Tính tóan thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò hơi - Công ty TNHH Green Chemical nhà máy sản xuất Fỏmalyn 37 % Khu công nghiệp Long Bình - Biên Hòa - Đồng Nai

a Formalyn 37% với phenol, melamine – một kỹ thuật đang được sử dụng rộng rãi trong sản xuất veneer, MDF, PARTICLE BOARD,… Trong khi đối với Formalyn 37% và một số các loại keo khác, thời gian hữu hiệu càng lúc càng ngắn sẽ kéo theo sự giảm xuống rõ nét của chất lượng sản phẩm. Hiện nay, trong toàn bộ lượng Formalyn 37% và hơn 80 - 85% lượng một số keo khác nhập khẩu thì phần lớn hiệu lực thời gian sử dụng đã hết. Và dù cho chất lượng thấp như vậy, với các mác nhập khẩu, các loại keo trên vẫn được bán ra với giá rất đắt. Chính những điều này đã kéo theo chất lượng của các loại keo được chế tạo tại Việt Nam từ Formalyn 37% càng có chất lượng rất kém, hầu hết thời gian sử dụng đã hết hạn. Do vậy sản xuất Formalyn tại Việt Nam có thể giải quyết được các vấn đề nêu trên bằng sản phẩm chất lượng cao, giá thành thấp, cung cấp đến khách hàng trong thời gian ngắn nhất… và đủ sức cạnh tranh với các nước lân cận. Tuy nhiên, nhà máy sản xuất Formalyn 37% còn mắc phải một số khó khăn như chưa giải quyết triệt để vấn đề gây ô nhiễm môi trường, nhất là chưa giải quyết được lượng khí thải của nhà máy, làm cho môi trường không khí của KCN vốn đã ô nhiễm lại càng ô nhiễm hơn. Đồ án “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò hơi – Công ty TNHH Green Chemical – nhà máy sản xuất Formalyn 37% - KCN Long Bình – TP.Biên Hòa – Đồng Nai” được hình thành trên yêu cầu thực tế của công ty, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường và tạo tiền đề cho sự phát triển ngành sản xuất Formalyn. Mục tiêu của đề tài : Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò hơi – Công ty TNHH Green Chemical –Nhà máy sản xuất Formalyn 37% - KCN Long Bình – TP.Biên Hòa – Đồng Nai. C. Nội dung của đề tài : Tổng quan về nhà máy sản xuất Formalyn 37% - Công ty TNHH Green Chemical. Tổng quan về nhà máy sản xuất Formalyn 37% - Công ty TNHH Green Chemical. Khảo sát hiện trạng về công nghệ sản xuất và các nguồn thải nói chung, khí thải nói riêng của nhà máy sản xuất Formalyn 37% - Công ty TNHH Green Chemical. Tổng quan về các phương pháp xử lý khí thải. Thiết kế hệ thống xử lý khí thải cho nhà máy sản xuất Formalyn 37% - Công ty TNHH Green Chemical. Từ các số liệu về nguồn thải thu thập được tính toán, thiết kế hệ thống xử lý khí thải cho nhà máy sản xuất Formalyn 37% - Công ty TNHH Green Chemical. Tính toán kinh tế cho hệ thống xử lý khí thải. Kết luận và kiến nghị. CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT FORMALYN 37% - CÔNG TY TNHH GREEN CHEMICAL Tổng quan về nhà máy : Giới thiệu về nhà máy: Nhà máy sản xuất Formalyn 37% - công suất 120 tấn/ngày của công ty TNHH Green Chemical có mục đích chính thay thế hàng nhập khẩu, được cung cấp nhiều trong ngành chế biến gỗ (90 – 95%) đang phát triển ở nước ta và cũng được sử dụng trong công nghiệp, chất khử trùng. Vị trí và quy mô của nhà máy : Tên nhà máy : Nhà máy sản xuất Formalyn 37% thuộc công ty TNHH Green Chemical. Địa chỉ : lô C-5, đường số 7 – KCN Long Bình – Tp.Biên Hòa – Tỉnh Đồng Nai. Quy mô diện tích : 16416 m2. Đại diện : Ông. HWANG JUN GU – Giám đốc. Tổng mức đầu tư: 14.000.000 USD. Số lượng CBNV của nhà máy khoảng 100 người, tùy theo từng giai đoạn số lượng công nhân sẽ thay đổi để phù hợp với tình hình hoạt động của nhà máy. Nhà máy làm việc 3 ca/ngày. Vị trí địa lý : Địa điểm của nhà máy tại lô C-5, Khu công nghiệp Loteco, đường số 7, phường Long Bình, TP.Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai. Địa điểm này nằm trong quy hoạch dành cho khu công nghiệp thuộc tỉnh Đồng Nai, cách thành phố Hồ Chí Minh 30 km nên khá thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên vật liệu cũng như sản phẩm. Mặt khác, nơi nay cũng thuộc vùng tam giác trọng điểm phát triển kinh tế ( Thành Phố Hồ Chí Minh – Đồng Nai – Bà Rịa Vũng Tàu) của khu vực phía Nam, rất có ý nghĩa đối với sự phát triển hoạt động sản xuất của dự án về lâu dài. Trong khu vực nhà máy không có dân sinh sống, khu dân cư gần nhất cũng có khoảng cách đủ xa để đảm bảo vệ sinh môi trường. Xung quanh khu vực nhà máy là các nhà máy khác, một số đang tiến hành hoạt động xây dựng các dự án của các ngành công nghiệp khác. Một số đã đi vào hoạt động. Về giao thông vận tải cũng khá thuận lợi do khu vực nhà máy nằm ở trung tâm của các đầu mối giao thông quan trọng như: đường sắt, đường bộ, đường thủy. Cơ cấu tổ chức của nhà máy: Tổng giám đốc Giám đốc điều hành Giám đốc sản xuất Bộ phận sản xuất Bộ phận nguyên liệu Bộ phận quản lý Bộ phận kinh doanh Kinh doanh trong nước Kinh doanh ngoài nước 1 người 2 người 45 người 12 người 15 người 10 người 15 người SƠ ĐỒ TỔ CHỨC Hình 1.1: Sơ đồ tổ chức của nhà máy Dây chuyền công nghệ : NGUYÊN LIỆU METHANOL THIẾT BỊ CÔ ĐẶC THIẾT BỊ ĐUN METHANOL KHÔNG KHÍ THIẾT BỊ THỔI THIẾT BỊ ĐUN KHÔNG KHÍ THIẾT BỊ LỌC KHÍ HỖN HỢP THIẾT BỊ TRỘN PHẢN ỨNG KHÍ FORMALYN THIẾT BỊ HẤP THỤ BÌNH CHỨA THÀNH PHẨM HƠI NƯỚC Hình 1.2: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất Formalyn 37% Mô tả các công đoạn trong dây chuyền sản xuất: Methanol: từ bồn chứa, methanol được chuyển đến bồn xử lý (methanol service tank) thông qua máy bơm methanol (methanol transfer pump), sau đó methanol theo thiết bị ống dẫn bơm (methanol feed pump) được đưa đến máy làm cô đặc (evaporator), lượng methanol được đưa tới tùy thuộc vào sức chứa của máy làm cô đặc (evaporator). Tại thiết bị cô đặc (evaporator), methalnol được cô đặc lại, sau đó được đun nóng 1 lần nữa bằng thiết bị đun nóng methanol (methanol heater); trong quá trình chảy ra sẽ phát sinh khí gas methanol, khí gas ngưng tụ này (condensation) được nén lại, sau đó trộn lẫn với không khí ở 1 tỷ lệ nhất định đã được điều chỉnh một cách chính xác trước đó tại thiết bị trộn (mixer). Không khí là một nguyên liệu quan trọng trong quá trình này. Bằng cách sử dụng thiết bị thổi không khí (Roots Blower), không khí sẽ được đưa vào với áp lực và lưu lượng nhất định, sau đó tại thiết bị trộn, để giảm thiểu sự ngưng tụ trong quá trình pha trộn, không khí được nung nóng bằng thiết bị nung nóng không khí (Air heater) rồi mới cho kết hợp với methanol gas. Hơi nước (Steam) là vật chất quan trọng thứ 3. Tại thiết bị trộn, hơi nước, không khí và methanol gas được pha trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định, hạn chế tối đa lượng thừa lại của các chất trên trong thành phẩm. Bằng cách này sẽ làm cho giá thành sản xuất Formalyn thấp, nâng cao chất lượng thành phẩm. Hỗn hợp Air, Methanol, Steam dưới tác động của chất xúc tác (Granular Type Catalyst) ở nhiệt độ 630 – 6500C sẽ tạo thành phản ứng khử (Dehydrog Enation), tạo thành Formaldehyde Gas, nhiệt độ tỏa ra sau phản ứng nhanh chóng được làm nguội (Quenching) trong nồi hơi (Boiler) để thu hồi năng lượng, và hạn chế phản ứng phụ (Side reaction). Năng lượng thu hồi trên sẽ được chuyển hóa thành dạng hơi nước (steam), đưa đến các thiết bị có sử dụng hơi nước trong quy trình để được tái sử dụng như một nguồn năng lượng (có tác dụng tiết kiệm năng lượng). Khí gas đã được làm lạnh nói trên sẽ thu hồi lại Formaldehyde Gas được hấp thụ vào nước, 1 phần chuyển thành nhiệt hấp thụ (Absorption Heat). Tại thiết bị chuyển đổi nhiệt thành tấm (Plate Type Heat Exchanger), bằng cách chuyển đổi nhiệt sang nước, nâng cao khả năng hấp thụ, hiệu quả của các thiết bị được nâng cao, đồng thời đề phòng các sự cố khác tác động đến môi trường. Formaldehude Gas đã hấp thụ vào nước được cho vào bình chứa, điều chế