Bài 8 THiết bị xử lý khí thải

Chương 4: Tính tóan lựa chọn và sử
dụng thiết bị xử lý khí.
ÔNKK và Xử lý khí thải tập 3 (Trang40-91;
Loại
chất
khí
gây ô
nhiễm

Sản phẩm cháy không hoàn toàn như
các CxHy, CO, bụi than.
Các sản phẩm cháy: SO2, NOx
Các khí gây mùi hôi như H2S, NH3
vv... Các loại dung môi
Hấp thụ khí độc hại bằng chất lỏng
(nước hoặc dung dịch)

Các
phương Hấp phụ chất ô nhiễm trên bề mặt vật
pháp xử liệu rắn
lý khí
thải
Biến đổi hóa học các chất ô nhiễm

bằng quá trình thiêu đốt hoặc xúc tác
ở nhiệt độ cao


4.1 Hấp thụ khí bằng chất lỏng
Hấp thụ là quá trình hòa tan chất khí vào trong
chất lỏng, khi chúng tiếp xúc với nhau. Bao

gồm các quá trình:
- Khuếch tán chất khí ô nhiễm đến bề mặt
của chất lỏng hấp thụ.
- Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt
của chất hấp thụ.
- Khuếch tán chất khí đã hòa tan vào sâu
trong bề mặt chất hấp thụ.
Các phương trình cơ bản của QT hấp thụ

- Để hấp thụ được chất ô nhiễm, các phần tử
khí cần được khuếch tán đến bề mặt lớp
biên của 2 pha
NA = kG (yAG – yAi) = kx (xAi – xAL)
Trong đó:

13.8


yAG; yAi là tỷ suất mol của chất khí trong khối
khí và trong lớp biên khí sát bề mặt ngăn cách
xAi; xAL là tỷ suất mol của chất khí trong khối
dd hấp thụ và lớp biên bế mặt khối d2 hấp thụ
kx, ky là hệ số trao đổi chất của lớp biên chất
lỏng và lớp biên khí. Mol/m2.h
(Tỷ suất mol là tỷ số giữa số mol chất khí
trên tổng số mol chất khí + mol chất lỏng)

- Số đảo ngược của hệ số trao đổi chất có thể
được xem là sức cản của quá trình trao đổi
chất

- Khi hấp thụ khí dễ hòa tan có thể bỏ qua
sức cản của lớp biên khí, chỉ cần tính tới sứ
cản của lớp biên lỏng. Và ngược lại, với
khí khó hòa tan thì sức cản của lớp biên khí
là quan trọng.


Thiết bị hấp thụ
Tất cả những thiết bị mà tại đó làm xảy ra
quá trình tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng.
Làm cho chất khí độc hại hòa tan vào trong
chất lỏng thì gọi là thiết bị hấp thụ
Bao gồm các loại chính sau:
Buồng phun, tháp phun: Chất lỏng được
phun thành giọt trong thể tích rỗng của thiết
bị, và cho dòng khí đi qua.


Thiết bị sục khí: Khí được phân tán dưới
dạng các bong bóng đi qua lớp chất lỏng.
Hoặc có thể bằng cách cho khí đi qua tấm
xốp, tấm đục lỗ, hoặc khuấy cơ học
Tháp hấp thụ kiểu sủi bọt: Cho khí đi qua
lớp tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nước
mỏng.
Tháp đệm: Chất lỏng được tưới trên lớp
đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt
ướt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúc khi đi
qua.

Thông thường khi nói thiết bị hấp thụ và lý
thuyết tính toán và thử nghiệm chính là nói tới
tháp đệm
Phạm vi ứng dụng và điều kiện lựa chọn
-

Tháp hấp thụ (tháp đệm) được sử dụng để xử
lý các loại khí thải dễ hòa tan trong các dung
dịch phổ biến, dễ kiếm, dễ tìm (Xem trang 64)
như: Ca(OH)2, NaOH, Na2CO3, Na2SO3 vv…

-

Tháp hấp thụ (tháp đệm) được sử dụng để xử
lý hỗn hợp các loại khí thải có lẫn bụi bẩn, có
mang nhiệt độ cao. Như khói thải lò hơi, lò
đốt dầu, lò nấu đồng vv…

-

Tháp hấp thụ (tháp đệm) còn được sử dụng
để xử lý hơi axit tại các nhà máy xi mạ vv…

Ưu điểm
Hiệu quả xử lý cao;
Có thể xử lý được cả
bụi, nhiệt trong khí
thải; Đơn giản, dễ
vận hành, rẻ tiền

Nhược điểm
Làm phát sinh nước
thải gây ô nhiễm thứ
cấp; Độ bền thiết bị
không cao


