Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ công suất 12000 m3 ngày

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG

Đồ án môn học:

Đề tài:

GVHD: Th.s PHAN XUÂN THẠNH
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
MSSV: 90604046

TP.HCM, THÁNG 07/2010

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Thành phố Hồ Chí Minh
Khoa Môi trường

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên sinh viên : Trịnh Thị Minh Châu
MSSV : 90604046
Lớp : MO06KMT1
Ngành : Kỹ thuật môi trường

1) Ngày giao đồ án : 15/04/2010
2) Ngày hoàn thành : 06/07/2010
3) Tên đồ án : Thiết kế HTXL khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp
đệm) công suất 12000 m3/ngày .
4) Nội dung :
-

Giới thiệu tổng quan về các phương pháp xử lý
Đề xuất công nghệ xử lí
Tính toán thiết kế dựa trên công nghệ đã chọn
Khái toán chi phí đầu tư
Kết luận và kiến nghị
Thực hiện các bản vẽ mô tả thiết kế

Giáo viên hướng dẫn

Th.s Phan Xuân Thạnh

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


MỤC LỤC
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
I.

KHÁI QUÁT………………………………………………………….5

II. ĐẶC ĐIỂM KHÓI THẢI TỪ LÒ HƠI
-

Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá……………………….5

-

Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng dầu F.O………………………6

III. TÁC HẠI CỦA KHÍ SO2
-

Đối với sức khỏe con người……………………………………….7

-

Đối với thực vật…………………………………………………....8

-

Đối với môi trường………………………………………………...8

IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO2
-

Hấp thụ khí SO2 bằng nước………………………………………..9

-

Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi…………………………10

-

Xử lý khí khí SO2 bằng ammoniac………………………………11

-

Xử lý khí SO2 bằng magie oxit…………………………………...12

-

Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit……………………………………..13

-

Xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit …………………....13

-

Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ……………………..14

-

Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính……………………………..15

-

Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, đolomit………………………15

CHƯƠNG II
ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
-

Lựa chọn dung dịch hấp thụ………………………………………17

-

Sơ đồ công nghệ…………………………………………………..18

-

Thuyết minh sơ đồ công nghệ…………………………………….19

CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ
I.

CÂN BẰNG VẬT CHẤT…………………………………………..20

II.

XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CÂN BẰNG………………………………...22
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


III.

XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC………………………………….26

CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ
I.

TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ…………………………….28

II. TÍNH CHIỀU CAO THÁP HẤP THỤ
1. Chiều cao tháp hấp thụ……………………………………………32
2. Tính trở lực tháp…………………………………………………..36
III. TÍNH CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ
a. Tính bơm…………………………………………………………....37
b. Tính quạt…………………………………………………………....39
IV.

TÍNH CƠ KHÍ

1. Thân tháp…………………………………………………………..40
2. Nắp và đáy tháp……………………………………………………42
3. Đường ống dẫn khí………………………………………………...43
4. Đường ống dẫn lỏng……………………………………………….45
5. Tính bích…………………………………………………………...46
6. Lưới đỡ đệm……………………………………………………….48
7. Đĩa phân phối………………………………………………………49
8. Cửa nhập liệu và cửa tháo đệm…………………………………….49
9. Tải trọng toàn tháp…………………………………………………49
10. Chân đỡ……………………………………………………………50
11. Tai treo……………………………………………………………..50

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH…………………………51
CHƯƠNG VI:
KẾT LUẬN…………………………………………..52
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………...55

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


V. KHÁI QUÁT
-

Lò hơi là nguồn cung cấp nhiệt khá phổ biến trong nhiều loại hình công nghệ, thường

gặp trong các công đoạn sấy, gia nhiệt định hình, gia nhiệt cho các phản ứng hóa học, làm
chín thực phẩm, khử trùng…Trong nhiều ngành sản xuất, lò hơi là thiết bị không thể
không có.
-