ở một nồng độ cần thiết, rồi đưa vào bình chứa thành phẩm để bảo quản sử dụng. Các nguồn phát sinh chất thải tại nhà máy: Khí thải: Trong giai đoạn hoạt động của nhà máy có phát sinh ô nhiễm về không khí, nguồn gốc gây ô nhiễm không khí bao gồm 2 nguồn chính sau: Ô nhiễm khí thải từ lò hơi: Theo Cơ quan quản lý môi trường của Mỹ (USEPA), hệ số ô nhiễm của các khí thải đặc trưng do đốt dầu FO (3%S) cho trong bảng (3 loại khí thải đặc trưng là SO2, NO2,CO và bụi) : Bảng 1.1: Hệ số ô nhiễm của một số khí khi dùng dầu FO Chất ô nhiễm Hệ số ô nhiễm khi dùng dầu FO (g/1000l dầu) SO2 54000 NO2 9600 CO 500 Bụi 2750 (Nguồn: USEPA) Lượng dầu FO sử dụng là 150 l/h cho một lò hơi 2 tấn. Căn cứ theo bảng trên ta có thể tính được tải lượng các chất ô nhiễm, từ đó ta có thể tính được nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải lò hơi như sau: Bảng 1.2: Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải lò hơi Chất ô nhiễm Tải lượng ô nhiễm (g/h) Lưu lượng khí thải (m3/h) Nồng độ các chất ô nhiễm (mg/m3) TCVN 5939:2005 (mg/m3) SO2 8100 3281.025 2468.74 500 NO2 1440 3281.025 438.89 580 CO 75 3281.025 22.86 1000 Bụi 412.5 3281.025 12.57 200 Kết quả cho thấy công ty sử dụng dầu FO với hàm lượng 3%S thì nồng độ SO2 trong khí thải vượt tiêu chuẩn TCVN 5939:2005 rất nhiều lần, các khí còn lại và bụi đều nằm trong khoảng cho phép. Ô nhiễm do khí thải máy phát điện: Theo tài liệu hướng dẫn đánh giá nhanh nguồn phát thải của WHO, đối với trường hợp đốt dầu DO (1%S) không được điều khiển thì lưu lượng khí thải là 25 m3/kgDO. Hệ số ô nhiễm cho trong bảng: Bảng 1.3: Hệ số ô nhiễm của một số khí khi dùng dầu DO Chất ô nhiễm Hệ số ô nhiễm (kg/tấn DO) Bụi 4.36 SO2 20 NOx 8.5 CO 0.64 (Nguồn: WHO) Máy phát điện có công suất 450 KVA thì lượng dầu tiêu thụ khoảng 45 kg/h. Lưu lượng khí thải: Q = 25 m3/kgDO x 45 kgDO/h = 1125 (m3/h) Dựa vào bảng trên ta có thể tính được tải lượng các chất ô nhiễm. Dựa vào tải lượng và lưu lượng khí thải ta có thể tính được nồng độ các chất ô nhiễm như sau: Bảng 1.4: Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải máy phát điện Chất ô nhiễm Nồng độ (mg/m3) TCVN 5939:2005 (mg/m3) Bụi 174.4 200 SO2 800 500 NOx 340 580 CO 25.6 1000 Như vậy theo WHO khí thải máy phát điện có SO2 vượt tiêu chuẩn thải TCVN 5939:2005. Tuy nhiên , nguồn thải này không liên tục, chỉ hoạt động trong thời gian ngắn khi cúp điện đột xuất hoặc lưới điện Quốc gia gặp sự cố. Nước thải: Nước thải sản xuất: Trong quá trình hoạt động sản xuất của nhà máy, chủ đầu tư cho biết công nghệ sản xuất keo này không phát sinh nước thải. Nước thải sinh hoạt: Nguồn phát sinh: từ các nhà làm việc, các khu nhà vệ sinh, nhà ăn, căn tin… Lượng nước thải ước tính khoảng 6 m3/ngày. Nước thải sinh hoạt được gom và xử lý bằng bể tự hoại, sau đó được xử lý tiếp bằng cách dẫn ra hệ thống xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp Long Bình. Nước thải là nước mưa: Nước mưa được thu gom bằng hệ thống riêng sau đó qua hệ thống thoát nước và được đào thải vào hệ thống thoát nước chung của khu công nghiệp Long Bình. Chất thải rắn: Trong giai đoạn hoạt động của Nhà máy sẽ phát sinh chất thải rắn từ các nguồn: Rác thải sinh hoạt của cán bộ công nhân viên Nhà máy. Rác thải do hoạt động sản xuất của Nhà máy chủ yếu là bao bì, dẻ lau dính hóa chất, cặn hóa chất không còn sử dụng v.v. Dầu nhớt thải của lò hơi, máy phát điện dự phòng, cặn xử lý vệ sinh công nghiệp lò hơi theo định kỳ v.v. Tải lượng chất thải rắn: Chất thải rắn sinh hoạt của 100 công nhân ước tính 25 kg/ngày chủ yếu là các chất hữu cơ, bao bì, ny lon. Chất thải rắn được sinh ra do quá trình sản xuất chủ yếu là: dẻ lau dính dầu mỡ, hóa chất, cặn hóa chất không còn sử dụng, thùng phi chứa hóa chất: ước tính khoảng 20 kg/ngày. Các yếu tố khác: Ô nhiễm tiếng ồn: Các