Tính toán thiết kế tháp hấp thụ.
Tính toán theo lý thuyết.
Số
liệu
đầu
vào

Khí thải vào có lưu lượng là G1 (mol/m2.h)
chứa chất A có tỷ suất mol đầu vào là y1
Tỷ suất mol đầu ra sau xử lý qua tháp của
chất A là y2
Tỷ suất mol của chất A có trong chất lỏng
hấp thụ ở đầu vào là x2

Tính chiều cao lớp đệm ZT và lưu lượng dung
dịch hấp thụ phun vào L2
Giả thiết
-

Pha khí cũng như pha lỏng đều có 2
thành phần: Khí trơ + Khí A và chất
lỏng trơ + chất A (hòa tan).

G và L là lưu lượng tổng bao gồm cả
phần khí trơ hoặc chất lỏng trơ + chất A

Xem lý thuyết tính toán từ trang 50 – 55
và ví dụ trang 55


Tính toán theo kinh nghiệm.
Số
liệu
đầu
vào
Tính
Dtháp,
Hđệm
Vận
hành
tháp

Lưu lượng khí thải cần xử lý L (m3/h)
Nồng độ đầu vào và đầu ra khỏi thiết bị
(m3/h)
Chọn vận tốc làm việc của tháp v = 1 –
3,5 m/s. Từ đó tính ra đường kính tháp
Chọn chiều cao lớp đệm trong tháp từ 1
– 1,5m
Pha dung dịch hấp thụ theo tỷ lệ yêu cầu
(xem bảng trang 64)
Đo đạc kiểm
nghiệm hiệu quả

xử lý, từ đó điều
chỉnh lưu lượng
dung dịch hấp
thụ cho phù hợp
(xem bảng trang
64)


Lựa chọn hóa chất hấp thụ. T64
Khí độc hại
cần khử

Chất hấp thụ

N2O3, NO2, Nước, NaOH, Na2CO3, KOH,
N2O5
K2CO3, Ca(OH)2, CaCO3,
Mg(OH)2, MgCO3, Ba(OH)2
NO

Dd: FeCl2, FeSO4, Na2SO3,
Na2S2O5, NaHSO3, NaHCO3

SO2

Dd: NaSO3 (18-25%), Ca(OH)2,
Na2CO3 (15-20%), NaOH (1525%), KOH, CaCO3, MgO

H2S

Dd: Na2CO3, NH4OH, K3PO4
(40-50%), K2CO3

CO

Nito lỏng, [Cu(NH)3]n, COCH

Cl2, CO2

NaOH, Na2CO3, KOH, K2CO3,
Ca(OH)2

HCl, HF,
SiF4

NaOH, Na2CO3, K2CO3,
Ca(OH)2


4.2 Hấp phụ khí bằng chất rắn (Trang 64)
Hấp phụ là quá trình phân ly chất khí dựa
trên ái lực của một số chất rắn đối với các
khí có mặt trong khí thải và bị giữ lại trên
bề mặt của vật liệu rắn.
Hấp phụ là sự hút các phân tử khí, hơi bởi
bề mặt chất hấp phụ.
Bản chất quá trình hấp phụ
Hấp phụ
vật lý

Hấp phụ
hóa học


HẤP PHỤ VẬT LÝ.
Các phân tử khí bị hút vào bề mặt vật liệu
hấp phụ nhờ lực tương tác yếu giữa các phân
tử. Hấp phụ vật lý là quá trình có tỏa nhiệt
Lực tương tác này là lực VanderWaals. Nên
dạng hấp phụ này còn gọi là hấp phụ phân tử
hay hấp phụ VanderWaals
Quá trình hấp phụ vật lý là quá trình thuận
nghịch. Khí đã hấp phụ có thể được nhả ra
bằng cách thay đổi áp xuất của chất khí hoặc
nâng cao nhiệt độ.
Sử dụng ưu điểm này để có thể thu hồi lại
những khí hoặc chất quý hiếm. Hoặc hoàn
nguyên lại vật liệu hấp phụ
Hấp phụ vật lý diễn ra rất nhanh, nhưng khả
năng hấp phụ sẽ giảm nhanh khi khí thải có
nhiệt độ cao và có nhiều bụi.


HẤP PHỤ HÓA HỌC
Làm xảy ra phản ứng hóa học giữa chất bị
hấp phụ với vật liệu hấp phụ. Khi đó vật liệu
hấp phụ sẽ biến đổi tính chất thành chất khác
Hấp phụ hóa học là quá trình tỏa nhiệt rất
mạnh. Nhiệt độ càng cao, quá trình diễn ra
càng nhanh

Hấp phụ hóa học là quá trình không thuận
nghịch nên vật liệu hấp phụ không thể hoàn
nguyên được
Khí bị hấp phụ nếu có được nhả ra khỏi vật
liệu hấp phụ thì cũng bị thay đổi thành phần
và tính chất ban đầu


VẬT LIỆU HẤP PHỤ
Vật liệu làm chất hấp phụ là các vật liệu xốp
với bề mặt trong lớn, được tạo thành do tổng
hợp nhân tạo hay tự nhiên.
Cấu trúc bên trong của các chất hấp phụ
công nghiệp được đặc trưng bởi kích thước
và hh́ình dạng khác nhau của khỏang trống và
lỗ xốp.
Vật liệu hấp phụ cần đáp ứng các yêu cầu
-

Có khả năng hấp phụ cao;
Phạm vi tác dụng rộng;
Có độ bền cơ học cần thiết;
Có khả năng ḥòan nguyên dễ dàng;
Rẻ tiền.

Một số vật liệu hấp phụ phổ biến


Than hoạt tính
Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, xốp,

không phân cực và có bề mặt riêng rất lớn.
Than hoạt tính có cấu tạo xốp và nhiều lỗ
hổng nhỏ không đồng đều và rất phức tạp.
Có 3 dạng than là Dạng vi mao quản; Dạng
mao quản trung gian; Dạng mao quản lớn
Than hoạt tính có thể tích lỗ xốp vào khỏang
0,24-0,48 cm3/g. Dùng để tách các chất ô
nhiễm có gốc hữu cơ.
ĐK mao quản là 0,003μm thì than có thể tách
được H2O, NH3. Nếu d tăng lên 0,004 μm thì
có thể tách được CO2, SO2, H2S, C2H4, C2H6
và C2H5OH
Ưu điểm: Giá rẻ nhất dùng trong xử lý ô
nhiễm môi trường.
Nhược điểm: Khó tái sinh nếu bị đóng cặn, có
thể bắt cháy khi tái sinh.


Zeolit
Zeolit là các hợp
chất alumosihcat
có cấu trúc tinh
thể.
Zeolit Sản xuất
dưới dạng bột hoặc
dạng viên xốp từ
cao lanh tự nhiên
sẵn có ở Việt Nam.
Tính chất của zeolit phụ thuộc vào tỷ lệ Si
và Al và mức độ tạo tinh thể của sản phẩm

cuối cùng.
Các zeolit thể hiện tính nhạy cảm rất rõ đối
với nhiệt độ.


Zeolit có khả
năng hấp phụ
hơi các hợp
chất phân cực
và các chất có
nối đôi trong
phân cực.
Ưu điểm: Giữ
được hoạt tính
cao ở nhiệt độ
tương đối 150
– 250oC.

Nhược điểm: Do thể tích lỗ xốp nhỏ nên
lượng chất hấp phụ ít hơn so với các chất
hấp phụ khác.


Silicagel
Silicagel là gel của anhydrit axit silisic có
cấu trúc lỗ xốp rất phát triển.

Silicagel dễ dàng hấp phụ các chất phân
cực cũng như các chất có thể tạo với nhóm
hydroxyl các liên kết kiểu cầu hydro.

Silicagel

có độ rỗng cao khoảng
800m2/gam, cho phép nó hút nước mạnh.
Ứng Dụng: Silicagen có lỗ xốp mịn dùng
hấp phụ các hơi và khí dễ ngưng tụ.
Silicagen có lỗ xốp trung bh́ình và thô dùng
để hút hơi các hợp chất hữu cơ.
Nếu tiến hành giải hấp bằng khí nóng ẩm
hay bằng hơi nước với thời gian kéo dài sẽ
làm giảm hoạt tính hấp phụ của chúng.


Silicagel
Silicagel có ái lực rất mạnh với hơi nước
nên chúng thường được sử dụng để sấy khô
các môi trường khác.

Silicagel có ái lực rất mạnh với hơi nước
nên chúng thường được sử dụng để sấy khô
các môi trường khác.
Silicagel không cháy ở nhiệt độ tái sinh thấp
110oC – 200oC và có độ bền cơ học cao

Silicagel có thể bị phá hủy dễ dàng bởi cá
giọt nước. Hoặc ở nơi có độ ẩm quá cao.


Keo nhôm

Keo nhôm được điều chế bằng cách nung
Hydroxyt nhôm ở nhiệt độ cao.

Diện tích bề mặt của keo nhôm là 170 –
220 m2/g. Tổng thể tích lỗ xốp là 0,6 – 1
cm3/g.

