Đồ án Xử lý khí SO2 bằng sữa vôi công suất 2000 m3/h

LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình làm đồ án, chúng em luôn nhận được sự quan tâm, tận tình truyền đạt những kiến thức chuyên môn cần thiết và quý báu nhất từ phía giáo viên hướng dẫn. Đến nay với sự dẫn dắt của cô chúng em đã hoàn thành đồ án “ Xử Lý Khí SO2 Bằng Sữa Vôi Công Suất 2000 m3/h”. Chúng em xin chân thành cảm ơn cô Võ Thị Thu Như người đã hướng dẫn giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này để đạt kết quả khả quan. Việc nghiên cứu và thu thập thông tin từ tài liệu sách báo, để chúng em có thể áp dụng tổng kết lại những kiến thức mà chúng em đã học, đồng thời rút ra kinh nghiệm thực tế trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Với kiến thức còn hạn chế, em mong rằng qua đồ án này, chúng em sẽ nhận được nhiều đóng góp quý báu của thầy cô nhằm giúp chúng em hiểu thêm và vận dụng kiến thức đó dể có thể đạt kết quả tốt hơn về sau. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Điểm bằng số Điểm bằng chữ: Tp.HCM, ngày ……….tháng…….năm 2010 (GV hướng dẫn ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Điểm bằng số Điểm bằng chữ: Tp.HCM, ngày ……….tháng…….năm 2010 (GV hướng dẫn ký và ghi rõ họ tên Chương 1: Tổng quan về khí thải SO2 Sunfua dioxit (SO2) là chất ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp cũng như trong các hoạt động của con người. Nguồn phát thải chủ yếu là từ các trung tâm nhiệt điện, từ các lò nung, lò hơi khí đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt có chưa S hay các hợp chất có chứa S. Ngoài ra, một số công đoạn trong công nghiệp hóa chất, luyện kim cũng thải vào khí quyển một lượng SO2 đáng kể. Trên thế giới hàng năm tiêu thụ đến 2 tỷ tấn than đá các loại và gần 1 tỷ tấn dầu mỏ. Khi thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu trung bình chiếm 1% thì lượng SO2 thải vào khí quyển là 60 triệu tấn / năm. Đó là chưa kể lượng SO2 thải ra từ các ngành công nghiệp khác. Vấn đề ô nhiễm khí quyển bởi khí SO2 từ lâu đã trở thành mối hiểm hoại của nhiều quốc gia nhất là các nước phát triển trên thế giới. Chính những lý do nêu trên, công nghệ xử lý sunfua dioxit trong khí thải công nghiệp đã được nghiên cứu rất sớm và phát triển mạnh mẽ. Ngoài tác dụng làm sạch khí quyển bảo vệ môi trường, xử lý SO2 còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO2 thu hồi được từ khí thải là nguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit sunfuaric (H2SO4) và lưu huỳnh nguyên chất. Với tầm quan trọng nêu trên, vấn đề xử lý SO2 đang được quan tâm và lựa chọn phương pháp để thực hiện. I. Đặc điểm khí SO2 Lưu huỳnh dioxit là một trong các chất chủ yếu gây ô nhiễm môi trường. Nó được sinh ra do sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch (than dầu khí đốt), thoát vào bầu khí quyển và là một trong những nguyên nhân chính gây mưa axit. Mưa axit tàn phá nhiều rừng cây, công trình kiến trúc bằng đá và kim loại, biến đất đai trồng trọt thành những vùng hoang mạc. Không khí chưa SO2 gây hại cho sức khỏe con người (gây viêm phổi, mắt,da ). SO2 là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong nước với nồng độ thấp ( ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hòa tan với 40 thể tích SO2 ). SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở -750C và nhiệt độ sôi ở -100C SO2 rất bền nhiệt (DH0tt = - 296,9 kJ/ mol ) Khí SO2 là một chất khí ô nhiễm khá điển hình. SO2 có khả năng hòa tan trong nước cao hơn các khí gây ô nhiễm khác nên dễ phản ứng với cơ quan hô hấp của con người và động vật. Độc tính chung của SO2 thể hiện ở rối loạn chuyển hóa protein và đường, thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza. Khi hàm lượng thấp, SO2 sưng niêm mạc. Khi liều lượng cao ( > 0,5 mg/m3) SO2 gây tức thở, ho, viêm loét đường hô hấp. Nếu hít phải SO2 nồng độ cao có thể gây tử vong. Khí SO2 là khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động thực vật mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các công trình kiến trúc,làm thiệt hại mùa màng, nhiễm độc cây trồng. 