏ (lọc dầu) thải ra các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh có mùi hôi:
Mercaptan, SOx, H2SO4, H2S, NOx.
 Nhà máy tơ nhân tạo thải ra chủ yếu các hợp chất hữu cơ gây mùi như các hợp chất
lưu huỳnh: CS2, H2S.

GVHD:Dư Mỹ Lệ

2


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

 Công nghiệp dược: trong sản xuất thuốc kháng sinh sinh ra các chất như: H2S,
Mercaptan, NH3, Metyl và Dimetyl sulfua.
 Sản xuất thuốc trừ sâu: H2S, Mercpatan, NH3, Andehyt amin.

 Hoá dầu hữu cơ: Mercaptan, NH3, SO2, THC, Aldehyde, acid hữu cơ và một số chất
gây mùi.
+ Nông nghiệp: từ các trại chăn nuôi: NH3, H2S, Mercaptan, Amin hữu cơ, Aldehyde hữu cơ.
Các cở sở nuôi cá, tôm tự phát với mật độ dày thì chất thải từ cá tôm cũng như thức ăn thừa sẽ
thải vào kênh rạch sinh ra khí SO2, H2S, NH3, Mercaptan ….
+ Sinh hoạt của con người:
 Xử lí nước thải sinh hoạt: H2S, NH3, Mercaptan, Amin hữu cơ.
 Xử lí chất thải rắn sinh hoạt:H2S, NH3, CH4, Mercaptan, VOCs, CO2…..
Ví dụ: Khảo sát mùi hôi từ bãi chôn lấp Gò Cát thì trong vòng bán kính 750 m tính từ tâm bãi
chôn lấp đến khu dân cư thì bị ô nhiễm: NH3, H2S, Mercaptan. Mức độ ô nhiễm cao hơn nhiều
lần so với tiêu chuẩn Việt Nam.
Số liệu đo tại Gò Cát năm 2003 và TCVN5938-2005 (Chất lượng không khí - Nồng độ tối đa
cho phép của một số chất độc hại trong không khí xung quanh)
3

H2S (μg/m )
Mercaptan (μg/m3)

Số liệu đo năm 2003
798
0,9 – 4,3

TCVN5938-2005
42
50

Ghi chú
Gấp 18,8 lần
Chưa vượt chuẩn

1.3.TÁC HẠI CỦA HỖN HỢP KHÍ
a/Tác hại của bụi
- Đối với con người: gây ảnh hưởng đến sức khoẻ: hệ hô hấp (gây viêm phổi, ung thư
phổi), da và giảm tầm nhìn.
- Đối với tự nhiên:
 Có khả năng ăn mòn vật liệu khi kết hợp với những chất khí có tính ăn mòn.
 Bụi không có khả năng gây hại cho thực vật trừ khi bụi có tính ăn mòn cao, lắng đọng
quá nhiều trên lá cây làm giảm khả năng quang hợp cho cây. Ví dụ: bụi xi măng lắp đầy các
lỗ khí khổng, bao quanh các hạt diệp lục làm giảm khả năng quang hợp, tăng khả năng nhiễm
bệnh, giảm sức sống, giảm khả năng thụ phấn.
 Gây ô nhiễm nguồn nước.
b/ Tác hại của H2S và Mercaptan
- Đối với con người: đây là những khí gây ô nhiễm mùi: H2S ở nồng độ thấp gây kích
thích lên mắt và đường hô hấp
H2S ở nồng độ: +10 - 20 ppm gây chảy nước mắt
+ 20 -150 ppm: chảy nước mắt, viêm toàn bộ đường hô hấp
+150 ppm gây tê liệt khứu giác

GVHD:Dư Mỹ Lệ

3


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

Khi hít thở một lượng lớn H2S, Mercaptan gây thiếu hụt Oxi trong hồng cầu làm ngạt
thở, nhiễm độc emzim, làm hư mô thần kinh. Thường xuyên tiếp xúc dưới mức gây độc cấp
tính sẽ gây độc mãn tính với triệu chứng: suy nhược, rối loạn thần kinh và hệ tiêu hoá, mất
ngủ, khó tập trung, viêm phế quản.
1.4. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ HỖN HỢP KHÍ Ô NHIỄM CÓ

CHỨA BỤI
1.4.1. Các phương pháp xử lí bụi:
Có 3 phương pháp xử lí bụi chủ yếu :
- Phương pháp khô
- Phương pháp ướt
- Lọc tĩnh điện
1/ Phương pháp xử lí bụi khô: áp dụng cho bụi có tính kết dính. Các thiết bị dạng này làm
việc theo nguyên tắc lắng quán tính và lắng trọng lực.
Có các dạng thiết bị chính: Buồng lắng bụi
Thiết bị lắng quán tính
Cyclone
Thiết bị thu hồi bụi xoáy
Thiết bị thu hồi bụi động
Bảng 1.1: Các thông số đặc trưng của thiết bị thu hồi bụi khô
Năng xuất tối
đa
(m3/h)
Không giới
hạn

STT Dạng thiết bị
1

Buồng lắng

2

Cyclon

85000

3

Thiết bị gió xoáy

30000

4

Cyclon tổ hợp

170000

5

Thiết bị lắng quán tính

127500

6

Thiết bị thu hồi bụi động

42500

Hiệu quả xử lí
(%)
(> 50 µm)

80 – 90%

(> 10 µm)
50-80%
(2 µm)
90%
( 5 µm)
90%
( 2 µm)
90%
(2 µm)

Trở lực
(Pa)

Giới hạn nhiệt
độ
(oC)

50-130

350-550

250-1500

350-550

Đến 2000

đến 250

750-1500

350-450

750-1500

đến 400
đến 400

Nguồn: Kỹ thuật xử lí chất thải công nghiệp – GSTS Nguyễn Văn Phước

a/Buồng lắng bụi
Nguyên lí: dựa vào tác dụng của lọc trọng trường. Bụi được lắng trong không
gian hình hộp có B > L có vận tốc theo phương ngang (u) nhỏ , vận tốc theo phương đứng (v).
GVHD:Dư Mỹ Lệ

4


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

Thiết bị hoạt động hiệu quả trong trường hợp Tv < Tu =>

B L
≤ thoả điều kiện này bụi sẽ bị
v u

giữ lại trong thiết bị không bị lôi kéo ra ngoài.
Cải tiến thiết bị buồng lắng bụi là người ta chia buồng lắng ra làm nhiều tầng nhằm
giảm kích thước thiết bị, hiệu suất cao nhưng khó vệ sinh thường ta dùng nước phun với áp
lực cao. Nhìn chung buồng lắng bụi chỉ xử lí có hiệu quả khi đường kính hạt bụi dp> 50 µm

và lưu lượng nhỏ. Khi hạt bụi có kích thước càng nhỏ thì kích thước buồng lắng càng lớn do
thời gian lưu lớn.
b/Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính
Nguyên lí: Dựa vào sự đổi hướng chuyển động của dòng khí được lặp đi lặp lại
nhiều lần bằng nhiều loại vật cản có hình dạng khác nhau do bụi có quán tính lớn sẽ hướng
chuyển ban đầu, đập vào vật cản hay các thành thiết bị mất động năng và rơi xuống.
c/ Cylone: là loại thiết bị lọc bụi phổ biến nhất.
Nguyên lí: Lợi dụng lực li tâm do chuyển động xoáy trong thân cyclone làm
bụi đập vào thân thiết bị mất động năng rơi xuống phễu thu bụi.
Cấu tạo đơn giản dễ vận hành, công xuất lớn và giới hạn hoạt động rộng
d/ Lọc bụi
Nguyên lí: dùng môi trường xốp để giữa lại các hạt bụi khi dỏng khí thổi qua
màng lọc
Đặt tính của thiết bị : hiệu quả lọc, sức cản khí động, thời gian chu kì hoạt
động trước khi thay mới hay hoàn nguyên. Hiệu xuất: lọc vải < lọc sợi < lọc hạt.
Hiệu xuất xử lí theo kích thước hạt phụ thuộc vào cấu tạo màng vật liệu (màng
càng nhỏ thì hiệu xuất càng tăng). Theo thời gian lọc thì trở lực qua thiết bị tăng dần do đó
định kì phải rũ bụi hay thay mới vật liệu lọc. Đặt biệt thiết bị lọc sợi ta khó thu hồi bụi.
2/Phương pháp xử lí bụi ướt
Thu hồi bụi có dp =0,1-100 µm, hiệu xuất 85-99%.
Nguyên lí: dựa vào tiếp xúc dòng khí chứa bụi với chất lỏng. Chất lỏng tưới lên bề
mặt thiết bị, dòng khí tiếp xúc màng này và các hạt bụi bị hút bởi màng nước làm bụi tách ra
khỏi khí. Hay dòng khí được sụt vào nước tạo thành các bọt khí làm hạt bụi dính ướt loại ra
khỏi khí.
Có các dạng thiết bị:
+Rửa khí trần
+Rửa khí đệm
+Rửa khí với lớp đệm chuyển động
+Sủi bọt
+Rửa khí va đập quán tính

+Rửa khí li tâm
+Rửa khí với vận tốc cao
GVHD:Dư Mỹ Lệ

5


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

Phân loại theo nguyên lí hoạt động:
-Buồng phun, buồng rửa khí rỗng
-Thiết bị lọc có lớp đệm bằng vật liệu rỗng và được tưới ướt
-Thiết bị lọc với lớp vật liệu đệm di động
-Thiệt bị lọc theo nguyên lí va đập quán tính
-Thiết bị lọc theo nguyên lí li tâm
-Thiết bị lọc Venturi
Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lí bụi ướt:
*Ưu điểm:
+ Hiệu quả xử lí bụi cao hơn
+ Có thể ứng dụng để thu hồi bụi có kích thước đến 0,1 µm
+ Có thể sử dụng khi nhiệt độ cao và độ ẩm cao
+ Nguy hiểm cháy nổ rất thấp
+ Cùng với bụi có thể xử lí hơi và khí
*Nhược điểm: +Bụi thu được ở dạng cặn do đó phải xử lí nước thải, làm tăng giá thành xử lí
+Các giọt lỏng có khả năng bị cuốn theo khí và cùng với bụi lắng trong ông
dẫn và ống hút
+Trong trường hợp khí có tính ăn mòn cần phải bảo vệ thiết bị và đường ống
bằng vật liệu chống ăn mòn.
3/ Phương pháp lọc tĩnh điện
Thiết bị này phổ biến ở các nước công nghiệp phát triển, đặc biệt trong các ngành

công nghiệp: năng lượng, luyện kim, công nghiệp hoá chất…
Nguyên lí: Các phân tử khí được ion hoá rồi truyền điện tích âm cho các hạt bụi khi va
đập. Hạt bụi hút về cực dương, đọng lại trên bề mặt trong của ống hình trụ, mất điện tích và
rơi xuống phễu thu bụi.
Hiệu quả: phụ thuộc vào đường kính hạt bụi, cường độ điện trường, thời gian hạt bụi
nằm trong vùng tác động điện trường.
Ưu và nhược điểm của thiết bị lọc điện:
*Ưu điểm:
+Hiệu xuất thu hồi bụi cao khoảng 99%
+Chí phí năng lượng thấp 0,3 -18 MJ/1000 m3 khí thải
+Thu được hạt bụi có kích thước < 0,1 µm, nồng độ bụi từ vài gam đến 50
3
g/cm
+Nhiệt độ khí thải có thể đạt đến 800oC
+Làm việc ở áp suất cao hay áp xuất chân không
+Có thể điều khiển tự động hoá
*Nhược điểm: +Độ nhạy cao nên dù có sự thay đổi nhỏ giữa giá trị thực và giá trị tính toán
các thông số cũng làm cho hiệu quả xử lí giảm
+Sự cố cơ học dù nhỏ cũng ảnh hưởng đến hiệu quả thiết bị
+Không dùng xử lí các chất thải dễ cháy nổ
GVHD:Dư Mỹ Lệ

6


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

1.4.2.Các phương pháp xử lí khí ô nhiễm
Một số phương pháp xử lí: -Phương pháp hấp thụ
-Phương pháp hấp phụ

