Đồ án Xử lí H2S bằng than hoạt tính

đĩa đục lỗ 804100 mm © Bề dày đĩa đục lỗ 446 mm Suy ra sức cản khí động của lớp bọt: DPbot = 1.65 r K .vk 2 2 H vk Trong công nghiệp : rPbot = 30041000 Pa. v Hiệu quả lọc h của thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt. h : phụ thuộc vào độ cao lớp bọt trên đĩa đục lỗ.Có 2 công thức xác định h h = 0.705.H bot 0.032 h = 0.790.H bot 0.032 Ngoài ra, h còn phụ thuộc vào thông số vật lý của bụi. é ù Bụi dễ thấm ướt: h = 0.89ê 2 ú êë g.(h0 - h p ) úû 0.005 æ r d 2 .vk è g.m n .d 0 ö ÷ ø 0.04 é ù Bụi khó thấm ướt: h = 0.89ê 2 ú êë g.(h0 - h p ) úû 0.005  ÷ è g.m n .d 0 ø 0.235 Trong đó: h0 : chiều cao của lỗ trên đĩa đục lỗ ( m ) ( bề dày của đĩa ) hp : chiều cao của tấm phản xạ ( m ) d0 : đường kính lỗ tròn trên đĩa đục lỗ ( m ) mn : hệ số nhớt động lực của nước ( Pa.S ) qk : vận tốc khí qua tiết diện sống của đĩa đục lỗ ( m/s ) THIẾT BỊ LỌC BỤI VỚI LỚP HẠT HÌNH CẦU DI ĐỘNG I. Cấu tạo: Vật liệu để chế tạo hạt cầu là nhựa,cao su hoặc thủy tinh.Hạt rỗng hoặc đặc.Để đảm bảo cho các hạt cầu chuyển động một cách tự do trong hỗn hợp khí nước bên trong Nhóm II.122.S 0 + 11.8r n ( bot ) 0.82 + 1.96.10 4.d , Pa vk .Lk .çç b. ÷ vk .Ln .çç b. æ r d 2 .vk ö ÷ Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn thiết bị,khối lượng đơn vị của hạt cầu rh ( kg/m3 ) không được vượt quá khối lượng đơn vị của nước rn rh < rn Chế độ thủy-khí động tối ưu cho sự hoạt động của thiết bị lọc bụi là khi lớp cầu được bay lên xáo trộn đều trong không gian giữa 2 tấm lưới chắn. Hình: THIẾT BỊ LỌC BỤI VỚI LỚP HẠT HÌNH CẦU DI ĐỘNG. 1,3 : tấm chắn đục lỗ hoặc lưới. 2 : hạt cầu. 4 : vòi phun nước. 5 : tấm chắn nước. II. Các thông số tính toán Vận tốc khí v¢k ứng với giai đoạn đầu xáo trộn toàn phần của lớp hạt cầu được xác định theo công thức: v¢k g.d hat é  è Lk ø 0.25 ù ú úû Trong đó: dhạt : đường kính hạt cầu ( m ). a : hệ số tỷ lệ,phụ thuộc vào b b là bề rộng khe trên tấm chắn lưới b = 2 mm" a = 2,8.103 b >2 mm" a = 4,6.103 © Giới hạn cho phép của vận tốc khí v¢k¢ trên toàn tiết diện ngang của thiết bị không phụ thuộc vào bề rộng của rãnh được xác định theo công thức thực nghiệm: v¢k¢ = 2.9.S 0  0.4 æ L è Lk ö ÷÷ ø -0.15  ,m/s © Các giới hạn cho phép: ­ Vận tốc khí : 546 m/s. ­ Tỷ lệ nước khí : 0,540,7 l/m3. Nhóm II.12 æ Ln ö = a.S 0 .exp ê- 12.6ç ÷ êë .çç n Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn ­ Tiết diện sống trên tấm lưới chắn : So = 0,4 m2/m2. ­ Bề rộng của rãnh: 446 mm. ­ Khi lọc khí có bụi dạng keo hoặc bụi có xu hướng đóng cắn,rãnh trên tấm chắn dưới có thể nhận lớn hơn. So = 0,540,6 m2/m2. © Đường kính của hạt cầu thỏa điều kiện: D d hat  ³ 10 D : đường kính thiết bị Thường dh = 20440 mm và rh = 2004300 kg/m3. © Htĩnh : chiều cao tối thiểu của lớp hạt cầu tĩnh H tinh = (5 ¸ 8).d hat tối đa: H tinh D  £ 1 © Chiều cao giữa 2 tấm chắn xẽ rãnh của thiết bị H = H dong + H trong Hđộng : chiều cao động,tức chiều cao bay lên của lớp hạt cầu ở trạng thái hòa trộn đều hòa trong dòng khí. Htrống : chiều cao khoảng trống còn lại dưới tấm chắn trên. H trong = (0.1 ¸ 0.2).H dong 0.3 0.6  S 0  ) © Sức cản khí động của thiết bị trong vùng tiếp xúc giữa khí-nước –hạt cầu DP = DPchan + DPhat + DPn rPchắn : sức cản khí động của 2 lưới chắn bên dưới,trên ( Pa ) rPhạt : sức cản khí động của lớp hạt cầu khô và tĩnh ( Pa ) rPn : sức cản khí động gây ra do nước bám trên bề mặt hạt cầu ( Pa ) DPhat = ¶ hat .H tinh .(1 - e 0 ) , Pa DPhat = 128.g.vk 0.24 .vn 0.17 .H tinh 0.92 .¶ hat -0.1 , Pa Trong đó: ¶ hat : trọng lượng đơn vị của hạt cầu N/m3. Ôo : độ rỗng của lớp hạt hình cầu ở trạng thái tĩnh Ôo = 0,4 qn : vận tốc nước tính trên tiết diện sống của lưới chắn ( m/s ) © Một dạng thiết bị cùng loại nhưng có khác biệt đôi chút về nguyên lý hoạt động so với các thiết bị vừa nêu trên được gọi là thiết bị lọc bụi với lớp bóng cầu lay động.Trong thiết bị này quả bóng cầu không bay lên theo dòng khí mà chỉ lay chạm sọ sát vào nhau vàa tự rửa sạch lớp cắn bám trên bề mặt khí vào thiết bị trước tiên trước khi đi vào các luồng phun nước.Sau đó mới len qua lớp bóng cầu bằng thủy tinh bề cao 155 mm.Sức cản của thiết bị khoảng 100041500 Pa.khi tỷ lệ phun nước là 0,2540,56 l/m3. Nhóm II.12H dong = 0.118.vn .H tinh .( vk 0.93 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn Hiệu suất lọc của thiết bị nêu trên có thể đạt đến 99% với cỡ hạt á2mm. h = 1 - exp(-38 H d cau  .S tk ) THIẾT BỊ RỬA KHÍ VA ĐẬP – QUÁN TÍNH - Trong thiết bị này sự tiếp xúc của khí với nước được thực hiện do sự va đập của dòng khí lên bề mặt chất lỏng và do sự thay đổi hướng đột ngột của dòng khí.Kết quả của sự va đập là các giọt lỏng đường kính 3004400 mm đựơc tạo thành,làm gia tăng quá trình lắng bụi. HÌNH : Thiết bị thu hồi bụi va đập quán tinh. - Khí với vận tốc lớn đi vào tháp,vận tốc khí đến gần bề mặt chất lỏng khoảng 15m/s .Khi quay vòng 180o diễn ra sự lắng bụi quán tính trên các giọt lỏng. - Đối với thiết bị loại này mực nước cố định đóng vai trò quan trọng.Sự thay đổi nhỏ của mực nước cũng có thể làm giảm hiệu quả thu hồi bụi hoặc làm tăng trở lực thiết bị. - Nhờ không có các lỗ nhỏ để phân phối nước và các bộ phận chuyển động nên thiết bị dạng này có thể xử lý khí có nồng độ bụi cao.Dạng thiết bị trên hình ( b),được ứng dụgn rộng rãi,trong đó dòng khí đi vào dòng ống đứng được tăng tốc ở đầu ra nhờ thu hẹp ống đến 35455 mm/s va đpậ vào bề mặt chất lỏng.Mực nước thấp hơn đầu ống ra khoảng 243 mm. - Hiệu quả của thiết bị thu hồi bụi va đập quán tính đến 99,5% đối với các hạt bụi 3 mm và lớn hơn.Tiêu hao nước ít 0,00540,15 l/m3 khí.Trớ lực vào khoảng 150044000 N/m2.Năng suất có thể đạt 40000 m3/h. THIẾT BỊ RỬA KHÍ LY TÂM Thu hồi bụi trong thiết bị rửa khí li tâm diễn ra dưới tác dụng của 2 lực: lực li tâm và lực quán tính. Các thiết bị rửa khí li tâm được ứng dụgn trong thực tế,theo kết cấu có thể chia làm 2 dạng: 1.Thiết bị,trong đó dòng xoáy được thực hiện nhờ cánh quạt quay đặt ở trung gian. Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn 2.Thiết bị với ống khí vào theo phương tiếp tuyến,nước rửa khí chảy qua vòi phun ở trung tâm và chảy thành màng trên thành thiết bị. Đặc điểm của thiết bị rửa khí li tâm là chất lỏng ít bị cuốn theo khí,bởi vì lực li tâm làm lắng các giọt lỏng lên thành thiết bị. Để làm sạch không khí trong hệ thống điều hòa người ta ứng dụng xiclon với màng nước .Nước được đưa vào thiết bị này ở phía trên,chảy thành màng trên bề mặt trong của thiết bị.Không khí nhiễm bụi được đưa vào dưới một góc nào đóvới trục xiclon.Hiệu quả thu hồi bụi có kích thước 245mm đạ 90%,tiêu hao nước 0,142 l/m3khí. THIẾT BỊ RỬA KHÍ VẬN TỐC CAO ( Thiết bị rửa khí Venturi ) Để làm sạch khí khỏi bụi kích thước 142 mm và nhỏ hơn,người ta ứng dựng chủ yếu các thiết bị rửa khí vận tốc lớn. Nguyên lý hoạt động: Dòng khí bụi chuyển động với vận tốc 704150 m/s đập vỡ nước thành các giọt cực nhỏ.Độ xoáy rất cao của dòng khí và vận tốc tương đối giữa bụi và giọt lỏng lớn thúc đẩy quá trình đẩy bụi trên các giọt lỏng. Để tăng tốc dòng khí người ta ứng dụng các cơ cấu khác nhau như ống dẫn khí có vách ngăn,dạng chóp…Tuy nhiên,đa số người ta sử dụgn ống Venturi có độ co ở đầu vào của khí đoạn chuyển tiếp nhỏ hình trụ,ở đó khí chuyển động với tốc lớn nhất,sau đó là đoạn ống phình to ra,ở đây vận tốc giảm xuống. Thiết bị rửa khí Venturi có thể chia thành 2 loại áp suất cao và loại áp suất thấp.Loại thứ nhất được ứng dụgn để xử lý bụi kích thước vài mm và nhỏ hơn và đặc trưng bởi cột áp lớn đến 20.000430.000 N/m2.Loại thứ 2 đựơc sử dựng để điều hòa khí,trở lực của chúng không vượt quá 500 N/m2. Các thiết bị rửa khí Venturi có năng suất lên đến 500.000 m3khí/hvận tốc khí 150 m/s.Tiêu hao nước cho tất cả các loại thiết bị Venturi cố định và bnằg khaỏng 0,8 l/m3khí. II.5 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ: Nguyên tắc : cho dòng khí thải tiếp xúc với pha lỏng. Trong quá trình tiếp xúc, các khí ô nhiễm được chuyển từ pha khí từ pha khí vào pha lỏng nhờ quá trình hấp thụ. Có 2 dạng hấp thụ: Hấp thụ vật lí;Hấp thụ hoá học A) Hấp thụ vật lí: + Dựa vào sự hoà tan của cấu tử khí trong pha lỏng tức là khí ô nhiễm chỉ hoà tan vào trong pha lỏng. + Chất hấp thụ thường được sử dụng là nước hoặc dung môi hữu cơ. + Cơ cấu của quá trìng hấp thụ vật lí gồm 3 bước: Bước 1: khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thải khái trong khí thải đến bề mặt chất lỏng hấp thụ. Bước 2: thâm nhập và hoà tan trên bề mặt của chất hấp thụ. Bước 3: khuếch tán chất ô nhiếm đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách sâu trong lòng khối chất hấp thụ. B) Hấp thụ hoá học: Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn + Tức là giữa chất bị hấp thụ và chất hấp thụ hoặc cấu tử trong pha lỏng xảy ra phản ứng hoá học. + Thiết bị hấp thụ khí thải độc hại thường là các tháp hấp thụ. + Quá trình hấp thụ được thực hiện trên nhiều tháp khác nhau: tháp phun, tháp đêm, tháp mâm. II.5.1 CƠ SỞ LÍ THUYẾT: Khi làm sạch các tạp chất hoá học ở thể khí, quá trình hoà khí trong dichchj thể đóng vai trò quan trọng. Lượng khí hoà tan trong dicjh thể đóng vai trò quan trọng, lượng khí hoà tan trong dịch thể phụ thuộc vào tính chất của khí, dịch thể và điều kiện hoà tan: nhiệt độ dịch thể và áp suất khí trên bề mặt dịch thể. Ap suất riêng hần của khí càng lớn, lượng khí được hoà tan vào dịch thể càng nhiều. Quan hệ này được gọi là định luật Henry và biểu thị theo công thức: C = H.P (5-1) Trong đó C: nồng độ các phần tử trong dịch thể. P: áp suất riêng phần của cấu tử đó trong hỗn hợp khí. H: hằng số phụ thuộc vào tính chất của khí, dịch thể và nhiệt độ. Khi nghiên cứu quá trình hấp thụ cần xác định phương trình cân bằng làm cơ sở xác định lượng vật chất cần hấp thụ và xác định các đơn nguyên của thiết bị (công suất máy) và tốc độ hoà tan để xác định cấu tạo và kích thước của thiết bị. Biểu thị: G:lưu lượng khối của khí. L:lưu lượng khối của dịch hấp thụ. X , X : nồng độ khí bị hấp thụ ở các giai đoạn đầu và cuối trong dịch thể hấp thụ. Y , Y : nồng độ khí bị hấp thụ ở giai đoạn đầu và cuối có trong khí cần làm sạch. Lượng vật chất bị hấp thụ có trong khí bằng: G(Y1 – Y2 ) Lượng vật chất này sẽ bị vật thể hấp thụ do vậy nồng độ vật chất có trong vật thể tăng lên và phương trình cân bằng vaath chất sẽ là: G(Y1 – Y2) = L(X2 – X1 ) L = G(Y1 - Y2 ) X 2 - X 1  (5-2) Khi tính lưu lượng dịch thể theo công thức (5-2) cần lưu ý: nồng độ cuối của vật thể cần hấp thụ có trong khí (Y2) có liên quan đến nồng độ của nó trong dịch thể (X2) và tuân theo định luật Henry, nên khi tính giá trị L cần tính đúng giá trị X2, Y2. Ngoài ra khi áp dụng công thức (5-2) cần chọn đúng thứ nguyên của mỗi thừa số. Lượng vật chất bị hấp thụ (bị hoà tan) xác định theo công thức: G = K .DP.F.t (5-3) Trong đó: K: hệ số hấp thụ đặc trưng tốc độ hoà tan của cấu tử khí trong hỗn hợp đã cho. ∆P :lực chuyển hấp thụ trong bình hay lực chuyển khối trung bình. F: bề mặt tiếp xúc giữ khí và vật thể. t: thời gian tiếp xúc. Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn Phương trình (5-3) cũng giống như phương trình truyền nhiệt. Khi tính quá trình hấp thụ thường xác định bề mặt tiếp xúc giữa khí và dịch thể để đảm bảo chát được hấp thụ hoàn toàn. Từ phương trình (5-2) xác định được bề mặt hấp thụ cần thiết: F = G k.DP.t  (5-4) Lượng vật chất bị hấp thu tính theo phương trình cân bằng, còn thời gian t được thừa nhận trong một giờ. II.5.2 THIẾT BỊ: 1) Tháp phun: Trong tháp phun, chất lỏng được phun thành bụi mù (sương) từ trên xuống, khí thường đi từ dưới lên nhằm làm tăng diện tích tiếp xúc và để nồng độ thực tế của chất hấp thụ trong pha khí giảm daanftheo chiều từ dưới đi lên và nồng độ trong thiết bị hấp thụ trong pha lỏng tăng dần theo chiều từ trên xuống. Quá trình này rất có lợi cho việc tăng hiẹu quả quản lí. Tháp hấp thụ phun có thể chia làm 3 loại khác nhau: v Đối với kiểu thùng rỗng: Thiêt bị hấp thu kiểu thùng rỗng có vòi phun sương thường đặt ở phia trên phun xuống. Trong trường hợp thấp hấp thụ có chiều cao lớn, người ta thường đặt các vói phun chia ra ở các tầng. Ưu điểm: © © © © Đơn giản, đầu tư thấp. Lực cản thuỷ động nhỏ, Sử dụng đói với khí thải có độ ô nhiễm cao. Tiết kiệm được chất hấp thụ: do chất lỏng hấp thụ có thể quay vòng cho tới khi hấp thụ no mới thải. Nhược điểm: © Khí thường phân bố không đều trong toán bộ tháp. © Hiệu suất xử lí không cao. © Hệ số chuyển khối thấp, và tốc độ dòng khí nhỏ. v Thiết bị phun thuận dùng tốc độ cao: Thiết bị kiểu này phù hợp với dòng khí thải có vận tốc lớn (khoảng 20-30 m/s). cho nên khi vận hành chất lỏng thường bị cuốn theo dòng khí sau đó được tách bra với một thiết bị kèm theo. Thiết bị phun thuận dòng tốc dộ cao. 