Lò hơi có thể được cấp nhiệt từ nhiều nguồn khác nhau. Ở các lò hơi công suất nhỏ

thường cấp nhiệt bằng điện, một số lò hiện đại dùng nhiên liệu là khí đốt hóa lỏng (gasLPG) kèm theo là hệ thống điều chỉnh tự động. Với các lò hơi “sạch” như trên thường
không có vấn đề về mặt khói bụi thải. Tuy nhiên, thường gặp trong các cơ sở tiểu thủ công
nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh là các lò hơi dùng nhiên liệu đốt lò chính là gỗ củi,
than đá hoặc dầu F.O. Các sản phẩm cháy do việc đốt các nhiên liệu trên thải vào không
khí thường là nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường.
VI. ĐẶC ĐIỂM KHÓI THẢI TỪ LÒ HƠI
-

Đặc điểm khói thải của các loại lò hơi khác nhau, tùy theo loại nhiên liệu sử dụng.

-

SO2 chủ yếu sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu bằng than đá hoặc dầu F.O.

 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá
-

Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang bụi, CO 2, CO, SO2, SO3, NOx…do thành

phần hóa chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá trình cháy tạo nên.
-

Hàm lượng lưu huỳnh trong than khoảng 0,5% nên trong khí thải có SO 2 với nồng độ

khoảng 1333mg/m3.
 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng dầu F.O
-

Khí thải của lò hơi đốt dầu F.O thường có các chất sau: CO 2, CO, SO2, SO3, NOx, hơi

nước…
-

Ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn với dầu cháy

không hết tồn tại dưới dạng sol khí mà ta thường gọi là mồ hóng.
Bảng: Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu F.O
Chất gây ô nhiễm
SO2 và SO3
CO
Tro bụi

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU

Nồng độ (mg/m3)
5217 - 7000
50
280


Hơi dầu
NOx

0,4
428

( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp –
Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường Tp.HCM )
Bảng: Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi
Loại lò hơi
Lò hơi đốt bằng củi

Chất ô nhiễm
Khói + tro bụi + CO + CO2

Lò hơi đốt bằng than đá

Khói + tro bụi + CO + CO2 + SO2 + SO3 + NOx

Lò hơi đốt bằng dầu F.O

Khói + tro bụi + CO + CO2 + SO2 + SO3 + NOx

( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp –

Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường Tp.HCM )

VII.
-

TÁC HẠI CỦA KHÍ SO2

Khí SO2 là loại khí không màu, không cháy, có vị hăng cay. Do quá trình quang hóa

hay do sự xúc tác, khí SO2 dễ dàng bị oxy hóa và biến thành SO3 trong khí quyển.
-

Khí SO2 là loại khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động thực vật mà

còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.
 Đối với sức khỏe con người
-

SO2 là chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở cơ trơn của khí

quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản. Khi tiếp xúc với
mắt, chúng có thể tạo thành axit.
Bảng: Liều lượng gây độc
mg SO2/m3
20 - 30
50
130 - 260
1000 - 1300

Tác hại

Giới hạn gây độc tính
Kích thích đường hô hấp, ho
Liều nguy hiểm sau khi hít thở (30 - 60 phút)
Liều gây chết nhanh (30 - 60 phút)

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


-

SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ quan

tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt. Cuối cùng, chúng có thể xâm nhập vào hệ
tuần hoàn.
-

Khi tiếp xúc với bụi, SO2 có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có khả năng xâm nhập vào các

huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 μm.
-

SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học. Kết quả là

hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến
tuyến nước bọt.
-

Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển hóa đường và

protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza, tạo ra methemoglobine để

chuyển 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.
 Đối với thực vật
-

Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO2 là rêu và địa y.
Bảng: Nồng độ gây độc
Nồng độ (ppm)
0,03
0,15 – 0,3
1–2

Tác hại
Ảnh hưởng đến sinh trưởng của rau quả
Gây độc kinh niên
Chấn thương lá cây sau vài giờ tiếp xúc

 Đối với môi trường
-

SO2 bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric hay

các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi trường.