nguồn gây ồn điển hình nhất trong Nhà máy có thể kể đến : Hoạt động của máy phát đện trong những trường hợp bị cúp điện. Hoạt động của các phương tiện lưu thông vận chuyển nguyên liệu. Hoạt động của các thiết bị sản xuất trong nhà máy. Hoạt động của các quạt hút, quạt gió. Máy phát điện theo dự báo có độ ồn khá cao nhưng hoạt động cũng không liên tục, những thiết bị này được đặt trong một nhà riêng ở vị trí riêng biệt để giảm thiểu tiếng ồn phát sinh ra trong quá trình vận hành. Đồng thời vì khu vực Nhà máy nằm trong khu công nghiệp tập trung cách xa khu vực dân cư nên xét về độ ô nhiệm tiếng ồn là không quan trọng. Khả năng gây cháy nổ: Đặc điểm hoạt động của Nhà máy cần nhiều nhiên liệu dễ cháy như: dầu FO, DO, các dung môi, khí nóng bốc lên tại lò sấy. Tất cả các yếu tố đó rất dễ dẫn đến cháy nổ. Ngoài ra còn có một số nguyên nhân khác có thể gây cháy nổ: Lửa cháy do rác, củi, chăn màn, nệm… Lửa cháy do các thiết bị điện bị chập. Lửa cháy do sét đánh. CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI 2.1. Mục đích của việc xử lý khí thải: Không khí đóng vai trò rất quan trọng đối với sinh vật nói chung và con người nói riêng. Thật vậy, con người có thể không ăn hoặc không uống trong nhiều ngày nhưng lại khó có thể nhịn thở trong vài phút. Lượng không khí cần thiết cho một người trong một ngày khoảng 14 kg (tương đương 12 m3). Có thể thấy không khí gắn liền với sự tồn tại, sinh trưởng và phát triển của mọi sinh vật trên trái đất. Bên cạnh đó, không khí cũng có tác động không nhỏ đến chất lượng của các yếu tố môi trường khác (đặc biệt là không khí bị ô nhiễm) như làm thay đổi chất lượng nước hay tạo mưa axit gây chua đất… Tuy nhiên, hiện nay môi trường không khí đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Không khí bị ô nhiễm từ 2 nguồn là nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo, trong đó nguồn nhân tạo là nguyên nhân chính. Nguồn ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng nhưng chủ yếu là do các hoạt động công nghiệp và giao thông. Trong đó khí thải từ các hoạt động công nghiệp có chứa nhiều chất độc hại với nồng độ vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép gấp nhiều lần. Vì vậy, mục đích của việc xử lý khí thải là loại bớt các chất ô nhiễm có trong khí thải đến mức có thể chấp nhận được theo tiêu chuẩn quy định trước khi thải ra môi trường nhằm hạn chế vấn đề ô nhiễm không khí đến mức thấp nhất. 2.2. Các phương pháp xử lý khí thải: Xử lý khí thải là làm cho nồng độ các chất độc hại trong khí thải giảm tới mức độ tối thiểu trong phạm vi cho phép trước khi thải vào môi trường xung quanh hoặc để giữ lại những thành phần giá trị từ dòng khí đưa nó trở lại vào quá trình công nghệ để tiếp tục sử dụng. Các khí thải thuộc loại vô cơ như: SO2, SO3, H2S, CO, CO2, NOx, HCl, HF… Các khí thải thuộc loại hữu cơ như: aceton, acetylene, benzene, butan, các axit hữu cơ, các dung môi hữu cơ… Một số phương pháp xử lý khí thải: 2.2.1. Phương pháp xử lý bụi: Bụi là các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể được tạo ra trong các quá trình nghiền, ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau, dưới tác dụng của dòng khí hoặc không khí chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng. Nguồn phát thải bụi cố định phổ biến nhất ở các nhà máy, xí nghiệp là các quá trình đốt nhiên liệu trong các loại lò cũng như nhiều công đoạn gia công, chế biến vật liệu dạng hạt, bột khác nhau. Một số phương pháp xử lý bụi: Buồng lắng bụi : Cấu tạo của buồng lắng bụi rất đơn giản – đó là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy dưới tác dụng trọng lực và bị giữ lại ở đó mà không bị dòng khí mang theo. Hình 2.1: Mặt cắt dọc buồng lắng bụi Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 60 – 70 µm trở lên. Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng. Ngoài ra buồng lắng bụi còn được sử dụng như cấp lọc thô trước các loại thiết bị lọc tinh khác. Thiết bị lọc bụi ly tâm: gồm có 2 dạng là thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang và thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (Cyclon). Tuy nhiên, thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng là được dùng phổ biến. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (cyclon) có cấu tạo rất đa dạng, nhưng về nguyên tắc cơ bản bao gồm các bộ phận : Hình 2.2: Cấu tạo Cyclon Không khí mang bụi đi vào thiết bị theo ống 1 nối theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ đứng 2. Phần dưới của thân hình trụ có phễu 3 và dưới cùng là ống xả bụi 4. Bên trong thân hình trụ có ống thoát khí sạch 5 lắp cùng trục đứng với thân hình trụ. Nhờ ống dẫn 1 lắp theo phương tiếp tuyến, không khí sẽ có chuyển động xoáy ốc bên trong thân hình trụ của cyclon và khi chạm vào ống đáy hình phễu, dòng không khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc để rồi cuối cùng theo ống 5 mà thoát ra ngoài. Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chạm vào đó, mất động năng và rơi xuống đáy phễu. Trên ống xả 4 người ta có lắp van 6 để xả bụi vào thùng chứa. Thông thường ở đáy phễu có áp suất âm ( áp suất tương đối), do đó khi mở van 6 không khí bên ngoài sẽ bị hút vào cyclon từ dưới lên trên và có thể làm cho bụi đã lắng đọng ở đáy phễu bay ngược lên và theo không khí thoát ra ngoài qua ống 5 làm mất tác dụng của việc lọc bụi. Để tránh tình trạng trên người ta dùng van kép, trước khi xả bụi người ta đóng van 6a rồi mới mở van dưới 6b. Cyclon thường được sử dụng trong các trường hợp: Bụi thô. Nồng độ bụi ban đầu cao > 20 g/m3. Không đòi hỏi hiệu quả lọc cao. Khi cần đạt hiệu quả cao hơn thì dùng cyclon ướt hoặc cyclon chùm. Thiết bị lọc bụi phun nước bằng ống Venturi: Thiết bị lọc bụi phun nước bằng ống Venturi – gọi tắt là thiết bị lọc bụi Venturi ( Venturi scrubber) có cấu tạo bao gồm : Hình 2.3: Cấu tạo thiết bị lọc bụi Venturi Để tăng tốc dòng khí người ta sử dụng ống thắt dần 1, đi qua vào đoạn ống trụ ngắn – họng 2. Trong họng 2, vận tốc dòng khí đạt được giá trị lớn nhất (80 – 200 m/s). Họng 2 nối tiếp vào ống khếch tán 3, ở đây xảy ra sự giãn nở khí và sự giãm vận tốc (tới 10 – 20 m/s) của dòng không khí. Nước được phun vào qua ống 4 vào vòi phun trước đoạn ống trụ. Oáng khếch tán 3 nối theo phương tiếp tuyến vào thân hình trụ 5. Khi dòng khí mang bụi được đẩy vào ống Venturi với vận tốc lớn, động năng của dòng khí tại chỗ thắt của ống Venturi sẽ kéo theo nước và xé nước thành giọt mịn. Bụi trong dòng khí sẽ va đập quán tính vào các giọt nước và bị đọng lại trên bề mặt giọt nước. Đến lượt của mình, những giọt nước mang theo bụi bị dòng khí chuyển động xoắn ốc trong thân hình trụ ép vào thành và chảy xuống dưới rồi theo ống 6 xả ra ngoài, còn khí sạch thoát lên trên qua miệng ống 7. Quá trình quan trọng nhất trong thiết bị lọc bụi Venturi là sự va đập quán tính giữa hạt bụi và những giọt nước trong bản thân ống Venturi. Chính quá trình này quyết định hiệu quả lọc của thiết bị. Còn quá trình tiếp theo xảy ra trong thân hình trụ là quá trình tách nước ra khỏi dòng khí bằng lực ly tâm do dòng khí chuyển động xoắn ốc gây ra – giống như trong các cyclon thông thường. Những ống Venturi được lắp đặt ở vị trí nằm ngang hoặc thẳng đứng. Tiết diện của ống Venturi có thể là hình tròn hay hình chữ nhật. Ưu điểm của ống Venturi với sự phun nước là có khả năng lắng các hạt bụi lớn lên tới kích thước 10 µm và vì vậy hiệu suất làm sạch bụi rất cao 99.9%. Hiệu quả làm sạch còn phụ thuộc nhiều vào vận tốc chuyển động của dòng khí. Sự tăng đường kính của giọt nước phun với sự tăng lưu lượng riêng của nước phun (dm3/m3 không khí) dẫn tới