đồ án xử lý khí HCl 12000m3

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC BẢNG
STT

TÊN MỤC

TRANG

1

Bảng 3.1.Xử lý số liệu

18

2

Bảng 3.2.Tính Xm

20

3

Bảng 4.1 Số liệu đường cân bằng

27

4

Bảng 4.2.Các thông số của đáy và nắp

42

5

Bảng 4.3. Các thông số của đĩa phân phối lỏng

45

Bảng 4.4. Các thông số của bích

45

7

Bảng 4.5.Các thông số về chân đỡ

48

8

Bảng 4.6.Kích thước của tháp hấp thụ

48

9

Bảng 4.7. Hiệu suất của một số loại bơm

51

10

Bảng 5.1. Chi phí vật tư

52

6

1


DANH SÁCH CÁC HÌNH

STT

TÊN MỤC

TRANG

1

Hình 1.1 Cấu trúc HCl

2
3

Hình 1.2. Công nghệ sản xuất tôn mạ kẽm

6
8

Hình 3.1.Sơ đồ công nghệ 1

21

4

Hình 3.2.Sơ đồ công nghệ 2

5

Hình 4.1. Đồ thị đường cân bằng

22
28

6

Hình 4.2. Đồ thị đường làm việc

29

2


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, càng ngày càng có nhiều
nhà máy, khu công nghiệp tập trung được xây dựng và đưa vào hoạt động tạo ra một khối
lượng sản phẩm công nghiệp chiếm một tỷ trọng cao trong toàn bộ sản phẩm của nền kinh

tế quốc dân. Bên cạnh đó, quá trình sản xuất công nghiệp đã tạo ra lượng lớn khí thải độc
hại ảnh hưởng đến môi trường đặc biệt là HCl . Nguồn thải khí clo chủ yếu là một số nhà
máy hóa chất như các nhà máy sản xuất bột giặt, nhà máy mạ kẽm , chất tẩy rửa.Khi đốt
than , giấy , chất dẻo và nhiên liệu rắn cứng tạo ra khí clo và HCl .
Khí HCl là một chất khí không màu, độc hại, có tính ăn mòn cao, tạo thành khói trắng
khi tiếp xúc với hơi ẩm. Khí HCl là một trong các khí thải phát sinh từ các quá trình sản
xuất cần phải được xử lý trước khi xả thải ra môi trường do chúng rất độc hại. khí HCL
có thể gây kích ứng , làm hư hại , tổn thương (bỏng) các bộ phận cơ thể tiếp xúc , va
chạm gây dính như : đường hô hấp, đường tiêu hóa , mắt , da, răng …
Theo kết quả nghiên cứu của Tổ chức Y tế thế giới(WHO), HCl có thể gây ảnh
hưởng hệ thống vị giác, mắt, da, mũi, mom. Khi hít phải các hơi axit trong không khí
hoặc các sản phẩm của hơi axit luôn luôn bốc ra khí HCl gây kích ứng đường hô hấp khi
tác dụng với kim loại và đun nóng càng bốc ra nhiều khí HCl , có thể gây viêm phổi hóa
học.HCl làm cho cây cối chậm phát triển , với nồng độ cao thì cay chết. Đồng thời HCl
có tác dụng làm giảm độ mỡ bóng của lá cây , làm cho các tế bào biểu bì của lá bị co lại.
Như vậy, vấn đề xử lý HCl trong khí thải cũng như kiểm soát các nguồn thải phát sinh
ra HCl rất cần được quan tâm.Vì vậy chúng em chọn đề tài “thiết kế hệ thống xử khí thải
HCl công suất 12000 m3” để hiểu rõ thêm các thiết bị cũng như quy trình xử lý khí HCl
trong khí thải.
2.Yêu cầu thực tiễn và mục tiêu của đề tài

Yêu Cầu thực tiễn:
3


- Giải quyết được nồng độ HCl có trong không khí sao cho đảm bảo được QCVN
19: 2009/BTNMT. Nhằm giữ gìn sức khỏe cho con người.
Mục tiêu:
-

Thiết kế được hệ thống xử lý khi thải chưa khí HCl.
Đưa ra được phương pháp xử lý khí HCl
Ứng dụng vào thực tế các kiến thức đã học.
Hiểu rõ hơn về tính chất cũng như tác hại của HCl.

3.Phạm vi đề tài
- Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 13/03/2017– 06/05/ 2017.
- Đối tượng nghiên cứu : Khí thải có chứa HCl
4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
4.1 Nội dung
- Đề xuất phương pháp xử lý
- Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải có chứa HCl.
4.2 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập số liệu có trong các nghiên cứu trước, trong sách
vở hoặc thực tiễn có liên quan đến đề tài nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp số liệu: tổng hợp tất cả các tài liệu thu thập được về đề tài nghiên
cứu
- Phương pháp thống kê
-Phương pháp đánh giá
- Phương pháp xử lý số liệu

4


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tình hình chung
Nền kinh tế và sản xuất công nghiệp của nước ta sau gần 20 năm đổi mới (kể từ 1986 đến
nay) đã đạt những thành tích quan trọng, góp phần đưa đất nước ta thoát khỏi tình trạng trì
trệ, lạc hậu, kém phát triển với thu nhập quốc dân ngày một tăng cao và tăng trưởng kinh
tế khá ổn định ở mức tương đối khá so với một số nước trong khu vực. Ngoài những lợi

