Phương pháp hấp thụ, ưu nhược điểm và các thiết bị hấp thụ

Ngày đăng: 05 - 02 - 2021

I. Tổng quan về phương pháp hấp thụ

– Hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng hoặc rắn do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng (rắn).
– Khí được hấp thu gọi là chất bị hấp thụ; chất lỏng( rắn) dùng để hút gọi là chất hấp thu, khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ.
– Mục đích: hòa tan một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch (hỗn hợp) các cấu tử trong chất lỏng (chất rắn). Các quá trình xảy ra do sự tiếp xúc pha giữa khí và lỏng (rắn). Quá trình này cần sự truyền vật chất từ pha khí sang pha lỏng (rắn). Nếu quá trình truyền vật chất từ pha lỏng (rắn) vào pha hơi xảy ra ngược lại thì ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai quá trình này là giống nhau.
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, quá trình hấp thụ thường dùng để:
– Thu hồi các cấu tử quý có trong pha khí
– Tách hỗn hợp tạo thành các cấu tử riêng biệt
– Làm sạch pha khí
– Tạo thành một dung dịch (hỗn hợp) sản phẩm
 Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp thụ vào trong dung môi hấp thụ, chất khí hòa tan không tạo ra hợp chất hóa học với dung môi, nó chỉ thay đổi trạng thái vật lý từ thể khí sang thể lỏng (quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất lỏng).
Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một số phản ứng hóa học với dung môi hấp thụ. Chất khí độc hại sẽ biến đổi về bản chất hóa học và trở thành chất khác.
Cơ cấu của quá trình này chia thành ba bước:
– Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ
– Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ
– Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chất lỏng hấp thụ
Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi và các chất ô nhiễm trong khí thải. Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc chọn dung dịch thích hợp (trong trường hợp hấp thụ hóa học). Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu phần lớn là do tính chất dung môi quyết định.
Việc lựa chọn dung môi phụ thuộc vào các yếu tố sau:
– Độ hòa tan tốt, hoà tan có chọn lọc: Chỉ hoà tan các cấu tử cần tách và không hoà tan các cấu tư khác.
– Độ nhớt của dung môi càng bé thì trở lực thuỷ học càng nhỏ và và có lợi cho quá trình chuyển khối.
– Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi.
– Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt dộ sôi của chất hoà tan để dể tách các cấu tử ra khỏi dung môi.
– Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn.
– Ít bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn kim loại.
Các chất hấp phụ phổ biến như:
– Nước và các hợp chất bazo cua Kali, Canxi, Natri như: KOH, K2CO3,NaOH, Ca(OH)2, CaCO3,….
– MonoEtanolAmin(OHCH2CH2NH2),DiEtanolAmin(R2NH), Trietanolamin (R3N); chúng có các nhược điểm sau:
+ Dễ bay hơi nên thất thoát nhiều
+ Ăn mòn hóa học
+ Liên kết với CO2 rất bền nên khó phân hủy để hoàn nguyên,…

1.1 Cơ sở hấp thụ
Cơ sở vật lý của quá trình hấp thu: Hấp thu là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng trong rất nhiều quá trình khác. Hấp thu trên cơ sở của quá trình truyền khối , nghĩa là phân chia hai pha, phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thu và chất bị hấp thu trong pha khí.
Phương trình cân bằng vật chất của quá trình hấp thu
Phương trình cân bằng vật liệu có dạng:
GY(YĐ) + GX(XĐ) = GX(XC) + GY(YC)
Trong đó :
GX :lượng khí trơ không đổi khi vận hành, ( kmol/ h);
GY: lượng dung môi không đổi khi vận hành, (kmol/ h);
YĐ , YC: nồng độ đầu và cuối của pha khí, (kmol/kmolkhí trơ);
XĐ , XC: nồng độ cuối và đầu của pha lỏng, (kmol/kmolkhí trơ)
1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ
– Ảnh hưởng của nhiệt độ
– Ảnh hưởng của áp suất
– Tính chất của dung môi, loại thiết bị và cấu tạo thiết bị độ chính xác của dụng cụ đo, chế độ vận hành tháp… đều có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu.
II. Ưu, nhược điểm của quá trình hấp thụ
– Ưu điểm
+ Có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này với dung môi nước và các dung môi thích hợp.
+ Có hiệu quả xử lý bụi cao. Có thể sử dụng để xử lý một số khí thải có hàm lượng bụi cao và chất khí ô nhiễm có khả năng hoà tan trong nước.
– Nhược điểm
+ Hiệu suất làm sạch không cao
+ Nhiệt độ càng cao thì hiệu quả xử lý làm sạch khí của tháp hấp thụ càng giảm
+Quá trình hấp thụ thường sẽ toả nhiệt, nên khi thiết kế hệ thống xử lý khi thải thì cần phải trang bị thêm thiết bị giải nhiệt vào trong tháp vì vậy dẫn đến sẽ tốn diện tích thi công, cồng kềnh và vận hành phức tạp.
+ Do đặc trưng của quá trình hấp thụ sẽ có 2 pha nước và khí, nếu ta không kiểm soát tốt thì rất dễ xảy ra hiện tượng “sặc nước”
+ Nếu khí không có hoặc ít có khả năng hoà tan vào nước thì việc lựa chọn dung môi thay thế nước sẽ rất là khó. Nếu dung môi có tính chất ô nhiễm cao thì phải mất thêm chi phí xử lý xây dựng hệ thống hoặc thiết bị để lượng dung môi đó.
+ Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp ) khi sử dụng dung môi đắt tiền.
III. Các loại thiết bị hấp thụ
–  Buồng phun, tháp phun: Trong đó chất lỏng được phun thành giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua.Tháp phun đươc sử dụng khi yêu cầu trở lực bé và khí có chứa hạt rắn
– Thiết bị sục khí: Khí được phân tán dưới dạng các bong bóng đi qua lớp chất lỏng. Quá trình phân tán khí có thể được thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ hoặc bằng cách khuấy cơ học
– Thiết bị hấp thụ kiểu sủi bọt: Khí đi qua tấm đục lỗ bên trong có chứa lớp chất lỏng mỏng
– Thiết bị hấp thụ có đệm bằng vật liệu rỗng (tháp đệm): Là một tháp dạng cột bên trong chất gần đầy các vật liệu đệm nhằm tạo ra một bề mặt tiếp xúc cao nhất có thể để cho dòng khí (đi từ dưới lên) và dòng lỏng (từ đỉnh tháp xuống) tiếp xúc tốt với nhau khi chuyển động ngược chiều trong lớp đệm. Quá trình tiếp xúc này sẽ làm cho bụi và chất ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại và bị hấp thụ bởi dòng chất lỏng. Tháp đệm thường được sử dụng khi năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ (lỏng : khí) lớn. Khí không chứa bụi và hấp thụ không tạo ra cặn lắng. Vật liệu đệm được sử dụng trong các tháp này có thể là đá nghiền, vòng rassing, vật thể hình yên ngựa, vòng ngăn, than cốc, đá xoắn ốc, vật liệu ô vuông làm bằng gỗ hoặc các loại sợi tổng hợp.
Tháp đĩa: Có cấu tạo là một thân tháp hình trụ thẳng đứng trong có gắn các đĩa có cấu tạo khác nhau.
Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để chọn dung môi cho thích hợp hoặc dung dịch thích hợp (trong trường hợp hấp thụ hóa học). Quá trịnh hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu phần lớn là do tính chất dung môi quyết định, hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc bề mặt giữa khí thải và chất lỏng, thời gian tiếp xúc, nồng độ môi trường hấp thu và tốc độ phản ứng giữa chất hấp thu và khí thải.

Lấy phương châm chất lượng làm nên thương hiệu để phát triển Công Ty Môi Trường Nam Nhật chúng tôi với kinh nghiệm chuyên sâu trong lĩnh vực môi trường. Cam kết sẽ là nơi đáng tin cậy để khách hàng đặt trọn niềm tin.
Nếu các bạn cần được tư vấn hay thực hiện các dịch vụ liên quan đến môi trường thì hãy liên hệ đến chúng tôi qua Hotline 037 637 2014 để được hổ trợ tư vấn miễn phí nhé

 

BÀI LIÊN QUAN

0376372014