-

Quá trình hình thành mưa axit của SO2

Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxyl:

SO2 + OH· → HOSO2·

-

Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2· và O2 sẽ cho ra hợp chất gốc HO2· và SO3 :
HOSO2· + O2 → HO2· + SO3

-

Lưu huỳnh triôxít SO3 sẽ phản ứng với nước và tạo ra H 2SO4. Đây chính là thành

phần chủ yếu của mưa axít.
SO3(k) + H2O(l) → H2SO4(l)
 Các tác hại của mưa axit

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


-

Nước hồ bị axit hóa: mưa axit rơi trên mặt đất sẽ rửa trôi các chất dinh dưỡng trên mặt

đất và mang các kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ, phá
hỏng các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh tồn của các loài cá và các sinh vật khác trong nước.
Bảng: Các ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật

-

pH<6,0

Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (phù du…),

pH<5,5

đây là nguồn thức ăn quan trọng của cá.
Cá không thể sinh sản được. Cá con khó sống sót. Cá lớn bị

pH<5,0
pH<4,0

dị dạng do thiếu dinh dưỡng. Cá bị chết do ngạt.
Quần thể cá bị chết.
Xuất hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu.

Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn thương lá cây,

gây trở ngại quá trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng và rơi rụng, làm giảm độ màu mỡ
của đất và cản trở sự sinh trưởng của cây cối.
-

Làm tổn hại sức khỏe con người: các hạt sulfate, nitrate tạo thành trong khí quyển làm

hạn chế tầm nhìn. Hơn nữa, do hiện tượng tích tụ sinh học, khi con người ăn các loại cá có
chứa độc tố, các độc tố này sẽ tích tụ trong cơ thể và gây nguy hiểm đối với sức khỏe con
người.
-

Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc.

VIII.

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO2

 Hấp thụ khí SO2 bằng nước
-

Là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO 2 trong khí thải,

nhất là trong khói từ các lò công nghiệp.
-

Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được.
SO2 + H2O  H+ + HSO3-

-

Nhược điểm: do độ hòa tan của khí SO2 trng nước quá thấp nên thường phải dùng một

lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn, cồng kềnh. Để tách SO 2 khỏi
dung dịch phải nung nóng lên đến 1000C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn.

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


( Trang 93 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )
 Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi
-

Là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao,

nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi.
CaCO3 + SO2  CaSO3 + CO2
CaO + SO2  CaSO3
2CaSO3 + O2  2CaSO4
-

Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, chi phí vận hành

thấp, chất hấp thụ rẻ, dễ tìm, làm sạch khí mà không cần phải làm lạnh và tách bụi sơ bộ,
có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và
không chiếm nhiều diện tích xây dựng.
-

Nhược điểm: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO 4 và CaSO3, gây tắc nghẽn các

đường ống và ăn mòn thiết bị.

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


( Trang 95 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )
 Xử lý khí khí SO2 bằng ammoniac
-

Phương pháp này hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch ammoniac tạo muối amoni sunfit và

amoni bisunfit theo phản ứng sau:
SO2 + 2NH3 + H2O (NH4)2SO3
(NH4)2SO3 + SO2 + H2O  2NH4HSO3
-

Ưu điểm: hiệu quả rất cao, chất hấp thụ dễ kiếm và thu được muối amoni sunfit và

amoni bisunfit là các sản phẩm cần thiết.
-

Nhược điểm: rất tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao.

(Trang 100 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

 Xử lý khí SO2 bằng magie oxit
-

Các phản ứng xảy ra như sau:
MgO + SO2  MgSO3
MgSO3 + SO2 + H2O  Mg(HSO3)2
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


Mg(HSO3)2 + MgO  2MgSO3 + H2O
-

Ưu điểm: có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu được axit

sunfuric như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao, MgO dễ kiếm và rẻ.
-

Nhược điểm: quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao, tổn hao MgO

khá nhiều.

(Trang 105 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

(Trang 106 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
 Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit
-

Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:
SO2 + ZnO + 2,5 H2O  ZnSO3 . 2,5H2O
ZnSO3 . 2,5H2O => ZnO + SO2 + 2,5H2O

-

Ưu điểm: có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao (200 - 2500C).

-

Nhược điểm: có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế

nên phải thường xuyên tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO tương đương.
 Xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


-

Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:
Na2CO3 + SO2  Na2SO3 + CO2
Na2SO3 + SO2+H2O  2NaHSO3
2NaHSO3 + ZnO  ZnSO3 + Na2SO3 + H2O

-

Ưu điểm: không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả xử lý cao.