ích về kinh tế xã hội, sự phát triển sản xuất công nghiệp cũng gây ra nhiều tác hại cho môi
trường do các nguồn gây ô nhiễm khác nhau: bụi, khí độc hại, nước thải và chất thải rắn.
Hiện nay ở một số cơ sở sản xuất cũ quy mô vừa và nhỏ có áp dụng các phương pháp xử
lý bụi và khí độc hại đơn giản như: buồng lắng bụi, xiclon, lọc bụi túi vải, tháp rửa khí,
tháp hấp thụ bằng vật liệu rỗng tưới nước hoặc tưới dung dịch sữa vôi. Nhìn chung các
loại thiết bị và hệ thống xử lý khí ở khu vực này còn ở mức thấp do trình độ thiết kế, chế
tạo, trình độ công nhân vận hành chưa được nâng cao, cộng vào đó là ý thức của các chủ
doanh nghiệp chưa thật sự tự giác trong việc lắp đặt và vận hành hệ thống xử lý khí thải
nhằm hạn chế phát thải ô nhiễm để bảo vệ môi trường.
Riêng đối với một số ngành công nghiệp quan trọng như: xi măng, nhiệt điện và nhất là
công nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài thì hệ thống xử lý khí thải tương đối quy mô và
đồng bộ, bao gồm cả thiết bị lọc bụi xiclon, túi vải và tĩnh điện.
1.2. Hiện trạng xử lý bụi và khí độc hại của một số nghành sản xuất chính
1.2.1 Tại các tỉnh miền Bắc và miền Trung
Tình hình xử lý khí thải ở các tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm miền Bắc và miền Trung
nhìn chung còn ở mức rất hạn chế, chủ yếu là xử lý bụi ở một số cơ sở sản xuất quan
trọng và quy mô lớn như các nhà máy xi măng, nhiệt điện. Công nghệ xử lý bụi ở đây là
dùng thiết bị lọc bụi xiclon khô và ướt tự chế tạo. Riêng ngành sản xuất ximăng, ở hầu hết
các nhà máy quy mô vừa và lớn đều sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện nhập ngoại. Hiệu
quả xử lý bụi ở các cơ sở này nói chung là đạt yêu cầu về tiêu chuẩn phát thải và tiêu
chuẩn môi trường không khí xung quanh cho các khu vực dân cư lân cận. Phần xử lý khí
5


độc hại hầu như chưa được chú trọng và chủ yếu là dựa vào khả năng khuyếch tán chất ô
nhiễm bằng ống khói có chiều cao cần thiết.
Dưới đây là các bảng thống kê các công nghệ xử lý khí thải đã được áp dụng trong một
số ngành sản xuất chính ở vùng kinh tế trọng điểm miền Bắc và miền Trung do các đơn
vị KHCN trong nước thiết kế, chế tạo và lắp đặt (Chỉ nêu các cơ sở tiêu biểu và có đầy
đủ số liệu khảo

Hệ thống xử lý bụi do Viện KHKT Bảo hộ Lao động thiết kế lắp đặt và hoạt động có hiệu
quả tại Nhà máy điện Uông Bí từ năm 2003.[5]
1.2.2.Tại các tỉnh miền Nam
Ở các tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm miền Nam, tình hình xử lý khí thải dù chưa triệt
để, nhưng cũng có những bước phát triển tương đối đều hơn, cả về xử lý bụi lẫn khí độc
hại. Sau đây là tình hình xử lý khí thải của một số ngành công nghiệp chủ yếu.
Đối với nguồn ô nhiễm do đốt nhiên liệu
Theo kết quả điều tra, ở các khu công nghiệp (KCN) của vùng kinh tế trọng điểm miền
Nam có khoảng 5% cơ sở có lò đốt nhiên liệu được lắp đặt hệ thống xử lý bụi và khí độc
hại, số còn lại hiện nay chỉ mới xây dựng phương án xử lý.
Tại KCN của tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, một số nhà máy có đầu tư hệ thống xử lý khí độc
hại trước khi thải ra môi trường. Công nghệ sử dụng là hấp thụ bằng nước.
Đối với nguồn ô nhiễm từ các dây chuyền công nghệ
Đây là loại ô nhiễm mang tính chất đặc trưng, phụ thuộc vào từng loại ngành nghề sản
xuất cũng như công nghệ mà nhà máy, xí nghiệp lựa chọn.
Các tỉnh Đồng Nai, Bình Dương và TP. Hồ Chí Minh có nền công nghiệp phát triển mạnh
hơn Bà Rịa - Vũng Tàu. Những cơ sở sản xuất mới xây dựng hiện đại đều có các hệ thống
xử lý kèm theo dây chuyền công nghệ. Còn các cơ sở sản xuất đã có từ trước thì do máy
6


móc cũ, lạc hậu và gây ô nhiễm môi trường khá nghiêm trọng nên đã có một số cơ sở lắp
đặt hệ thống xử lý khí thải cho các dây chuyền công nghệ.
Xét theo ngành nghề, hiện trạng xử lý ô nhiễm không khí như sau:
- Công nghiệp chế biến gỗ
Các nhà máy chế biến gỗ tập trung nhiều nhất ở các khu công nghiệp thuộc tỉnh Bình
Dương, Đồng Nai, nhưng chỉ ở một số ít nhà máy có hệ thống xử lý bụi 2 cấp: xiclon và
bộ lọc túi vải như công ty gỗ Việt Giai, xí nghiệp chế biến gỗ xuất khẩu An Bình... Công
nghệ xử lý bụi 2 cấp đảm bảo tiêu chuẩn phát thải theo qui định
- Công nghiệp xi măng và vật liệu xây dựng