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 bột. Và 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, các hạt này có thể xâm nhập vào các các tuyến huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2 – 3 µm. SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bột. Hầu hết dân củ sống quanh khu vực nhà máy các khu công nghiệp có nồng độ SO2 đều mắc bệnh đường hô hấp. Khí SO2 trong khí quyển khi gặp các chất oxy hóa dưới tác động của nhiệt độ, ánh sang chúng chuyển thành SO3. Khi gặp nước SO3 + H2O = H2SO4 là nguyên nhân gây nên mưa axit gây thiệt hại lớn, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của thực vật. Khi tiếp xúc với môi trường có chứa hàm lượng SO2 từ 1 – 2 ppm trong vài giờ có thể gây thương tổn lá cây. Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa y, hàm lượng 0,15 – 0,3 ppm có thể gây độc tính cấp. Sự có mặt của SO2 trong không khí ẩm còn là tác nhân gây ăn mòn kim loại, bê tông và các công trình kiến trúc. SO2 làm hư hỏng, làm thay đổi tính năng vật lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôi đá hoa cương, đá cẩm thạch, phá hoại các tác phẩm điêu khắc, tượng đài. Sắt, thép và các kim loại khác ở trong môi trường khí ẩm, nóng và bị nhiễm SO2 thì bị han gỉ rất nhanh. SO2 cũng làm hư hỏng và giảm tuổi thọ các sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da và giấy… ± Sau đây là phạm vi nồng độ gây độc và các triệu chứng biểu hiện khi nhiễm khí SO2 . Nồng độ SO2 trong khí SO2 Tác hại gây độc 0,0008 – 0,013 0,020 – 0,030 0,05 0,130 – 0,260 1,000 – 1,200 Có thể ngửi thấy mùi Có kích thích đối với cổ họng. Kích thích mạnh đối với cổ họng gây ho. Chịu đựng được khoảng 0,5 đến giờ. Trong thời gian ngắn có thể gây nhiễm độc nặng. II. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp thu: Giới thiệu: Hấp thu là một quá trình cơ bản của kỹ thuật hóa học mà tron lĩnh vực kiểm soát ô nhiễm không khí, quá trình này cũng thường xuyên được ứng dụng để xử lý các hơi khí độc hại. Hấp thu là một quá trình truyền khối mà ở đó các phân tử chất khí chuyển dịch và hòa tan vào pha lỏng. Sự hòa tan có thể diễn ra đồng thời với một phản ứng hóa học giữa các hợp phần giữa pha khí và pha lỏng hoặc không có phản ứng hóa học. Truyền khối thực chất là một quá trình khuếch tán mà ở đó chất khí ô nhiễm dịch chuyển từ trạng thái có nồng độ cao hơn đến trạng thái có nồng độ thấp hơn. Việc khử chất khí ô nhiễm diễn ra theo ba giai đoạn: - Khuếch tán chất ô nhiễm đến bề mặt chất lỏng. Truyền ngang qua bề mặt tiếp xúa pha khí / lỏng ( hòa tan ). Khuếch tán chất khí hòa tan từ bề mặt tiếp xúc pha vào trong pha lỏng. Sự chênh lệch nồng độ ở bề mặt tiếp xúc pha thuận lợi cho động lực của quá trình và quá trình hấp thu khí diễn ra mạnh mẽ trong điều kiện diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, độ hỗn loạn cao và hệ số khuếch tán cao. Bởi vì một số hợp phần của hỗn hợp khí có khả năng hòa tan mới có thể hòa tan được trong chất lỏng, cho nên quá trình hấp thu chỉ có hiệu quả cao khi lựa chọn dung chất hấp thu có tính hòa tan cao hoặc những dung chất phản ứng không thuận nghịch với chất khí cần hấp thu. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thu: Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henry sẽ tăng. Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung. Kết quả làm ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung. Nếu đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm. Thậm chí có khi tháp không làm việc được vì nhiệt độ tăng quá so với yêu cầu kỹ thuật. Nhưng nhiệt độ tăng cũng có lợi là làm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng tăng. - Ảnh của áp suất: Nếu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng áp suất trong tháp thì hệ số cân bằng sẽ tăng và cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành. Khi đường làm việc AB không đổi dẫn đến động lực trung bình tăng qua trình truyền khối sẽ tốt hơn. Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăng nhiệt độ. Mặt khác, sự tăng áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vận hành của tháp hấp thu ảnh hưởng của các yếu tố khác Tính chất của dung môi, loại thiết bị, cấu tạo thiết bị, độ chính xác của dụng cụ đo, chế độ vận hành tháp…đều có ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thu. Các phương pháp xử lý: Để hấp thu khí SO2 có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại kiềm hoặc kiềm pha. Hấp thu bằng nước Quá trình xảy ra theo sơ đồ phản ứng: SO2 + H2O « H+ + HSO3- Hấp thu bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2 trong khí thải, nhất là trong khói từ các loại lò công nghiệp. Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nước gồm 2 giai đoạn: Hấp thụ SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải di qua lớp vật liệu đệm ( vật liệu rỗng ) cod tưới nước – scrubơ Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thu để thu hồi SO2 (nếu cần) và nước sạch. Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó nhiệt độ nước cất vào hệ thống hấp thu khí SO2 phải đủ thấp. Còn để giải thoát khí SO2 khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao. Cụ thể là 1000C thì SO2 bốc ra một cách hoàn toàn và trong khí thoát ra có lẫn cả hơi nước. Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thu được khí SO2 với độ đậm đặc » 100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric. Lượng nước thực tế phải lớn hơn một ít so với lượng nước lý thuyết vì nước sau khi ra khỏi thiết bị hấp thu không thể đạt tới mức bão hòa khí SO2 . Để giải hấp thu cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức phải có một nguồn cấp nhiệt công suất lớn. Ngoài ra, để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thu phải làm nguội nước xuống gần 100C – tức phải cần đến nguồn cấp lạnh. Đây là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém. Từ những vấn đề trên phương pháp hấp thu khí SO2 bằng nước chỉ áp dụng được khi: Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tương đối cao. Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ. Có sẵn nguồn nước lạnh. Có thể xả được nước có chứa ít nhiều axit ra sông ngòi. · Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nước: Hinh 1.1: sơ đồ xử lý khí SO2 bằng nước 1- tháp hấp thu; 2- tháp giải thoát khí SO2 ; 3- thiết bị ngưng tụ 4,5- thiết bị trao đổi nhiệt; 6- bơm 2.2. Hấp thu SO2 bằng sữa vôi: Xử lý SO2 bằng sữa vôi là phương pháp được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý rất cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi. Khí SO2 được thu hoài trong tháp rữa bằng sữa vôi, sữa vôi có tác dụng với SO2 theo phản ứng: SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O Ưu điểm nổi bậc của phương pháp này là công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, 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. · Sơ đồ công nghệ: hình 1.2: sơ đồ xử lý SO2 bằng sữa vôi. 2.3. xử lý khí SO2 bằng amoniac: Ammoniac và khí SO2 trong dung dịch nước có phản ứng với nhau và tạo ra muối trung gian amoni sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 và H2O để tạo ra muối amoni bisunfit theo phản ứng sau: SO2 + 2NH3 = (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: 2NH4HSO3 ® (NH4)2SO3 + SO2# + H2O Ngoài ra, trong dung dịch có thể xảy ra sự phân hủy sunfit và bisunfit amoni thành sunfat amoni và lưu huỳnh đơn chất theo phản ứng sau đây: 2NH4HSO3 + (NH4)2SO3 = 2(NH4)2SO4 + S + H2O Lưu huỳnh đơn nguyên chất hình thành theo phản ứng trên đến lượt mình lại tác dụng với amoni sunfit và tạo thiosunfat : (NH4)2SO3 + S = (NH4)2S2O3 Sau đó thiosunfat lại kết hợp với amoni bisunfit và tạo ra lưu huỳnh đơn chất nhiều hơn 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. · Sơ đồ công nghệ: Hình 1.3: Sơ đồ xử lý SO2 bằng ammoniac. 1- scrubơ; 2,4- thiết bị làm nguội; 3- tháp hấp thu nhiều tầng; 5- tháp hoàn nguyên; 6- tháp bốc hơi; 7- thùng kết tinh 8- máy vắt khô ly tâm; 9- nồi chưng áp. 2.4. Xử lý bằng magie oxit (MgO): Phương pháp này dựa trên các phản ứng sau: MgO + SO2 = MgSO3 Magie sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 để cho bisunfit : MgSO3 + SO2 +H2O = Mg(HSO3)2 Một phần magie sunfit tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sunfat: 2MgSO3 + O2 = 2MgSO4 Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO2 do đó phản ứng oxy hóa sunfit là không mong muốn. Tuy nhiên khi nồng độ MgSO4 trong dung dịch làm việc đạt 120 ¸ 160 g/l thì quá trình oxy hóa sunfit trong nước sẽ ngưng lại không tiếp tục xảy ra nữa. Magie bisunfit có thể bị trung hòa bằng cách bổ sung thêm MgO mới: Mg(HSO3)2 + MgO = 2MgSO3 + H2O Độ hòa tan của magie sunfit trong nước rất hạn chế, do đó MgSO3 sẽ kết tủa thành tinh thể hexahydrat MgSO3.6H2O và ở nhiệt độ 50oC hexahydrat biến thành trihydrat MgSO3.3H2O. Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử lý nhiệt ở nhiệt độ 800 ¸ 900oC để thu hồi MgO và SO2. Magie oxit được quay trở lại chu trình làm việc, còn SO2 đậm đặc có thể đưa sang công đoạn chế biến axit sunfuaric hoặc lưu huỳnh đơn chất. 2.5. xử lý SO2 bằng kẽm oxit ZnO: Ưu điểm chung của phương pháp này là quá trình phân ly kẽm sunfit ZnSO3 thành SO2 và ZnO xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với quá trình phân ly bằng nhiệt đối với MgSO3. Áp suất bão hòa của SO2 trên MgSO3 bằng 1atm ở nhiệt độ 650oC, trong lúc đối với ZnSO3 áp suất hơi bão hòa như trên có ở nhiệt độ chỉ bằng 260oC. Điều đó cho phép tiến hành phân ly ZnSO3 trong lò múp và thu hồi SO2 với nồng độ » 100% trong lúc MgSO3 được phân ly trong dòng sản phẩm cháy của nhiên liệu nung và chỉ đạt nồng độ không vượt quá 15 ¸ 20%. 2.6. xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ: Quá trình xử lý khí SO2 trong khí thải bằng các chất hữu cơ được áp dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thu SO2 được sử dụng phổ biến là các amin thơm như aniline C6H5NH2, toluidin CH3C6H4NH2, xylidin (CH3)2C6H3NH2 và dimetyl-anilin C6H5N(CH3)2. Thực tế cho thấy dung dịch xylidin trong nước có nhiều ưu điểm khi sử dụng để khử SO2 trong khói thải với nồng độ thấp, còn khi nồng độ SO2 trong khói thải tương đối cao (trên 2%) thì dimetyl- aniline có ưu thế hơn. · Quá trình sunfidin: Khí thải sơ bộ được làm nguội và lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bằng điện, sau đó cho qua các tháp hấp thu đặt nối tiếp nhau. Các tháp hấp thu được tưới hỗn hợp xylidin- nước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều của dòng khí và dung dịch hấp thu. Trong quá trình hấp thu SO2 bằng xylidin có tỏa ra một lượng nhiệt đáng kể, do đó cần làm nguội dung dịch bằng các thiết bị trao đổi nhiệt. Khí sạch đi ra khỏi tháp hấp thu có chứa hơi xylidin cần cho qua scrubơ để thu hồi hơi xylidin bằng axit sunfuric loãng. · Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – quá trình ASARCO Khí thải sau khi được lọc sạch bụi và các giọt sương axit sunfuric bằng bộ lọc điện và sucrubơ được đưa vào tháp hấp thu trong đó xảy ra ba quá trình sau: Hấp thu khí SO2 bằng dimetyl – aniline khan Khử SO2 còn lại trong khí bằng dung dịch natri cacbonat loãng để thu sunfit và bisunfit natri dùng cho các giai đoạn tiếp theo Hấp thu hơi dimetyl – aniline bằng axit sunfuric loãng và thu được sunfat dimetyl – aniline. Lựa chọn thiết bị: Để hấp thu khí SO2, các thiết bị hấp thu phải đáp ứng yêu cầu sau: · Hiệu quả hấp thu cao · Lưu lượng dòng khí phải lớn · Trở lực thấp · Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành · It kim loại · It bám cặn Thiết bị hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng càng lớn càng tốt. Sau đây là một số loại tháp thông dụng. * Tháp đệm: Chất lỏng thường được cho vào từ đỉnh tháp và được làm cho nhỏ giọt đều lớp vật liệu đệm có diện tích bề mặt rộng lớn. Dòng chảy lỏng – khí trong tháp đệm thường là dòng chảy ngược chiều. Tốc độ tối đa của các dòng chất lỏng và chất khí trong các tháp này được xác định bởi các yếu tố giới hạn như sự ngập lụt và sự lôi cuốn theo. Đặc điểm của tháp đệm là: Xảy ra hiện tượng ngập lụt khi lượng chất lỏng biến đổi, đường kính tháp nhỏ, chất lỏng dâng lên thấp, tổn thất áp suất thấp, khối lượng khô của lớp đệm nặng hơn mâm và giá thành thấp. Các tháp đệm được ưa chuộng đối với những hệ thống lắp đặt nhỏ, bảo dưỡng ăn mòn, các chất lỏng tạo bọt cao, tỉ lệ lỏng /khí (L/G) cao và yêu cầu độ giảm áp thấp. Ưu điểm: Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa khí và dung dịch lớn, khả năng hòa trộn giữa hai pha nhiều và thời gian lưu lớn. * Tháp mâm: Tháp mâm có cấu tạo là một thân tháp hình trụ thẳng đứng trong đó có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau. Hai mâm thông dụng nhất là mâm chop sủi bột và mâm lưới sang. Chất lỏng đi vào tháp ở đỉnh hoặc tại một mâm thích hợp nào đó và chảy xuống nhờ trọng lực qua mỗi mâm bằng ống chảy chuyền. Pha khí đi từ dưới lên qua mỗi mâm nhờ các khe hở do cấu tạo của mâm tạo nên. Trong các mâm, sự tiếp xúc giữa pha lỏng và pha khí diễn ra ở các mâm (chính xác hơn là diễn ra liên tục như trong một. Đặc điểm của tháp mâm là: Không gây ngập lụt khi biến động lượng chất lỏng, đường kính tháp lớn, chất lỏng dâng lên cao, tổn thất áp suất lớn, khối lượng khô của mâm ít hơn lớp đệm và giá thành cao. * Tháp phun: Tháp phun là tháp có cơ cấu phun chất lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất, trong đó chất lỏng được phun thành những giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua. Các tháp phun thường được áp dụng trong những trường hợp đòi hỏi độ giảm áp pha khí là nhỏ nhất và có sự hiện diện của các bụi lơ lửng trong dòng khí thải. Tháp hấp thu phải thoải mãn các yêu cầu sau: Hiệu quả và có khả năng cho khí đi qua, trở lực thấp (<3000 pa), kết cấu đơn giản và vận hành thuận tiện, khối lượng nhỏ, không bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp thu. Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ mỗi khí bị giảm xuống. Khí hấp thụ hóa học trong tháp xuất hiện đối lưu bề mặt, nghĩa là trên bề mặt phân chia pha xuất hiện dòng đối lưu cưỡng bức thúc đẩy quá trình truyền khối. Như vậy chọn thiết bị là tháp mâm xuyên lổ và dung dịch hấp thu SO2 là Ca(OH)2 vì các lý do sau: · Hệu quả hấp thu tốt · Dễ chế tạo · Dễ vận hành · Giá thành chế tạo không cao · Xử lý được với các khoảng dao động nồng độ rộng · Xử lý được với loại khí thải có nồng độ cao · Xử lý được với nhiều loại khí thải hoặc hỗn hợp khí thải