-

Nhược điểm: hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri.

(Trang 110 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

 Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ
-

Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lý khí thải từ các nhà máy luyện kim

màu.
-

Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin.
Quá trình sunfiđin

-

Chất hấp thụ được sử dụng là hỗn hợp xyliđin và nước theo tỉ lệ 1:1
2C6H3(CH3)2NH2 + SO2  2C6H3(CH3)2NH2 . SO2

-

Nếu khí thải có nồng độ SO2 thấp thì quy trình này không kinh tế vì tổn hao xyliđin.

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


(Trang 112 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
Quá trình khử SO2 bằng đimetylanilin
-

Với khí thải có trên 35% (thể tích) khí SO 2 thì dùng đimetylanilin làm chất hấp thụ sẽ

có hiệu quả hơn dùng xyliđin.

(Trang 113 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính
-

Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà máy nhiệt điện,

nhà máy luyện kim và sản xuất axit sunfuric với hiệu quả kinh tế đáng kể.
-

Ưu điểm: sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn năng, có thể áp dụng được cho mọi quá

trình công nghệ có thải khí SO2 một cách liên tục hay gián đoạn, cho phép làm việc được
với khí thải có nhiệt độ cao (trên 1000C).
-

Nhược điểm: tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể là tiêu hao nhiều vật liệu

hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải

xử lý tiếp mới sử dụng được.

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


(Trang 116 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
 Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, đolomit
-

Ưu điểm: hiệu suất hấp phụ cao.

-

Nhược điểm: cần chi phí đầu tư lớn do vật liệu chế tạo thiết bị đắt (thiết bị làm việc

trong môi trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao).

CHƯƠNG II:

ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG
NGHỆ

Yêu cầu: Thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp
đệm).
 Nguồn khói thải từ lò hơi có các thông số sau
-

Lưu lượng khí: 12000 m3/h

-

Nồng độ SO2: 8000 mg/m3

-

Nhiệt độ khói thải: 2500C

-

Nồng độ bụi: 300 mg/m3

-

Áp suất: 1atm

 Quy chuẩn
-

Theo QCVN 19: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO 2 được tính

theo công thức sau:
Cmax = C . Kp . Kv
Trong đó:

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


-

Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2 ( mg/Nm3)

-

C là nồng độ của SO2 quy định tại mục 2.2 (mg/Nm3)

-

Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3

-

Kv là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4

 Theo mục 2.2 QCVN 19: 2009/BTNMT – cột B, ta có:
Cbụi = 200 mg/Nm3
CSO2 = 500 mg/Nm3
 Theo mục 2.3 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta có lưu lượng nguồn thải là 12000 m 3/h <
20000 m3/h nên hệ số Kp = 1
 Theo mục 2.4 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta chọn hệ số Kv = 1,0

Ta có:
-

Nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2:
Cbụi= 200 . 1 . 1 = 200 mg/Nm3
CSO2=500 . 1 . 1 = 500 mg/Nm3

-

Vì thế, ta áp dụng QCVN 19: 2009/BTNMT cho đầu ra của HTXL.

 Hiệu suất của quá trình xử lý bằng hấp thụ
E=

8000  500
.100% 93,75%
8000

 Lựa chọn dung dịch hấp thụ
-

Các dung dịch thường dùng để hấp thụ khí SO 2 có thể là nước, huyền phù sữa vôi

(FGD), dung dịch soda Na2CO3, dung dịch NaOH…
-

Nồng độ SO2 trong khói thải lò hơi theo đề bài là 8000 mg/m3.

 Chuyển sang nồng độ Cppm
Cppm =
-

8000. 22,4 .(273  55)
3364( ppm)
64 . 273

Ta thấy, nồng độ SO2 ban đầu là rất lớn (3364 ppm > 2000 ppm) nên không áp dụng

phương pháp hấp thụ SO2 bằng huyền phù sữa vôi được.
-

Đối với nồng độ cao, ta có thể áp dụng phương pháp hấp thụ SO 2 bằng nước hoặc

bằng các dung dịch hấp thụ có chứa Natri như NaOH và Na 2CO3.

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


-

Tuy nhiên, khí SO2 có độ hòa tan trong nước khá thấp nên thường phải dùng một

lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn, cồng kềnh. Mặt khác, để tách
SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 100 0C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí
nhiệt lớn.
-

NaOH và Na2CO3 là các chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh, có thể xử lý SO 2 ở bất

kỳ nồng độ nào. Do đó, dung dịch hấp thụ lựa chọn cho quy trình công nghệ là dung dịch
NaOH (pha loãng với nước).
SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ

Ống
khói
Ống
khói
Khí ra

Trao

đổi
nhiệt

Van
chặ
n

Tháp
hấp
Khí
vào

Qu
ạt

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


Bơ
m

Cyclon
e

Lò hơi
NaOH
H2O
Van

Xử lí

Nước
sau
lắng

Thùng
chứa

Bể lắng

Cặn
 Thuyết minh sơ đồ công nghệ
-

Vì nồng độ bụi tương đối cao hơn so với nồng độ cho phép (300 mg/m 3 > 200 mg/m3)

nên ta phải xử lý bụi. Cho dòng khí thải có chứa bụi đi qua Cyclone để thu hồi bụi.
-

Do nhiệt độ dòng khí thải cao (250 0C) nên sau khi qua Cyclone, dòng khí được dẫn

qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống thích hợp cho quá trình hấp thụ xảy ra
hiệu quả.
-

Dùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên. Dung dịch hấp thụ NaOH được bơm từ

thùng chứa lên tháp và tưới trên lớp vật liệu đệm theo chiều ngược với chiều của dòng khí
đi trong tháp.
-

Các phản ứng xảy ra trong tháp
SO2 + 2NaOH  Na2SO3 + H2O
Na2SO3 + SO2 + H2O  2NaHSO3
SO2 + NaHSO3 + Na2SO3 + H2O  3NaHSO3

-

Khí sạch đi vào ống khói và thải ra môi trường có nồng độ SO 2 đạt tiêu chuẩn cho

phép Cmax (Theo QCVN 19: 2009/BTNMT).
-

Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều natri sunfit, natri bisunfit và khói bụi. Một

phần dung dịch được bơm trở lại thùng chứa qua van điều chỉnh lưu lượng và tiếp tục
được bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm nếu lượng dung dịch NaOH còn dư nhiều. Phần

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


dung dịch còn lại được đưa đến bể lắng để lắng các cặn bẩn. Cặn sau lắng được đem chôn
lấp còn nước sau lắng được đưa đi xử lí rồi mới thải ra môi trường.

CHƯƠNG III:

TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

I.

CÂN BẰNG VẬT CHẤT

-

Lưu lượng khí: 12000 m3/h

-

Nồng độ SO2 đầu vào: 8000 mg/m3

-

Nhiệt độ khí vào tháp: 550C

-

Nồng độ bụi: 300 mg/m3

-

Áp suất: Pt = 1atm = 760 mmHg = 1,0133.105 Pa.

-

Nồng độ đầu ra: CSO2c = 500 mg/m3

-

Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 250C

-

Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và dòng

lỏng vào, t0 = 400C. Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm SO2 và không khí.

1. Đầu vào
-

Suất lượng mole của hh khí đi vào tháp:
G1=

-

PV
1.12000

446,163(kmol / h)
RT 0,082.(273  55)

Suất lượng mole của SO2:
G

-

đ
A

đ
C SO

8000.12000
2 .V

1500(mol / h) 1,5(kmol / h)
=
M SO 2
64

Suất lượng mole của cấu tử trơ:
GBđ = G1  G Ađ 446,163  1,5 444,663(kmol / h)

-

Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí:
yAđ =

G Ađ
1,5

3,362.10  3 (mol SO2 / mol hhkhí )
G1 446,163

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


-

Tỉ số mol:
Yđ =

-

y Ađ
3,362.10  3

3,373.10  3
1  y Ađ 1  3,362.10  3

Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm:
1

 hhđ



y Ađ
1  y Ađ 3,362.10  3 1  3,362.10  3



0,7719(kg / m 3 )
 SO 2
 kk
2,93
1,293

3
=>  hhđ 1,295(kg / m )

-

Khối lượng riêng của pha khí ở 550C và 1atm:
 hhđ   0đ .

P T0
1 273
. 1,295. .
1,078(kg / m 3 )
P0 T
1 273  55

2. Đầu ra
-

Suất lượng mole của SO2 được hấp thụ:
M 0,9375.G Ađ 0,9375.1,5 1,40625(kmol / h)

-

Suất lượng mole của SO2 còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:
GAc = G Ađ  M 1,5  1,40625 0,09375(kmol / h)

-

Suất lượng mole của khí ở đầu ra:
GBc = G B đ  G Ac 444,663  0,09375 444,757(kmol / h)

-

Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra:

G Ac 0,09375
0,211 .10  3 (mol SO2 / mol hhkhí )
y = c 
G B 444,757
c
A

-

Tỉ số mol:
Yc =

-

y Ac
0,211 .10  3

0,211 .10  3
1  y Ac 1  0,211 .10  3

Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm:
yc
1  y cA 0,211 .10  3 1  0,211 .10  3
1
 A 


0,7733(kg / m 3 )
 hhc  SO 2
 kk

2,93
1,293

=>  hhc 1,293(kg / m 3 )
-

Khối lượng riêng của pha khí ở 400Cvà 1atm (ta xem như nhiệt độ dòng khí ra bằng

với nhiệt độ làm việc là 400C):
c
 hh
  0c .

P T0
1 273
. 1,293. .
1,128(kg / m 3 )
P0 T
1 273  40

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


II. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG
-

Xác định đường cân bằng thông qua các dữ kiện về độ hòa tan của SO2 trong nước.

Bảng: Áp suất riêng phần của SO 2 (mmHg) tại bề mặt phân chia hai pha

lỏng-khí
100C 200C 300C 400C 500C 600C 700C

mgSO2/100mgH2O

0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0

0
21
42
64
86
108
130
153
176
199
223

0

29
59
90
123
157
191
227
264
300
338

0
42
85
129
176
224
273
324
376
428
482

0
60
120
181
245
311
378

447
518
588
661

0
83
164
247
333
421
511
603
698
793

0
111
217
328
444
562
682
804

0
144
281
426
581

739
897

(Trích Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá trình hấp thụ).
-

Điều kiện làm việc của quá trình hấp thụ là ở 400C và áp suất 1atm .

Bảng: Bảng thể hiện độ hòa tan của SO2 trong nước ở 400C và áp suất 1atm
mgSO2/100mgH2O

P*SO2(mmHg)

0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0

0
60
120
181
245

311
378
447
518
588
661

1. Tính toán cho cặp giá trị p*SO2 = 60mmHg và CSO2 = 0,5gSO2/100gH2O
 Pha khí
-

Nồng độ phần mole SO2 trong pha khí:
y* 

-

*
p SO
60
2

0,07895
Pt
760

Tỉ số mol:

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU

y
0,07895
Y

0,08572
1  y 1  0,07895

 Pha lỏng
-

Nồng độ phần mole SO2 trong pha lỏng:

0,5
64
x

0,0014
0
,
5
100
mol SO2 trong dung dich  mol H 2 O

64 18
mol SO2 trong dung dich

-

Tỉ số mol:
x

0,0014
X 

0,0014
1  x 1  0,0014

CSO2
gSO2/100gH2O
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0

 Vẽ đường cân bằng

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU

P*SO2
(mmHg)
0
60
120
181

245
311
378
447
518
588
661

2.

Kết quả
y*

x

0
0,07895
0,15789
0,23816
0,32237
0,40921
0,49737
0,58816
0,68158
0,77368
0,86974

0
0,0014
0,0028

0,0042
0,00559
0,00698
0,00837
0,00975
0,01112
0,0125
0,01387


-

Đường cân bằng của quá trình hấp thụ SO2 tuân theo định luật Henry, nên phương

trình đường cân bằng có dạng :
y* = Hx
Trong đó:
y*: nồng độ phần mol SO2 trong pha khí tại trang thái cân bằng
H: hệ số Henry
x: nồng độ phần mol của SO2 trong pha lỏng tại trang thái cân bằng pha

Bảng kết quả hệ số Henry
y*
0
0,07895
0,15789
0,23816
0,32237
0,40921
0,49737

0,58816
0,68158
0,77368
0,86974

x
0
0,0014
0,0028
0,0042
0,00559
0,00698
0,00837
0,00975
0,01112
0,0125
0,01387

H
0
56,39
56,39
56,7
57,68
58,63
59,42
60,32
61,29
61,89
62,71

Ta có:
yđA = 0,003362 (mol SO2/mol hh khí)
ycA = 0.000211 (mol SO2/ mol hh khí)
-

Do nồng độ phần mol của SO 2 trong pha khí thay đổi trong khoảng rất nhỏ so với

nồng độ được biểu diễn trên đồ thị nên ta chọn hệ số Henry H = 56,39.
 Phương trình đường cân bằng: y* = 56,39x
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


Bảng giá trị

-

y.10-3

Y.10-3

x.10-3

X.10-3

0,33

0,3301

0,0059

0,0059

0,66

0,6604

0,0117

0,0117

0,99

0,991

0,0176

0,0176

1,32

1,3217

0,0234

0,0234

1,65

1,6527

0,0293

0,0293

1,98

1,9839

0,0351

0,0351

2,31

2,3153

0,041

0,041

2,64

2,647

0,0468

0,0468

2,97

2,9788

0,0527

0,0527

3,3

3,3109

0,0585

0,0585

3,63

3,6432

0,0644

0,0644

Từ bảng số liệu, ta thấy giá trị của cặp y-x xấp xỉ giá trị Y-X nên xem như phương

trình đường cân bằng biểu diễn theo Y-X có dạng như sau:
Y = 56,39X

 Vẽ đường cân bằng (X-Y)

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


III. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC
1. Xác định Lmin
-

Xmax là giao điểm của đường YAđ = 3,373.10-3 với đường cân bằng Y=56,39X

-

Ta có: 3,373.10-3 = 56,39 Xmax
=> Xmax = 0,0000598 (mol SO2/mol dung dịch)
Xđ = 0
Yđ-Yc = (L/G).(Xc-Xđ)
Xác định tỉ lệ (

(

-

Ltr
) min :
Gtr

Ltr
Y  Yc
3,373.10  3  0,211 .10  3
) min  đ


52,876(kmol dd / kmol khi tro )
Gtr
X max  0
0,0000598  0

Suất lượng mole tối thiểu:
(Ltr)min = 52,876.Gtr = 52,876.444,663 = 23512 (kmol/h)

-

Suất lượng mole thực tế:
L =  .Lmin

-

Chọn  = 1,5  L = 1,5.23512 = 35268 (kmol/h)

-

Lưu lượng nước thực tế cần cung cấp:
L = 35268 (kmol/h) = 35268.18 = 634824 (kg/h)

2. Xác định Xđ và Xc
Ta có:

L
Gtr



Xc 

Yđ  Yc
Xc  Xđ

Gtr
444,663
.(Yđ  Yc ) 
.(3,373.10  3  0,211 .10  3 )
L
35268

0,0000399(mol SO2 / mol dd )

-

Đường làm việc đi qua 2 điểm (Xc, Yđ) và (Xđ, Yc).

 Vẽ đường cân bằng và đường làm việc trên cùng đồ thị

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


CHƯƠNG IV:

TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ

V. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ
-

Hấp thụ SO2 bằng dung dịch NaOH 10% khối lượng.

-

Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 400C.

Bảng: Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m 3) theo nhiệt độ (ở áp

suất khí quyển).

dd NaOH
10%

- 200C

00C

200C

400C

600C

800C

1000C

1200C

-

1117

1109

1100

1089

1077

1064

1049

(Trích Bảng 4 trang 11 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền khối-Nhà
xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008)

Bảng: Độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 10% (Cp) theo nhiệt
độ

dd NaOH
10%

00C

100C

200C

300C

400C

500C

-

-

1,86

1,45

1,16

0,98

(Trích Bảng 9 trang 16 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền khối-Nhà
xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008)
1. Đường kính tháp hấp thụ
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU