Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt tại các
đô thị khôngvấn đề riêng lẻ của một quốc gia hay một khu vực
mà nó đã trở thành vấn đềtoàn cầu.Thực trạng phát triển kinh tế xã hội của các quốc gia trên thế giới trong thời gian qua đã có
những tác động lớn đến môi trường, và đã làm cho môi trường
sống của con người bị thay đổi và ngày càng trở nên tồi tệ hơn.
Những năm gần đây nhân loại đã phải quan tâm nhiều đến vấn đề
ô nhiễm môi trường không khí đó là: sự biến đổi của khí hậu –
nóng lên toàn cầu, sự suy giảm tầng ôzôn và mưa axít.
Ở Việt Nam ô nhiễm môi trường không khí đang là một vấn đề bức
xúc đối với môi trường đô thị, công nghiệp và các làng nghề. Ô
nhiễm môi trường không khí không chỉ tác động xấu đối với sức
khỏe con người(đặc biệt là gây ra các bệnh đường hô hấp)mà còn
ảnh hưởng đến các hệ sinh thái và biến đổi khí hậu như: hiệu ứng
nhà kính, mưa axít và suy giảm tầng ôzôn,… Công nghiệp hóa
càng mạnh, đô thị hóa càng phát triển thì nguồn thải gây ô
nhiễm môi trường không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất
lượng không khí theo chiều hướng xấu càng lớn. Ở Việt Nam, tại
các khu công nghiệp, các trục đường giao thông lớn đều bị ô
nhiễm với các cấp độ khác nhau, nồng độ các chất ô nhiễm đều
vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Và sự gia tăng dân số, gia tăng
đột biến của các phương tiện giao trong khi cơ sở hạ tầng còn thấp
làm cho tình hình ô nhiễm trở nên trầm trọng. Viêc xử lý khí thải
được dùng bằng nhiều phương pháp xử lý khác nhau, nhưng cần tùy thuộc vào
thành phần và tính chất của nguồn ô nhiễm mà áp dụng các phương pháp xử lý
hợp lý. Một trong những phương pháp hiệu quả hiện nay thường sử dụng là
phương pháp hấp thụ.

~1~

CHƯƠNG II : NỘI DUNG
II.1.Giới thiệu chung.
II.1.1.Định nghĩa , cơ chế hấp thụ .
II.1.1.1.Định nghĩa .(Đ-1)
Hấp thụ khí bằng chất lỏng là quá trình chuyển cấu tử của chất cần hấp thụ
(khí hoặc hơi) vào trong chất lỏng thông qua quá trình hòa tan chất khí trong
chất lỏng khi chúng tiếp xúc với nhau.
Hiệu suất của quá trình hấp thụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố:





Thành phần và tính chất của khí thải cần xử lý
Tính chất và chất lượng của chất hấp thụ
Thời gian sử dụng chất hấp thụ trong thiết bị
Lượng chất hấp thụ.

II.1.1.2. Cơ chế hấp thụ.(Đ-2)
Cơ chế của quá trình hấp thụ bằng chất lỏng có thể chia làm 3 bước:




Bước 1: Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải
đến bề mặt của dung dịch hấp thụ.
Bước 2: Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của dung dịch hấp thụ
Bước 3: khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu
trong lòng chất lỏng hấp thụ

II.2.Phân loại .(Đ-1)
Dựa vào bản chất của sự tương tác của khí cần hấp thụ và chất hấp thụ có thể
phân loại phương pháp hấp thụ thành 2 loại sau:
Hấp thụ vật lý: dựa trên sự tương tác vật lý thuần túy (tức là chỉ bao gồm
khuếch tán và hòa tan) không xảy ra tương tác hóa học giữa khí thải và dung
dịch hấp thụ, là quá trình thuận nghịch.
Để tăng hiệu quả xử lý ,người ta thường dùng các kiểu thiết bị làm tăng diện
tích tiếp xúc tối đa,truyền nhiệt tốt và hạn chế sự tăng của của chất hòa tan trong
~2~


pha lỏng. các kiểu thiết bị thông dụng thường dùng tháp đệm, tháp hấp thụ sủi
bọt,tháp phun…..
Hấp thụ hóa học: là quá trình hấp thụ luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng
hóa học xảy ra giữa khí thải và dung dịch hấp thụ.
Trong hấp thụ hóa học ,chất được hấp thụ có thể phản ứng ngay với phần tử
của chất hấp thụ( ví dụ amoniac hấp thụ vào nước).

II.3.Ưu,nhược điểm & các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ.
II.3.1.Ưu điểm.
Ư u điểm chính của phương pháp hấp thụ bằng chất lỏng là:



Rẻ, dễ ứng dụng, có thể sử dụng dung môi hấp thụ là nước để hấp thụ các
khí độc hại như CO2,SO2….rất hiệu quả
Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi,khi trong dòng khí
thải có chứa cả bụi lẫn khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan
tốt trong nước rửa.

II.3.2.Nhược điểm.







Nếu không tái sinh được dung dịch hấp thụ, lấy được chất độc hại ra
khỏi dung dịch ở dạng thành phẩm cho sản xuất thì phải xử lý và đỗ bỏ
dung dịch hấp thụ. Như vây chất ô nhiểm không bị loại bỏ hoàn toàn
mà chuyển từ môi trường này qua môi trường khác.
Quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế nhiều trường
hợp cần lắp thêm thiết bị trao đổi nhieetjtrong tháp hấp thụ để làm
nguội làm tăng quá trình xử lý như vậy thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh
khó vận hành.
Việc lựa chọn dung môi hấp thụ là rất khó khăn trong trường hợp khí
thải cần hấp thụ là khó hòa tan.
Phải tiến hành tái sinh dung môi đắt tiền để giảm chi phí, đây là công
việc khá khó khăn.

II.3.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ.(Đ-3)
II.3.3.1.Ảnh hưởng của lượng dung môi.
Qúa trình hấp thụ phụ thuộc rất lớn vào dung môi. Để lựa chọn được dung
môi phù hợp phải dựa vào điều kiện sản xuất và các yêu cầu đối với dung môi.

~3~


Nếu lựa chọn lượng dung môi lớn nhất thì thiết bị bé nhưng dung dịch thu

được quá loãng. Như vậy nồng độ khí thải trong dung dịch sau khi hấp thụ sẽ rất
nhỏ tức là quá trình hấp thụ không đạt hiệu suất hấp thụ cao.
Nếu lựa chọn dung môi ít nhất thì dung dịch thu được có nồng độ chất hòa
tan cao tuy nhiên kích thước thiết bị sẽ rất lớn làm tốn chi phí đầu tư,chiếm
chỗ không gian do quá cồng kềnh.

II.3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất.
Nhiệt độ và áp suất là 2 yếu tố ảnh hưởng quan trọng lên quá trình hấp
thụ(chủ yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực của quá trình)
Khi nhiệt độ tăng thì hệ số Henry tăng làm động lức của quá trình thay đổi.
Trong trường hợp đường cân bằng của quá trình hấp thụ không thay đổi thì
động lực trung bình sẽ giảm và cường độ chuyển khối sẽ giảm theo. Nếu cứ
tiếp tục tăng nhiệt độ thì động lực trung bình của quá trình sẽ giảm và ngay cả
quá trình cũng không thực hiện được. Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng cũng mang lại
lợi ích là làm giảm độ nhớt của dung môi, vận tốc khí tăng, cường độ chuyển
khối cũng tăng theo nên hiệu quả hấp thụ cũng tăng theo.
Khi tăng áp suất thì động lực của quá trình sẽ tăng lên, quá trình chuyển khối sẽ
tốt hơn. Tuy nhiên áp suất tăng cũng gây khó khăn về mặt thiết bị ( phải chọn
vật liệu và thiết kế sao cho thiết bị chịu được áp lực cao). Vì vậy quá trình hấp
thụ chỉ áp dụng với những khí khó hòa tan( ví dụ hấp thụ CO2 bằng nước thực
hiện ở 17 at).

II.4.Các dung môi thường sử dụng & các khí thường xử lý bằng hấp
thụ
II.4.1.Dung môi.
II.4.1.1.Điều kiện chọn lựa dung môi.(H1-1)
Có tính chất hòa tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hòa tan với một cấu tử, còn các
cấu tử khác không có khả năng hòa tan hoặc hòa tan rất ít.
Độ nhớt của dung môi phải bé, để giảm trở lực và tăng hệ số chuyển khối.
Nhiệt dung riêng bé, để tiết kiệm nhiệt năng khi hoàn nguyên dung môi.

Có nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của cấu tử hòa tan, để dễ dàng
phân biệt chúng qua chưng luyện.
Có nhiệt độ đóng rắn thấp, để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị.
~4~


Không tạo thành kết tủa khi hòa tan, để tránh làm tắc thiết bị và dễ thu hồi.
Ít bay hơi để tránh tổn thất.
Không độc và ăn mòn thiết bị.
Tuy nhiên trong thực tế không có dung môi nào đạt được tất cả các tiêu
chuẩn đã nêu. Vì vậy, khi chọn dung môi ta phải dựa vào những điều kiện cụ
thể của sản xuất.

II.4.1.2.Các dung môi phổ biến .(H1-1)
Nước (H2O): dùng cho trường hợp khí dễ hòa tan trong nước.
Dung dịch bazơ: KOH, NaOH, Na2CO3, K2CO3, Ca(OH)2, CaCO3…
MonoEtanolAmin (OHCH2CH2NH2), DiEtanolAmin (R2NH),
TriEtanolAmin (R3N).

II.5.Các khí thường xử lý .
II.5.1.Khí SO2.
Nguồn phát sinh: nguồn phát thải khí SO2 chủ yếu từ các trung tâm nhiệt
điện, các loại lò nung, lò hơi khi đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt có chứa lưu
huỳnh và hợp chất của lưu huỳnh. Ngoài ra, một số công đoạn trong sản xuất
công nghiệp hóa chất, luyện kim cũng thải vào bầu khí quyển một lượng khí
SO2 đáng kể.
Tác hại: khí SO2 xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc hòa tan với
nước bọt, từ đó qua đường tiêu hóa để ngấm vào máu. SO2 có thể kết hợp với
các hạt nước nhỏ hoặc bụi ẩm để tạo thành các hạt axit H2SO4 nhỏ li ti, xâm
nhập vào phổi qua hệ thống bạch huyết, Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản

ứng hóa học để làm giảm dự trữ kiềm trong máu gây rối loạn chuyển hóa đường
và protein, gây thiếu vitamin B và C, tạo ra methemoglobine để chuyển hóa Fe2+
(hòa tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả
năng vận chuyển oxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở.(H1-3)
Tác động đến môi trường: gây nên hiện tượng mưa axit.(H1-4)

II.5.2.Khí H2S.