tăng sức cản thủy lực của ống Venturi và tăng hiệu quả làm việc của thiết bị. Lưu lượng nước cung cấp có thể đạt tới 0.5 – 1 kg/m3. Bên cạnh đó ống Venturi còn có những nhược điểm: sức cản khí động của dòng khí là rất lớn – 10000Pa (1000kg/cm2) và lớn hơn, tiêu hao năng lượng cho hệ thống là lớn. 2.2.2. Phương pháp xử lý khí thải độc hại: Phương pháp thiêu hủy: Phương pháp này thường dùng trong các trường hợp khi mà khí thải của các quá trình công nghệ không thể thu hồi hoặc tái sinh được. Phương pháp này có 2 loại: có xúc tác và không có xúc tác. - Thiêu hủy không có chất xúc tác được thực hiện khi đốt trực tiếp khí thải ở nhiệt độ cao: 800 đến 10000C. Phương pháp này áp dụng đối với khí thải có nồng độ độc hại cao (vượt quá giới hạn bốc cháy) và có hàm lượng oxy đủ lớn. Có thể thiêu cháy khí thải ở trong các lò đốt khi cần tận dụng lượng nhiệt khá lớn tỏa ra. - Thiêu cháy có chất xúc tác cần diện tích bề mặt tiếp xúc lớn và nhiệt độ đốt khoảng 250 đến 3000C. Trong phương pháp này thường sử dụng các bề mặt kim loại như: các dải băng bạch kim, đồng, crôm, niken …làm chất xúc tác. Làm sạch khí thải theo phương pháp này có giá thành rẻ hơn so với phương pháp thiêu đốt không có xúc tác. Phương pháp có chất xúc tác thường thích hợp cho các khí độc hại có nồng độ gần với giới hạn bắt lửa. Phương pháp ngưng tụ: Trong phương pháp này sử dụng một chất lạnh trung gian để hạ thấp nhiệt độ của dòng khí thải tới nhiệt độ nhất định mà khi đó các khí thành phần ngưng đọng lại và tách ra khỏi dòng khí thải. Phương pháp này thường áp dụng đối với các dung môi hữu cơ như: xăng, dầu, aceton, toluen…đối với các dung môi hữu cơ có nhiệt độ sôi cao thì có thể thu hồi lại được bằng cách đơn giản và đỡ tốn kém hơn so với dung môi có nhiệt độ sôi thấp. Phương pháp sinh hóa, vi sinh: Phương pháp này lợi dụng các vi sinh vật trong môi trường xung quanh (đất, nước, không khí…) để hấp phụ , phân hủy các khí thành phần độc hại có trong dòng khí thải. Ngoài ra các vi sinh vật còn tiêu thụ một phần đáng kể các tạp chất có trong hỗn hợp khí, nhất là khí thải của ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, nhà máy tổng hợp hữu cơ… Phương pháp sinh hóa, vi sinh được thực hiện theo một quy trình đơn giản nhưng mang lại hiệu quả kinh tế nhất định. Phương pháp hấp phụ: Quá trình hấp phụ khí bằng vật liệu rắn là một phương pháp để khử khí độc hại trong khí thải được áp dụng rất phổ biến. Hấp phụ là quá trình phân ly khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong quá trình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn. Vật liệu rắn sử dụng trong quá trình này được gọi là chất hấp phụ (adsorbent), còn chất khí bị giữ lại trong chất hấp phụ được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate). Quá trình hấp phụ được sử dụng rộng rãi để khử ẩm trong không khí hoặc trong môi trường khí nói chung, khử khí độc hại và mùi trong khí thải, thu hồi các loại hơi, khí có giá trị lẫn trong không khí hoặc khí thải. Quá trình hấp phụ được áp dụng rất phù hợp cho những trường hợp: Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy. Chất khí cần khử có giá trị và cần thu hồi. Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khí khác không thể áp dụng được. Quá trình hấp phụ được chia thành hấp phụ vật lý (physical adsorption) và hấp phụ hoá học(chemisorption). Hấp phụ vật lý: Trong hấp phụ vật lý các phân tử khí bị hút vào bề mặt của chất hấp phụ nhờ có lực liên kết giữa các phân tử (lực Vander Waals). Hấp phụ là quá trình có tỏa nhiệt. Lượng nhiệt tỏa ra phụ thuộc vào cường độ của lực liên kết phân tử và tương đương với entanpy (nhiệt) ngưng tụ của hơi, khí. Lượng nhiệt đó nằm trong khoảng từ 2 – 20 kJ/g.mol. Ưu điểm của quá trình hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch. Bằng cách hạ thấp áp suất riêng của chất khí cần hấp phụ trong hỗn hợp khí hoặc thay đổi nhiệt độ, khí đã bị hấp phụ nhanh chóng được nhả ra mà bản chất hóa học của nó không hề bị thay đổi. Trong trường hợp này sự thay đổi nhiệt độ được áp dụng một cách phổ biến nhất. Tính chất thuận nghịch của quá trình hấp phụ vật lý có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khi cần thu hồi chất bị hấp phụ có giá trị hoặc khi cần hoàn nguyên chất hấp phụ đã bão hòa để tái sử dụng. Lượng khí bị hấp phụ bằng quá trình hấp phụ vật lý giảm rất nhanh khi nhiệt độ tăng và có trị số rất bé khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ. Lượng khí bị hấp phụ tỷ lệ thuận theo diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ. Một ưu điểm nữa của hấp phụ vật lý là tốc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh. Hấp phụ hóa học : Hấp phụ hóa học là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và vật liệu hấp phụ. Trong trường hợp này lực liên kết mạnh hơn nhiều so với lực liên kết trong hấp phụ vật lý. Do đó lượng nhiệt tỏa ra lớn hơn nhiều so với lượng nhiệt được giải phóng trong hấp phụ vật lý. Lượng nhiệt này thường nằm trong khoảng 20 – 400 kJ/g.mol. Do lượng nhiệt hấp phụ hóa học lớn, năng lượng cần cho phản ứng giữa các phân tử của chất bị hấp phụ với phân tử của chất hấp phụ là ít hơn đáng kể so với năng lượng cần cho phản ứng của các chất ấy ngay trong pha khí. Chi phí ít năng lượng cho phản ứng là cơ sở để giải thích hiệu quả của chất xúc tác bằng bề mặt chất rắn trong việc thúc đẩy nhanh một số quá trình hóa học trong công nghệ hóa chất. Một đặc điểm khác biệt quan trọng nữa của hấp phụ hóa học so với hấp phụ vật lý là tính chất không thuận nghịch của quá trình. Khi cần giải thoát khí đã bị hấp phụ trong quá trình hấp phụ hóa học thì bản chất hóa học của khí bị thay đổi. Do đó nếu muốn thu hồi khí có giá trị hoặc hoàn nguyên chất hấp phụ để tái sử dụng thì cần chọn vật liệu hấp phụ nào có tính chất hấp phụ vật lý là chủ yếu. Nếu tốc độ của quá trình hấp phụ hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ, người ta gọi là quá trình hấp phụ hóa học kích hoạt (activated chemisorption, tức có thể kích hoạt được). Còn nếu quá trình hấp phụ xảy ra rất nhanh và không phụ thuộc vào nhiệt độ, người ta gọi đó là quá trình hấp phụ hóa học không kích hoạt (nonactivated chemisorption). Hình 2.4: Thiết bị hấp phụ Dòng khí thải đi vào thiết bị từ ống 1. Khi dòng khí thải đi qua các lớp vật liệu hấp phụ 2, khí thành phần trong hỗn hợp khí thải được bám giữ trên các bề mặt của các hạt vật liệu còn không khí sạch được xả ra ngoài qua ống 3. Vật liệu hấp phụ được áp dụng trong kỹ thuật xử lý khí thải có sự phát triển bề mặt bên trong rất lớn và chúng cần phải đáp ứng một số yêu cầu : Có khả năng hấp phụ lớn. Không tác dụng hóa học với các thành phần khí riêng biệt có trong khí thải. Có tính lựa chọn cao. Có độ bền cơ học cao, yêu cầu này cần được chú ý hơn khi sử dụng chúng trong những thiết bị hoạt động liên tục. Có khả năng hoàn nguyên. Có giá thành hạ. 2.2.6. Phương pháp hấp thụ: Sự hấp thụ là quá trình hút thu chọn lọc một hay một số thành phần của hỗn hợp khí bằng chất hút thu thể dịch, ta gọi chất hút thu thể dịch là chất hấp thụ. Vì vậy ta có thể hiểu phương pháp hấp thụ là phương pháp làm sạch khí thải của các nhà máy, xí nghiệp để tách ra những thành phần giá trị từ dòng khí và đưa nó trở lại vào quá trình công nghệ để tiếp tục sử dụng hoặc là để tách ra những chất độc hại trong dòng khí trước khi thải vào môi trường xung quanh. Thông thường sử dụng làm sạch hấp thụ hợp lý khi nồng độ của thành phần khí độc hại trong dòng khí thải khá lớn: cao hơn 1% theo thể tích. Sự hấp thụ gồm 2 phương thức: hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học. Hấp thụ vật lý: những phần tử bị hấp thụ không đi vào những phần tử hấp thụ, nghĩa là quá trình hấp thụ thành phần riêng bằng chất hấp thụ không kéo theo phản ứng hóa học. Khi áp suất riêng phần của khí thành phần có trong hỗn hợp khí cao hơn áp suất cân bằng trên bề mặt dịch thì quá trình hấp thụ tiếp tục. Hấp thụ vật lý thường người ta sử dụng chất hấp thụ phổ biến nhất là nước, đồng thời cả những dung dịch hữu cơ - không điện phân, không phản ứng với khí thành phần và dung dịch của chúng. Sử dụng nước rất hợp lý để làm sạch thể tích lớn khí thải áp suất thấp (khí thải sản xuất công nghiệp), bởi vì trong những thiết bị lớn khó mà tránh khỏi tổn hao dung dịch hấp thụ, mà nước lại là chất hấp thụ rẻ, dễ kiếm. Hấp thụ hóa học: những phần tử bị hấp thụ sẽ tác động tương hổ hóa học với các phần tử hoạt tính khí của chất hấp thụ và tạo thành hỗn hợp hóa học mới. Khi này áp lực cân bằng của khí thành phần trên bề mặt dung dịch ít hơn một chút so với sự hấp thụ vật lý và nó có khả năng tách ra hoàn toàn khỏi dòng khí thải. Khi hấp thụ hóa học có thể sử dụng những hợp chất hóa học sau: dung dịch monoetanolamin, dietanolamin, ammoniac, những dung dịch natri carbonat… những phân tử của khí thành phần hòa tan trong dung dịch đi vào phản ứng với những phân tử thành phần hoạt tính của chất hấp thụ. Đa số các phản ứng là tỏa nhiệt và thuận nghịch, do đó khi tăng nhiệt độ dung dịch thì hợp chất tạo thành được phân hủy và sẽ tách thành những thành phần ban đầu. Hình 2.5: Thiết bị hấp thụ Thiết bị hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc càng lớn càng tốt giữa 2 pha khí và lỏng. Thiết bị hấp thụ khí độc hại bằng phương pháp rửa khí thường là các tháp rửa khí, dòng khí thải đi vào thiết bị qua ống 1, chất lỏng được phun thành các hạt nhỏ chuyển động ngược với hướng chuyển động của dòng khí thải (hoặc theo hướng cắt ngang). Các hạt nhỏ li ti tiếp xúc với khí thải và hấp thụ khí độc hại trong khí thải, các lớp vật liệu đệm 2 làm tăng diện tích tiếp xúc giữa 2 pha, giúp tăng hiệu quả của thiết bị. Tại lớp tách ẩm 4, lượng khí thải vừa được xử lý (trở thành khí sạch) được đưa ra môi trường ngoài hoặc cũng tại đây một số dung dịch được hoàn nguyên và được chuyển sang công đoạn khác. Dòng cặn sẽ được tháo ra ngoài qua ống 6. Lượng dung dịch hấp thụ tưới trong thiết bị khoảng 1.3 đến 2.6 mg/m3. Hiệu quả có thể đạt đến 95% tùy thuộc vào loại khí độc hại và dung dịch hấp thụ. Ưu điểm của phương pháp : thích hợp với các loại khí độc hại dễ hòa tan trong dung dịch hay dễ phản ứng với các tác nhân hấp thụ chứa trong nước như là các khí SO2, NOx,HF, HCl… Nhược điểm : nước thải của thiết bị sẽ bị nhiễm bẩn và nhiều khi phải có thiết bị xử lý nước kèm theo. Xử lý các chất độc hại có trong khí thải bằng phương pháp hấp thụ được sử dụng nhiều khi lưu lượng dòng khí thải lớn với nồng độ các khí độc hại khá cao. Ngoài ra khi sử dụng phương pháp này mang lại hiệu quả kinh tế cao và có thể thu hồi các chất sử dụng tuần hoàn hoặc chuyển sang công đoạn sản xuất ra sản phẩm khác. Tuy nhiên chất hấp thụ công nghiệp áp dụng trong quá trình làm sạch liên tục dòng khí cần phải thỏa mãn một số yêu cầu sau: Có đủ khả năng hấp thụ cao. Có tính chọn lọc cao theo quan hệ với thành phần cần được tách ra. Có thể có tính bốc hơi nhỏ. Có những tính chất động học tốt. Có khả năng hoàn nguyên tốt. Có tính ổn định nhiệt hóa học. Không có tác động ăn mòn nhiều đến thiết bị. Có giá thành rẻ và dễ kiếm trong sản xuất công nghiệp. Ta thấy rằng không có chất hấp thụ nào thỏa mãn được tất cả các yêu cầu trên nên trong mỗi trường hợp cụ thể nên chọn chất hấp thụ thỏa mãn được những yêu cầu cơ bản. Trong kỹ thuật xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, nước là loại chất hấp thụ sẵn có, giá rẻ và thuận tiện nhất. Tuy nhiên, nước chỉ hấp thụ được một số ít l._.