Keo nhôm bền khi độ ẩm cao. Chúng
được ứng dụng để thu hồi các hợp chất hữu
cơ phân cực và sấy khí


Thiết kế Tháp hấp phụ
Tiêu chí thiết kế:
-Đảm bảo chu kỳ làm việc thích hợp
-Dòng khí được phân phối đều tới các lớp
than trong tháp
-Đảm bảo khả năng dễ thay thế mới hay
hoàn nguyên vật liệu hấp phụ.
-Đảm bảo dòng khí đi vào tháp đã được tách
ẩm, tách bụi triệt để.

Vật liệu hấp phụ được đổ thành từng lớp
trong thiết bị hấp phụ. Dòng khí được dẫn
xuyên qua lớp vật liệu này với vận tốc khí
từ 0,1 - 0,5 m/s. Thời gian lưu từ 1 – 6s


Thiết kế Tháp hấp phụ
Vật liệu hấp phụ thường được đổ thành 2

– 3 lớp trong tháp. Để sau này có thể
thay thế luân phiên than hoạt tính
Căn cứ vào lưu lượng khí thải; Vận tốc
khí đi trong thiết bị lựa chọn; Thời gian
lưu khí trong tháp mà ta có thể thiết kế ra
được tháp hấp phụ

Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ
Trong quá trình vận hành, khi thấy xuất
hiện điểm dừng, ta phải ngừng ngay quá
trình hấp phụ, chuyển sang chu kỳ hoàn
nguyên (nếu hấp phụ vật lý), nhằm phục
hồi khả năng hấp phụ của vật liệu hoặc
thay thế vật liệu hấp phụ (nếu là hấp phụ
hóa học).


Phương pháp hoàn nguyên
Hoàn nguyên bằng áp suất: Làm giảm
áp suất riêng phần của khí bị hấp phụ và
giữ nguyên nhiệt độ. Khi đó các khí bị
hấp phụ sẽ được nhả ra.
Hoàn nguyên bằng nhiệt: Là phương
pháp rất phổ biến. Dùng không khí nóng
hoặc hơi nước quá bão hòa, hoặc đơn
giản là mang phơi nắng để hoàn nguyên
Than hoạt tính, silicagel, keo nhôm
thường được hoàn nguyên ở nhiệt độ từ
100-200oC. Zeolit hoàn nguyên ở nhiệt
độ 100 – 400oC

Sau khi hoàn nguyên thì khả năng hấp
phụ của vật liệu chỉ đạt 60-75% so với
lúc đầu. Sau vài lần hoàn nguyên thì khả
năng hấp phụ mất hẳn, và ta phải thay vật
liệu mới


Phương pháp hoàn nguyên
Trong các phương pháp hoàn nguyên thì
phương pháp sử dụng hơi nước là đơn giản,
dễ sử dụng và hiệu quả cao nhất.
Vì hơi nước quá bão hòa có nhiệt trị rất cao,
mà lại không làm ẩm vật liệu hấp phụ.
Ở nhiệt độ 100oC, hơi nước nóng sẽ làm cho
các khí hấp phụ được nhả ra, và không làm
hỏng vật liệu hấp phụ.
Chất khí hấp phụ được nhả ra được cho
ngưng tụ lại để thu hồi hoặc mang xử lý tiếp
theo.


Phạm vi ứng dụng
1. Các chất khí ô nhiễm không cháy được
hoặc khó đốt cháy
2. Các chất khí có giá trị cao, cần được thu
hồi
3. Các khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong
khí thải, mà các quá trình khử khí khác
không thể áp dụng được

Ưu điểm
Có hiệu quả xử lý cao; Đơn giản, dễ vận
hành, dễ chế tạo thiết bị; có khả năng xử lý
hỗn hợp nhiều loại khí khác nhau cùng lúc

Nhược điểm
Do vật liệu có khả năng hấp phụ là hữu hạn
nên khó kiểm soát quá trình hấp phụ; Hiệu
quả xử lý khó kiểm soát ổn định; Chi phí
vận hành cao.


4.3 Xử lý khí bằng phương pháp thiêu đốt
(Trang 80)
Quá trình thiêu đốt thích hợp sử dụng cho
1. Phần lớn những chất khí có mùi khó
chịu đều có thể cháy được, hoặc chịu tác
dụng của nhiệt độ cao mà biến đổi bản
chất thành loại có mùi ít khó chịu hơn
2. Các sol khí hữu cơ có khói nhìn thấy
được như: Khói từ lò rang cafê; Khói từ
lò nước thịt; Khói từ lò nung men sứ
vv...
3. Các khí, hơi hữu cơ nếu thải vào khí
quyển chúng sẽ phản ứng với sương mù,
gây hại cho môi trường;
4. Các khí, hơi sinh ra từ các công nghệ
khai thác, lọc dầu. Khi thiêu đốt sẽ xử lý
được nhiều loại khí ô nhiễm cùng lúc;