Chương 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ YÊU CẦU THIẾT KẾ Công suất 2000m3 /h Lượng khí vào 1% khối lượng Nồng độ bụi ra đạt tiêu chuẩn loại A QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ: II.1. Công nghệ lựa chọn: ó Hấp thu khí SO2 bằng sữa vôi: · chất thải thứ cấp của quá trình xử lý ở dạng thạch cao CaSO4 không gây ô nhiễm thứ cấp cho nguồn nước và có thể tách ra khỏi nước đem chon lấp an toàn. SO2 + O2 = SO3 SO3 + Ca(OH)2 = CaSO4 + H2O · Ca(OH)2 là loại dung dịch rẻ tiền, dễ kiếm, ít ăn mòn thiết bị xử lý. · Dung dịch hấp thu các khí SO2, CO2 … còn có tác dụng làm nguội khí thải đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn về nhiệt độ khí thải đầu ra của ống khói. · Tháp hấp thu được chọn là tháp đệm với vật liệu đệm là vòng sứ có thể chịu được môi trường ăn mòn tốt và chịu được nhiệt độ cao, ngoài ra nó còn có tác dụng kết dính bụi và kim loại nặng trong khí thải vào dung dịch hấp thu sau đó được tách ra ở dạng cặn của bể lắng óVật liệu chế tạo tháp hấp thu: Do phải chịu tác dụng với khí thải và dung dịch có tính ăn mòn cao nên vật liệu chế tạo tháp hấp thu và các đường ống dẫn khí được lựa chọn là hợp kim thép đặc biệt thuộc loại thép không gỉ, chúng có tính chống ăn mòn cao trong điều kiện làm việc của thiết bị. Thiết bị xử lý tháp hấp thu bằng vật liệu thép không gỉ với lớp đệm vòng sứ do: Có khả năng chịu đựng trong môi trường hóa chất với nhiệt độ cao. Lớp đệm có tác dụng tăng diện tích và thời gian tiếp xúc giữa hai pha khí – lỏng nên quá trình hấp thu xảy ra triệt để hơn. Bố trí chuyển động ngược chiều: Khí chuyển động từ dưới lên, dung dịch từ trên xuống. Ngoài ra lớp đệm vòng sứ còn có tác dụng va đập, kết dính bụi và kim loại trong khí thải vào dung dịch hấp thu sau đó được tách ra ở dạng cặn trong bể lắng. Có tấm thép chống gỉ đục lổ để đỡ và phân phối đều khí qua tiết diện ngang của tháp. Nhược điểm chính là phát sinh một lượng nước thải. Nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách sử dụng tuần hoàn dung dịch xử lý nhằm triệt để lượng hóa chất trong dung dịch và giảm lượng nước thải ra ngoài. Theo phương pháp này, dung dịch xử lý được sử dụng tuần hoàn theo một trình chu trình kín, chỉ thải bỏ một lượng nhỏ khi tháo cặn bùn từ bể lắng II.2 quy trình công nghệ * Sơ đồ công nghệ: 1 3 4 2 5 6 7 * Chú thích: 1. Tháp hấp thu 6. Thùng hòa trộn dung dịch hấp thu 2. Bộ tách tinh thể 7. Máy nghiền 3. Bộ lọc chân không 8. Quạt 4, 5. Máy bơm v Thuyết minh quy trình công nghệ: Khói thải sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào tháp hấp thu 1, trong đó xảy ra quá trình hấp thu khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi. Nước chua (chứa axit) chảy ra từ tháp hấp thu được bổ sung thường xuyên bằng sữa vôi mới. Trong nước chảy ra từ tháp hấp thu có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dưới tinh thể: CaSO3.0,5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc tro bụi, do đó cần tách các tinh thể nói trên ra khỏi dung dịch bằng bộ tách tinh thể 2. Thiết bị số 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 tinh thể 2 dung dịch một phần đi vào tưới cho tháp hấp thu, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các tinh thể được giữ lại dưới dạng cặn bùn và thải ra ngoài. Vôi tôi (CaO) được đập vụn ở thiết bị 7, và cho vào thùng hòa trộn 6 để pha trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bộ lọc chân không số 3 cùng với một lượng nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới. Sức cản khí động của hệ thống không vượt quá 20mm cột nước. Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ thống xử lý khí thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT: