TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG
Đ ồ

á

n

mô

n

h

ọ

c :
Đ ề

t

à

i

:
TP.HCM, THÁNG
07/2010

MỤC LỤC
CHƯƠNG I

2
bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit ………………… 13
- Xử lý khí SO
2
bằng các chất hấp thụ hữu cơ…………………… 14
- Hấp phụ khí SO
2
bằng than hoạt tính…………………………… 15
- Hấp phụ khí SO
2
bằng vôi, đá vôi, đolomit………………………15
CHƯƠNG II
ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
- Lựa chọn dung dịch hấp thụ………………………………………17
- Sơ đồ công nghệ………………………………………………… 18
- Thuyết minh sơ đồ công nghệ…………………………………….19
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ
I. CÂN BẰNG VẬT
CHẤT………………………………………… 20
II. XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CÂN
BẰNG……………………………… 22
III. XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC………………………………….26
CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ
I. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ…………………………….28
II. TÍNH CHIỀU CAO THÁP HẤP THỤ
1. Chiều cao tháp hấp thụ……………………………………………32
2. Tính trở lực tháp………………………………………………… 36
III. TÍNH CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ

công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh là các lò hơi dùng nhiên liệu
đốt lò chính là gỗ củi, than đá hoặc dầu F.O. Các sản phẩm cháy do việc
đốt các nhiên liệu trên thải vào không khí thường là nguyên nhân dẫn
đến tình trạng ô nhiễm môi trường.
II. ĐẶC ĐIỂM KHÓI THẢI TỪ LÒ HƠI
- Đặc điểm khói thải của các loại lò hơi khác nhau, tùy theo loại nhiên
liệu sử dụng.
- SO
2
chủ yếu sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu bằng than đá hoặc dầu
F.O.
 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá
- Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang bụi, CO
2
, CO, SO
2
, SO
3
,
NO
x
…do thành phần hóa chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá
trình cháy tạo nên.
- Hàm lượng lưu huỳnh trong than khoảng 0,5% nên trong khí thải có
SO
2
với nồng độ khoảng 1333mg/m
3
.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

0,4
NO
x
428
( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ
công nghiệp – Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường
Tp.HCM )
Bảng: Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi
Loại lò hơi Chất ô
nhiễm
Lò hơi đốt bằng củi
Khói + tro bụi + CO + CO
2
Lò hơi đốt bằng than đá
Khói + tro bụi + CO + CO
2
+ SO
2
+ SO
3
+ NO
x
Lò hơi đốt bằng
dầu
F.O
Khói + tro bụi + CO + CO
2
+ SO
2
+ SO

/m
3
Tác
hại
20 - 30 Giới hạn gây độc tính
50
Kích thích đường hô hấp, ho
130 - 260 Liều nguy hiểm sau khi hít thở (30 - 60 phút)
1000 - 1300 Liều gây chết nhanh (30 - 60 phút)
- SO
2
có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc
các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt. Cuối cùng,
chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn.
- Khi tiếp xúc với bụi, SO
2
có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có khả năng xâm
nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 μm.
- SO
2
có thể xâm nhập vào cơ thể qua da và gây ra các chuyển đổi hóa
học. Kết quả là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát
qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt.
- Trong máu, SO
2
tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển
hóa đường và protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme
oxydaza, tạo ra methemoglobine để chuyển Fe
2+
(hòa tan) thành Fe

2
·
- Phản ứng giữa hợp chất gốc
HOSO
2
·
và O
2
sẽ cho ra hợp chất gốc
HO
2
·
và SO
3
:
HOSO
2
·
+ O
2
→
HO
2
·
+ SO
3
- Lưu huỳnh triôxít SO
3
sẽ phản ứng với nước và tạo ra H
2

pH<4,0
Xuất hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu.
- Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn
thương lá cây, gây trở ngại quá trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng
và rơi rụng, làm giảm độ màu mỡ của đất và cản trở sự sinh trưởng của
cây cối.
- Làm tổn hại sức khỏe con người: các hạt sulfate, nitrate tạo thành trong
khí quyển làm hạn chế tầm nhìn. Hơn nữa, do hiện tượng tích tụ sinh
học, khi con người ăn các loại cá có chứa độc tố, các độc tố này sẽ tích
tụ trong cơ thể và gây nguy hiểm đối với sức khỏe con người.
- Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc.
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO
2
 Hấp thụ khí SO
2
bằng
nước
- Là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO
2
trong khí thải, nhất là trong khói từ các lò công
nghiệp.
- Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được.
SO
2
+ H
2
O  H
+
+
HSO

3
2CaSO
3
+ O
2
 2CaSO
4
- Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, chi phí
vận hành thấp, chất hấp thụ rẻ, dễ tìm, làm sạch khí mà không cần phải
làm lạnh và tách bụi sơ bộ, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông
thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện
tích xây dựng.
- Nhược điểm: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO
4
và CaSO
3
, gây tắc
nghẽn các đường ống và ăn mòn thiết bị.
( Trang 95 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )
 Xử lý khí khí SO
2
bằng ammoniac
- Phương pháp này hấp thụ khí SO
2
bằng dung dịch ammoniac tạo muối
amoni sunfit và amoni bisunfit theo phản ứng sau:
SO
2
+ 2NH
3

MgO + SO
2
 MgSO
3
MgSO
3
+ SO
2
+ H
2
O  Mg(HSO
3
)
2
Mg(HSO
3
)
2
+ MgO  2MgSO
3
+ H
2
O
- Ưu điểm: có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu
được axit sunfuric như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao,
MgO dễ kiếm và rẻ.
- Nhược điểm: quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao,
tổn hao MgO khá nhiều.
(Trang 105 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
(Trang 106 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

 Xử lý SO
2
bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit
- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:
Na
2
CO
3
+ SO
2
 Na
2
SO
3
+ CO
2
Na
2
SO
3
+ SO
2
+H
2
O  2NaHSO
3
2NaHSO
3
+ ZnO  ZnSO
3

+ SO
2
 2C
6
H
3
(CH
3
)
2
NH
2
. SO
2
- Nếu khí thải có nồng độ SO
2
thấp thì quy trình này không kinh tế vì tổn
hao xyliđin.
(Trang 112 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
Quá trình khử SO
2
bằng
đimetylanilin
- Với khí thải có trên 35% (thể tích) khí SO
2
thì dùng đimetylanilin làm
chất hấp thụ sẽ có hiệu quả hơn dùng xyliđin.
(Trang 113 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
 Hấp phụ khí SO
2

u

:

Thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO
2
từ lò hơi bằng thiết bị tháp
hấp thụ (tháp đệm).
 Nguồn khói thải từ lò hơi có các thông số sau
- Lưu lượng khí: 12000 m
3
/h
- Nồng độ SO
2
: 8000 mg/m
3
- Nhiệt độ khói thải: 250
0
C
- Nồng độ bụi: 300 mg/m
3
- Áp suất: 1atm
 Quy chuẩn
- Theo QCVN 19: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO
2
được tính theo công thức sau:
C
max
= C . K
p

= 500
mg/Nm
3
 Theo mục 2.3 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta có lưu lượng nguồn thải là
12000 m
3
/h < 20000 m
3
/h nên hệ số K
p
=
1
 Theo mục 2.4 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta chọn hệ số K
v
= 1,0
Ta
có:

- Nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO
2
:
C
bụi
= 200 . 1 . 1 = 200 mg/Nm
3
C
SO2
=500 . 1 . 1 = 500 mg/Nm
3
- Vì thế, ta áp dụng QCVN 19: 2009/BTNMT cho đầu ra của HTXL.

=
8000. 22,4 .(273

+

55)
=

3364(

ppm)
64 . 273
- Ta thấy, nồng độ SO
2
ban đầu là rất lớn (3364 ppm > 2000 ppm) nên
không áp dụng phương pháp hấp thụ SO
2
bằng huyền phù sữa vôi được.
- Đối với nồng độ cao, ta có thể áp dụng phương pháp hấp thụ SO
2
bằng
nước hoặc bằng các dung dịch hấp thụ có chứa Natri như NaOH và
Na
2
CO
3
.
- Tuy nhiên, khí SO
2
có độ hòa tan trong nước khá thấp nên thường phải

Cyclone
Quạt
Bơm
Lò hơi
NaOH
H
2
O
Van
Xử
lí
Nước sau
lắng
Thùng chứa
Cặn
Bể lắng
 Thuyết minh sơ đồ công nghệ
- Vì nồng độ bụi tương đối cao hơn so với nồng độ cho phép (300 mg/m
3
> 200 mg/m
3
) nên ta phải xử lý bụi. Cho dòng khí thải có chứa bụi đi
qua Cyclone để thu hồi bụi.
- Do nhiệt độ dòng khí thải cao (250
0
C) nên sau khi qua Cyclone, dòng
khí được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống thích
hợp cho quá trình hấp thụ xảy ra hiệu quả.
- Dùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên. Dung dịch hấp thụ NaOH
được bơm từ thùng chứa lên tháp và tưới trên lớp vật liệu đệm theo

2
O  3NaHSO
3
- Khí sạch đi vào ống khói và thải ra môi trường có nồng độ SO
2
đạt tiêu
chuẩn cho phép C
max
(Theo QCVN 19: 2009/BTNMT).
- Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều natri sunfit, natri bisunfit và
khói bụi. Một phần dung dịch được bơm trở lại thùng chứa qua van điều
chỉnh lưu lượng và tiếp tục được bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm nếu
lượng dung dịch NaOH còn dư nhiều. Phần dung dịch còn lại được đưa
đến bể lắng để lắng các cặn bẩn. Cặn sau lắng được đem chôn lấp còn
nước sau lắng được đưa đi xử lí rồi mới thải ra môi trường.
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
- Lưu lượng khí: 12000 m
3
/h
- Nồng độ SO
2
đầu vào: 8000 mg/m
3
- Nhiệt độ khí vào tháp: 55
0
C
- Nồng độ bụi: 300 mg/m
3
- Áp suất: P
o

- Suất lượng mole của hh khí đi vào tháp:
G
1
=

PV
=
RT
1.12000
0,082.(273

+

55)
= 446,163(kmol
/

h)
- Suất lượng mole của SO
2
:
đ
SO

2



đ
= 446,163

−1,5 = 444,663(kmol
/

h)
- Nồng độ phân mole của SO
2
trong hỗn hợp khí:
đ
đ
A
A
G
1
-
Tỉ số
mol:
=
1,5
446,163
= 3,362.10
−
3
(mol SO
2
/


đ
G
1 A
B
G
y =
y
−3
A
- Khối lượng riêng của pha khí ở 0
0
C và 1atm:
1
đ
1

−
y

đ
3,362.10
−
3
=
A
+
A
=
+



m
3
)
- Khối lượng riêng của pha khí ở 55
0
C và 1atm:
đ
=

〉

đ
.
P
.

T
0
=

1,295.
1
.
273
=

1,078(kg / m
3
)

1,40625(kmol

/
h)
- Suất lượng mole của SO
2
còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:
c
=
G

đ
−

M =

1,5

−1,40625

=

0,09375(kmol

/

h)
- Suất lượng mole của khí ở đầu ra:
B
=

=

0,09375
444,757
= 0,211.10
−
3
(mol SO
2
/

mol hhkhí

)
c
Y
c
=
A
=

0,211.10
=

0,211.10

−
3
1
−

1

−

0,211.10
=
0,7733(kg
/

m
3
)
〉

hhc
〉

SO

2
〉

kk
2,93 1,293
=>
〉
hhc
=

1,293(kg

C):
c
=

〉

c
.
P
.
T
0
=

1,293.
1
.
273
=

1,128(kg / m
3
)
P
0
T
1
273

+

C
0,0 0 0 0 0 0 0 0
0,5
21 29 42 60 83 111 144
1,0
42 59 85 120 164 217 281
1,5
64 90 129 181 247 328 426
2,0
86 123 176 245 333 444 581
2,5
108 157 224 311 421 562 739
3,0
130 191 273 378 511 682 897
3,5
153 227 324 447 603 804
4,0
176 264 376 518 698
4,5
199 300 428 588 793
5,0
223 338 482 661
(Trích Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá
trình hấp thụ).
- Điều kiện làm việc của quá trình hấp thụ là ở 40
0
C và áp suất 1atm .
Bảng: Bảng thể hiện độ hòa tan của SO
2
trong nước ở 40

2
O

P h a
k

h

í

- Nồng độ phần mole SO
2
trong pha khí:
p
*
y
*
=

SO

2
=
P
t
60
760
= 0,07895
- Tỉ số mol:
Y =

mol
SO
2
trong dung dich
x =
=

64
=

0,0014
mol
SO
2
trong dung
dich +
mol
H

2

O
0,5
64
+

100
18
- Tỉ số mol:
X

0,07895 0,0014
1,0 120
0,15789 0,0028
1,5 181
0,23816 0,0042
2,0 245
0,32237 0,00559
2,5 311
0,40921 0,00698
3,0 378
0,49737 0,00837
3,5 447
0,58816 0,00975
4,0 518
0,68158 0,01112
4,5 588
0,77368 0,0125
5,0 661
0,86974 0,01387