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 vào khuếch tán ròi đến bộ phận tách chát lỏng. Trong vùng khuếch tán, động năng của dòng khí chuyển thành áp lực với mức hao hụt là cực tiểu. Thiết bị phun thuạn dòng tốc độ cao được sử dụng khá phổ biến trong xử lí khí thải. Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn Hinh: Thiết bị tách bụi khỏi dòng khí dạng Venteri. v Thiết bị phun sương kiểu cơ khí: Được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt, nó ít được sử dụng. Tuỳ lưu lượng, nồng độ và cường độ hoà tan ta chọn các phương pháp. Hình: Sơ đồ hấp thụ kiểu vòi phun 1) Giàn phun. 2) Buồng thiết bị hấp thụ. 3) Thiết bị phun. 4) Bể lắng hay phim lọc. 5) Bơm. 2)Tháp đệm: © Để làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai pha, ngưới ta thường nhồi các vật thể lồng cồng như ốc, sành xứ, vụng than cốc… © Khi vận hành thì khí thải đi từ dưới lên trên còn chất lỏng thì đi từ trên xuống. © Để thiết bị đạt hiệu quả cao thì lưu lượng của hai pha phải được tính toán trước. Khi chất lỏng chảy trên bề mặt 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 thụ đệm có sự khác nhau. © Ở thiết bị hấp thụ màng, màng chất lỏng chuyển động liên tục theo chiều cao của tháp hấp thụ. Còn trong thiết bị hấp thu đệm thì khi màng chất lỏng chuyển động từ đơn nguyên của vật đệm này sang đơn nguyên của vật đệm khác thì màng cũ bị phá rách và màng mới được hình thành. Quá trình này được lặp đi lặp lại trong suốt chiếu cao của Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn tháp. Việc phá vỡ là do sự chuyển động ngược chiều của dòng khí. Do vậy mà tháp đệm phần nào có mang tính chất như một thiết bị hấp thụ sủi bọt. © Sự chuyển động thuận dòng trong tháp đệm được sử dụng ở những trường hợp khi tốc độ khí thải khá lớn (khoảng 18 m/s) , sự bố trí thuận dòng sẽ làm tăng quá trình trao đổi chất, giảm trở lực thuỷ động và giảm kích thước của thiết bị. © Trong trường hợp hấp thụ đi kèm với phản ứng thuỷ phân hoặc tạo kết tủa thì người ta thường dùng tháp hấp thụ đệm nổi. Các lớp đệm nổi (những mảnh bột xốp polyme hay các quả cầu lỏng làm bằng chất liệu dẻo) được “treo” lơ lửng bởi dòng khí trong tháp va bởi các tấm lưới đỡ. Giữa các lớp đệm lá khoảng trống để đảm bảo cho các kết tủa không làm tắc nghẽn sự lưu thông của các dòng khí qua các lớp đệm. Tất nhiên ở đây chát hấp thụ lỏng cũng được chuyển động từ trên đi xuống. Ưu điểm: làm việc với tốc độ dòng khí lớn mà không bị tắt nghẽn. Nhược điểm:khó thoát nhiệt trong quá trình hấp thụ. Muốn tách nhiệt phải làm lạnh tuấn hoàn. 3) Tháp hấp thụ sủi bọt: - Được sử dụng trong các trường hợp: ­ ­ ­ Tải lượng cao. Ap suất khí thải lowssn. Quá trính ấp thụ có sự tải nhiệt cần được làm lạnh. - Các kiểu hấp thụ sủi bọt chính gồm: ­ ­ ­ Sủi bọt qua lưới (hay vật liệu xốp). Sủi bọt qua các vật liệu chụp xen kẽ. Trộn cơ học khí và chát lỏng. - Hấp thụ kiểu sủi bọt có nhược điểm lớn nhất là luôn có lớp bọt chiếm thể tích khá lớn trong thiết bị. Việc chuyển động của chất lỏng gặp trở lực lớn. Nhưng kiểu hấp thụ này lại có ưu điểm là hệ số chuyển động rất cao. - Chiều cao lớp chất lỏng tăng sẽ làm tăng khả năng hấp thụ song đồng thời cũng tăng trở lực của thiết bị. Vì vậy, thông thường người ta không tăng lớp chát lỏng quá 50 mm. Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn Hình. Cấu tạo của thiết bị sủi bọt II.6 PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ II.6.1 KHÁI NIỆM: - Quá trình hút khí bay hơi hoặc chất hoà tan trong chất lỏng bằng chất rắn xốp gọi là quá trình hấp phụ. - Chất bị hút gọi là chất bị hấp phụ. - Chất rắn xốp gọi là chấthấp phụ. - Hấp phụ khí hay hơi trong hỗn hợp không khí đơn giản hơn so với hấp phụ chất tan trong dung dịch. - Ở điều kiện bình thường khi hấp phụ khí trong hỗn hợp với không khí thì không khí không bị hấp phụ.Nhưng khi hấp phụ chất hoà tan trong dung dịch thì môi trường có thể bị hấp phụ. II.6.2 PHÂN LOẠI CHẤT HẤP PHỤ: Ø Hấp phụ trao đổi ion: Là hấp phụ có cực kèm theo sự trao đổi ion giữa các chất hấp phụ và dung dịch.Quá trình này chỉ chỉ xảy ra khi hấp phụ chất tan trong dung dịch và có đường kính mao quản của chất hấp phụ bé hơn 5A0. Ø Hấp phụ hoá học: Là hấp phụ có kèm theo phản ứng hoá học giữa các chất bị hấp phụ và chất hấp phụ.Quá trình này xảy ra cả trong môi trường không khí và môi trường lỏng,khi Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn đường kính mao quản của chất hấp phụ lớn hơn 200A0 và thường xảy ra ở nhiệt độ cao lớn hơn 200C0. Ø Hấp phụ không kèm theo phản ứng hoá học Chia làm hai loại:Hấp phụ vật lý và hấp phụ kích động. Hấp phụ vật lý có những đặc điểm sau: · Lực hấp phụ là lực Vandevan, tức là lực hút tương hỗ giữa các phân tử. · Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch hoàn toàn . · Nhiệt toả ra không đáng kể. · Có thể hấp phụ một lớp hoặc nhiều lớp. Hấp phụ kích động có những đặc điểm sau: · Tạo thành một lớp đặc biệt trên bề mặt chất hấp phụ gọi là đơn phân tử hay là lớp bề mặt,có khi đơn phân tử này không phủ kín bề mặt chất hấp phụ. · Quá trình này xảy ra chậm,cần phải kích thích để tăng tốc độ ( dùng ánh sáng hay tăng nhiệt độ ). · Nhiệt toả ra lớn tương đương với nhiệt phản ứng. Trong thực tế các loại hấp phụ có thể xảy ra đồng thời và tuỳ theo điều kiện thực hiện quá trình mà hấp phụ loại này có thể chiếm ưu thế hơn loại kia. II.6.3  CÁC LOẠI CHẤT HẤP PHỤ: - Là những vật liệu rắn có cấu trúc rất xốp và diện tích bề mặt riêng lớn. - Đặc trưng cơ bản của chất hấp phụ là hoạt độ.Có 2 loại hoạt độ:hoạt độ tĩnh và hoạt độ động lực. · Hoạt độ tĩnh: Được đặc trưng bởi lượng tối đa chất bị hấp phụ do 1 đơn vị thể tích hay đơn vị khối lượng chất bị hấp phụ hút được ở một nhiệt độ và nồng độ nhất định của chất bị hấp phụ có trong pha khí(hơi) cho đến khi đạt đến cân bằng. · Hoạt độ động lực Được đặc trưng bởi lượng tối đa chất bị hấp phụ do một đơn vị htể tích hay khối lượng chất bị hấp phụ hút được trong khoảng thời gian tính từ khi bắt đầu hấp phụ cho đến khi xuất hiện chất bị hấp phụ trong pha khí đi ra. - Các chất hấp phụ công nghiêp cơ bản là than hoạt tính,silicagen,keo nhôm ( oxit nhôm hoạt hoá ) zeolit và ionit ( chất trao đổi ion ). a) Than hoạt tính Than hoạt tính là một chất hấp phụ,rắn,xốp,không phân cực và cóbề mặt riêng rất lớn. Về bản chất nguyên tố,nó thuộc nhốm graphit,một dạng hình thù của cacbon gồm các tinh thể nhỏ có cấu trúc bất trật tự nhưng khác với graphit là trong tinh thể của than hoạt tính các vòng 6 nguyên tử cacbon sắp xếp kém trật tự hơn.Vì vậy than hoạt tính có cấu tạo xốp hơn và tạo nên nhiều lỗ hổng không đồng đều và rất phức tạp. Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn Cấu trúc lỗ xốp phức tạp và bề mặt riêng khác nhau làm chocác loại than hoạt tính này trở nên cókhả năng hấp thụ khác nhau.Việc tạo ara các loại than khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào cách chế tạo Nhìn chung,các lo xốp trong than hoạt tính có bán kính hiệu dụng từ vài chục đến hàng chục nghìn A0.Về mặt cấu tạo,nó có cấu tạo kiểu ông gồm một hệ lổ xốp mao quản thông nhau và thông với môi trường bên ngoài với cấu trúc không gian ba chiều.Có thể chia kích thước lổ xốp theo 3 loại sau: Dạng vi mao quản : Bán kính hiệu dụng cở 10A0,có bề mặt riêng lớn nhất ( 350 – 1000m2/g ) và chiếm phần chủ yếu trong than hoạt tính. Dạng mao quản trung gian : Có bán kính hiệu dụng trong khoảng 100 ÷ 250A0 dạng này có bề mặt riêng không lớn lắm,khoảng 100 m2/g Dạng mao quản lớn : Có bán kính hiệu dụng khoảng 1000 ÷ 10000A0,dạng này cóbề mặt riêng rất nhỏ ,không quá 2 m2/g Cấu trúc than hoạt tính như ta đã biết là phụ thuộc vào kích thước mao quản, theo cách khác ta có thể chia ra thành 2 loại cấu trúc : Loại 1:Là loại than hoạt tính đã hoạt hoá trung bình,bị đốt cháy không quá 50%,loại này có mao quản tương đối nhỏ ,đường kính mao quản nhỏ hơn 2.10-6mm. Loại 2: Là loại than đã hoạt hoá cao,bị đốt cháy vượt quá 75%.đường kính mao quản từ 2.10-6 ÷ 6.10-6 mm.Giữa 2 loại cấu trúc trên còn có các loại than với độ đốt cháy trong giới hạn từ 50% - 75%. Than hoạt tính có tác dụng hấp phụ tốt đối với các chất không phân cực ở dạng khí và dạng lỏng.Từ lâu than hoạt tính đã đựơc sử dụng để làm mặt nạ phòng độc,làm sạch mùi và khử mùi các sản phẩm dầu mỏ.Ngày nay trên thế giới,than hoạt tính được coi như là một chất hấp phụ chủ yếu trong công nghệ sử lý làm sạch môi trường bao gồm các lãnh vực: ­ Làm sạch nước để uống,xử lý nước sinh hoạt hoặc xử lý nước thải của các công trình có độ nhiễm bẩn thấp.Trong những trường hợp này than hoạt tính sẽ giữ lại các hợp chất hữu cơ hoà tan,nhất là chất gây mùi,gây màu và cả vết những kim loại nặng.Than hoạt tính đặc biệt có hiệu quả xử lý cao đối với nước bị nhiễm nhẹ các chất diệt trừ dịch hại . ­ Xử lý nước thải công nghiệp:Người ta sử dụng than hoạt tính trong những trường hợp hấp phụ các chất kèm hoặc không bị vi sinh vật phân hủy,các chất gây độc hại đối với các vi sinh vật,trong trường hợp này xử lý chọn lọc bằng than hoạt tính đóng vai trò như là quá trình tiền xử lý cho các bước xử lý sinh học tiếp theo. ­ Xử lý “cấp ba” nước thải công nhiệp và đô thị. Khi than đã hấp phụ “no” ( bảo hòa),nó không còn khả năng hấp phụ tiếp tục nữa.Đối với than hoạt tính,trong những trường hợp này không phải bỏ đi mà có thể tái sinh và sử dụng lại được.Đại đa số các chất hấp phụ trên than hoạt tính đều có thể giải hấp bằng nhiệt.Khi ở trong môi trường có nhiệt độ cao,các chất hữu cơ cũng như phân tử axit dể bay hơi đã tách khỏi bề mặt của than.Đối với mỗi vật chất sẽ có một nhiệt độ Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn xử lý phù hợp.Với các chất của kim loại thì thông thường phải giải hấp bằng axit sau đó rữa sạch bằng nước và sấy để tái sinh. Nghiên cứu vật liệu hấp phụ trên cơ sở than hoạt tính người ta tìm ra và đã ứng dụng vải sợi than hoạt tính có khả năng hấp phụ tốt và bền nhiệt. Ưu điểm của việc sử dụng sợi cacbon hoạt tính so với than hoạt tính là đảm bảo hiệu quả thu hồi cao trên 99%; giảm thất thoát dung môi do phân hủy nhiệt của dung môi khi có than hoạt tính làm xúc tác.Giảm nguy cơ cháy nổ,thiết bị gọn. Ưng dụng để thu hồi dung môi có nhiệt độ cao. HÌNH. Tháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính. b) Silicagen - Là Oxit Silic vô định hình ngậm nước ( SiO2.nH2O ) - Thể tích lổ xốp của Silicagen khoảng 0,3 ÷ 1,2 cm3/g - Diện tích bề mặt 300 ÷750 m2/g. - Người ta dùng Silicagen để hấp phụ chất phân cực. - Silicagen có lổ xốp mịn được dùng để hấp phụ các hơi và khí dể ngưng tụ. - Silicagen có lỗ xốp thô và trung bình để hút hơi các hợp chất hữu cơ. - Silicagen không cháy,có nhiệt độ tái sinh thấp 100 ÷ 2000C và đủ độ bền cơ học.Tuy nhiên nó dể bị phân hủy bởi giọt ẩm. c) Keo nhôm - Oxit nhôm hoạt hóa Al2O3.nH2O ( 0¢n¢0,6 ) được điều chế bằng cách nung các Hydroxit nhôm khác nhau. - Diện tích bề mặt của keo nhôm là 170 ÷ 220 m2/g. - Tổng thể tích lổ xốp khoảng 0,6 ÷ 1 cm3/g. - Khác với Silicagen,keo nhôm bền với tác dụng của các giọt ẩm.Chúng được ứng dụng để thu hồi các hợp chất hữu cơ phân cực và sấy khí. d) Ionit :chất trao đổi ion - Là hợp chất cao phân tử. - Hiện nay chưa được áp dụng để xử lý khí thải công nghiệp. e) Nhóm II.12 Zeolit Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn - Là các nhôm Silic chứa các oxit kim loại kiềm. - Công thức hóa học tổng quát: Me2/ n Al2O3.xSiO2.7H2O ( Me:kim loại kiềm ) - Zeolit có khả năng hấp phụ hơi các hợp chất phân cực và các chất có nối đôi trong phân cực,ngoài ra Zeolit còn có khả năng lớn hấp phụ hơi nước. - Zeolit giữ được hoạt tính cao ở nhiệt độ tương đối lớn 150 ÷ 2500C.Đó là ưu điểm của Zeolit so với các chất hấp phụ khác. - Tuy nhiên do thể tích lổ xốp của Zeolit nhỏ vì vậy lượng chất hấp phụ ít hơn so với các chất hấp phụ công nghiệp khác. II .6.4 PHƯƠNG PHÁP TÁI SINH: - Cần thiết phải tái sinh chất hấp phụ để thu hồi cấu tử hấp phụ và phục hồi khả năng hấp phụ của chất hấp phụ.Chi phí tái sinh chiếm từ 40% đến 70% tổng chi phí của quá trình làm sạch. - Tái sinh bằng cách tăng nhiệt độ,hút cấu tử bị hấp phụ bằng chất hấp phụ khác mạnh hơn,giảm áp suất ( bao gồm tạo chân không ) hoặc tổ hợp các phương pháp này. - Nhả hấp phụ bằng nhiệt được thực hiện bằng cách nung chất hấp phụ bảo hòa đến nhiệt độ xác định bằng tiếp xúc trực tiếp với hơi nước,không khí tư nóng, hoặc làm nóng qua thành với dòng khí tự thổi qua. - Nhiệt độ tái sinh than hoạt tính,Silicagen,keo nhôm vào khoảng 100 ÷ 2000C,còn đối với Zeolit từ 100 ÷4000C. - Để nhả chất hấp phụ hữu cơ có thể dùng Dioxit cacbon,Amoniac,nước,một vài chất hữu cơ …có khả năng hút chọn lọc chất cần nhả. - Nhả hấp phụ bằng cách giảm áp suất được thực hiện theo 2 phương án: ­ Giảm áp suất nếu quá trình hấp phụ diễn ra ở áp suất dư ­ Tạo chân không nếu gian đoạn hấp phụ được thực hiện ở áp suất thường. - Quá trình hấp phụ có thể tiến hành trong lớp chất hấp phụ không chuyển động,tầng sôi và chuyển động,tuy nhiên trên thực tế phổ biến nhất là thiết bị với lớp chất hấp phụ không chyển động được bố trí trong tháp đứng,nằm và vòng.Tháp đứng được sử dụng trong dòng khí nhỏ. II .6.5  THIẾT BỊ HẤP PHỤ. Có rất nhiều thiết bị làm sạch khí bằng phương pháp hấp phụ.Ta chia thiết bị hấp phụ ra thành các loại sau đây: - Thiết bị hấp phụ với chất hấp phụ khônmg chuyển động - Thiết bị hấp phụ với chất phụ chuyển động - Thiết bị hấp phụ tổng hợp. a ) Sơ đồ cấu tạo của thiết bị hấp phụ với chất hấp phụ không chuyển động. Nguyên lý làm việc: Chất hấp phụ được đưa trước vào thiết bị ở nhiều ngăn với độ dày lớp chất hấp phụ nhất định.Khí bẩn được đưa vào thiết bị,chúng sẽ chui qua các lớp chất hấp phụ,ở đó các khí độc hại sẽ bị chất hấp phụ giữ lại,khí sạch nhờ các Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn ống dẫn được đưa ra ngoài.Để tăng tính hấp phụ,thiết bị được cung nhiệt (có thể bằng hơi nước) Hơi nứơc được ngưng tụ ở thiết bị ngưng. HÌNH.thiết bị hấp phụ với chát hấp phụ không chuyển động b) Sơ đồ cấu tạo của thiết bị hấp phụ với chất hấp phụ chuyển động Nguyên lý làm việc: Chất hấp phụ được cung cấp liên tục từ trên xuống và được làm sạch nhờ bộ phận làm sạch 3 ( làm sạch bằng nước ),nhờ thiết bị phân phối 2 được phân phối đều trong khu vực hấp phụ 1.Khí bẩn được đưa vào khu vực hấp phụ 1,ở đây diễn ra quá trình làm sạch khí,khí sạch được đưa ra ngoài,nhờ van 5 chất hấp phụ ( đã được làm sạch một phần ) được xả ra ngoài. 1) Khu vực hấp phụ 2) Thiết bị phân phối 3) Bộ phận làm sạch 4) Bộ phân đốt nóng 5) Van c) Sơ đồ cấu tạo thiết bị hấp phụ tổng hợp Nguyên lý làm việc: Ở loại thiết bị tổng hợp,chất hấp phụ cũng được cung cấp liên tục vào thiết bị nhưng nhờ tấm chắn và ống tràn,chúng vẫn chuyển động nhưng là cả khối ( giống như lớp chất hấp phụ trong thiết bị hấp phụ với lớp chất hấp phụ không chuyển động ).Vì vậy hiệu suất hấp phụ ở loại thiết bị này cao hơn. II.6.6  PHƯƠNG PHÁP XÚC TÁC NHIỆT - Phương pháp này được sử dụng trong trường hợp khi mà quá trình sản xuất không thể thu hồi hay tái sinh đối với thải,khí thải có thể chống được nhưng sinh ra chất ô nhiễm thứ cấp không độc hại như là Hydro Cacbon,các dung môi… - Có htể tiến hành đốt khí thải trực tiếp có thu hồi nhiệt và không thu hồi nhiệt. - Thu hồi nhiệt thì phải đốt khí thải trong buồng đốt.Không thu hồi nhiệt thì có thể đốt ngay trong ở miệng ống khói. Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn - Thời gian gần đây phát triển phương pháp thiêu hủy kiểu xúc tác.Trong trường hợp này nhiệt độ oxy hóa không vượt quá 250 ÷ 3000C.Làm sạch khí thải theo phương pháp xúc tác rẻ hơn 2-3 lần so với phương pháp thiêu đốt bằng lò nhiệt độ cao,vì nó giảm bớt tiêu hao năng lượng và thực hiện quá trình liên tục. - Người ta có thể dùng các thanh kim loại hoặc hợp chất kim loại bạch kim ,đồng và các kim loại tương tự làm các vật xúc tác.Bởi vì chất cháy xúc tác là bề mặt để có đủ diện tích bề mặt đốt khí thải cần có rất nhiều vật xúc tác và phải bố trí sao cho chúng có bề mặt xúc tác lớn nhất. II.6.7  PHƯƠNG PHÁP SINH HÓA – VI SINH - Trong môi trường tự nhiên ( đất,nước,không khí …) có rất nhiều loại vi sinh vật sống bằng nguồn dinh dưỡng gồm các chất hữu cơ và vô cơ.Phương pháp vi sinh là lợi dụng các vi sinh vật phân hủy hoặc tiêu thụ các khí thải độc hại nhất là các khí thải từ các nhà máy thực phẩm,nhà máy phân đạm,phân tổng hợp hữu cơ,các vi sinh vật sẽ hấp thụ và đồng hóa các chất khí thải hữu cơ,vô cơ độc hại và thải ra khí N2 và NO2… - Thông thường để vi sinh vật phát triển mạnh cần có điều kiện là: nhiệt độ 250C ÷ 300C,độ ẩm 95 ÷ 1000C tốc độ khí lưu thông khoảng 2m/ph . Nguyên lý của hệ thống : Bao gồm một hệ thống các ống PVC chôn sâu 1 ÷ 3m dưới đất hoặc chất ủ.Một dòng khí đi qua các lỏng rổng của đất chúng sẽ được hấp thụ vào đất và của chất ủ và nhanh chóng được Oxy hóa bằng sinh vật và hóa học. Sự hấp phụ khí vào đất tùy thuộc vào loại đất.Thời lưu của khí tương đối cao trong đất có nhiều khoáng sét và hợp chất mùn.Đất còn được giữ ẩm và ẩm để cho các hoạt động của vi sinh vật diễn ra thuận lợi. Sơ đồ bể xử lý khí độc hại bằng phương pháp vi sinh 1) Đường ống phân phối khí 2) Lớp đá tạo ra các lổ trống và hổng 3) Hỗn hợp phân rác 4) Mái che 5) Giàn phu 6) Thành bề hấp phụ Chương III: Nhóm II.12  TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn III.1.Sơ đồ công nghệ: - Khí thải được tập trung bằng chụp hút và dẫn qua tháp hấp phụ để xử lí. - Hệ thống gồm 1 cặp tháp hấp phụ thay phiên nhau hoạt động. Sự thay phiên nhau của hai tháp được điều khiển bằng các khoá được thể hiện trong hình vẽ. - Khi thải sau khi xử lí sẽ được thải ra ngoài ra ống khói. - Nước thải vệ sinh tháp sẽ được thải ra bể chứa nước thải. III.2.Tính toán hấp phụ: - Ap suất làm việc: P = 1 atm = 760 mmHg. - Nhiệt độ làm việc: to = 25oC. - Tính chất của than hoạt tính: - Khối lượng riêng xốp: r k = 500 ( Kg/m3) - Đường kính của hạt than: dg = 0,004 (m). - Độ xốp lớp hấp phụ: e =37%. III.3.Tính toán cân bằng vật chất: - Lưu lượng khí đầu vào của khí H2S là: QH 2 S = 0, 2 100 ´ 1000 = 2, (m 3 H 2S / h) - Phân mol của H2S trong pha khi đầu vào: yđ = 2 1000  = 0,002, ( KmolH 2S KmolKT  ) _Tỉ số khối lượng đầu vào: Yd =  . 1 - yd M KTro¢  =  0,002 (1- 0,002  ) ´  34 29  = 0,00235, (  KgH 2S KgKtro¢  ) - Phân khối lượng đầu vào : yd = yd .M H 2 S yd .M H 2 S + (1 - y d ).M Ktro¢  = 0,002 ´ 34 0,002 ´ 34 + (1 - 0,002) ´ 29  = 0,00234( KgH 2S KgKT  ). Ccp = 1,2(mg / m 3 ) Tra bảng TCVN-2001. khu vực công nghiệp. Công nghệ cấp độ A. - Phân mol của H2S trong pha khí đầu ra: y c = 1,2 ´ 22,4.10 -6 34  = 7,91.10 -7 ( KmolH 2S KmolKT  ) - Phân khối lượng khí đầu ra: yc = yC .M H 2S yC .M H 2S + (1 - yC ).M Ktro¢  =  -7 -7 7,91.10-7 ´ 34  = 9,27.10 -7 ( KgH 2S KgKT  ). - Tỉ khối lượng đầu ra: YC = yC .M H 2S (1 - yC ).M Ktro¢  = 7,91.10 -7 ´ 34 -7  = 9,27.10 -7 ( KgH 2S KgKT  ). Nhóm II.12yd M H 2S 7,91.10 ´ 34 + (1- 7,91.10 ) ´ 29 (1 - 7,91.10 ) ´ 29 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính - Hiệu suất lí thuyết:  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn elt = Yd - YC Yd  .100% = 0,00234 - 9,27.10 -7 0.00234  .100% = 99,9% _  Khối lượng riêng khí đầu vào: r d = M H 2S 22,4  .yd + M KK 22,4  .(1 - yd ) = 34 22,4  ´ 0,002 + 29 22,4 ´ (1 - 0,002) = 1,2951(KgKT / m3 ) - Khối lượng riêng khí đầu ra: -  rC = M H 2S 22,4  .yC + M KK 22,4  .(1 - yC ) = 34 22,4 ´ 7,91.10-7 + 29 22,4 ´ (1 - 7,91.10) = 1,2946(KgKT/ m3 ) Khối lượng riêng trung bình trong thiết bị: r + r C 2  = 1, 2951 + 1, 2946 2  = 1,29485(KgKT / m 3 ) - Suất lượng đầu vào của hổn hợp khí: Gd = Qd .r d = 1000 ´ 1,2951 = 1295,1(KgKT / h) - Lượng khí H2S được hấp phụ trong một giờ: mH 2 S = Gd .( y d - yC ) = 1295,1.(0,00234 - 9,27.10 -7 ) = 3,029(KgH 2S / h) - Vẽ đường cân bằng: X  gH2S/g than hoạt 0  0,05  0,1  0,15  0,2 tính P mmHg 0 2 12 42 92 Ap suất riêng phần cân bằng: Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính P = y d .Pt = 0,002 ´ 760 = 1,52(mmHg) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 x gH2S/g than X * = 0,0375( KgH 2S / Kgthan) Chọn chu trình hấp phụ làm việc trong 8 giờ(h): T= 8(h) - Lượng than hấp phụ trong 8(h): mthan = mH 2 S *  = 3, 029 ´ 8 0,0375  = 646,187( Kgthan) - Suất lượng khí đi ra khỏi thấp: GC = Gd .(1 - yd .e) = 1295,1.(1 - 0,00234 ´ 0,999) = 1292.072(KgH 2S / h) - Suất lượng khí trơ đi vào: Gtr = Gd .(1 - y d ) = 1295,1.(1 - 0,00234) = 1292.069( KgKK / h) - Suất lượng khí trung bình: Gtb = Gd + GC 2  = 1295,1 + 1292, 072 2  = 1293,586(KgKT / h) - Thể tích của than trong lớp hấp phụ: V = mthan r k  = 646,187 500  = 1,2924(m 3 ) - Lượng khí thải phải xử lí trong 8h: VKT = Q ´ T = 1000 ´ 8 = 8000(m 3 ) - Nồng độ của H2S trong dòng khí vào: CO = y d .r d = 0,00234 ´1,2951 = 0,00303( KgH 2S / m 3 ) - Nồng độ của H2S trong dòng khí ra: C = yC .r C = 9,27.10 -7 ´ 1,2946 = 1,20009.10 -6 ( KgH 2S / m 3 ) - Xác định hệ số b: Nhóm II.12 P mmHg X Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn f (Z ) = (1 -  C 0,54.CO  ) = (1 -  1,20009.10 -6 0,54 ´ 0,00303  ) = 0,9993 Tra bảng Z ứng với f → b = 2,4 - Nồng độ H2S can bằng với Co: a * = X * .r K = 0,0375 ´ 500 = 18,75(KgH 2S / m 3 ) - Thời gian hấp phụ: T = G Vk  . H - b. G K y trong đó, G = a * a  = 18,75 0,00303  = 6188,12 (ví dụ và bài tập ( tập 10 – trang 345)) Bảng kiểm tra thời gian hấp phụ: Với v=0,2(m/s) và H= 1,58 thì thời gian của quá trình hấp phụ là T= 8,004664(h), suy ra T » 8(h). - Độ nhớt động học của H2S và không khí được xác định từ phương trình: M hh m hh  = y ´ M H 2 S m H 2 S  + (1 - y).M KK m KK  (*) - M hh = M H 2S .yd + M KK .(1- yd ) = 34´ 0,002+ 29.(1- 0,002) = 0,068+ 28,924 = 29,01(Kg / mol) Độ nhớt tuyệt đối µ của H2S và không chi ở 25oC và 1 atm. Nhóm II.12Vk H Ky S h 0.1 1.1 9.298111692 39595.56963 10.99876934 0.15 1.2 11.57401494 27889.92669 7.747201858 0.15 1.15 11.57401494 26347.1657 7.318657138 0.15 1.25 11.57401494 29443.41167 8.178725463 0.16 1.26 11.98448978 27627.86057 7.674405714 0.16 1.28 11.98448978 28211.03485 7.836398571 0.16 1.3 11.98448978 28795.69045 7.998802904 0.16 1.4 11.98448978 31740.03988 8.816677746 0.2 1.55 13.51919886 28105.17614 7.806993372 0.2 1.56 13.51919886 28342.15274 7.872820207 0.2 1.57 13.51919886 28579.36113 7.938711424 0.2 1.58 13.51919886 28816.79907 8.004666409 0.2 1.59 13.51919886 29054.46441 8.070684557 0.2 1.6 13.51919886 29292.35499 8.136765274 0.25 1.6 15.25043963 22699.24781 6.305346615 0.25 1.62 15.25043963 23074.4088 6.409558 0.25 1.65 15.25043963 23638.52943 6.566258175 0.25 1.7 15.25043963 24582.29817 6.828416157 0.3 1.7 16.82829964 19947.80106 5.54105585 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính m H 2 S = 0,013.10 -3 ( N .s / m 2 ) m KK = 0,068.10 -3 ( N.s / m 2 )  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn (*) suy ra, 29,01 m hh  = 0,002 ´ 34 (1 - 0, 002 ).29 0,0185.10 -3 Þ m hh = 1,8539.10 -5 - Độ nhớt động học: m r hh T P r H 2 S = r H 2 S (0 O C ,1atm) . O . T PO  = 1,5179 ´ 273 (273 + 25)  ´ 760 760  = 1,3906(Kg / m 3 ) T P r KK = r KK ( 0O C ,1atm) . O . T PO  = 1,293 ´ 273 (273 + 25)  ´ 760 760  = 1,1845( Kg / m 3 ) r hh = r H 2 SA .y d + (1 - y d ).r KK = 1,3906 ´ 0,002 + (1 - 0,002) ´ 1,1845 = 1,1849(KgKT / m 3 ) Từ (**) Þ m K = m hh r hh  = 1,8539.10 -5 1,1849  = 1,565.10 -5 - Hệ số khuếch tán của H2S ở 25o và 1 atm: D25 = 4,3.10 -3.T 3 / 2 1 1 / 3  + 1 M KK  ) 1 / 2 = 4,3.10 -3 ´ (25 + 273) 3 / 2 1 / 3 1 / 3 2  .( 1 34  + 1 1 / 2 ) 29  = 0,1405(cm 2 / s) = 0,1405.10 -4 (m 2 / s) với VH 2 S = 32,9(cm / mol ),VKK = 29,9(cm 3 / mol ) (tra bảng 2.3 TRUYỀN KHỐI tập 3 trang 26). - Hệ số truyền khối: k y =  ( ) .dg  r K 0,54  =  ( 1,6 ´ 0,1405.10 -4.(0,2) 0,54 ) ´ (*0,004) 1,2951  = 13,519199(m / s) - Đường kính thấp hấp phụ: D =  4.Gtb p .VK .3600.r tb  =  4 ´ 1293,586 3,14 ´ 0,2 ´ 3600 ´1,29485  = 1,329(m) = 1329(mm) - Lượng khí thải lí thuyết can phải xử lí trong 8h. VLT = p .D 2 4  .VK .T = 3,14 ´ (1,329) 2 4  ´ 0,2 ´ 8 ´ 3600 = 7986,2(m 3 ) Mà lượng khí can phải xử lí trong 8 h là: Nhóm II.120,013.10 -3 + .( + VKK 1 / 3 ) 2 M H 2 S P(VH 2 S + 29.9 1.(32,9 ) 1,6.D25 .VK 1,565.10 -5 0,54 1,46 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính VTT = 8000 m3. vậy phải tăng đường kính tháp: Þ d = 1,4(m) = 1400(mm)  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn Þ VLT = 1, 4 2 ´ 3,14 ´ 0, 2 ´ 3600 ´ 8 4  = 8862,336(m 3 ) - Khối lượng của lớp vật liệu hấp phụ trong thiết bị khi đã chọn: Gg = V g .r K (* * *) mà Vg = p .(D¢) 2 4  .H = 3,14 ´ (1,4) 2 4  ´ 1.58 = 2,431(m 3 ) từ (***) Þ Gg = 2,431´ 500 = 1215,5( Kg ) - Lượng than sử dụng trong quá trình hấp phụ: Lthan = Gg.(1 - yd ) = 1215,5.(1 - 0,00234) = 1212,656 ,(kg than/ mẻ) - Chuẩn số Reynolds: v .d m K  = 0 , 2 ´ 0, 004 1,565.10 -5  = 51,12 - Hệ số ma sát của dòng chi đi qua thấp trong thời gian hấp phụ: lh = 27,8 Re  + 0,8 = 27,8 51,12  + 0,8 = 1,3438 - Đường kính tương đương của các khe hở của các lớp vật liệu: 2 e d o = . 3 1 - e 2 0,37 .d = . 3 1 - 0,37  ´ 0,004 = 0,00156(m) = 1,566(mm) - Vận tốc thật của dòng khí: v e - Trở lực của than: 0,2 0,37  = 0,54(m / s) DP = l.h. 2.H d o  .r hh. 2 2  = 1,3438. 2 ´1,58 0,00156  ´1,1849´ 0,542 2  = 470,258( pa) = 0,61876(mmH2O) III.4.Cân bằng năng lượng: DT = Q G KK .C P  (* * **) - Khối lượng không khí đi qua trong tháp trong thời gian hấp phụ: GKK = GTR .T = 1292,069 ´ 8 = 10336,552( Kg ) - Nhiệt hấp phụ: q = TS ´ 2180 = (273 - 60,2) ´ 2180 = 31801,1119( KJ / Kmol ) - Số mol của khí H2S được hấp phụ: Nhóm II.12Re = K vo = K = vo Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn nH 2 S =  mH 2 S .T M H 2 S  =  3, 029 ´ 8 34  = 0,7127( Kmol) - Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình hấp phụ: Q = q.nH 2 S = 31801,1119 ´ 0,7127 = 22664,6525( KJ ) Nhiệt dung riêng của không khí: C P = 1,00032 , (KJ/Kg.độ) Từ (****) DT = 22664,6525 10336,552 ´ 1,00032  = 2,19 (Độ). III.5.Tính cơ khí các thiết bị thấp: III.5.1.Tiết diện ống dẫn khí vào, ra khỏi tháp và ống truyền nhiệt quá trình giải hấp. - Vận tốc của chi được dẫn vào thiết bị trong đường ống chọn vo= 6 m/s. S = V 3600 ´ vo với vo: vận tốc khí trong ống (m/s). V: lượng khí trong ống dẫn (m3/h). 1000 S = 3600 ´ 6 chọn S = 0,046(m2) - Đường kính ống dẫn khí vào và ra tháp; ống thu hồi H2S , ống dẫn khí được gia nhiệt: S = p .Dv 4 2 Þ DV =  S ´ 4 p  =  0, 046 ´ 4 3,14  = 0,24(m) Chọn đường kính:Dv = 250(mm) Chọn chiều dài ống nối dẫn khí =150(mm) III.5.2.Chọn cửa lấy than hoạt tinh ra khỏi tháp: - Tra bảng XIII.32- trang 848 SỔ TAY QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ (STQTTB) tập 2. Cửa tháo vật vật liệu hấp phụ dạng hình tròn với Dt = 300 (mm) - Đoạn ống nối: l=140(mm) - Chọn vật liệu làm tháp: thép hợp kim 15XM. - Khối lượng ống dẫn: moˆ = 3.m1 + 2.m 2 + m3 với: m1 = p 4  2 2 3,14 ´ ( 0, 2732 - 0, 252 ) ´ 0,15 ´ 7,85. 103 4  11,12( Kg ) Nhóm II.12= 0,046(m 2 ) .(Dn - Dt ).l.g thép = Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính chon m1= 12 (Kg)  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn m2 = p 4 2 2 3,14 4 .(0,325 2 - 0,32 ) ´ 0,14 ´ 7,85.10 3 = 13,48( Kg ) chọn m2 = 14(Kg) m3 = p 4 2 2 p 4 .(0,436 2 - 0,4 2 ) ´ 0,15 ´ 7,85.10 3 = 27,82( Kg ) chọn m3 = 28(Kg) moˆ = 3 ´ 12 + 2 ´ 14 + 28 = 92(Kg ) III.5.3.Chọn cửa vệ sinh tháp cũng chính là cửa cho than vào tháp: Tra bảng XIII.32 – TRANG 434- STQTTB tập 2. Dt = 400 (mm). Đoạn ống nối: L =150(mm) Thép hợp kim 15xM III.5.4.Tính mặt bích của các đường ống: III.5.4.1.Bích nối các ống dẫn khí chọn kiểu bích liền: Tra bảng XIII. 26 STQTTB tập2- trang 409. - Đường kính trong Dt = 250 (mm) - Đường kính ngoài Dn = 273 (mm) - Đường kính ngoài bích D = 370 (mm) - Đường kính bulong db = M16 (mm) - Đường kính mép vát Dl = 312 (mm) - Đường kính tâm bulong Dd = 335(mm) - Số bulong Z = 12 cái - Chiếu dày bích hbích=24 (mm) - Khối lượng bích: m = p 4 2 2 3,14 4 .(0,273 2 - 0,250 2 ) ´ 0,024 ´ 7,85.10 3 = 1,78( Kg ) III.5.4.2.Bích nối cửa ra than hoạt tính Chọn kiểu bích liền Tra bảng XIII. 26 STQTTB tập2 - Đường kính Dt = 300 (mm) - Đường kính ngoài Dn = 325 (mm) - Đường kính ngoài bích D = 435 (mm) - Đường kính bulong db = M20 (mm) - Đường kính mép vát Dl = 365 (mm) - Đường kính tâm bulong Dd = 395 (mm) - Số bulong Z = 12 (cái) - Chiều dày bích hbi¢nh = 24 (mm) - Khối lượng bích: Nhóm II.12.(Dn - Dt ).l.g thép = .(Dn - Dt ) ´ l ´ g the¢p = .(Dn - Dt ). hbích. g thép. = Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn m =  p 4  2 2  3,14 4  .(0,325 2 - 0,32 ) ´ 0,024 ´ 7,85.10 3 = 2,31(Kg ) III.5.4.3.Bích nối cửa vệ sinh ( cửa cho than vào): Tra bảng XIII. 26 STQTTB tập2 - Đường kính Dt = 400 (mm) - Đường kính ngoài Dn = 436 (mm) - Đường kính ngoài bích D = 535 (mm) - Đường kính bulong db = M20 (mm) - Đường kính mép vát Dl = 465 (mm) - Đường kính tâm bulong Dd = 495 (mm) - Số bulong Z = 16 (cái) - Chiều dày bích hbi¢nh = 28 (mm) - Khối lượng bích: m = p 4 2 2 3,14 4 .(0,436 2 - 0,4 2 ) ´ 0,028 ´ 7,85.10 3 = 5,2( Kg ) - Tổng khối lượng các bích: ml = (2 ´1,78) + 2,31 + 5,2 = 11,07(Kg ) chọn me= 12 (Kg) III.5.5.Thân tháp: - Cộng thêm khoảng cách trên dưới 0.15m (để bắt bulong) H t = Hvl + Dv + D y + 0,15 ´ 2 = 1,58 + 0,25 + 0,4 + 0,3 = 2,53(m) chọn Ht = 2,5 (m). - Ưng suất cho phép đối với vật liệu hợp kim thép 15XM. [d ]25 = 149,7( N / mm 2 ) - Chọn công nghệ gia công: Hàn tay bằng hồ quang điện giáp mối hàn 2 phía (vì D ≥ 700(mm) - Chọn hệ số bền mối hàn: g h = 0,95 - Ưng với đường kính D= 1.4(m) (tra bảng 1-7 trang 25 . sách Hồ Lê Viên) - Bề dày tối thiểu của thân trụ đối với vật liệu bất kì: 5,5 £ [d ].g h Ð25 P - Kiểm tra điều kiện chọn công thức tính bề dày tối thiểu của tháp trụ: [d ].g h = 149, 7 ´ 0,95 >25 P 1 s¢ = D.P 2.[d ].g h - Chiều dài thực của thân trụ với vật liệu thép 15XM để làm tháp: s = D.P 2.[d ].g h  + C với C = C1 + C 2 + C3 Nhóm II.12.(Dn - Dt ). hbích. g thép = .(Dn - Dt ). hbích. g thép = Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn C1 = 0 , vì độ ăn mòn nhỏ. C 2 = 0 , (hệ số ăn mòn) vì vận tốc chuyển động của khí trong tháp < 20(m/s). C3 = 1,5 hệ số bổ sung để qui tròn kích thước. Þ C = 1,5 s = 1400 ´1 2 ´ 149,7 ´ 0,95  + 1,5 = 6,422(mm) - Chọn bề dày vật liệu làm tháp s = 6mm - Kiểm tra độ dày: chỉ thoã mãn khi điều kiện sau thoã: r - C1 D  £ 0,1 Û 6 - 0 1,400 £ 0,1(tho~a) - Kiểm tra áp suất tính toán cho phép sau: [P] = 2 .[d ].g h .(s - C1 ) = 2 ´149 ,7 ´ 1( 6 - 0 ) = 1,278 > p (thoả) D + (s - C1 ) 1400 + (6 - 0) - Khối lượng vật liệu làm thân tháp: mthaˆn = p 4 2 2 (H chiều cao thân tháp h = 2,5) với Dn = Dt + 2.s =1400 +2×6 = 1412 (mm) mthân. = 3,14 4 .(1,412 2 - 1,40 2 ) ´ 2,5 ´ 7,85.103 = 519,847( Kg ) Vậy ta chọn khối lượng thép cần sử dụng làm thân tháp = 500 (Kg). - Đáy và nắp ( hình elíp có gờ) Chọn cùng loại vật liệu với vật liệu thân tháp: vì [d ].g h = 149, 7 >25 P 1 Công thức tính độ dày tối thiểu các thành đáy( nắp): s¢ = P.Rt 2.[d ].g h (với Rt: bán kính cong bên trong của đỉnh tháp) Tra bảng XIII. STQTTB tập2- trang 382 với Dt = 1400(mm), ht = 350(mm). Rt = 2 4.ht  = 1400 2 4 ´ 350  = 1400(mm) - Độ dày thực của thành đáy ( nắp). s = P.Rt 2.[d ].g h  + C = 1´1400 2 ´149,7 ´ 0,95  + 1,5 = 6,422(mm) chọn s = 6 (mm) Nhóm II.12.(Dn - Dt ). H. g thép. Dt Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn Chọn bề daỳ vật liệu thép 15XM là 6(mm) - Chiều cao gờ Tra bảng XIII. 2 STQTTB tập2- trang 385 Ta có s = 6 (mm) và h = 25(mm). - Khối lượng đáy và nắp : Tra bảng XIII. 11 STQTTB tập2- trang384 mda¢y = mna( ¢p = 106( Kg ) - Chiều cao toàn bộ tháp: H tha¢p = H na( ¢p + H da¢y + H thaˆn + H gờ = 350 + 350 + 2500 + 2 ´ 25 = 3250(mm) = 3,3(m) III.6.Tính bích nối nắp và đáy với thân tháp: Chọn kiểu bích rèn liền nối với thân tháp: Bích ghép giữa đáy nắp và thân tháp Kiểu bích hình tròn. Tra bảng XIII. 26 STQTTB tập2 Bích nối thân và nắp thiết bị - Dường kính trong của tháp Dt = 1400(mm) - Đường kính ngoài của tháp Dn = 1412 (mm) - Đường kính ngoài của bích D = 1500 (mm) - Đường kính tâm bulong Ds = 1460 (mm) - Đường kính mép vát Dl = 1413 (mm) - Đường kình bulong db = M24 (mm) - Số bulong Z= 40 (cái) - Độ dày của bích hbích = 35 (mm) - Khối lượng của bích nối đáy và thân tháp: m = ( p .D 2 4  - 2  .h.g = 3,14 ´1,5 2 4  - 3,14 ´ 1,412 2 4  ) ´ 0,035 ´ 7,85.10 3 = 55,269( Kg ) - Vậy tổng khối lượng củ bích: Z= 40 (cái) M TO~) NG = M 1 + M 2 = 2 ´ 55,269 = 110,538(Kg ) chọn M TO~) NG = 111(Kg ) III.7. Tính bộ phận đỡ vật liệu hấp phụ: Bộ phận đỡ vật liệu hấp phụ là đĩa đục lỗ gồm 2 phần bán nguyện được gắn trên vành hình tròn được hàn dính vào thân thiết bị - Đường kính của hạt than hoạt tính: dg = 0.004(m). - Chiều cao của lớp hấp phụ:1.58(m). - Đường kính tháp:1.4(m). - Đường kình lỗ:dl = 3(mm)= 0.003(m). - Bề dày của đĩa: sd = 5(mm)= 0.005(m). - Khoảng cách từ thân tháp đến đĩa: K = 15(mm)(2 phía= 2*15mm). - Đường kính của đĩa: Dd = 1.37(m). - Diện tích bề mặt đĩa: ST = p .Dd 4 2  = 3,14 ´ (1,37) 2 4  = 1,473(m 2 ) Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn - - - -  Khoảng cách giữa các lỗ: b = 2(mm) Số lỗ trong đĩa: n= 594 (lổ) Khối lượng đĩa phải chịu: m= 1215.5(Kg) Diện tích của lổ: S l = p .d l 4 2  = 3,14 ´ (0,003) 2 4  = 7,065.10 -6 (m 2 ) - - Diện tích bề mặt đĩa sau khi đục lổ: S S = S T - n.S l = 1,473 - (594 ´ 7,065.10 -6 ) = 1,496(m 2 ) Tải trọng đĩa phải chịu: P = m ´ g ´ b S d .S s  = 1215,5 ´ 9,81´ 0,002 0,005 ´1,496 = 3246,89( N / m 2 ) - - - Tải trọng đĩa phải chịu tính theo độ dày: q = P.S d = 3246,8 ´ 0,005 = 16,234( N / m 2 ) Thể tích của đĩa: v = S S .h = 1,469 ´ 0,005 = 7,345.10 -3 (m 3 ) Khối lượng của bộ phận đỡ vật liệu hấp phụ: md = 7,345.10 -3.r the¢p = 7,345.10 -3 ´ 7407,4 = 54,41( Kg ) III.8.Tính chân đỡ: - Tổng số lượng toàn tháp khi đã có lớp hấp phụ: .m(tháp) = m(thân) + m(đáy) + m(nắp) + m(bích thân) + mo + me = 500 + 106 ´ 2 + 11 + 1212,656 + 54,41 + 92 + 12 = 2.194,066(Kg ) - Tải trọng toàn tháp: D = m(tháp) × g = 2.194,066 × 9,81 = 21.523,79 (N) - Chọn tháp 3 chân đỡ: + Tải trọng trên chân: G = D 3  = 21523, 79 3  = 7174,596( N ) + Tra bảng XII. 35 STQTTB tập2- trang 437 Thép làm chân là thép CT3 L=250(mm) B=180(mm) B1=215(mm) B2=290(mm) H=350(mm) h =185(mm) s = 16(mm) l = 90(mm) d= 27(mm) - Bề mặt chân đỡ: F = 444 ´10 -4 (m 2 ) - Khối lượng một chân: Nhóm II.12 Đồ án xử lý khí thải Xử lý H2S bằng than hoạt tính  GVHD : Chu Mạnh Đăng CNBM: Lâm Vĩnh Sơn m = F .S.g THE ¢P = 444 ´10 -4 ´ 0,014 ´ 7,85 = 4,88(Kg ) Chọn một chân 5 (Kg) - Suy ra, 3 chân 3* 5= 15 (Kg) - Thiết bị phụ: Chụp hút: có tác dụng thu hồi chi thải vào hệ thống xử lí Quạt hút. Bơm : dùng để điều chỉnh lưu lượng chi vào tháp. Thiết bị gia nhiệt: cung cấp không chi sạch, khô đã được gia nhiệt phục vụ cho quá trình nhả hấp. Thiết bị thu hồi H2S. Ong khói. III.9.Dự đoán gía thành: Tiền thép để làm tháp: m(tha¢p) ´ đồng/Kg = 2194,066 x 24000 = 52.657.584( đồng) Tiền để lầm chân: 15 × 24000 = 360.000 (đồng) Tổng giá thành toàn bộ tháp: 53.017.584 (đồng). Nhóm II.12