-Phương pháp oxi hoá nhiệt có xúc hay không có xúc tác
-Phương pháp ngưng tụ (chủ yếu áp dụng cho thu hồi các dung
môi hữu cơ có giá trị)
-Phương xử lí khí bằng biện pháp sinh học
-Pha loãng ( thường áp dụng cho gia đoạn cuối của quá trình xử
lí khí)
1/ Phương pháp hấp thụ: là quá trình lôi cuốn có chọn lọc một cấu tử nào đó của hỗn
hợp khí từ khí thải vào chất lòng (chất hấp thụ)
Có 2 loại: hấp thụ vật lí và hấp thụ hoá học
Các loại thiết bị hấp thụ thường gặp: -Tháp rỗng hay buồng phun, tháp phun
-Tháp hấp thụ có vật liệu đệm
-Tháp mâm (thiết bị hấp phụ kiểu sủi bọt)
Cấu tạo thiết sau cho bề mặt tiếp xúc giữa chất hấp thụ và chất bị hấp phụ càng lớn
càng tốt giữa 2 pha: khí - lỏng
Tuy nhiên phân loại thiết bị hấp phụ theo cách tổ chức bề mặt tiếp xúc pha thì thiết có
những loại: +Thiết bị hấp phụ bề mặt hay thiết bị chảy tràn
+Thiết bị đệm
+Thiết bị sủi bọt
+Thiết bị phun
a/Thiết bị chảy tràn
Thiết bị có bề mặt tiếp pha không lớn. Xác định bởi diện tích ngang của thiết bị. Chất
hấp thụ chuyển động dạng màng theo đáy phẳng và khí đi ngược dòng.
Trở lực thuỷ động thấp do đó áp dụng cho các cơ sở sản xuất nhỏ dùng để hấp thụ các
khí dễ hoà tan.Cường độ hoạt động không quyết định bởi vận tốc truyền khối mà quyết định
bởi vận tốc giải nhiệt sinh ra do quá trình hấp thụ. Có 2 dạng: tấm và ống.
b/Thiết bị đệm
Thiết bị có dạng hình trụ bên trong chứa vật liệu đệm (vật liệu rỗng) với chiều cao vật
liệu đệm vào khoảng 2/3 chiều cao thiết bị. Khí ô nhiễm cho từ dưới lên và chất hấp thụ cho
vào thiết bị qua cơ cấu tưới (thường chuyển động ngược với dòng khí).
Ưu điểm: Diện tích bề mặt riêng lớn, kết cấu đơn giản, có thể làm việc trong môi

trường ăn mòn do thiết bị này được áp dụng rộng rãi.
c/Thiết bị sủi bọt
Bề mặt tiếp xúc pha hình thành nhờ phân tán chất hấp thụ dưới dạng tia hay dạng bọt.
Đối với thiết bị này không áp dụng được nguyên lí ngược dòng vì chất lòng được khuấy trộn

GVHD:Dư Mỹ Lệ

7


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

mảnh liệt bởi khí sủi bọt do đó chỉ tiếp xúc pha một bậc (chỉ áp dụng cho hấp thụ không thuận
nghịch). Chế độ vận hành: tạo bọt, tạo tia, ngập lụt.
d/Thiết bị phun
Bề mặt tiếp xúc pha hình thành nhờ sự phân tán chất lỏng trong chất khí. Hiệu quả làm
việc xác định kích thước của giọt lỏng (đường kính giọt lỏng tối ưu 0,5-1 mm). Vì nếu giọt
lỏng quá mịn sẽ bị khí lôi cuốn ra ngoài. Thiết bị hoạt động theo nguyên tắc thuận dòng làm
động lực quá trình giảm. Thời gian tiếp xúc pha rất ngắn nên áp dụng đối với khí dễ hoà tan.
Ngoài ra nhược điểm: tiêu hao điện năng lớn để tạo thành giọt lỏng và giá thành đầu tư thiết
bị phun sương đắt.
2/Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là hiện tượng tăng nồng độ chất bị hấp phụ lên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ)
dựa trên ái lực một số chất rắn đối với một số chất có trong khí.
Có 2 quá trình hấp phụ: vật lí và hoá học
-Hấp phụ vật lí: dựa vào lực liên kết giữa các phân tử (lực Vader Waal), quá trình hấp
phụ toả nhiệt. Lượng nhiệt toả ra phụ thuộc vào cường độ lực liên kết phân tử.
*Ưu điểm:
+Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch có ý nghĩa quan trọng trong việc
thu hồi các hợp chất có giá trị hay hoàn nguyên chất hấp đã bảo hoà.

+ Lượng chất hấp phụ tăng thì diện tích tiếp xúc tăng
+Tốc độ hấp phụ tăng khi nhiệt độ giảm, áp suất riêng phần tăng
-Hấp phụ hoá học: là kết quả của phản ứng hoá học giữa chất bị hấp phụ và vật liệu
hấp phụ, lực liên kết giữa các phân tử mạnh hơn nhiều so với hấp phụ vật lí. Đặc tính của loại
thiết bị này là tính không thuận nghịch, khi cần giải thoát khí đã bị hấp thụ thì bản chất hoá
học của khí đã bị thay đổi.
Nguyên tắc chọn lựa chất hấp phụ:
+Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy
+Khí cần khử có giá trị và cần thu hồi
+Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khác không thể áp dụng
được
Yêu cầu thiết kế (chọn thiết bị hấp phụ):
 Đảm bảo thời gian và chu kì làm việc thích hợp
 Có xử lí sơ bộ để loại bỏ các chất không thể hấp phụ được
 Xử lí nồng độ ban đầu để bảo vệ lớp vật liệu hấp phụ không bị quá tải
 Phân phối dòng khí vào vật liệu đệm một cách đều đặng
 Đảm bảo khả năng thay thế mới hoặc hoàn nguyên vật liệu hấp phụ sau khi đạt trạng
thái bảo hoà
Phân loại thiết bị:
-Theo tính chất làm việc: thiết bị hấp phụ liên tục và gián đoạn

GVHD:Dư Mỹ Lệ

8


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

-Theo trạng thái lớp hấp phụ có các loại: chuyển động, đứng yên, tầng sôi (quá trình
vận hành khó khăn, bụi sinh ra do mài mòn)

3/Phương pháp oxi hoá nhiệt có xúc và không có xúc tác
Phương pháp này áp dụng khi lưu lượng khí lớn, nồng độ chất ô nhiễm dễ cháy
lại rất bé, đặc biệt phương pháp này xử lí mùi triệt để. Phương pháp này thích hợp trong một
số trường hợp sau đây:
-Phần lớn chất ô nhiễm có mùi khó chịu đều cháy được hoặc thay đổi về mặt hoá học
để biến đổi thành chất ít có mùi hơn khi phản ứng oxi hoá nhiệt xảy ra ở nhiệt độ thích hợp
-Các loại sol khí hữu cơ có khói nhìn thấy được ví dụ như khói từ lò rang cà phê, lò
sản xuất thịt hun khói, lò nung men sứ…
-Một số các hơi, khí hữu cơ khi thải trực tiếp vào khí quyển sẽ có phản ứng với sương
mù và gây tác hại cho môi trường. Quá trình thiêu đốt có tác dụng phân huỷ hiệu quả các
loại chất này.
-Một số loại công nghệ như công nghệ khai thác và lọc dầu thải ra rất nhiều khí cháy
được kể cả những chất hữu cơ độc hại. Phương pháp xử lí hiệu quả và an toàn nhất trong
trường hợp này là thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp, thiêu đốt ngay trên ống khói hay bằng
những buồng đốt riêng biệt.
*Ưu và nhược điểm của thiết bị:
+Xử lí khí triệt để 95% ,có một số thiết bị đặc biệt có thể xử lí lên tới 99%
+Giá thành đầu tư thiết bị cao
+Kiểm soát nhiệt độ không tốt tạo chất ô nhiễm độc hại như: Dioxin, Furan
+Cần phải lưu ý đến giới hạn cháy nổ
+Chỉ xử lí khi nồng độ chất ô nhiễm nhỏ
4/Phương oxi hoá sinh học: đây là phương pháp xanh sạch, tiềm năng phát triển trong
tương lai. Phương pháp này sử dụng các vi sinh vật có trong môi trường xung quanh để hấp
phụ, phân huỷ các thành phần khí độc hại.
Ứng dụng: khi trong thành phần khí thải có những chất có khả năng phân huỷ sinh học
*Ưu điểm:
+Thiết bị đơn giản và vận hành đơn giản
+Không sinh ra chất ô nhiễm
+Quá trình xảy ra ở nhiệt thường và an toàn
+Vốn dầu tư ban đầu và chi phí vận hành thấp hơn các phương pháp khác

+Lượng năng lượng cần thiết thấp
*Nhược điểm: +Chỉ hiệu quá đối với chất ô nhiễm đặc trưng
+Gây ăn mòn đường ống và thiết bị
+Nhạy với nhiệt độ, nồng độ và hơi nước
+Khó kiểm soát hơi nước khi tạp chất ô nhiễm cao

GVHD:Dư Mỹ Lệ

9


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

+Không thể điều chỉnh quá trình chủ động (trực tiếp) mà nó phụ thuộc vào giá
thể vi sinh do đó ảnh hưởng quá trình xử lí do đó phương pháp này thường sử dụng kết hợp
với một số phương khác
5/Phương pha loãng: đây là phương pháp nhằm làm giảm nồng độ chất ô nhiễm
nhưng khối lượng chất ô nhiễm không thay đổi ta áp dụng phương pháp này khi không quan
tâm đến bảo vệ môi trường vì phương pháp này làm tăng nồng độ của chất ô nhiễm trong môi
trường.
1.5.CƠ SỞ LÍ THUYẾT XỬ LÍ HỖN HỢP KHÍ KHÍ HYDROSURFUR
VÀ MERCAPTAN CÒ CHỨA BỤI
Trên thực tế các phương pháp áp dụng để xử lí hỗn hợp khi này:
- Hấp thụ
- Hấp phụ
- Phát tán
Ngoài ra nếu khí Mercaptan chiếm tỉ lệ lớn thì ngoài 3 phương pháp trên ta có thể áp
dụng thêm 2 phương pháp nữa là: phương pháp oxi hoá nhiệt và phương pháp sinh học.
a/ Phương pháp hấp thụ
Đối với hỗn hợp khí H2S và R-SH ta có thể dùng các dung dịch hấp thụ sau:

+ Na2CO3, (NH4)2CO3, K2PO4, NaOH (sửa vôi), NH3
+ Narti thioasenat Na4As2S6O
b/ Phương pháp hấp phụ
Các chất có khả năng hấp phụ H2S và R-SH là:
+Than hoạt tính khi hấp phụ lượng lưu huỳnh chứa trong than khoảng 200 –
3
520 kg/m
+ Hydroxit sắt
+ Zeolit, oxit kẽm, oxit đồng
c/ Phương pháp ôxi hoá nhiệt: đối với phương pháp này ta phải kiểm soát quá trình
oxi nhiệt chặt chẽ vì dễ sinh ra chất ô nhiễm thứ cấp nguy hiểm.
d/ Phương pháp sinh học: các chất H2S và R-SH có thể sử dụng làm cơ chất cho vi
sinh. Đây là phương pháp tiềm năng trong tương lai.
Hầu hết nguồn gốc sinh ra các khí ô nhiễm này xuất phát từ các nhà máy sản xuất
công nghiệp do đó ta yêu cầu hệ thống xử lí đầu ra của hệ thống đạt tiêu chuẩn
TCVN5839-2005 (Chất lượng không khí – Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối với bụi
và các chất vô cơ)

GVHD:Dư Mỹ Lệ

10


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

Bảng 1.2: Giới hạn tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công
nghiệp(TCVN 5939-1995)
STT

Thông số

1
2

Bụi khói
H2S

Giá trị giới hạn (mg/m3)
A
B
400
200
7,5
7,5

*Ghi chú:Giới hạn qui định ở cột A áp dụng cho các nhà máy, cơ sở đang hoạt động. Giá trị giớ hạn qui
định ở cột B áp dụng cho các nhà máy, cơ sở xây dựng mới.

GVHD:Dư Mỹ Lệ

11


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

CHƯƠNG II
ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ

GVHD:Dư Mỹ Lệ

12


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

2.1.CÁC THỐNG SỐ KHÍ THẢI ĐẦU VÀ YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG
KHÔNG KHÍ ĐẦU RA
2.1.1.Thông số khí thải đầu vào
+Lưu lượng khí thải: Q = 1200 m3/h
+Nồng độ bụi: 130 mg/m3
+Kích thước hạt bụi dp > 5 µm (85-95%)
+ Áp suất làm việcc P = 760 mmHg
+Độ ẩm φ = 0.55
+Nồng độ hỗn hợp khí đầu vào C = 18,2.10-6 kg/m3 =18,2 mg/m3.
2.1.2.Tiêu chuẩn khí thải đầu ra
Ta áp dụng tiêu chuẩn chất lượng không khí TCVN 5939-2005:(tiêu chuẩn khí thải
công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ) tiêu chuẩn này qui định giá trị nồng độ nồng độ tối
đa của các chất vô cơ và bụi trong khí thải công nghiệp (tính bằng mg/m 3 khí thải) khi thải
vào không khí xung quanh.
Bảng 2.1: Giới hạn tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp
(TCVN 5939-1995)

Bụi khói

Giá trị tới hạn (mg/m3)
A
400

B
200

H2S

7,5

7,5

SST

Thông số

1
2

*Ghi chú:Giới hạn qui định ở cột A áp dụng cho các nhà máy, cơ sở đang hoạt động. Giá trị giớ hạn qui
định ở cột B áp dụng cho các nhà máy, cơ sở xây dựng mới.

Yêu dòng ra:
+ Nồng độ bụi < 400 mg/m3 mà đầu bài cho 130 mg/m3 vậy thỏa tiêu chuẩn TCVN
5939-2005.
+ Nồng độ cho phép của H2S là 7,5 mg/m3 và khí thải có nồng độ ban đầu 18,2 mg/m3
đã vượt tiêu chuẩn cho phép và cần phải xử lí 60% nồng độ chất ô nhiễm đầu vào.
+ Nồng độ cho phép của khí Mercaptan trong TCVN5 939-2005 không qui định
nhưng trong tiêu chuẩn TCVN5938-2005 (Chất lượng không khí - Nồng độ tối đa cho phép
của một số chất độc hại trong không khí xung quanh) là 50 (μg/m3) và trong trường hợp này
thì Mercaptan chất cản trở quá trình xử lí khí H2S.
Như vậy yêu cầu thiết kế hệ thống xử hỗn hợp khí này là xử lí khí H2S là chất cần xử
lí chính và bụi – Mercaptan chỉ là chất phụ. Do đó H2S có nồng độ đầu vào khoảng 18,2 mg/m
3
. Vậy yêu cầu hiệu suất xử lí khoảng 60% thì đạt yêu cầu chất khí đầu ra theo tiêu chuẩn qui

định.

GVHD:Dư Mỹ Lệ

13


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

2.2. CƠ SỞ LỰA CHỌN
Cơ sở chọn lựa công nghệ dựa trên các yêu cầu sau:
- Hiệu đạt được theo yêu cầu của hệ thống xử lí
- Khả thi về mặt kĩ thuật: chế tạo, bảo trì, vận hành
- Khả thi về mặt kinh tế
Trong thành phần khí thải có chứa bụi và H2S, Mercaptan do đó quá trình xử sẽ tiến
qua các bước sau:
Bước1: Xử lí sơ bộ chủ yếu là xử lí bụi để hỗ trợ cho việc xử lí ở các giai đoạn sau.
Với nồng bụi Cb = 130mg/m3, dp > 5 µm chiếm 85-95% với độ ẩm 0,55 và chất ô
nhiễm: H2S, Mercaptan, đây là những chất khí có tính ăn mòn mạnh.Với độ ẩm nêu trên thì
không khí ở trạng thái khô do đó nó sẽ ít ô nhiễm hơn khí ô nhiễm ở trạng thái ẩm. Do đó ta
sẽ không sử dụng phương pháp xử lí bụi ướt vì theo thành phần tính chất dòng khí nếu ta xử lí
bụi bằng phương pháp ướt sẽ tạo ra dòng khí ẩm có tính ăn mòn mạnh hơn và sinh ra thêm
một lượng nước thải ô nhiễm cần xử lí và nước thải (có ăn mòn thiết bị và đường ống).
Còn đối với phương pháp lọc bụi tĩnh chủ yếu dùng cho trường thu hồi bụi tinh, đầu
tư thiết với giá thành cao.
Từ những lí do trên ta chọn phương xử lí bụi khô vì những lí do sau:
-Không tạo thêm chất ô nhiễm mới cần xử lí
-Dựa vào bảng 1.1 các thông số thiết bị thu hồi bụi khô thì thiết bị cyclone được ưu tiên chọn
vì nó phù hợp với đường kính hạt bụi, lưu lượng thìch hợp.
-Ta so sánh cyclone và lọc vải:

Ưu diểm

Nhược điểm

Cyclone
Cấu tạo đơn giản
Thi công và chế tạo nhanh
chống
Quản lí và đầu tư thấp
Kết hợp với cyclone chùm nhằn
tăng lưu lượng
Kích thước cao khó lắp đặt
Hiệu suất không cao như lọc vải

Loc túi vải
Hiệu suất lọc bụi cao

Đòi hỏi có thiết bị động để rũ
bụi nhằm tái sinh vải lọc
Chế tạo và tính toán khó
Giá thành đầu tư cao
Quản lí vận hành phức tạp
Tổn thất áp suất tăng cao sau
một thời gian hoạt động do bụi
lấp kín túi vải

- Dựa vào điều hiện thực tế tại Việt Nam và nhiệm vụ giai đoạn xử lí sơ bộ và tính
chất của dòng khí đầu vào thì cyclone được ưu tiên lựa chọn cho giai đoạn xử lí sơ bộ.

GVHD:Dư Mỹ Lệ

14


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

Bước 2 : Xử lí H2S và Mercaptan ( hỗn hợp có tính acid vì cả 2 chất này đều có khả
năng cho ion H+).
a/Các phương pháp có thể xử lí được hỗn hợp khí này: hấp thụ, hấp phụ, oxi hoá nhiệt,
hấp phụ sinh học, phát tán.
Trong đó phương pháp hấp phụ được ưu tiên lựa chọn vì:
+ Lưu lượng khí cần xử lí Q= 1200 m3/h là dạng lưu lượng trung bình-nhỏ
+ Yêu cầu xử lí 60% chất ô nhiễm trên toàn bộ hệ thống
+ Khí thải có tính ăn mòn mạnh khi hoà tan vào nước
+ Tải lượng chất ô nhiễm cũng như nồng độ chất ô nhiễm đầu vào không quá
lớn
Đối với phương pháp hấp phụ ta thường sử dụng khi nồng độ chất ô nhiễm thấp, lưu
lượng trung bình, tải lượng ô nhiễm thấp.
Phương pháp phát tán: phương xử lí cuối đường ống sau khí đã qua hệ thống xử lí còn
phần nhỏ nhỏ ô nhiễm, ta tiến hành xử lí bằng phương pháp phát tán do đó ta không chọn
phương pháp pháp phát tán, làm hệ thống xử lí chính vì nếu chọn thiết bị xử lí chính cho hệ
thống này là không hợp lí vì ống khói phát tán rất cao cao, ta chỉ xử lí một phần nhỏ khí cần
xử lí ở cuối đường ống nhằm giảm bớt áp lực xử lí cho hệ thống xử lí chính.
Phương pháp oxi hoá nhiệt: Khí H2S và Mercaptan khi bị oxi hoá tạo chất ô nhiễm thứ
cấp: SO2 ,CO2 là những chất ô nhiễm do đó ta phải xử lí thêm một bậc nữa. Bên cạnh đó chi
phí đầu tư thiết bị lớn, chí phí vận hành cao. Do vậy ta không chọn thiết bị này làm thiết bị
xử lí chính.
Do hỗn hợp khí đầu vào có tính ăn mòn do đó ta không chọn thiết bị hấp thụ vì loại
thiết bị này sinh ra nước thải ô nhiễm cần xử lí.
Phương pháp hấp phụ sinh hoc: rất khó vận hành cho sự phát triển của vi khuẩn hay

duy trì sự ổn định của vi khuẩn. Bên cạnh đó chỉ cần có sự thay đổi nhỏ về lưu lượng, nồng
độ cũng làm cho vi sinh vật bị ức chế do đó ta không thể chọn thiết bị này là thiết bị xử lí
chính.
b/Chọn thiết bị hấp phụ
Ta có 3 dạng thiết bị hấp phụ:
 Thiết bị hấp phụ gián đoạn với lớp hạt không chuyển động: khi dùng thiết bị hấp phụ
dạng này có 3 phương pháp làm việc:
 Phương thức 4 giai đoạn: hấp phụ - nhả - sấy - làm lạnh
 Phương thức 3 giai đoạn: hấp phụ - nhả - làm lạnh
 Phương thức 2 giai đoạn: hấp phụ - nhả
Việc lựa chọn phương thức làm việc phụ thuộc vào các yếu tố: đặt trưng của chất bị
hấp phụ cần thu hồi, nồng độ dầu vào. Khi nồng độ đầu vào khá cao thì dùng phương thức 4
giai đoạn, nồng độ trung bình và nhỏ (2-3 g/m3) thì dùng phương pháp 3 giai đoạn. Chỉ dùng
phương thức 2 giai đoạn khi nhiệt độ trong thiết bị khá đồng nhất (< 35oC).

GVHD:Dư Mỹ Lệ

15


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

 Thiết bị hấp phụ làm việc liên tục với lớp hạt chuyển động: cấu tạo tháp có 3 khu
vực :hấp phụ - chưng - nhả. So với thiết bị hoạt động gián đoạn thì thiết bị này có năng suất
lớn và hiệu suất xử lí cao, tuy nhiên khí đầu ra có nhiều bụi và cấu tạo thiết bị cũng như vận
hành phức tạp hơn.
 Thiết bị hấp phụ tầng sôi: Thiềt bị có kết cấu đơn giản và nhiệt độ đồng đều tránh hiện
tượng quá nhiệt, trở lực bé, năng suất lớn, tuy nhiên chất hấp phụ có thể bị phá vỡ tạo bụi. Đòi
hỏi người vận hành phải được đào tạo chuyên môn.
Vậy dựa vào lưu lượng đầu vào của khí dạng nhỏ-vừa và nhiệt độ khí đầu vào

không cao bằng nhiệt độ môi trường xung quanh. Ta chọn thiết bị hấp phụ gián đoạn với lớp
hạt đứng yên, làm việc 2 giai đoạn.
c/ Chọn chất hấp phụ: Ta có nhiều chất hấp phụ có thể hấp phụ H2S và R-SH. Tuy
nhiên đây là những khí gây mùi không có giá trị và nhiệt độ dòng khí vào bằng với nhiệt độ
môi trường xung quanh (< 200oC ) thấp hơn nhiệt độ cháy của than bên cạnh đó thì than hoạt
tính giá thành tương đối thấp hơn các chất hấp phụ khác. Từ những lí do trên than hấp hấp
phụ được chọn cho giai đoạn xử lí chính.
Bước 3: Phát tán khí thải ra môi trường bằng ống khói.
Bước 4 : Sau khi hoạt động hết chu kì ta tiến hành quá trình tái sinh than bằng hơi quá
nhiệt.
2.3.QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH
2.3.1. Sơ đồ công nghệ: Bản vẽ số 01
2.3.2Thuyết minh qui trình công nghệ
Khí thải thông qua hệ thống ống thu khí từ các khu vực sản xuất của nhà máy vào giai
đoạn sinh ra khí ô nhiễm cần xử lí được thu gom về một đường chung đưa về hệ thống xử lí
chung.
Đầu tiên khí thải đưa vào hệ thống cyclone thu hồi bụi khoảng 80%-90% lượng bụi.
Sau đó khí bẩn được đưa vào tháp hấp phụ bằng than hoạt tính. Khí sau khi ra khỏi tháp hấp
phụ, khí được phát tán ra môi trường bằng ống khói đạt tiêu chuẩn TCVN 5939-2005.
Hệ thống tháp hấp phụ sẽ hoạt động trong những ca làm việc tại những dây chuyền có
gây ra khí ô nhiễm cần xử lí. Ví dụ nhà máy hoạt động 3 ca thì ta sẽ cho thực hiện sản xuất
trong một ca tại công đoạn gây ra khí ô nhiễm thì lúc này hệ thống xử lí khí thải sẽ hoạt
động. Còn 2 ca còn lại tiến hành sản xuất ở những công đoạn không gây ô nhiễm thì lúc này
hệ thống xử lí ngừng hoạt động. Sau thời gian hoạt động than bão hoà ta lợi dụng lúc hệ thống
không xử lí tiến hành hoàn nguyên than hoạt tính bằng hơi nước quá nhiệt. Sản phẩm từ quá
trình hoàn nguyên là hổn hỗn hợp khí ô nhiểm đậm đặc ta thu hồi đem ngưng tụ hay qua tháp
hấp thụ để thu hồi dung dịch có giá trị (có thể sản xuất ra lưu huỳnh). Hơi nước ngưng tụ từ

GVHD:Dư Mỹ Lệ

16


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

quá trình tái sinh sẽ đưa vào hệ thống xử lí nước thải. Định kì ta thay thay lớp than hoạt tính
mới sau khi than đã mất hoạt tính sau nhiều lần tái sinh.

GVHD:Dư Mỹ Lệ

17


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

GVHD:Dư Mỹ Lệ

18


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

3.1.CÔNG CHÍNH CỦA HỆ THỐNG XỬ LÍ: THÁP HẤP PHỤ GIÁN ĐOẠN
CÓ LỚP HẤP PHỤ (THAN HOẠT TINH) ĐỨNG YÊN
3.1.1.Thiết lập đường đẳng nhiệt hấp phụ của H2S
Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt Benzen ở 20oC (Sổ tay quá trình và công nghệ hoá
chất - Tập 2)

V
a 2∗ = a1∗ . 1 (3.1)
V2

lg p 2 = lg p S 2 − β

T1 p S1
lg
T2
p1

(3.2)

Trong đó:
a1, a2 : nồng độ Benzen và H2S bị hấp phụ trong chất hấp phụ (kg chất bị hấp phụ /kg
chất hấp phụ)
V1, V2: thể tích mol Benzen và H2S ở dạng lỏng (m3/kg)
p1, p2: áp suất riêng phần của hơi Benzen và H2S (mmHg)
pS1, pS2: áp suất hơi bão hoà của hơi Benzen và H2S ở 20oC
T1, T2: nhiệt độ hơi Benzen và H2S khi hấp phụ
Giả sử hỗn hợp khí ô nhiễm có nhiệt độ bằng nhiệt độ trung bình của môi trường 30oC
T1 = 273 + 20 = 293 oK
T2 = 273 + 30 = 303 oK
β: hệ số ái lực
V
β= 2
V1
Thể tích mol của Bezen
Khối lượng riêng của Benzen: ρ1= 879 kg/m3
Khối lượng phân tử của Benzen: M1= 78 kg/kmol

M1
78
=
= 0,0887 (m3/kmol)
=> V1 =
ρ1 879
Khối lượng riêng của H2S (kmol/m3)
Theo sổ tay của Peery trang 98

(

)

C1

H 2 S kmol / m 3 =
C


C 
1+( 1−T / C3 ) 4 


2

Đối với H2S:
C1= 2,7672
C2= 0,27369

GVHD:Dư Mỹ Lệ

19


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

C3= 373,53
C4= 0,29015
Thể tích mol của H2S (m3/kmolH2S)
[1+(1−303 / 373.53 )0 , 29015 ]

V2 =

0,27369

2,7672

=0,0445
m3/kmol H2S

Áp suất hơi bão hoà của Benzen ở 20 oC
pS1= 75 mmHg ở 20oC (Sách quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất-Bài tập truyền khối)
Áp suất hơi bão hoả của H2S ở 20oC

p S 2 =e (85, 584 −3839 , 9 / 293−11,199 ln 293+1,8848×10

−2

.293

)

pS2 = 1774004,9 Pa = 13306,17 mmHg
Hệ số ái lực β
V
0,0445
β= 2 =
= 0,5017
V1 0,0887
Từ (3.1) + (3.2) và số liệu của đường hấp phụ đẳng nhiệt của Benzen ở 20oC, ta có bảng số
liệu xây dựng đường hấp phụ dẳng nhiệt của H2S ở 30oC.
Bảng 3.1.Tính toán đường hấp phụ đẳng nhiệt của H2S ở 30oC
Benzen
a*1 (kg/kg)
0,03
0,22
0,08
0,233
0,262
0,276
0,294
0,318
0,338
0,359

GVHD:Dư Mỹ Lệ

p1 (mmHg)
0,105
0,223

1
3
8
13
19
33
42
50

H2S
a*2 (kg/kg)
0,2053
0,2432
0,4156
0,4644
0,5222
0,5501
0,586
0,6339
0,6737
0,7156

p2 (mmHg)
549,14
791,353
1638,73
2792,282
4493,624
5686,98
6836,458

8935,912
10044,909
10931,459

20


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

Hình 3.1 :Đường hấp phụ đẳng nhiệt của H2S ở nhiệt độ 30 oC
Theo yêu cầu đầu ra của khí thải thì H2S còn 7,5 mg/m3 thì qua hệ thống yêu cầu xử lí
khoảng 60% nồng độ khí thải đầu vào.Giả sử qua tháp hấp phụ ta xử lí 60%(10,92 mg/m3) khí
ô nhiễm nhưng tháp hấp phụ có hiệu xuất làm việc khoảng η = 90-95%. Do đó tháp hấp phụ
thực sự chỉ 55% (0,6x0,92 = 55%) khí ô nhiễm đầu vào.Vậy qua tháp hấp phụ lượng ô nhiễm
được hấp phụ là 0,55.18,2 = 10,01 mg/m3 .Do đó còn 10,92 – 10,01 = 0,91 mg/m3 (chiếm 5%
nồng độ khí ô nhiễm đầu vào) do đó ta sử dụng ống khói để phát tán phần khí cần phải xử lí.
Xem như qua cyclone không có tác dụng xử lí.
Nồng độ khối lượng H2S sau khi qua tháp hấp phụ: C c (mg H2S/m3)
C d = 18,2mgH 2 S / m 3
C c = C d (1 − 0,5) = 18,2.0,5 = 9,1mgH 2 S / m 3
Áp suất riêng phần của H2S ban đầu
848
760
p o = C d RT = 18,2.10 −6.
.303.
= 0,0101mmHg
34
10330
Từ đồ thị (ngoại suy) ta tìm được nồng độ chất bị hấp phụ trong than ban đầu: a*o = 0,033
kgH2S/kg than ứng với áp suất riêng phần của H2S ban đầu (po).

GVHD:Dư Mỹ Lệ

21


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

3.1.2.Tính cân bằng vật chất
a/Hỗn hợp khí đầu vào tháp hấp phụ
Phần mol H2S đầu vào (yd)
848
760
18,2.10 −6
.303.
C d RT
34
10330 = 3,9161.10 −7 kmolH S / kmolhh
yd =
=
2
M H 2S P
34.760

yd =
yd =

Phần khối lượng H2S
y d .M H 2 S

y d .M H 2 S + (1 − y d ) M KK
3,9161.10 −7 .34
= 4,5913.10 −7 kgH 2 S / kghh
3,9161.10 −7.34 + 1 − 3,9161 × 10 −7 29

(

)

Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu vào
PM
T
ρ d = 1 hh . 0
P0 .22,4 T1
P1=Po= 1 at
M hh = M H 2 S y d + (1 − y d ) M KK

ρ d = [34.3,9161.10 −7 + (1 − 3,9161.10 −7 ).29}
Gdhh

273
= 1,1665kg / m 3
303.22,4

Lưu lượng hỗn hợp khí đầu vào
= Vd .ρ d = 1200.1,1665 = 1399,7557 kghh / h = 0,38883kghh / s
Lưu lượng khối lượng H2S đầu vào

GdH 2 S = Vd .C d = 1200.18,2.10 −6 = 0,02184kg / h = 6,0667 × 10 −6 kg / s
Lưu lượng khối lượng không khí vào

(

)

GdKK = Gdhh 1 − y d = 0,3888(1 − 3,916110 −7 ) = 0,38882kgkk / s
b/ Hỗn hợp khí đầu ra của tháp hấp phụ
Tháp hấp phụ xử lí 50% nồng độ khí đầu vào
Phần mol H2S đầu ra
y c = y d (1 − 0,55) = 3,9161.10 −7 (1 − 0,55) = 1,7602.10 −7 kmolH 2 S / kmolhh
Phần khối lượng H2S đầu ra
yc M H 2S
yc =
y c M H 2 S + (1 − y c ) M KK
yc =

1,7602.10 −7.34
= 2,0636.10 −7 kgH 2 S / kghh
1,7602.10 −7.34 + (1 − 1,7602.10 −7 ).29
Giả sử nhiệt độ đầu ra vào bằng nhiệt môi tường trung bình 30oC
Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu ra

GVHD:Dư Mỹ Lệ

22


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

ρ c = [ y c M H 2 S + (1 − y c ) M KK ]

T0 P
22,4TP

[

ρ c = 1,7602.10 −7 × 34 + (1 − 1,7602.10 −7 ).29

.1
] 22,273
= 1,1664kg / m
4.303.1

3

Khối lượng H2S bị hấp phụ khi đi qua tháp hấp phụ than hoạt tính
M H 2 S = GdH 2 S .0,55 = 6,0667.10 −6.0,55 = 3,3367.10 −6 kgH 2 S / s
Lưu lượng khối lượng đầu ra H2S
GcH 2 S = GdH 2 S − M H 2 S = 6,0667.10 −6 − 3,3367.10 −6 = 2,73.10 −6 kgH2S/s
Lưu lượng hỗn hợp khí đầu ra .Giả sử không khí không bị hấp phụ
Gchh = GdKK + GcH 2 S = 0,38879 + 2,73.10 −6 = 0,388822 kghh/s
3.1.3. Đường kính của tháp hấp phụ, thời gian hấp phụ
Chọn vận tốc khí đi vào tháp hấp phụ là v hh = 0,5 m/s
Lưu khí đi vào tháp Q = 1200 m3/h
Lưu lượng khối lượng trung bình đi vào tháp hấp phụ
G + Gc 0,38882 + 0,388822
Gtb = d
=
= 0,388826 kg hh/s
2

2
Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi qua tháp hấp phụ
ρ + ρ d 1,16645 + 1,1665
ρ tb = c
=
= 1,16648 kg/m3
2
2
a/Đường kính tháp hấp phụ
Dt =

Gtb
=
0.785.v hh .ρ hh

0,388826
= 0,85 m
0,785.0,5.1,16648

Để dễ gia công ta chọn đường kính tháp Dt = 1 m

v hh

Vận tốc dòng khí qua tháp
Gtb
0,388826
=
=
= 0,42 m/s
2

0,785.ρ hh .Dt
0,785 × 1,16648.12

b/Xác định thời gian hấp phụ theo định luật truyền khối
Do áp suất riêng phần của H2S nằm trong vùng 1( tăng theo qui luật tuyến tính) của
đường hấp phụ đẳng nhiệt của H2S do đó thời gian hấp phụ được xác định theo công thức
sau:
∗

τ =

Cx
v hh .C d

∗

Cx
H −b
kyCd

v hh = 0,42 m/s
GVHD:Dư Mỹ Lệ

23


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan

C d = 18,2.10 −6 kghh / m 3 = 18,2.10 −6 kg H2S / m3 khí trơ
Chọn than hoạt tính có khối lượng riêng đổ đống là ρthan = 500 kg/m3 và đường kính

trung bình của than de = 0.004 m
Nồng độ H2S bão hoà ứng với po (áp suất riêng phần của H2S đầu vào), ta có a*o=
0,033 kgH2S /kg than
∗

C x = a 0∗ .ρ than = 0,033.500 = 16,5 kgH2S/m3 than
Hệ số b phụ thuộc tỉ số nồng độ khối lượng của chất ô nhiễm đầu và cuối của pha khí
C yc 10,01.10 −6
=
= 0,45
18,2.10 −6
C yd
Tra bảng thì b= 0,15 ( Sổ tay quá trình và thiết bị hoá chất. Tập2- Bảng 8.3)
Hệ số truyền khối ky
Do quá trình hấp phụ đẳng nhiệt được biểu diễn dạng của phương trình Langmuir
Sh = 1,36. Re 0.54
Sh =

k y .d e2

D
v .d
Re = hh e
γ
Do đó suy ra: k y = 1,6.

0 , 54
D.v hh
γ 0,54 .d e0, 46

Trong công thức:
de: đường kính trung bình của than hoạt tính hấp phụ
D: hệ số khuyếch tán của chất bị hấp phụ ở nhiệt độ của quá trình (m2/s)
vhh: vận tốc dòng khí đi vào tháp hấp phụ (m/s)
γ: độ nhớt động học của khí (m2/s)
ky: hệ số truyền khối (m/s)
vhh = 0,42 m/s
de = 0,004 m
μhh ở 30oC =1,854.10-5 N.s/m2

γ =

µ hh 1,854.10 −5
=
= 1,5894.10 −5 m2/s
ρ hh
1,16648

T=303oK
VH2S = 32,9.10-3 m3/kmol
Vkk = 29,9.10-3 m3/kmol
P = 1 at

GVHD:Dư Mỹ Lệ

24


Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa bụi và hỗn hợp hơi lưu huỳnh Disulfur-Mercaptan
1/ 2

4,3.10 −7 T 1,5  1
1

D=
+
1/ 3
1/ 3 
P (V H 2 S + Vkk )  M H 2 S M kk





4,3.10 −7 .3033 / 2  1
1
D=
+ 
1/ 3
1/ 3 
1.(32,9 + 29,9 )  34 29 

1/ 2

k y = 1,6

0,9088.10 −4.042 0,54

(1,5894.10 )

−5 0 , 54

∗

Vậy τ =

τ =

Cx
v hh .C d

.0.004 0, 46

m2/s
= 0,9088.10 −4 m2/s

= 0,45 m/s

∗

Cx
H −b
kyCd

16,5
0,42.18,2.10 −6

H − 0,15

16,5

= 1469 H − 213 giây
0,45.18,2.10 −6

Với H (m) là chiều cao lớp than hấp phụ khí H2S, ta chọn là H = 0,5 m
Ứng với chiều cao lớp than H = 0,5 m thì τ = 681846= 189 giờ
Do lớp than còn hấp phụ khí R-SH ta phải thêm chiều cao lớp than
∆H = 20%.H = 0,2.0,5 = 0,1 m
Vậy chiều cao tổng cộng của lớp than là Hthan = 0,5 +0,1 = 0,6 m
Lưu lượng khí xử lí được trong một chu kì hoạt động V(m3)
V= Q. τ =1200.189 = 226800 m3
Khối lượng than cần thiết cho một chu kì hấp phụ
M than

πDt2
π .12
=
Hρ than =
.0,6.500 = 235,62 ≈ 236 kg than
4
4
3.1.4.Nhiệt hấp phụ

C d = 18,2mgH 2 S / m 3
C c = 8,19mgH 2 S / m 3
Lượng khí xử lí trong một chu kì hấp phụ:
V = 766548m 3
Lượng khí H2S trong một chu kì

(

)

G H 2 S = 226800. 18,2.10 −6 − 8,19.10 −6 = 2,27 kgH 2 S

Gthan

Lượng than trong một chu kì hấp phụ
= 236kgthan
Thể tích H2S hấp phụ trên 1 kg than

GVHD:Dư Mỹ Lệ

25