~5~


Nguồn phát sinh: H2S là loại khí chủ yếu tỏa ra trong quá trình luyện cốc
từ than đá, quá trình lọc dầu, quá trình sản xuất khí công nhiệp. H2S còn là một
trong những thành phần của khí đốt thiên nhiên, Ngoài ra, trong một số ngành
công nghiệp khác như chế biến xenlulozo, sợi nhân tạo, nấu bột giấy, thuộc da,
nấu thuốc nhuộm, xử lý nước thải, lượng khí H2S cũng tỏa ra đáng kể. Trong tự
nhiên H2S phát sinh bởi quá trình thối rữa của các chất hữu cơ dưới tác dụng
của vi khuẩn từ rác thải, cống rãnh, bờ biển, ao tù, hồ nước cạn…(H1-2)
Tác hại: H2S có mùi trứng thối, dễ có thể nhận biết. H2S là khí gây ngạt vì
chúng tước đoạt oxy rất mạnh, khi hít phải nạn nhân có thể bị ngạt, bị viêm
màng kết do H2S tác động vào mắt, bị các bệnh về phổi vì hệ thống hô hấp bị
kích thích mạnh do thiếu oxy, có thể gây thở gấp và ngừng thở. H2S ở nồng độ
cao có thể gây tê liệt hô hấp và khiến nạn nhân bị chết ngạt.(H1-3)
Khí rất độc chỉ cần nồng độ bằng 5 ppm đã gây ngộ độc, chóng mặt nhức
đầu.
Ở nồng độ lớn hơn 150 ppm có thể gây tổn thương màng nhầy của cơ quan
hô hấp.
Với nồng độ 500 ppm, gây viêm phổi và tiêu chảy.
Tiếp xúc ngắn với khí H2S ở nồng độ 700-900 ppm thì chúng sẽ nhanh
chóng xuyên qua màng túi phổi, xâm nhập vào mạch máu và gây tử vong.

Tác động đến môi trường: gây ô nhiễm mùi trong môi trường không khí.
(H1-3)…

II.5.3. Khí NOx. (H1-3)
Nguồn phát sinh: NO và NO2 được hình thành trong quá trình đốt nhiên liệu
và là thành phần của khí cốc; NO, NO2 và sương axit nitric là khí tỏa ra trong
công nghệ sản xuất axit nitric; khí NO2 còn tỏa ra nhiều ở công đoạn tẩy kim
loại bằng axit trong phân xưởng mạ điện. Khí NOx trong quá trình đốt cháy
nhiên liệu trong các động cơ đốt trong.
Tác hại: oxit nito có nhiều dạng, do nito có 5 hóa trị từ 1 đến 5. Do oxy hóa
không hoàn toàn nên nhiều dạng oxit nito có hóa trị khác nhau hay đi cùng
nhau, được gọi chung là NOx. Có độc tính cao nhất là NO2 trong không khí 5
phần triệu đã có thể gây ảnh hưởng xấu đến phổi, tiếp xúc vài giờ với không khí

~6~


có nồng độ NO2 khoảng 15-20 phần triệu có thể gây nguy hiểm cho tim, phổi,
gan, nồng độ NO2 trong không khí 1% có thể gây tử vong trong vài phút.
Tác động đến môi trường: gây suy giảm tầng ozon, hiện tượng mưa axit, hình
thành khói mù quang hóa, N2O gây nên hiệu ứng nhà kính.(H1-4)

II.5.4. Khí Flo.(H1-3)
Nguồn phát sinh: trong tự nhiên flo (dạng muối florua) có thể có trong đất
hoặc nước ngầm của vùng khô hạn, thậm chí có thể xuất hiện ở các mỏ CaF2.
Trong công, nông nghiệp, Florua xuất hiện trong quá trình sản xuất và sử dụng
photphat (phân lân).
Tác hại: mặc dù flo nguyên chất ở dạng khí nhưng trong môi trường flo
thường kết hợp với các nguyên tố khác tạo thành hợp chất các muối florua, Flo
có ái lực cao với canxi nên thường tước đoạt canxi của cơ thể. Nếu nước ăn giàu

flo, người dùng (nhất là trẻ em dưới 12 tuổi) thường bị mủn răng do flo lấy
canxi của răng. Flo cũng có thể lấy canxi của xương làm cho xương bị xốp, tạo
ra các chỗ giòn xương, cốt hóa dây chằng và gân, làm xương bị giòn, dễ gẫy.
Flo lấy canxi trong máu gây hội chứng cứng cơ, suy tim mạch. Hợp chất HF ở
dạng khí, có thể bị hít vào phổi. Người bị nhiễm HF sẽ bị đau xương ức, ho ra
đờm hoặc ra máu, phú nề phổi. Những chố tiếp xúc với HF có thể bị loét.

II.5.5. Khí Clo.(H1-3)
Nguồn phát sinh: clo là thành phần không thể thiếu của các chất tẩy trắng
giấy và sợi, khử trùng hệ thống cấp nước, bể bơi, cống rãnh, bệnh viện. Khi
trong nước chứa các chất hữu cơ, cloramin có thể kết hợp tạo ra các hợp chất
độc.
Tác hại: khí clo gây ngứa, ngạt thở, đau rát xương ức, ho, ngứa mắt và
miệng, chảy nước mắt, tiết nhiều nước bọt. Nếu bị nhiễm nặng có thể bị đau
đầu, đau thượng vị, nôn mửa, vàng da, thậm chí phù nề phổi.
Tác động đến môi trường: nồng độ clo trong môi trường cao là nguyên nhân
gây hiện tượng mưa axit, hợp chất của clo CFC gây suy giảm tầng ozon, hiệu
ứng nhà kính.(H1-4)

II.5.6.Khí NH3
Nguồn phát sinh: NH3 phát sinh chủ yếu được tạo ra từ nguồn tự nhiên
của các quá trình phân hủy chất hữu cơ từ xác động thực vật; ngoài ra có trong
~7~


thành phần khí thải của các nhà máy sản xuất hóa chất, phân đạm, trong hệ
thống các thiết bị làm lạnh có sử dụng NH3.
Tác hại: NH3 có mùi khó chịu và gây viêm đường hô hấp cho người và
động vật, gây loét giác mạc, thanh quản, khí quản. NH3 thường gây nhiễm độc
cấp tính. Ở nồng độ 50 ppm có thể nhận biết được mùi. Ở nồng độ 400 ppm tác

dụng trên các đường hô hấp. Ở nồng độ 700 ppm tác dụng giới hạn trên thị giác.
Ở nồng độ 1720 ppm gây ho, co giật, có thể chết. Còn ở nồng độ từ 5000-10000
ppm gây co thắt do phản xạ họng, xuất huyết phổi, ngất phản xạ do ngạt, có thể
chết. Khi NH3 tan vào nước gây nhiễm độc cá và hệ sinh vật trong nước. Thực
vật bị nhiễm NH3 ở nồng độ cao sẽ bị bệnh đốm lá, giảm tỉ lệ nảy mầm ở hạt
giống.

II.5.7. Khí CO2.
Nguồn phát sinh: trong tự nhiên CO2 vốn có trong thành phần của không
khí sạch, ngoài ra có thể được phát sinh khi đốt cháy hoàn toàn nguyên nhiên
liệu chứa cacbon và trong quá trình hô hấp của động thực vật. Trong công
nghiệp, khí CO2 sinh ra khi lên men rượu bia, khói từ các nhà máy công nghiệp
đốt than.
Tác hại: khí CO2 ở nồng độ thấp không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con
người và động vật nhưng ở nồng độ cao sẽ gây nguy hại. Cụ thể, nếu hít thở
không khí có chứa 0,5 % khí CO2 sẽ gây đau đầu, chóng mặt; 5 % sẽ gây khó
thở; 10 % sẽ gây bất tỉnh sau vài phút; nồng độ cao hơn có thể gây tử vong.
Tác động đến môi trường: CO2 là một trong những khí quan trọng gây nên
hiệu ứng nhà kính.(H1-4)

II.6.Các loại thiết thường sử dụng trong hấp thụ .(H2)
II.6.1.Tháp phun .
II.6.1.1.Cấu tạo .
Hình trụ tròn, rỗng bên trong có chứa hệ thống ống dẫn phân phối khí thải và
dung môi hấp thụ.
Tháp hấp thụ phun có thể chia ra làm ba kiểu khác nhau:
(1) thiết bị hấp thụ phun kiểu thùng rỗng,
~8~

(2) thiết bị hấp thụ phun thuận dòng tốc độ cao
(3) thiết bị hấp thụ phun sương kiểu cơ khí.

Đối với kiểu thùng rỗng :
Thiết bị hấp thụ kiểu thùng rỗng có vòi phun sương thường được đặt ở phía
trên phun xuống. Trong trường hợp tháp hấp thụ có chiều cao lớn, người ta
thường đặt các vòi phun chia ra ở các tầng khác nhau.
Thiết bị hấp thụ thùng rỗng có ưu điểm là đơn giản, đầu tư thấp, lực cản thủy
động nhỏ và có thể sử dụng đối với khí thải có độ nhiễm bẩn cao; chất lỏng
dùng để hấp thụ có thể quay vòng cho tới khi hấp thụ no mới thải cho nên tiết
kiệm được chất hấp thụ.
Nhược điểm của thiết bị thùng rỗng là khí thường phân bố không đều trong
toàn bộ tháp dẫn dấn làm giảm hiệu suất xử lý. Tuy nhiên để khí phân bố đều
người ta đã tạo ra các bộ phận phân phối khí như phân phối khí qua miệng thắt,
phân phối khí thông qua màng phán phối xốp hay phân phối khí theo dòng xoáy
kiểu cyclon...
Thêm nữa, đo loại thiết bị kiểu này hiệu quả xử lý không cao vì hệ số chuyển
khối thấp, nên tốc độ dòng khí không được quá lớn (phải nhỏ hơn 1 m/s) để
tránh hiện tượng chất lỏng bị cuốn theo khí ra ngoài.

Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao :
Thiết bị kiểu này phù hợp với dòng khí thải có vận tốc lớn (khoảng từ 20 - 30
m/s). Cho nên, khi vận hành chất lỏng thường bị cuốn theo cùng dòng khí, sau
đó được tách ra bởi một thiết bị kèm theo. Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao
có dạng như kiểu thiết bị Venturi (giống như trong xử lý bụi).
Khí thải với tốc độ cao đi qua ống thắt, cuốn theo chất lỏng từ cửa chờ dưới
dạng bụi sương và cùng đi vào vùng khuếch tán rồi tới bộ phận tách chất lỏng.
Trong vùng khuếch tán, động năng của dòng khí chuyển thành áp lực với mức
hao hụt là cực tiểu. Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao được sử dụng khá phổ
biến trong xử lý khí thải.

~9~


Thiết bị phun sương kiểu cơ khí :
Ít được sử dụng, nó chỉ phù hợp trong những trường hợp đặc biệt. Tóm lại,
các loại thiết bị dùng trong hấp thụ rất hay được sử dụng trong công nghiệp bởi
khả năng loại bỏ đồng thời cả bụi và khí cũng như khả năng làm sạch triệt để
bụi của nó. Tuy nhiên, tuỳ trường hợp cụ thể, tuỳ lưu lượng, nồng độ và cường
độ bụi khí thải mà chúng ta sẽ tìm chọn phương pháp phù hợp.

II.6.1.2. Nguyên lý làm việc .
Tháp được sử dụng để kết hợp lọc sạch bụi và hơi khí độc bằng dung dịch
phun. Người ta đưa dòng khí thải có lẫn bụi và hơi khí độc vào một đầu buồng
phun qua một thiết bị có thể phân đều dòng khí thải theo toàn bộ tiết diện ngang
của buồng. Trong không gian buồng phun có bố trí hệ thống ống phun để phun
dung dịch thành chùm các hạt nước nhỏ ngược chiều dòng khí thải. Hơi khí độc
bị dung dịch hấp thụ qua bề mặt các hạt dung dịch. Sau đó khí thải có thể được
thải thẳng vào khí quyển hay đưa qua bộ sấy nóng trước khi thải để giảm độ ẩm
tương đối của dòng khí.
Dung dịch nước phun được thu hồi đưa qua thiết bị lắng cặn và xử lý hóa trước
khi được phun trở lại. Sau một khoảng thời gian làm việc, dung dịch phun được
thải vào hệ thống xử lý nước thải .

II.6.1.3. Ưu, nhược điểm .
Ưu điểm :
Tháp được cấu tạo đơn giản, dễ dàng cho việc chế tạo lắp đặt
Vận hành đơn giản, giảm chi phí.
Đường kính tháp nhỏ, nên mật độ tưới nhỏ (50-90 m3/m2) tiết kiệm dung tích
hấp thụ mà vẫn cho hiệu suất cao.

Lọc được bụi mụn với hiệu quả tương đối cao .
Nhược điểm:
Thiết bị dễ bị ăn mòn, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ, làm tăng giá thành chế
tạo .

~ 10 ~


Cần phải có hệ thống tự điều chỉnh dung lượng dung dịch hấp phụ phun vào
thiết bị. Dung dịch phải được phun đều khắp tiết diện tháp.

II.6.2.Tháp mâm.
II.6.2.1.Cấu tạo.
Tháp hình trụ thẳng đứng, trong có gắn các đĩa có cấu tạo khác nhau, trên đó
pha lỏng và pha khí được cho tiếp xúc với nhau. Quá trình chung của cả tháp là
sự tiếp xúc pha nghịch dòng mặc dù trên mỗi đĩa hai pha khí và lỏng tiếp xúc
giao dòng

II.6.2.2.Nguyên lý làm việc .
Tháp đĩa được ứng dụng nhiều trong công nghệ hoá và thực phẩm. Trong
tháp đĩa, chất lỏng đi từ trên xuống, còn khí đi từ dưới lên. Chúng tiếp xúc và
trao đổi chất với nhau tại mỗi bậc (đĩa), khác với tháp đệm, hai pha lỏng hơi tiếp
xúc với nhau liên tục trên toàn tháp. So với tháp đệm thì tháp đĩa phức tạp hơn
và được phân thành nhiều loại theo kết cấu của đĩa và sự vận chuyển của chất
lỏng qua lỗ đĩa hoặc theo các ống chảy chuyền giữa các đĩa, cụ thể phân thành:
Tháp đĩa có ống chảy chuyền và không ống chảy chuyền
Tháp đĩa lưới, tháp chóp, tháp xú páp và một số dạng khác.
Tháp đĩa có ống chảy chuyền
Trong tháp đĩa có ống chảy chuyền, khí và lỏng chuyển động riêng biệt nhau
từ đĩa này sang đĩa khác. Các loại tháp thường gặp trong sản xuất là tháp chóp,

tháp đĩa lỗ, tháp xú páp hay tháp đĩa rãnh chữ s.
Tháp đĩa chóp
Tháp gồm nhiều đĩa, trên đĩa có lắp nhiều chóp. Trên mỗi đĩa có ống chảy
chuyền để vận chuyển chất lỏng từ đĩa này đến đĩa khác. Số ống chảy chuyền
phụ thuộc vào kích thước tháp và lưu lượng chất lỏng. ống chảy chuyền được
bố thí theo nhiều cách. Khí đi từ dưới lên qua ống hơi vào chóp, qua khe chóp
để tiếp xúc với chất lỏng trên đĩa. Chóp có cấu tạo tròn hay dạng khác. Thân
chóp có rãnh tròn, chữ nhật hoặc tam giác để khí đi qua. Hình dáng của rãnh
trên chóp không ảnh hưởng mấy đến quá trình chuyển khối
Hiệu quả của quá trình phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc khí.
~ 11 ~


Nếu vận tốc khí bé thì khả năng sục khí kém, nhưng nếu vận tốc khí quá lớn
sẽ làm bắn chất lỏng hoặc cuốn chất lỏng theo.
Hiện tượng bắn chất lỏng tất nhiên còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, như
khảng cách giữa các đĩa, khoảng cách giữa các chóp, khối lượng riêng, cấu tạo
và kích thước của chóp và ống chảy chuyền

II.6.2.3.Ưu, nhược điểm.
Ưu điểm:
Có thể sử dụng cho cả quá trình chưng cất lẫn hấp thụ.
Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lượng hơi.
Nhược điểm:
Khi vận tốc khí lớn có thể gây nên sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trong
dòng hơi từ mâm dưới lên mâm trên làm giảm sự biến đổi nồng độ tạo nên bởi
quá trình truyền khối, làm giảm hiệu suất.
Ngoài ra còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nén khí
cho tháp.

II.6.3.Tháp đệm
II.6.3.1.Cấu tạo.
Tháp đệm được sử dụng cho quá trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện và các
quá trình khác. Tháp đệm hình trụ, bên trong có đổ đầy đệm. Đệm có nhiều loại,
phổ biến nhất có các loại đệm sau đây:
Đệm vòng, kích thước từ 10 đến 100 mm
Đệm hạt, kích thước từ 20 đến 100 mm
Đệm xoắn, đường kính dây cỡ 0,3 đến 1 mm, đường kính vòng xoắn cỡ 3 đến
8 mm, chiều dài dây không quá 25 mm.
Đệm lưới bằng gỗ
Tất cả các loại đệm đều có yêu cầu chung :
Có bề mặt riêng lớn, (ký hiệu σ, thứ nguyên m2/m3)
Thể tích tự do lớn, (ký hiệu Vtd, thứ nguyên m3/m3)
~ 12 ~


Khối lượng riêng bé,
Bền hoá học tuỳ theo điều kiện cụ thể mà chọn đệm cho phù hợp.
Đệm lưới bằng gỗ thường được sử dụng trong các tháp làm lạnh hoặc hấp thụ
khí sơ bộ. Để tăng độ phân tách người ta chọn loại đệm có kích thước bé, tức
đệm có bề mặt riêng lớn, tạo khả năng tiếp xúc giữa các pha tốt hơn.

II.6.3.2 Nguyên nguyên lý làm việc .
Khi vận hành, khí thải được đi từ dưới lên trên còn chất lỏng thì đi từ trên
xuống dưới. Lưu lượng của hai pha luôn được tính toán trước để thiết bị đạt
hiệu quả cao nhất.
Khi chất lỏng chảy trên bề mặt các vật thể đệm, về cơ bản chúng có đặc trưng
của màng chất lỏng. Tuy nhiên về bản chất của quá trình vận hành, giữa thiết bị
hấp thụ màng và thiết bị hấp thụ đệm có sự khác nhau.
Trong thiết bị hấp thụ đệm thì khi nàng chất lỏng chuyển động từ đơn nguyên

của vật đệm này sang đơn nguyên của vật đệm khác thì màng cũ bị phá vỡ và
màng mới được hình thành. Quá trình này được lặp đi lặp lại trong suốt chiều
dài của tháp. Việc phá vỡ là do sự chuyển động ngược chiều của dòng khí.
Do vậy mà tháp đệm phần nào còn mang tính chất như một tháp hấp thụ sủi
bọt. Sự chuyển động thuận dòng trong tháp đệm đôi khi cũng được sử dụng. Đó
là những trường hợp khi tốc độ khí thải khá lớn (khoảng 10 m/s), không hoặc
khó thực hiện được đối với kiểu ngược dòng. Sự bố trí thuận dòng sẽ làm tăng
quá trình trao đổi chất, giảm trở lực thủy động và giảm kích thước của thiết bị.
Trong trường hợp sự hấp thụ đi kèm với các phản ứng thủy phân hoặc tạo kết
tủa thì người ta thường dùng loại tháp hấp thụ đệm nổi. Các lớp đệm nổi (những
mảnh bọt xốp polyme hay các quả cầu rỗng làm bằng chất dẻo) được "treo" lơ
lửng bởi dòng khí trong tháp và bởi các tấm lưới đỡ. Giữa các lớp đệm là những
khoảng trống để đảm bảo cho các kết tủa không làm tắc nghẽn sự lưu thông của
dòng khí qua các lớp đệm.
Tất nhiên ở đây chất hấp thụ lỏng cũng được chuyển động từ trên đi xuống.
Các nghiên cứu thủy động học và chuyển khối trong các thiết bị hấp thụ đệm
nổi cho thấy, tháp hấp thụ kiểu này có thể làm việc với tốc độ dòng khí lớn mà
~ 13 ~


không bị tắc nghẽn. Nhược điểm của tháp hấp thụ đệm nổi là khó thoát nhiệt
trong quá trình hấp thụ. Muốn tách nhiệt, người ta thường phải sử dụng làm
lạnh tuần hoàn.

II.6.3.3.Ưu ,nhược điểm .
Ưu điểm:
Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao
Cấu tạo đơn giản
Trở lực trong tháp không lớn lắm
Giới hạn làm việc tương đối rộng

Nhược điểm:
Tuy nhiên tháp đệm có nhược điểm là khó làm ướt đều đệm. Do đó, nếu
tháp cao quá thì chất lỏng phân bố không đều. Vì vậy, người ta phải chia tầng và
ở mỗi tầng có đặt thêm bộ phận phân phối chất lỏng.