Đây là ngành công nghiệp với chất ô nhiễm chủ yếu là bụi vô cơ kích thước nhỏ. Các nhà
máy xi măng mới xây dựng hoặc nhà máy lớn đều được trang bị hệ thống lọc bụi hiện
đại, hiệu suất cao (hệ thống lọc bụi tĩnh điện) như Nhà máy xi măng Sao Mai. Phần lớn
các nhà máy gạch men, sứ vệ sinh mới xây dựng đều sử dụng thiết bị lọc bụi túi vải có bộ
giũ bụi bằng khí nén để thu hồi bụi. Hiệu suất thu hồi cao (>90%). (Sơ đồ công nghệ xử
lý bụi tại các công ty xi măng và gạch men cho trên hình 3).
Trong khu vực một số nhà máy thép như Nhà máy thép Biên Hòa, Nhà máy cơ khí luyện
kim của Công ty Thép miền Nam, Công ty thép Sun Co, Công ty thép Pomina... đã sử
dụng công nghệ xử lý khói thải từ lò hồ quang theo nguyên lý thu bụi bằng túi vải có kết
hợp khử CO. Khí thải sau xử lý đạt TCVN 09:2009 (đối với nguồn loại B).
- Công nghiệp mạ kim loại
Đây là một ngành công nghiệp đang có xu hướng phát triển nhanh tại khu vực với các
chất ô nhiễm không khí điển hình là hơi axit (HCl), khí NH3, bụi. Công nghệ xử lý khí
thải cho ngành công nghiệp này là sử dụng phương pháp hấp thụ với thiết bị hấp thụ 2 cấp
đạt hiệu quả cao, đã được sử dụng tại các công ty tôn Phương Nam, Posvina, lưới thép
Bình Tây, tôn Phước Khanh, công ty Vingal...
7


- Các ngành công nghiệp khác
Trong một số ngành công nghiệp khác, các nhà máy cũng đã tiến hành lắp đặt các hệ
thống xử lý ô nhiễm không khí chủ yếu là bụi như các nhà máy sản xuất giày, may mặc,
cơ khí, thuốc bảo vệ thực vật ... Công nghệ chủ yếu được các nhà máy sử dụng để lọc bụi
thường là dùng xyclon, thiết bị lọc túi vải hoặc tháp rửa khí (scrubber).[5]
1.3.Tổng quan về khí Hidroclorua

-

Hình 1.1 Cấu trúc HCl
Công thức phân tử HCl (khí)

-

Phân tử gam: 36.4606 g/mod

-

Độ hòa tan trong nước ở 20oC: 720g/l

-

Điểm nóng chảy: -144.2oC

-

Điểm sôi: -85.1oC.

-

Hòa tan trong nước, dung dịch NaOH, Ca(OH)2.

-

HCl là khí độc hại, có tính ăn mòn.

Hợp chất hóa học hidroclorua (HCl), là một chất khí không màu, độc hại, có tính an mòn
cao, tạo thành khói trắng khi tiếp xúc với hơi ẩm. Hơi trắng này là axit clohidrit được tạo
thành khi hiroclorua hòa tan trong nước. hidroclorua cũng như axit clohidric là các hóa
chất quan trọng trong công nghiệp hóa chất, khoa học, công nghệ.
Phân tử hidroclorua (HCl) là một phân tử hai nguyên tử đơn giản, , bao gồm một nguyên

tử hidro và một nguyen tử clo kết hợp với nhau qua một nguyên tử hidro và một nguyên
tử clo kết hợp với nhau thông qua một liên kết đơn cộng hóa trị. Do nguyên tử clo có độ
8


âm điện cao hơn so với nguyên tử hidro nên lien kết cộng hóa trị này là phân cực rỏ rang.
Do phân tử tổng thể có momen lưỡng cực lớn với điện tích một phần âm - tại nguyên tử
clo và điện tích dương tại nguyên tử hidro, nên phan tử hai nguyên tử clorua hidro là
phân tử phân cực mạnh. Vì vậy nó rất dể hòa tan trong nước cũng như trong các dung môi
phân cực khác. Khi tiếp xúc với nước, nó nhanh chóng bị oxi hóa , tạo thành các cation là
hidronium (H3O+) và các anion (Cl-) thông qua phản ứng hóa học thuận nghịch sau:
HCl + H2O  H3O+ + ClHCl là một chất khí có mùi xốc, trọng lượng riêng 1.264 ở 17 oC ( so với KK). Nhiệt độ
nóng chảy -114,7oC nhiệt độ sôi -85,2oC. Nhiệt độ tới hạn 51.25oC, áp suất tới hạn 86at.
Tỷ trọng HCl lỏng -113oC là 1.267, ở 110oC là 1.206. ngoài kong6 khí ẩm bốc thành sa
mù tạo ra những hạt nhỏ acid clohidrit. Tan nhiều trong nước và phát nhiệt. tan trong
rượu, trong benzene (2% ở 18oC), trong ete (35% ở 0oC). Hằng số phân ly của HCl ở 0 oC
bằng 2.5.107.
Tính chất hóa học: HCl có khả năng tác dụng với:
- Kim loại: giải phóng khí hidro và tạo muối clorua( trừ các kiêm loại đứng sau hidro

-

trong dãy hoạt động hóa học như Cu, Hg, Ag, Pt, Au).
Fe + 2HCl  FeCl2 + H2
Oxit bazo: tạo muối clorua va nước.
ZnO + 2HCl  ZnCl2 + H2O
Bazo: tạo muối clorua và nước.
NaOH + HCl  NaCl +H2O
Muối: tác dụng với các muối có góc anion hoạt động yếu hơn tạo muối mới và axit
mới.

CaCO3 + 2HCl  NaCl2 + H2O
Ngoài ra, trong trong một số phản ung71HCl còn thể hiện tính khử bằng cách khử
một số hợp chất như KMnO4(đặc), MnO2, KClO3 giải phóng khí clo
KMnO4(đặc) + 16HCl  2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
MnO2 + 4HCl  MnCl2 + Cl2 + 2H2O.

9


Hình 1.2. Công nghệ sản xuất tôn mạ kẽm

Đầu tiên tôn sẽ được vận chuyển đến các bể tẩy rỉ, tôn sẽ được đưa qua bể rửa
bằng axit rồi được chuyển đến bể rửa bằng sút vì có một số tạp chất không thể rửa sạch
bằng axit. Sau quá trình tẩy rỉ các hợp chất bám trên bề mặt tấm tôn, tôn sẽ được đưa qua
khâu rẩu sạch các dung dịch tẩy rửa bằng nước. Và qua công đoạn sấy khô để đảm bảo
tôn hoàn toàn sạch có bám dình nước rửa bể rửa. Kế tiếp tôn được đưa vào bể mạ kẽm. Ở
bể này tôn được vận chuyển đi với vận tốc cố định để cho kẽm có thể bao phủ hết tấm
10


tôn. Để thúc đẩy quá trình tôn mạ kẽm được hiệu quả cao, người ta thường cho đạm
amoni vào, trước khi làm nguội để thành sản phẩm, một số nhà máy phun lưu huỳnh lên
bề mặt tôn mạ kẽm. Sau quá trình làm nguội thì tôn mạ kẽm thành phẩm.
1.3.1. Nguồn gốc phát sinh khí HCl
HCl được sinh ra trong quá trình:
-

Điện phân muối ăn trong sản xuất xút.

-

Gia công chế biến có sử dụng Clo ( quá trình Clo hóa ).

-

Các cơ sở gia công chế biến kim loại có tẩy rửa bằng HCl.

-

Quá trình thiêu đốt chất dẻo, giấy và rác thải công nghiệp.

-

Quá trình mạ điện.

-

Quá trình làm sạch các nồi đung nấu.

-

Quá trình sản xuất phân bón, dệt nhộm và chế biến thực phẩm.[6]

1.3.2. Ảnh hưởng của HCl đối với MT và con người
1.3.2.1.Đối với con người.
-

Tiếp xúc với khí HCl gây ra ảnh hưởng đến sức khỏe của con người ở nhiều
dạng khác nhau bao gồm làm ngứa phổi, da và màng nhầy, làm tê liệt hóa các
chức năng của hệ thống thần kinh trung ương, ngoài ra còn các vấn đề về hô

-

hấp và tiêu hóa.
Tiếp xúc nhiều hơi axit clohidric có thể bị nhiễm độc, gây ra bệnh viêm dạ dày,

-

bệnh viêm phế quản kinh niên, bệnh viêm da và giảm thị giác.
Do tác dụng kích thích cục bộ, HCl sẽ gây bỏng, sưng tấy, tụ máu trường hợp

-

nặng có thể dẫn tới phổi bị mọng nước.
Tiếp xúc khí HCl qua đường hô hấp lâu ngày có thể gây ra khàn giọng, phỏng

-

và loét đường hô hấp, đau ngực và bệnh dị ứng phổi.
Tiếp xúc với liều lượng cao gây ra nôn mửa, dị ứng phổi và chết do nhiễm độc.
HCl làm giảm độ bóng mỡ của lá, gây thương tổn cho cây trồng, tổn thương vật
nuôi, giảm lượng sữa.

-

Clorua hidro tạo thành axit clohidric có tính ăn mòn cao khi tiếp xúc với cơ thể.
Việc hít thở bởi hơi khói gây ra ho, nghẹt thở, viêm mũi, họng và phần phía
11

trên của hệ hô hấp. Trong những trường hợp nghiêm trọng là phù phổi, tê liệt
hệ tuần hoàn và tử vong. Tiếp xúc với da có thể gây mẩn đỏ, các thương tổn
hay bỏng nghiêm trọng. Nó cũng có thể gây ra mù mắt trong những trường hợp
nghiêm trọng.[6]
Theo kết quả nghiên cứu của Tổ chức Y tế thế giới (WHO), HCl có thể ảnh hưởng hệ
thống vị giác, mắt, da, mũi, mồm.
-

Bắt đầu ở nồng độ 0.1-3.23 mg/m3 đã thấy có mùi, từ 2.83-12.8 mg/m 3 thấy mùi rõ
và từ 8.3-32.9 mg/m3 thấy mùi nặng.

-

Công nhân làm việc ở nồng độ 15mg/m3 ở thời gian dài có thể bị hỏng răng và để
bảo vệ sức khỏe công nhân nên duy trì ở mức 2.9 mg/m3.

-

Không gây ung thư.

1.3.2.2.Đối với môi trường.

Axit clohiđric đặc, khi bị tràn, chúng lập tức phá hủy mặt đường và bề mặt các vật tiếp
xúc,mặt khác trong không khí chúng nhanh chóng bốc khói – tạo các mù axit.
HCl làm cho cây cối chậm phát triển, với nồng độ cao thì cây chết. HCl có tác dụng làm
giảm độ mỡ bong của lá cây, làm cho các tế bào biểu bì của lá bị co lại.
1.3.3 Ứng dụng
-

Một số ứng dụng của Hidroclorua là:

Sản xuất axit clohidric.
Hidroclorinat hóa cao su.
Sản xuất các clorua vinyl và ankyl.
Trung gian hóa học trong các sản xuất hóa chất khác.
Làm chất trợ chảy babit.
Xử lý bông.
Trong công nghiệp bán dẫn (loại tinh khiết).
+ Khắc các tinh thể bán dẫn.
+ Chuyển silic thành SiHCl3 để làm tinh khiết Silic.

1.3.4 Giới hạn nồng độ HCl trong môi trường
Nồng độ tối đa cho phép của khí HCl trong không khí xung quanh: QCVN 06-2009BTNMT: một số chất độc hại trong môi trường không khí xung quanh.

12


Tiêu chuẩn của khí HCl đối với khí thải công nghiệp: QCVN 19:2009/BTNMT: Quy
chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ.
-

Giới hạn A ( áp dụng cho các nhà máy, cơ sở đang hoạt động): 200mg/Nm3.

-

Giới hạn B (áp dụng cho các nhà máy, cơ sở xây dựng mới): 50mg/Nm 3.
Đơn vị mg/Nm3 (miligam trên mét khối khí thải chuẩn).

CHƯƠNG II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
2.1 Phương pháp hấp thụ
Nguyên tắc: cơ sở của nguyên lý là dựa trên xự tương tác giữa chất cần hấp thụ

( thường là khí hoặc hơi) với chất hấp thụ ( thường là chất lỏng ) hoặc dựa vào khả năng
hòa tan khác nhau giữa các chất trong chất lỏng để tách các chất. tùy thuộc vào bản chất
của sự tương tác mà ta chia thành:
13


-

Hấp thụ vật lý: hấp thụ vật lý là quá trình hấp thụ đựa trên sự tương tác vật lý bao
gồm sự khếch tán, hòa tan của các chất cần hấp thụ vào trong long chất lỏng và sự
phân bố của chúng vào giữa các phân tử chất lỏng.

-

Hấp thụ hóa học: là quá trình luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng hóa học và
bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn khuếch than và giai đoạn xảy ra các phản ứng hóa
học. Như vậy sự hấp thụ hóa học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán
của chất khí vào trong chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa các chấttốc độ phản ứng của các chất. trong hấp thụ hóa học, chất được hấp thụ có thể phản
ứng ngay với các phân tử của chính chất hấp thụ.

-

Ưu điểm: Rẻ tiền nhất là khi sử dụng nước làm dung môi hấp thu, các khí độc hại
như: SO2, H2S, NH3, HF… có thể được xử lý rất tốt bằng phương pháp này với
dung môi nước, các dung moi 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 chất độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa.

-

Khuyết điểm: Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm giảm khi nhiệt độ dòng
tăng cao nên không thể dung xử lý khí thải có nhiệt độ cao, quá trình hấp thụ là quá
trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử
lý khí nhiều trường hợp ta phải lắp đặt them thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp
thụ để làm nguội thiết bị hiệu quả của quá trình xử lý như vậy thiết bị trở nên cồng
kềnh, vận hành phước tạp.
Khi làm việc hiện tượng “sặc” rất dể xảy ra khi khống chế, điều chỉnh mật độ tưới
của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi hàm lượng bụi lớn.
Việc lựa chọn dung môi thích hợp sẽ rất khó khăn, khi chất khí cần xử lý không có
khả năng hòa tan trong nước, lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn đề: các
dung môi này có thể gây độc cho con người và môi trường hay không?
Việc lựa chọn dung môi thích hợp là bải toán hốc búa mang tích kinh tế và kỷ
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 thài thứ cấp) khi xử dụng dung môi đắc tiền
hoặc chất thải gây ô nhiễm nguồn nước. hệ thống càng trở nên cồng kềnh, phức
tạp.
14


2.1.1 Tháp đệm
Tháp đệm (tháp chêm) là tháp hình trụ gồm nhiều gồm nhiều bật nối với nhau bằng
mặt bích hay hàn vật liệu đệm được đổ đầy trong tháp theo một trong hai phương pháp:
xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
-

Ưu điểm: chế tạo đơn giản, trở lực thấp.

-

Nhược điểm: hiệu suất thấp, kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp

không đều, sử dụng tháp chêm. Không cho phép ta kiểm soát quá trình chưng cất
theo không gian tháp, trong khi đó ở tháp mâm thì quá trình thể hiện theo từng
mâm một cách rỏ ràng, tháp chêm. Khó chế tạo được kích thước lớn theo quy mô
công nghiệp.

2.1.2. Tháp sủi bọt
Thiết bị gồm một hoặc nhiều đĩa đục lỗ nhỏ hoặc lưới dày, bên trên có lớp nước,
không khí bụi từ dưới thổi lên xuyên qua các lỗ rỗng tạo thành một lớp bọt bong bóng
nước ngăn giữ bụi của không khí lại. Nước mang bụi nặng ra ngoài. Hiệu quả lọc bụi của
thiết bị này càng cao thì lớp bọt càng dày, cùng với sự tăng sức cản khí động. Bề dày tối
ưu khoảng 80- 100mm, ứng với vận tốc của không khí trên toàn diện tích ngang của thiết
bị là 2- 2,5mm. Nếu diện tích này tăng cao làm phá vỡ mạnh lớp bọt nước cuốn theo dòng
không khí những hạt bụi ướt. Thường đường kính lỗ d từ 6 - 8mm cách nhau từ 12- 16
mm. Diện tích trống chiếm khoảng 25%. Để tiết kiệm nước cấp, thiết bị có từ 2 đến 3 đĩa
hoặc kết hợp với tấm lọc bụi có khâu sứ. Hiệu quả lọc bụi của thiết bị khá cao, có thể đạt
99,7% với bụi có đường kính trên 5.
Ưu điểm nổi bật của hệ thống sủi bọt là tháp hấp thụ không cần lớp đệm bằng vật liệu
rỗng, do đó vấn đề lắng cặn bẩn gây tắt nghẽn lớp vật liệu đệm là không xảy ra. Tuy nhiên
do dòng khí phải sục qua lớp dung dịch nên sức cản khí động của hệ thống tương đối cao
vì vậy, vận tốc dòng khí đi qua tiết diện ngang của thiết bị hấp thụ phải hạn chế ở mức
thấp.[4]
15


2.2 Phương pháp hấp phụ
Nguyên lý: Hơi và khí độc khi đi qua lớp hấp phụ bị giữ lại nhờ nhờ hiện tượng hấp
phụ, nếu ta chọn các chất hấp phụ chọn lọc thì có thể loại bỏ được các chất độc hại mà
không làm ảnh hưởng đến các chất khí không có hại khác.
Có hai cách đề áp dụng phương pháp hấp phụ xử lý chất thải công nghiệp:
-

Xử dụng thiết bị hấp phụ định kỳ tức là trên một tháp hấp phụ, ta nhồi chất hấp phụ
vào và cho chất bị hấp phụ đi qua đó. Sau một thời gian khi chất hấp phụ no (đã
bão hooa2 chất bị hấp phụ) thì quá trình dừng lại để tháo bỏ chất hấp thụ đã no và
đưa lượng chất hấp phụ mới vào.

-

Sử dụng thiết bị háp phụ lien tục, trong đó chất hấp phụ được chuyển động ngược
dòng với chất bị hấp phụ. Có hai kiểu hấp phụ:
+ Hấp phụ vật lý: chất hấp phụ chỉ giữ lại cấu tử ( do lực van der waals ).
+ Hấp phụ hóa học: chất hấp phụ hấp phụ các chất lên trên bề mặt chất rắn do

đó chất chất hấp phụ là chất xúc tác làm xảy ra phản ứng hóa học.
Ưu điểm: Làm sạch và thu hồi khá nhiều chất ô nhiễm thể hơi, khí nếu chất này có giá
trị kinh tế cao thì sau khi hoàn nguyên chất háp phụ chúng sẽ được tái sử dụng trong công
nghệ sản xuất mà vẫn tận giảm được tác hại ô nhiễm.
Chất hấp phụ cũng khá dễ kiếm và re tiền thông dụng nhất là than hoạt tính ( than hoạt
tính hấp thu được nhiều chất hữu cơ).
Nhược điểm: Khi hoàn nguyên chất hấp phụ sẽ sinh ra chất thải ô nhiễm thứ cấp ( nếu
chất ô nhiễm hoàn toàn là chất độc hại nguy hiểm cần thải bỏ hoặc có giá trị kinh tế
không cao thì không cần tái sử dụng). trường hợp này chất phụ có giá thành rẽ, dễ kiếm
có thể tháo bỏ nó đi.
Không hiệu quả khi dỏng khí có chứa bụi và chất ô nhiễm thể hơi, khí vì bụi có thể gay
tắc thiết bị và làm giảm hoạt tính hấp phụ của chất hấp phụ (lúc này muốn sử dụng ta
phải lọc bụi trước khi cho dòng khí vào thiết bị hấp phụ).

16

Hiệu quả hấp phụ kém nếu nhiệt độ khí thải khá cao (tương tự như hấp thụ). Với các chất
khí hấp phụ có khả năng bắt cháy cao việc thực hiện nhả hấp phụ bằng dòng khí có nhiệt
độ cao cũng sẽ vấp phải nguy cơ cháy tháp hấp phụ.
2.3 Phương pháp đốt
Xử lí khí thải bằng quá trình thiêu đốt hoặc còn gọi là quá trình đốt cháy sau được áp
dụng phổ biến trong trường hợp lượng khí thải tương đối lớn mà nồng độ chất ô nhiễm lại
rất bé, đặc biệt là những chất ô nhiễm có mùi khó chịu.
Quá trình thiêu đốt rất thích hợp cho những trường hợp sau:
- Phần lớn các chất ô nhiễm có mùi khó chịu đều cháy được hoặc thay đổi được về mặt
hóa học để biến thành chất có ít mùi hơn khi phản ứng với O2 ở nhiệt độ thích hợp
- Các loại sol khí hữu cơ có khói nhìn thấy được
- Một số loại hơi, khí hữu cơ nếu thải trực tiếp vào khí quyển sẽ có phản ứng với sương
mù và gây ra các tác hại cho môi trường. Quá trình thiêu đốt có tác dụng thiêu hủy rất
hiệu quả các loại chất này.
- Một số các loại công nghệ như công nghệ khai thác và lọc dầu thải ra rất nhiều khí
cháy được kể cả những chất hữu cơ rất độc hại. Phương pháp xử lí hiệu quả và an toàn
nhất cho trường hợp này là thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp.
Ưu điểm :
- Phân hủy được hoàn toàn các chất ô nhiễm cháy được khi thiết bị được thiết kế và vận
hành đúng quy cách.
- Khả năng thích ứng của thiết bị đối với sự thay đổi vừa phải của lưu lượng khí thải
cũng như nồng độ của các chất ô nhiễm trong khí thải

17


- Hiệu quả cao đối với những chất ô nhiễm đặc biệt mà các phương pháp xử lí khác
không có hiệu hoặc hiệu quả thấp.
- Không có sự suy giảm đáng kể nào vầ mặt chất lượng hoạt động của thiết bị, không
cần hoàn nguyên như trong thiết bị hấp thụ và hấp phụ.

- Có khả năng thu hồi tận dụng được nhiệt thải ra trong quá trình thiêu đốt.
Nhược điểm:
- Chi phí đầu tư thiết bị và vận hành tương đối lớn
- Có khả năng làm phức tạp thêm vấn đề ô nhiễm không khí khi trong các chất ô nhiễm
hydrocacbon cần thiêu đốt ngoài các nguyên tố C, H, O … còn có cả những hợp chất của
Cl, N, S…
- Cần cấp thêm nhiên liệu và các chất xúc tác để đảm bảo nhiệt độ ở mức cần thiết cho
quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm, việc cấp thêm nhiên liệu gây trở ngại cho quá trình
vận hành. [2]

2.4 Xử lý bụi
Để xử lý aerosol (bụi, khói, sương) người ta sử dụng phương pháp khô, ướt và tĩnh
điện.trong thiết bị khô bụi được lắng bởi trọng lực, lực quán tính và lực ly tâm hoặc được
lọc qua vách ngăn xốp. trong thiết bị ướt, sự thiếp xúc giữa khí bụi và nước được thực
hiện. nhờ đó bụi được lắng trên các giọt lỏng trên bề mặt giọt khí hay trên các màng chất
lỏng. thiết bị lọc tỉnh điện và được tích điện và lắng trên điện cực.
Trên cơ sợ phân loại các phương pháp xử lý bụi ta có thể chia thiết bị xử lý bụi thành
những dạng sau:
-

Lọc cơ khí

-

Thiết bị lọc màng

-

Thiết bị hấp thụ

-

Thiết bị lọc tĩnh điện
18


-

Thiết bị lọc ướt

-

Thiết bị buồn đốt

2.5 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý HCl
2.5.1 Hấp thụ khí HCl bằng dung dịch kiềm
Hấp thụ khí HCl bằng nước được thực hiện trong các thiết bị khác nhau.Trong tháp
đệm, hiệu quả có thể đạt 88%, tháp đĩa 90-99%, tháp đĩa chop 97.8%.
-

Khi tiếp xúc với nước nó nhanh chống bị ion hóa tạo thành các cation hidro (H 3O+)
và các anion clorua (Cl-) thông qua phản ứng thuận nghịch sau:
HCl + H2O  H3O+ + Cl-

-

Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là tạo sương mù có giọt axit lỏng, mà
việc thu hồi noo1 không đạt hiệu quả cao.

Sử dụng dung dịch kiềm NaOH, Ca(OH) 2 để hấp thụ HCl cho phép tăng hiệu quả xử

lý và đồng thời trung hòa nước thải. phương pháp cho phép tận dụng hidro cloorua để sản
xuất các clorua kim loại: CaCl2, NaCl, BaCl2.
2.5.2 Hấp phụ khí HCl
Để hấp phụ khí HCl ta có thể dung oxit clorua sắt và clorua oxit đồng trong hỗn hợp
với oxit magie, sunfat và photphat đồng,…các hợp chất hấp phụ này cho phép xử lý khí
với nồng độ HCl thấp đến 1% thể tích trong khoảng nhiệt độ rộng.
Tuy nhiên phương ;pháp này ít được sử dụng do chi phí phục hồi chất hấp phụ lớn, chất
hấp phụ thường đắt và hiếm.

CHƯƠNG III.ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ
3.1 Lựa chọn phương pháp xử lý

19


Thông số đầu vào:
- Lưu lương khí thải 12000 m3/h
- Thành phần khí thải:
- Nồng độ HCl : 1,2g/m3 = 1200 mg/m3 =1440 mg/Nm3
Chọn ống khói có chiều cao hình học h = 20m.
Vận tốc khói ω= 7 m/s (vận tốc khói dao động từ 6,5 – 20m/s)
Độ ổn định khí quyển cấp C
Nhiệt độ khói Tkhói = 30oC
Ta có độ cao ống khói h = 20m;
đường kính ống khói D = 0,5m; [7],[8]
-

Nhiệt độ không khí xung quanh là 26°C (Đồng Nai)
Vận tốc gió u = 3 m/s [10]

Bảng 3.1.Xử lý số liệu:

Thành phần

C (mg/Nm3) – cột B
QCVN 19:2009

Cmax

HCl

50

40

QCVN 19: 2009/BTNMT nồng độ HCl theo cột B 50mg/m3
Cmax= C x Kp x Kv = 40 mg/m3
Với:
-

C: Nồng độ bụi
Kp: Hệ số lưu lượng chọn 1
Kv: Hệ số khu vực chọn 0,8

Vận tốc gió tại độ cao 20m là:
20


U(z) = U10m = 3 × = 3,215 (m/s)

Áp dụng công thức tính vệt nâng cột khói

=
= 1,98(m)
Trong công thức trên:
- D: Đường kính miệng ống khói,m;
- Nhiệt độ khí thải; °K
- Nhiệt độ không khí xung quang; °K
- vận tốc phụt của luồn khói tại miệng ống khói, m/s
- u: Vận tốc gió thông thường tăng theo chiều cao, và thường được xác định từ tốc độ gió
đo được ở cột khí tượng cao 10m.

Độ cao hữu dụng được tính theo công thức
H = h + Δh = 20 + 1,98= 21,98 (m)
Trong đó:
- H: Chiều cao hiệu quả của ống khói (m);
- h: chiều cao hình học của ống khói (m);
- Δh: độ nâng vệt khói (m);
Vận tốc gió tại độ cao 21,98 m là:
U(z) = U10m = 3 × = 3,246(m/s)

+ Tính xm
Công thức: xm = ×
21


Ta tính xmbằng phương pháp lặp như sau:
Bảng 3.2.Tính Xm
Xm
thử

150

197,17

198,07

198,09

Xm
tính

197,17

198,07

198,09

198,09

Vậy xm = 198,09m
Áp dụng công thức tính hệ số phân tán theo phương ngang và phương
đứng
σy(x) = 0,11x(1+0,0001x)-0,5
σz (x) = 0,08x(1+0,0002x)-0,5
Ta có:
σy(198,09) = 0,11×198,09×(1+0,0001×198,09)-0,5 = 21,58
σz (198,09)= 0,08×198,09×(1+0,0002×198,09)-0,5 = 15,54
Dựa vào công thức mô hình Gauss [1] ta có:
C(198,09; 198,09) = = = 791,25 mg/m3

Trong đó:
M: tải lượng ô nhiễm, g/s
, : hệ số khuếch tán theo phương ngang và phương đứng
u: vận tốc gió, u= 3
H: chiều cao cột khói H = 21,98 m
Với M = Q×C = 12000 x 1,2= 14400 m3/h =4x10-3 g/s
Trong đó:
Q: lưu lượng khí thải, m3/h
C: nồng độ khí thải tại nguồn thải, g/m3
22


3.2.Quy trình công nghệ và thuyết minh
- Sơ đồ công nghệ 1:
Khí thải

Tháp hấp
thụ

Ống khói

Môi
trường

Dung dịch
NaOH

Hình 3.1.Sơ đồ công nghệ 1
Thuyết minh:
Khí thải từ quá trình sản xuất tôn mạ kẽm được dẫn vào trong tháp hấp thụ từ dưới lên,

dung dịch hấp thụ được đưa từ trên xuống. Khí và NaOH đi qua lớp vật liệu đệm và phản
ứng với nhau tạo thành natri clorua ( NaCl ) và nước, khí sạch bay lên và đưa đến ống
khói bằng quạt hút, trước khi thoát ra khỏi tháp hấp thụ, khí còn phải đi qua lớp tách ẩm,
lớp này có nhiệm vụ hút ẩm từ dòng khí, bảo đảm lượng khí thoát ra không còn hơi nước.
Ống khói có nhiệm vụ đưa khí đạt chuẩn phân tán vào môi trường không khí trên cao.
Phần dung dịch chứa chất bẩn rơi ngược xuống đáy tháp và được ống dẫn dẫn đến bể lắng
và được xử lý như dạng nước thải công nghiệp.[7]
NaOH + HCl

NaCl + H2O

- Sơ đồ công nghệ 2

Khí thải

Tháp hấp
thụ

Ống khói

23

Môi
trường


Dung môi
nước

Hình 3.2.Sơ đồ công nghệ 2

Thuyết minh:
Khí thải từ quá trình sản xuất tôn mạ kẽm được dẫn vào trong tháp hấp thụ từ dưới lên,
dung dịch hấp thụ được đưa từ trên xuống. Khí và nước đi qua lớp vật liệu đệm và phản
ứng với nhau tạo thành cation hydro ( H3O+ ), anion Clorua ( Cl–) và amonihydroxyt, khí
sạch bay lên và đưa đến ống khói bằng quạt hút, trước khi thoát ra khỏi tháp hấp thụ, khí
còn phải đi qua lớp tách ẩm, lớp này có nhiệm vụ hút ẩm từ dòng khí, bảo đảm lượng khí
thoát ra không còn hơi nước. Ống khói có nhiệm vụ đưa khí đạt chuẩn phân tán vào môi
trường không khí trên cao.
Phần dung dịch chứa chất bẩn rơi ngược xuống đáy tháp và được ống dẫn dẫn đến bể lắng
và được xử lý như dạng nước thải công nghiệp.

Lựa chọn quy trình: Số 1.
Sử dụng dung môi là NaOH vì NaOH là một dung môi hấp thụ dễ kiếm, rẻ và khả năng
hấp thụ của nó tốt hơn nước. Đặc biệt ta có thể hoàn nguyên lại trong khi dung môi nước
sau xử lý không thể hoàn nguyên mà phải đem đi xử lý.

24


CHƯƠNG IV.TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
4.1 Tháp hấp thụ
4.1.1 Cân bằng vật chất
- Lưu lương khí thải 12000 m3/h
- Thành phần khí thải:
- Nồng độ HCl : 1,2g/m3 = 1200 mg/m3 =1440 mg/Nm3
Nhiệt độ khí vào tháp: 30oC
Nhiệt độ làm việc của tháp: 25oC
Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 25oC
Áp suất: p = 1atm = 760mmHg = 101325 Pa

Đầu vào:
Tại nhiệt độ vào là 300C ta có : = 1,165kg/ m3 ([3] ,Phụ lục 2 bảng 1 T.208 )
Nồng độ HCl : 1,2g/m3 = 1200 mg/m3 => nHCl = = 0,033 (mol)
Nồng độ khí ban đầu là: Ckhí = mol/l = 40,24 mol/m3

Nồng độ phân mol của HCl: yđ = = 8,2x10-4 (molHCl/molkk),
Phần mol của HCl trong pha lỏng tại thời điểm đầu: Xđ = 0 (mol HCl/moldung môi)
Tỉ số mol HCl và khí
Yđ = = = 8,21x10-4 (molHCl/molkk)
Suất lượng mol của hỗn hợp khí đi vào tháp
Ghh = = = 483 (kmol/h)
Trong đó:
P: áp suất làm việc, P =1atm
V: lưu lượng hỗn hợp khí, V = 12000 m3/h
R: hằng số khí lý tưởng, R = 0,082 atm.l/mol.K
25