TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ TRONG XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
Xử lý ô nhiễm không khí
Phương pháp hiệu quả để loại bỏ hoặc giảm thiểu khí ô nhiễm bao gồm việc phá hủy các chất ô nhiễm thông qua quá trình đốt cháy bằng nhiệt hoặc xúc tác Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng ngọn lửa mạnh, lò đốt nhiệt độ cao, hoặc lò phản ứng đốt cháy xúc tác.
Chuyển đổi các chất ô nhiễm thành các dạng ít độc hại hơn thông qua phản ứng hóa học là một phương pháp hiệu quả, ví dụ như việc chuyển đổi các oxit nitơ (NOx) thành nitơ và nước Quá trình này được thực hiện bằng cách bổ sung amoniac vào ống khói khí trước lò phản ứng xúc tác có chọn lọc.
• Thu thập các chất ô nhiễm bằng cách sử dụng hệ thống kiểm soát ô nhiễm không khí trước khi đưa nó vào bầu khí quyển.
Các thiết bị phổ biến nhất được sử dụng để kiểm soát phát thải bụi bao gồm:
• Lọc bụi tĩnh điện (loại ướt và khô),
• Bộ lọc vải (còn gọi là nhà túi),
Trong nhiều trường hợp, việc sử dụng nhiều thiết bị cùng lúc có thể nâng cao hiệu quả loại bỏ các chất gây ô nhiễm Chẳng hạn, một cyclone có thể được áp dụng để loại bỏ bụi lớn trước khi dòng khí ô nhiễm đi vào tháp rửa ướt.
- Thiết bị điều khiển chung cho các chất ô nhiễm dạng khí và hơi nước bao gồm:
• Lò phản ứng xúc tác,
Phương pháp hấp thụ
Việc hấp thụ để loại bỏ một hoặc nhiều thành phần trong hỗn hợp khí là một trong những hoạt động quan trọng nhất trong việc kiểm soát ô nhiễm khí thải.
Hấp thụ là một quá trình trong đó một chất gây ô nhiễm khí được hòa tan trong một chất lỏng. Định nghĩa:
Sự hấp thu là quá trình chuyển giao khối lượng, trong đó một hơi tan A trong hỗn hợp khí được hấp thụ bởi chất lỏng Quá trình này xảy ra khi chất tan có khả năng hòa tan hơn hoặc ít hơn chất lỏng.
Hỗn hợp khí chủ yếu bao gồm khí trơ và khí tan, trong đó chất lỏng đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn khí đốt, với sự bay hơi tương đối nhẹ Một ví dụ điển hình là sự hấp thụ amoniac từ hỗn hợp khí-amoniac vào nước Nguyên tắc và phương trình tổ chức cũng áp dụng trong quá trình giải hấp ngược lại hoặc quá trình đẩy.
- Cơ chế của quá trình hấp thụ:
Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất hấp thụ.
Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ
Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong khối chất lỏng hấp thụ.
Khi dòng khí đi qua chất lỏng, chất lỏng hấp thụ khí, trong giống như cách đường được hấp thu trong một ly nước khi khuấy.
Hấp thụ thường được gọi là lọc khí, và có nhiều loại khác nhau của thiết bị hấp thụ.
Các loại chính của thiết bị hấp thụ khí bao gồm tháp phun, cột đóng gói, buồng phun, và máy lọc nhanh.
Hấp thụ có thể đạt hiệu quả loại bỏ ô nhiễm lên đến hơn 95% Tuy nhiên, một vấn đề tiềm ẩn là chất lượng nước thải, khi chuyển đổi ô nhiễm không khí thành ô nhiễm nguồn nước.
Khi khí hoặc hơi nước tiếp xúc với chất rắn, một phần của chúng sẽ được chất rắn hấp thụ Các phân tử có thể biến mất khỏi khí, thâm nhập vào bên trong chất rắn, hoặc vẫn giữ lại ở bề mặt Hiện tượng này trước đây được gọi là hấp thụ và giải thể.
- Vai trò của phương pháp hấp thụ khí
Thu hồi các cấu tử quý
Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng
Tạo thành sản phẩm cuối cùng
Hấp thu vật lý: không tương tác hóa học
Quá trình thuận nghịch: xảy ra đồng thời hấp và nhả hấp.
Hấp thu hóa học: xảy ra phản ứng hóa học. Ưu điểm:
Rẻ tiền, nhất là khi sử dụng H2O làm dung môi hấp thụ các khí độc hại như H2S,
SO2,NH3,HF,…có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này.
Có thể kết hợp rửa khí để làm sạch bụi trong khí thải khi chứa bụi và các chất độc hại, đặc biệt là khi các chất khí này có khả năng hòa tan tốt trong nước.
Hiệu suất làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng khí cao, khiến việc xử lý khí thải ở nhiệt độ quá cao trở nên khó khăn Quá trình hấp thụ tỏa nhiệt, do đó, cần thiết kế và vận hành hệ thống hấp thụ với thiết bị trao đổi nhiệt để làm nguội, nhằm tăng hiệu quả xử lý Tuy nhiên, việc này làm cho thiết bị trở nên cồng kềnh và phức tạp trong vận hành.
Khi làm việc, hiện tượng "sặc" dễ xảy ra nếu không kiểm soát tốt mật độ tưới của pha lỏng, đặc biệt khi khí thải có hàm lượng bụi cao.
Việc lựa chọn dung môi phù hợp cho quá trình xử lý chất khí không tan trong nước là một thách thức lớn Sử dụng dung môi hữu cơ có thể gây ra lo ngại về độc tính đối với người sử dụng và môi trường Do đó, việc tìm kiếm dung môi thích hợp không chỉ là vấn đề kỹ thuật mà còn mang tính kinh tế, vì giá thành dung môi ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí và hiệu quả của quá trình xử lý.
Việc tái sinh dung môi, đặc biệt là khi sử dụng những loại dung môi đắt tiền, là rất cần thiết để giảm thiểu chất thải thứ cấp Chất thải này không chỉ gây ô nhiễm nguồn nước mà còn đòi hỏi đầu tư vào hệ thống xử lý nước thải, làm cho quy trình trở nên phức tạp và tốn kém hơn.
CÁC LOẠI THÁP HẤP THỤ HƠI KHÍ ĐỘC
Tháp đệm
3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tháp đệm
Thân tháp rỗng bên trong được lấp đầy bằng các vật liệu đệm đa dạng như gỗ, nhựa, kim loại, gốm và sành sứ Những vật liệu này có nhiều hình dạng khác nhau, bao gồm hình trụ, hình cầu, dạng tấm, dạng yên ngựa và lò xo Để đảm bảo sự ổn định, có thêm lưới đỡ cho các vật liệu đệm này.
- Ống dẫn dòng khí và chất lỏng vào ra tháp
Bộ phận phân phối trong tháp là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lỏng được phân phối đều lên khối đệm Các thiết bị phân phối thường được sử dụng bao gồm lưới phân phối, màng phân phối, vòi phun hoa sen với các hình dạng như trụ, bán cầu, và khe Ngoài ra, bánh xe quay cũng là một lựa chọn hiệu quả, với thiết kế ống có lỗ giúp phun chất lỏng một cách đồng đều và ổn định.
- Lớp đệm tách hạt lỏng: để chỉ cho dòng khí sạch sau xử lý thoát ra ngoài.
Hính 1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tháp đệm
Khí thải vào tháp qua cửa dẫn khí, đi qua các lớp vật liệu lọc đã được bố trí sẵn Bề mặt các vật liệu lọc được làm ướt bằng dung môi thích hợp từ dàn vòi tưới, giúp hấp thụ hơi khí độc khi khí đi qua và tiếp xúc với dung môi, tạo ra các phản ứng hóa học Các hơi khí độc và bụi sẽ được giữ lại trong dung môi, sau đó dung môi này chảy xuống đáy tháp để thu hồi và hoàn nguyên Khí có lẫn chất lỏng tiếp tục đi lên qua lớp tách hạt lỏng, giữ lại hạt lỏng, và cuối cùng khí sạch thoát ra từ trên cùng của tháp Như vậy, dòng chất lỏng chảy từ trên xuống trong khi dòng khí cần hấp thụ di chuyển từ dưới lên.
3.1.2 Vật liệu đệm sử dụng trong tháp hấp thụ (tháp đệm)
Trong quá trình tối ưu hóa diện tích tiếp xúc giữa hai pha, các vật liệu như sành sứ, gỗ, nhựa, kim loại, gốm và vụn than cốc thường được sử dụng với nhiều hình dạng khác nhau như trụ, cầu, tấm, yên ngựa và lò xo.
Các vật liệu đệm được sắp xếp một cách có chủ đích hoặc ngẫu nhiên nhằm tối ưu hóa diện tích tiếp xúc và giảm thiểu cản trở dòng khí.
Tuổi thọ của vật liệu đệm chịu ảnh hưởng lớn từ điều kiện làm việc, có thể giảm từ 1-5 năm do tác động của ăn mòn, ô nhiễm hoặc vỡ Để nâng cao hiệu quả xử lý và kéo dài tuổi thọ của vật liệu đệm, việc thau rửa định kỳ là rất cần thiết.
- Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề dày δ.
- Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước:
+đường kính tương đương d (tđ) = 4r (thủy lực) = 4.S/n = 4 ε/a;
-Vận tốc dòng khí đi qua lớp đệm trong khoảng v=1-1,5 m/s
Hình 2 :Một số loại vật liệu đệm dùng trong tháp đệm
3.1.3 Lựa chọn dung dịch hấp thụ
Dung môi dùng trong quá trình hấp thu cần có các tính chất sau:
Tính chọn lọc hòa tan là khả năng hòa tan hiệu quả các cấu tử cần tách ra khỏi hỗn hợp khí, trong khi không hòa tan hoặc chỉ hòa tan rất ít các cấu tử khác Đây là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình tách chiết.
- Độ nhớt của dung môi: dung môi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thu.
- Nhiệt độ sôi của dung môi phải khác xa nhiệt độ sôi của chất cần hấp thu để dễ hoàn nguyên dung môi.
- Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hoà tan dễ dàng.
Để xử lý SO2 hiệu quả, dung môi hấp thu lý tưởng là dung dịch xút (NaOH) vì nó có nhiều ưu điểm như khả năng phản ứng tốt với SOx ở nhiệt độ cao, không tạo cặn, giá thành hợp lý, thao tác đơn giản, dễ bảo quản và dễ kiếm Mặc dù nước và dung dịch sữa vôi cũng là những lựa chọn rẻ tiền và dễ kiếm, nhưng nước không phù hợp do nhiệt độ khói thải cao lên đến 250°C.
Một số dung môi có thể chọn để hấp thụ khí SO2
Hấp thụ khí SO2 bằng nước là phương pháp đơn giản và hiệu quả được áp dụng từ sớm để loại bỏ khí SO2 trong khí thải, đặc biệt là trong khói từ các lò công nghiệp.
+Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được SO2 + H2O H + + HSO3-
Một nhược điểm của quá trình hòa tan khí SO2 trong nước là độ hòa tan của nó rất thấp, dẫn đến việc cần sử dụng một lượng nước lớn và phải đun nóng đến 100 độ C Điều này không chỉ tốn nhiều năng lượng mà còn làm tăng chi phí nhiệt một cách đáng kể.
Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi là một phương pháp phổ biến trong ngành công nghiệp nhờ vào hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ và dễ dàng tìm thấy ở khắp nơi.
Công nghệ này có nhiều ưu điểm nổi bật như tính đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu thấp và chi phí vận hành tiết kiệm Chất hấp thụ dễ tìm và giá thành rẻ, đồng thời có khả năng làm sạch khí mà không cần quá trình làm lạnh hay tách bụi sơ bộ Thiết bị có thể được chế tạo từ vật liệu thông thường, không yêu cầu vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng.
+ Nhược điểm: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO4 và CaSO3, gây tắc nghẽn các đường ống và ăn mòn thiết bị.
-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:
(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.
-Xử lý khí SO2 bằng magie oxit
Các phản ứng xảy ra như sau:
Quá trình này có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, đồng thời thu hồi axit sunfuric như một sản phẩm phụ Hiệu quả xử lý cao và nguyên liệu MgO dễ kiếm, giá thành rẻ, tạo điều kiện thuận lợi cho ứng dụng rộng rãi.
+Nhược điểm: quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao,tổn hao MgO khá nhiều.
Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit
- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:
+ Ưu điểm: có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao (200 - 250 0 C).
Nhược điểm của quá trình này là sự hình thành ZnSO4, điều này làm cho việc tái sinh ZnO trở nên không kinh tế Do đó, cần phải thường xuyên tách ZnSO4 ra và bổ sung lượng ZnO tương đương để đảm bảo hiệu quả.
Xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit
- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:
Na2CO3 + SO2 Na2SO3 + CO2
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.
Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ là phương pháp phổ biến được áp dụng trong việc xử lý khí thải từ các nhà máy luyện kim màu Phương pháp này giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cải thiện chất lượng không khí.
Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin
Chất hấp thụ được sử dụng là hỗn hợp xyliđin và nước theo tỉ lệ 1:1 2C6H3(CH3)2NH2 + SO2 2C 6 H3(CH3)2NH2 SO2
- Nếu khí thải có nồng độ SO2 thấp thì quy trình này không kinh tế vì tổn hao xyliđin.
+Quá trình khử SO2 bằng đimetylanilin
Với khí thải có trên 35% (thể tích) khí SO2 thì dùng đimetylanilin làm chất hấp thụ sẽ có hiệu quả hơn dùng xyliđin.
- Hấp thụ bằng hổn hợp muối nóng chảy: Xử lý ở nhiệt độ cao dùng hổn hợp Cacbonat kim loại kiềm có thành phần như sau:LiCO3 32%, Na2CO3 33%, K2CO3
Tháp sủi bọt
3.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Tháp mâm là một thiết bị công nghiệp có cấu trúc hình trụ thẳng đứng, bên trong được trang bị nhiều mâm với cấu tạo đa dạng Các mâm này cho phép pha lỏng và pha hơi tiếp xúc và tương tác với nhau, tạo ra quá trình tách biệt và trao đổi nhiệt hiệu quả.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị là khí thải cần làm sạch sẽ đi vào khoang trống phía dưới, với dòng khí đi từ dưới lên Khí thải sẽ đi qua các lỗ trên các mâm có đục lỗ, sục qua lớp dung dịch hấp thụ và tạo ra bọt Khi đó, khí cần xử lý sẽ bám vào bề mặt của các bọt khí-lỏng, giúp xử lý dòng khói thải hiệu quả.
Tốc độ hoạt động cao cho thấy sự tích tụ hơi lớn qua chất lỏng không thường xuyên, với các lỗ không phun trào đáng kể ở tốc độ hơi tại điểm thoát Sự tương tác giữa khí và chất lỏng trong thiết kế khay tạo ra sự hỗn loạn ở hai giai đoạn, làm tăng phạm vi di chuyển của chất lỏng theo hướng dòng chảy vào dòng hơi Chất lỏng chứa khí có thể tồn tại dưới dạng bọt ở vận tốc hơi thấp hoặc hơi liên tục ở vận tốc cao Hệ thống sủi bọt mang lại lợi ích nổi bật, vì tháp hấp thụ không cần lớp đệm bằng vật liệu rỗng, giúp tránh tình trạng đóng cặn gây tắc nghẽn Tuy nhiên, do khí phải sục qua lớp dung dịch, sức cản khí động của hệ thống cao, nên vận tốc dòng khí qua tiết diện ngang của thiết bị hấp thụ cần được giới hạn ở mức thấp.
Hình 3 Biểu đồ mô tả hoạt động của tháp sủi bọt
Hình 4 Sơ đồ hoạt động của tháp khi lượng dung môi thấ
Hình 5 S đ ho t đ ng c a tháp có hi n tơ ồ ạ ộ ủ ệ ượng đ ng sọ ương
Thân tháp và mâm được chế tạo từ vật liệu phù hợp với khả năng chống ăn mòn của môi trường làm việc Thân tháp thường có dạng hình trụ tròn, được lắp ráp từ các đoạn tháp ghép nối bằng mặt bích Độ dày của vật liệu được xác định dựa trên mức độ ăn mòn của môi trường và áp suất làm việc bên trong tháp.
Mâm được gắn cố định vào tháp Nếu cần phải có vòng đỡ hoặc thanh đỡ để mâm được thẳng.
Hình 6 S đ ho t đ ng c a tháp ơ ồ ạ ộ ủ khi ch t l ng phân b không đ uấ ỏ ố ề Hình 7 Hi n tệ ượng l t trong thápụ
Hình 8 Bố trí mâm hai ngăn và một ngăn
Khoảng cách mâm được xác định dựa trên các yếu tố như điều kiện sản xuất, bảo trì và chi phí hợp lý Sau khi tháp hoạt động, cần kiểm tra lại khoảng cách này để đảm bảo không xảy ra tình trạng ngập nước.
Khoảng cách giữa các khay được xác định bởi yêu cầu bảo trì và thiết kế cấu trúc hỗ trợ của cột lớn Để thuận tiện cho việc làm sạch và sửa chữa, không gian thu thập dữ liệu đầy đủ là cần thiết Khoảng cách tối thiểu giữa các khay là 12 inch (30 cm) cho cột có đường kính dưới 5 ft (150 cm) và 18 inch (45 cm) cho cột có đường kính lớn hơn 10 ft (300 cm) Giữ khoảng cách giữa các khay ở mức tối thiểu không chỉ đảm bảo hiệu quả mà còn tiết kiệm chi phí.
Bảng 1: Khoảng cách mâm theo đường kính mâm Đường kính mâm D(m) Khoảng cách mâm H(m)
Khu vực chảy tràn đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển chất lỏng từ khay trên xuống khay dưới, đồng thời cho phép khí hơi thoát ra và đảm bảo thời gian lưu của chất lỏng Kích thước của khu vực này ảnh hưởng đến hiện tượng lụt và sự ổn định của bọt trong quá trình chảy tràn, với thời gian lưu cần thiết để đạt được sự tách biệt của hỗn hợp hai giai đoạn Đối với hệ thống không tạo bọt như rượu thấp hơn, thời gian lưu 3 giây là đủ, trong khi các hệ thống tạo bọt cao như tái sinh xúc ăn da yêu cầu 9 giây Để ngăn ngừa chất lỏng bịt kín khu vực bọt, chiều rộng tối thiểu của phần chảy tràn là 5 inch (12,7 cm) và độ dài âm bên tối thiểu phải đạt 60% đường kính cột để duy trì phân phối chất lỏng tốt Phạm vi vận tốc lý tưởng là từ 0,1 đến 0,7 ft/s, với tiêu chí thời gian cư trú từ 3 đến 5 giây.
Kể từ khi tách hỗn hợp chất lỏng hơi hoàn chỉnh ở đáy phần chảy tràn, vùng chảy tràn dốc có thể tối ưu hóa khu vực khay hoạt động Do đó, các khu vực chảy ở phía dưới nên chiếm khoảng 60% ở đầu.
Cần lưu ý rằng khu vực chảy tràn chỉ chiếm một phần nhỏ diện tích mặt cắt ngang.
Do đó, nếu nhỏ hơn thiết kế cũng không dẫn đến một hình phạt kinh tế đáng kể.
3.2.5 Gờ chảy tràn (cửa chảy tràn)
Gờ chảy tràn được thiết kế để kiểm soát chiều cao bọt trên khay, với chiều cao thường dao động từ 1 đến 4 inch (2,5-10 cm) Khe hở khu vực chảy tràn, nơi chất lỏng được thải ra từ dưới cùng của khu vực này vào khay bên dưới, nên nhỏ hơn chiều cao cửa đập khoảng 0,5 inch (1,25 cm) để đảm bảo kín khu vực chảy tràn.
Chiều cao của mục chất lỏng trên mâm cần đạt tối thiểu 50mm để đảm bảo hiệu quả tạo bọt tốt Yếu tố này phụ thuộc vào chiều cao gờ và mức chất lỏng trên gờ chảy tràn.
Chiều cao mực chất lỏng trên gờ chảy tràn được tính theo công thức Francis:
How: chiều cao chất lỏng trong cửa chảy tràn (m)
: vận tốc dòng chảy ngang của chất lỏng, trên đập (ms -1 )
: chiều dài tràn của cửa chảy tràn (m)
: gia tốc trọng trường (ms -2 )
3.2.6 Khu vực hở trên mâm (lỗ trên mâm)
Khu vực hở trên mâm cho phép khí hơi thoát qua sàn khay thông qua các lỗ, van và khe có nắp chụp, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của khay tốc độ hơi cao Vận tốc lỗ cao tạo ra lực cuốn theo chất lỏng nặng phía trên và giảm áp lực, trong khi vận tốc lỗ thấp có thể dẫn đến hiện tượng "động sương" hoặc chất lỏng "lọt" vào khay bên dưới Sự giảm áp lực từ khu vực mở cũng ảnh hưởng đến dòng chảy ngược trong khu vực chảy tràn.
Lỗ nhỏ với đường kính từ 3/16 đến 1/4 inch (4.76 - 6.35mm) mang lại hiệu suất thủy lực tốt hơn so với lỗ lớn có đường kính từ ½ đến ¾ inch (12.7 – 19.0mm) Mặc dù lỗ lớn thường có giá thành rẻ hơn, nhưng chúng cũng có nguy cơ ô nhiễm cao hơn Do đó, việc lựa chọn kích thước lỗ cần dựa trên yêu cầu thiết kế cụ thể.
3.2.7 Đường kính tháp Đường kính tháp hay tiết diện tháp tương ứng với suất lượng pha lỏng, pha khí đã cho phải đủ để khi tháp hoạt động không bị lụt hoặc lôi cuốn pha lỏng lên mâm quá nhiều Với loại mâm chop hay mâm xuyên lỗ ở trạng ngập lụt, vận tốc biểu kiến của pha khí vf (dựa trên diện tích bề mặt bốc hơi của mâm Sn ) liên hệ đến khối lượng riêng của hai pha như sau: vf = Cf x () 1/2 (m/s)
Diện tích bề mặt bốc hơi được tính bằng diện tích mâm St trừ đi diện tích ống chảy chuyền CF Đây là thông số năng suất phụ thuộc vào suất lượng của hai pha và được xác định thông qua đồ thị cho từng loại mâm.
Giá trị v nhỏ hơn được sử dụng để tính đường kính thực của tháp, với chất lỏng không tạo bọt lấy v bằng 80 – 85% vf, trong khi chất lỏng tạo bọt lấy v bằng 75% vf Trong thực tế, tháp hoạt động ở áp suất thường với giá trị v dao động từ 0.3 – 0.9 m/s Ngoài ra, để tiết kiệm chi phí chế tạo, tháp không nên có đường kính thay đổi theo sự biến đổi của chất lượng pha lỏng.
Tháp phun
3.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Hình 12 Quá trình xử lí khí ẩm trong hệ thống tháp phun
Tháp phun và buồng phun là thiết bị hấp thụ đơn giản, đóng vai trò là bộ tiếp xúc giữa khí và lỏng, giúp tối ưu hóa quá trình truyền nhiệt giữa hai giai đoạn này Công nghệ này có thể được áp dụng như một bình rửa khí, hiệu quả trong việc kiểm soát ô nhiễm không khí.
Bể chứa hình trụ rỗng, được chế tạo từ thép hoặc nhựa, kết hợp với vòi phun để phun chất lỏng vào bên trong Thiết bị bao gồm vỏ bể, tấm phân phối khí, vòi phun nước và tấm chắn nước, tạo nên hệ thống hoạt động hiệu quả.
Dòng khí chứa bụi đi vào thiết bị và được rửa bằng chất lỏng Các hạt bụi được tách ra khỏi khí nhờ va chạm với các giọt lỏng.
Chất lỏng tưới ướt bề mặt làm việc của thiết bị, trong khi đó, dòng khí tiếp xúc với bề mặt này Nhờ vào màng nước, các hạt bụi bị hút và tách ra khỏi dòng khí, giúp duy trì không gian làm việc sạch sẽ và hiệu quả.
Dòng khí bụi được sục vào nước, tạo thành các bọt khí giúp loại bỏ các hạt bụi ướt khỏi không khí Công nghệ này hoạt động như một bình rửa khí, hiệu quả trong việc kiểm soát ô nhiễm không khí Dòng chảy đối lưu đưa khí đầu ra với nồng độ chất ô nhiễm thấp nhất đến bể chứa chất lỏng Nhiều vòi phun được bố trí trên tháp ở các độ cao khác nhau để phun khí khi di chuyển lên, nhằm tối đa hóa số lượng giọt nước tiếp xúc với các hạt ô nhiễm và cung cấp diện tích bề mặt lớn cho quá trình hấp thụ khí.
Tháp phun hoạt động hiệu quả bằng cách tạo ra các giọt lỏng có kích thước từ 500 đến 1000 micromet, giúp thu thập cả chất gây ô nhiễm khí và hạt Mặc dù các giọt nhỏ hơn có thể hiệu quả hơn, nhưng chúng cần đủ lớn để không bị cuốn ra khỏi bể chứa khí Để duy trì vận tốc khí thấp từ 0,3 đến 1,2 m/s, tháp phun phải có kích thước lớn hơn so với các thiết bị lọc khác Tuy nhiên, một vấn đề phát sinh là sau khi rơi một khoảng cách ngắn, các giọt nước có xu hướng tích tụ hoặc va chạm vào thành tháp, dẫn đến giảm diện tích bề mặt chất lỏng tiếp xúc và làm giảm hiệu suất của bể chứa.
Hình 13 Tháp phun trong hấp thụ hơi khí độc
Tháp phun là thiết bị kiểm soát hiệu quả chi phí, chủ yếu dùng để điều hòa không khí, làm lạnh hoặc ẩm, cũng như loại bỏ khí Ngoài ra, chúng còn được ứng dụng trong các hệ thống thải khí khử lưu huỳnh, giúp giảm thiểu sự bịt kín và sự gia tăng cặn bẩn của các chất ô nhiễm.
Nhiều hệ thống khuếch tán sử dụng thuốc phun ở trước và dưới cùng của ống khuếch tán cơ bản nhằm loại bỏ các hạt lớn có thể làm tắc nghẽn.
Tháp phun là thiết bị hiệu quả trong việc loại bỏ hạt lớn và khí hòa tan cao, với mức giảm áp lực thấp, thường dưới 2,5 cm (1,0 in) nước, giúp giảm chi phí vận hành ống khuếch tán Tuy nhiên, chi phí bơm chất lỏng có thể rất cao.
Tháp phun là một bể chứa năng lượng thấp, hoạt động với công suất thấp hơn nhiều so với ống khuếch tán, và áp lực trong hệ thống thường dưới 2,5 cm Hiệu quả của tháp phun trong việc chắn các hạt nhỏ tương đối thấp so với các thiết bị khác, nhưng chúng rất thích hợp để chắn các hạt thô có kích thước từ 10 đến 25 mm Dù áp lực đầu vào của vòi phun chất lỏng tăng lên, tháp phun vẫn có khả năng chặn các hạt có đường kính 2,0 mm.
Áp lực chất lỏng cao ở các vòi phun có thể tạo ra những giọt nhỏ hơn Hiệu suất chặn tối ưu đạt được khi các giọt nhỏ được hình thành và có sự khác biệt về vận tốc giữa giọt và các hạt chuyển động lên cao Tuy nhiên, do có vận tốc lắng nhỏ, nên cần xác định một phạm vi kích thước giọt tối ưu để máy lọc hoạt động hiệu quả theo cơ chế này.
Dòng sản phẩm này tạo ra giọt có kích thước từ 500 đến 1000 m, với trọng lượng phun ở áp suất cao từ 2070-3100 kPa (300-450 psi), tạo ra một lớp sương mù hiệu quả Hiệu quả chắn hạt cao hơn có thể đạt được khi cơ cấu chắn bị tác động bởi quán tính Tuy nhiên, các vòi phun tiêu tốn nhiều năng lượng hơn để tạo ra giọt nhỏ hơn so với hoạt động của ống khuếch tán ở hiệu suất chắn tương tự.
Tháp phun là thiết bị hiệu quả trong việc hấp thụ khí, mặc dù không đạt hiệu suất cao như tháp đệm hay tháp đĩa Chúng đặc biệt hữu ích trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm có độ hòa tan cao hoặc khi có sự bổ sung hóa chất vào chất lỏng Chẳng hạn, tháp phun được sử dụng để loại bỏ khí HCl từ ống xả trong sản xuất axít clohiđric và trong quy trình sản xuất phân super lân, nơi khí SiF4 và HF được thải ra Ngoài ra, tháp phun còn được áp dụng để khử mùi hôi trong ngành sản xuất bột xương và mỡ động vật bằng cách khuếch tán khí thải với KMnO4.
Tháp phun có khả năng xử lý khối lượng lớn khí đốt trong môi trường ăn mòn, do đó chúng thường được sử dụng trong các hệ thống thải khí khử lưu huỳnh Chúng đóng vai trò quan trọng như giai đoạn đầu tiên hoặc thứ hai trong quá trình loại bỏ các chất ô nhiễm.
Trong tháp phun, việc tăng cường hấp thụ có thể đạt được bằng cách giảm kích thước giọt chất lỏng và tăng tỷ lệ chất lỏng so với khí (L/G) Tuy nhiên, điều này đồng nghĩa với việc tiêu tốn nhiều điện năng hơn và gia tăng chi phí hoạt động Bên cạnh đó, kích thước vật lý của tháp phun cũng sẽ hạn chế lượng chất lỏng và kích thước giọt nước có thể sử dụng.
3.3.4 Các chất ô nhiễm tác dụng
Chất đốt chủ yếu bao gồm hai nguyên tố là carbon (C) và hydro (H), bên cạnh đó còn chứa các nguyên tố khác như oxy (O), lưu huỳnh (S), nitơ (N), cũng như các hợp chất hữu cơ chứa halogen như clo và flo Ngoài ra, chất đốt còn có thể chứa độ ẩm và một số tạp chất hữu cơ, dẫn đến sự hình thành các chất ô nhiễm trong quá trình sử dụng.
Những chất ô nhiễm: bụi SOx, CO, NOx, THC, VOC.
Các khí acid: HCl, HF,…
Một số nguyên tố vi lượng dạng vết như các kim loại nặng: Pb, Cr, Cd, Hg, Ni, As,
Những chất ô nhiễm hữu cơ dạng vết: polychlorinated dibenzo (PCB), polyclorinate dibenzo para dioxin (PCDD), polyclorinate dibenzo furan
3.3.5 Ưu nhược điểm Ưu điểm