II.7. Ứng dụng trong xử lý khí thải .(T)
II.7.1.Xử lý SO2 bằng phương pháp hấp thụ.
Hấp thụ bằng nước:
SO2 + H2O
H+ + HSO3Do độ hòa tan của SO2 trong nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn và
thiết bị hấp thụ có thể tích lớn. Sơ đồ hệ thống hấp thụ khí SO2 bao gồm 2 giai
đoạn sau:
Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí hoặc cho khí SO2 đi qua
lớp vật liệu đệm có tưới nước.
Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 và nước sạch. Mức độ
hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao và ngược lại để
giải thoát khí SO2 ra khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao. Ở 1000C thì SO2
bốc ra hòan toàn và trong khí thoát ra có lẫn hơi nước. Bằng phương pháp
ngưng tụ người ta thu hồi được khí SO2 với độ đậm đặc gần 100% để sản xuất
axit sunfuric. Để giải hấp thụ cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn, đó là
một khó khăn. Ngoài ra, để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ phải làm

~ 14 ~


nguội nước xuống gần 10oC, tức phải cần đến nguồn cấp lạnh. Đó cũng là vấn
đề không đơn giản và tốn kém. Vì vậy, phương pháp này chỉ nên áp dụng khi:
Nồng độ SO2 trong khí thải tương đối cao
Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ
Có sẵn nguồn nước lạnh

Hấp thụ Xử lý SO2 bằng vôi là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong
công nghiệp vì hiệu quả xử lý rất cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi.
Các phản ứng:
CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2
CaO + SO2 = CaSO3
2CaSO3 + O2 = 2CaSO4
Khói thải sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubơ 1, trong đó xảy ra quá
trình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi tưới trên lớp đệm bằng vật liệu
rỗng. Nước chứa acid chảy ra từ scrubơ có chứa nhiều sunfit và canxisunfat
dưới dạng tinh thể CaSO3.0,5H2O , CaSO4.H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau
bộ lọc tro bụi, do đó cần tách các tinh thể nói trên bằng bộ phận tách tinh thể 2.
Thiết bị 2 là một bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại một thời gian đủ để hình
thành các tinh thể sunfit và sunfat canxi. Sau bộ phận tách tinh thể 2, dung dịch
một phần đi vào tưới cho scurbơ, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở
đó các tinh thể được giữ lại dưới dạng cặn bùn và được thải ra ngoài. Đá vôi
được đập vụn và nghiền thành bột rồi cho vào thùng 6 để pha trộn với dung dịch
loãng chảy ra từ bộ lọc chân không số 3 cùng với lượng nước bổ sung để hình
thành dung dịch sữa vôi mới.bằng huyền phù CaCO3
Ưu điểm của phương pháp này là quy trình công nghệ đơn giản chi phí hoạt
động thấp, chất hấp thụ dể tìm và rẽ, có khả năng xữ lý mà không cần làm nguội
và xử lý sơ bộ.
Nhược điểm: thiết bị đóng cặn do tạo thành CaSO4 và CaSO3.
Phương pháp Magie (Mg): SO2 được hấp thụ bởi oxit – hydroxit magie, tạo
thành tinh thể ngậm
nước Sunfit magie .
Ưu điểm : làm sạch khí nóng , không cần lọc sơ bộ, thu được sản phẩm tận
~ 15 ~


dụng là H2SO4 ; MgO dể kiếm và rẻ , hiệu quả xử lý cao .

Nhược điểm :vận hành khó, chi phí cao tốn nhiều MgO.
Phương pháp kẽm : trong phương pháp này chất hấp thụ là kẽm
SO2 + ZnO + 2,5 H2SO4 ------> ZnSO3 + H2O
Phương pháp Amoniac : SO2 được hấp thụ bởi dung dịch Amoniac hoặc dung
dịch Sunfit-biSunfit amôn .
Amoniac và khí SO2 trong dung dịch nước có phản ứng với nhau và tạo ra
muối trung gian amoni sunfit, sau đó muối amoni sunfit lại tác dụng tiếp với
SO2 và H2O để tạo ra muối amoni bisunfit theo phản ứng sau:
SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2SO3
(NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3
Lượng bisunfit tích tụ dần trong dung dịch có thể hoàn nguyên bằng cách
nung nóng trong chân không, kết quả thu được amoni sunfit và SO2. Amoni
sunfit này lại có thể sử dụng tiếp để khử SO2
Ngoài ra trong dung dịch còn có thể xảy ra sự phân hủy sunfit và bisunfit
amoni thành sunfat amoni và lưu huỳnh đơn chất theo phản ứng sau:
2NH4HSO3 + (NH4)2SO3 = 2(NH4)2SO4 + S + H2O
Lưu huỳnh đơn chất hình thành theo phản ứng trên đến lượt của mình lại tác
dụng với amoni sunfit và tạo ra thiosunfat:
(NH4)2SO3 + S = (NH4)2S2O3
Sau đó thiosunfat lại kết hợp với amoni bisunfit và tạo ra lưu huỳnh đơn chất
nhiều gấp 2 lần
(NH4)2S2O3 + 2NH4HSO3 = 2(NH4)2SO4 + 2S + H2O
Lưu huỳnh đơn chất lại tác dụng với sunfit. Cứ như vậy tốc độ phản ứng phân
hủy dung dịch làm việc tăng dần và dung dịch làm việc sẽ hoàn toàn biến thành
amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất.
Ưu điểm : của phương pháp này là hiệu quả cao, chất hấp thụ dễ kiếm ,thu
được sản phẩm cần thiết (Sunfit và biSunfit amon) .

~ 16 ~

Hấp thụ bằng hổn hợp muối nóng chảy: Xử lý ở nhiệt độ cao dùng hổn hợp
Cacbonat kim loại kiềm có thành phần như sau: LiCO3 : 32%, Na2CO3 : 33%,
K2CO3 : 35%.
Hấp thụ bằng các Amin thơm :
Để hấp thụ SO2 trong khí thải của luyện kim màu (nồng độ SO2 khoảng 1-2%
thể tích) .
Người ta sử dụng dung dịch: C6H3(CH3)2 NH2 (tỉ lệ C6H3(CH3)2 NH2 : nước = 11) C6H3(CH3)2 NH2 không trộn lẩn với nước nhưng khi liên kết với SO2 tạo
thành (C6H3(CH3)2 NH2)2 SO2

II.7.2.Hấp thụ NOx bằng nước .
Nguyên tắc: trong công nghiệp các loại khi thải có chứa Nito ở nồng độ thấp
thường được xử lý bằng phương pháp dùng nước để rửa khí trong các thiết bị
như scrubo,thiết bị sục khí sủi bọt,ống venture…. Hiệu quả khử NOx ở những
phương án trên thường không cao tối đa đạt khoảng 50%
Khí thải có chứa NOx nồng độ thấp thường được xử lý bằng phương pháp
dùng nước để
rửa khí trong các thiết bị như tháp phun, tháp đệm, tháp bọt..., phương trình
phản ứng như sau:
2NO2 (hay N2O4) + H2O = HNO3 + HNO2
2HNO2 →NO + NO2 (hay ½ N2O4) +H2O
NO + ½ O2 → NO2
Lọc khí độc trong khí thải
2NO2 → N2O4
Trong thiết bị lọc khí, vận tốc khí trong tháp lấy bằng 0,6 m/s; chiều cao lớp
đệm bằng khâu thuỷ tinh đường kính 6 mm khoảng 120mm;
Cường độ tưới μ = 10~25 lít/m3không khí, hiệu quả của quá trình chỉ đạt
<50%.
Hấp phụ khí NOx bằng silicagel, alumogel, than hoạt tính
Khí thải có chứa 1 -1,5% NOx có thể được xử lý bằng các chất hấp phụ như

silicagel, alumogel, than hoạt tính...
Nhược điểm của phương pháp này là khả năng hấp phụ NOx của các chất rắn
trên thấp nên phải sử dụng hệ thống hấp phụ nhiều tầng, dẫn đến tiêu hao năng
lượng lớn để thắng sức cản của hệ thống.

~ 17 ~


Ưu điểm của phương pháp này là có khả năng thu hồi NO2 nồng độ cao để
điều chế axit nitric sử dụng cho các mục đích khác nhau trong công nghiệp.

II.7.3.Phương pháp xử lý khí clo bằng sữa vôi.
Sữa vôi là huyền phù Ca(OH)2 có dư vôi với hàm lượng vôi 100~110 g/lít.
Khí thải sau khi được làm nguội đến 700C đi vào tháp phun hay tháp đệm, tại
đây các khí clo, HCl và CO2 bị sữa vôi hấp thụ và làm nguội đến 30-4000 trước
khi thải ra môi trường bên ngoài. Phương trình phản ứng như sau:
2Ca(OH)2 + 2Cl2 = Ca(OCl)2 + CaCl2 + 2H2O.
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Ca(OH)2 + HCl = CaCl2 + 2 H2O.
Ưu điểm của phưng pháp này là hiệu quả cao (80-90%), đơn giản, nguyên liệu
sẵn có và rẻ tiền.
Nhược điểm của phương pháp là sự hình thành canxi hypoclorit đòi hỏi phải
xử lý trước khi thải ra hệ thống thoát nước và tiêu hao nhiều sữa vôi, nhất là khi
trong khí thải có chứa CO2.

~ 18 ~


CHƯƠNG III : KẾT LUẬN
Tóm lại ,việc xử lý ô nhiễm không khí hiện nay là vô cùng quan trọng góp phần

cải thiện môi trường không khí . Bên cạnh đó cũng làm giảm thiểu các tác động
xấu tới con người . Gỉam hiệu ứng nhà kính , giảm hiện tượng tăng nhiệt độ của
Trái Đất . Tránh bùng nổ các dịch bệnh nguy hiểm ,đem lại lợi ích kinh tế lớn
cho các quốc gia trên thế giới . Việc xử lý khí thải hiện nay đang rất cần thiết và
việc áp dụng các phương pháp xử lý hiệu quả giúp giảm đáng kể lượng khí thải
phát sinh ra môi trường . Làm tăng hiệu quả sản xuất giúp cho nền kinh tế phát
triển mạnh mẽ và bền vững hơn.

~ 19 ~


DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sinh viên thực
hiện
1.Lê Thị Đạt

2.Nguyễn Tất
Hiếu

3.Nguyễn Thị
Hương

4.Trần Thị
Trang

Tài liệu tham khảo
Đ-1: cơ sở công nghệ xử lý khí thải ( TRẦN HỒNG CÔN –
ĐỒNG KIM LOAN).
Đ-2 : bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải (LÂM VĨNH SƠN).
Đ-3 : Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực

phẩm (tập 4) – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật –
GS.TSKH Nguyễn Bin.
H1-1 : Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực
phẩm (tập 4) – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật –
GS.TSKH Nguyễn Bin.
H1-2 : Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải (tập 3) – Nhà xuất
bản khoa học và kĩ thuật – GS.TS Trần Ngọc Chấn.
H1-3 />H1-4 : .
/>H2 : Các loại thiết bị hấp thụ- Vì môi trường sống an toàn
hơn ra ngày 21/7/2015
-Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và th ực
phẩm tập 4-Nguyễn Bin
-Quá trình và thiết bị chuyển khối -Nguyễn Minh Tân
T:
~ 20 ~


~ 21 ~