Tháp hấp phụ - Hệ thống hấp phụ xử lý khí thải

#1: Tổng quan chung về hấp phụ

Trong những phương pháp xử lý khí thải thì hấp phụ khí thải với than hoạt tính là phương pháp được ứng dụng rất phổ biến, hấp phụ có tác dụng khử khí độc hại, mùi trong khí thải, thu hồi các loại hơi, khí có giá trị lẫn trong không khí hoặc khí thải.
Tháp hấp phụ - hệ thống xử lý khí thải

1.1 Các khái niệm

  • Hấp phụ là quá trình thu hút có chọn lọc khí và hơi bởi bề mặt chất rắn. Đây là quá trình lọc khí dựa trên ái lực bề mặt của chất rắn đối với chất khí và hơi làm cho phân tử khí và hơi bám vào bề mặt chất rắn. Hấp phụ trong tiếng anh là adsorption, trong đó bị chất hấp phụ là adsorbate và chất hấp phụ là adsorbate. 
  • Độ hấp phụ là lượng chất bị hấp phụ trong một đơn vị diện tích bề mặt vật hấp phụ, đó chính là hàm lượng bề mặt của chất bị hấp phụ
  • Giải hấp phụ hay hoàn nguyên hấp phụ là quá trình đảo ngược của hấp phụ. Đây quá trình giải phóng chất ô nhiễm khỏi vật liệu hấp phụ khi khi nồng độ ô nhiễm trong pha khí ở đầu ra của thiết bị đã quá giới hạn. Việc giải hấp phụ sẽ làm tăng hiệu quả hấp phụ.
  • Phản hấp phụ đi kèm với hấp phụ lý học. Sau khi một thời gian hoạt động nhất định, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hấp phụ, sẽ có một cân bằng hấp phụ (cân bằng động).
  • Tốc độ hấp phụ là tốc độ của dòng khí và hơi vào bề mặt chất rắn (bề mặt chất hấp phụ).

1.2 Phân loại

Hấp phụ (adsorption) được chia thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Sự khác nhau giữa chúng đó là kiểu phân tử khí liên kết với chất hấp phụ. 

A. Hấp phụ vật lý

  • Hấp phụ vật lý là quá trình phân tử khí bám chặt vào bề mặt chất hấp phụ do lực hấp dẫn tương tác giữa các phân tử( lực Van der Waal) về bản chất chính là lực tĩnh điện. 
  • Hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch (đây là điểm rất quan trọng cho quá trình giải hấp phụ). 
  • Hấp phụ vật lý tỏa nhiệt thấp, chất hấp phụ và chất bị hấp phụ liên kết nhờ sự tương tác lưỡng cực nên giải hấp phụ dễ dàng và thu hồi dễ dàng chất được hấp phụ.Nên hấp phụ vật lý được ứng dụng phổ biến trong công nghệ xử lý khí thải.

B. Hấp phụ hóa học

  • Hấp phụ hóa học là kết quả của quá trình tương hỗ về hóa học giữa khí và chất hấp phụ tạo nên sự liên kết rất bền vững giữa phân tử khí và chất hấp phụ.
  • Hấp phụ hóa học tỏa nhiệt cao, tạo thành một hợp chất hóa học nên giải hấp phụ khó khăn và không thể thu hồi được chất hấp phụ.Vậy nên hấp phụ hóa học ít được ứng dụng để xử lý khí thải. 

1.3 Ứng dụng

Quá trình hấp phụ được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nó có tác dụng:
  • Khử ẩm trong môi trường không khí
  • Khử khí độc hại và mùi trong khí thải
  • Thu hồi các loại hơi, khí có giá trị lẫn trong không khí và khí thải
Đặc biệt được ứng dụng trong các trường hợp sau:
  • Chất khí ô nhiễm không cháy hoặc khó cháy
  • Chất khí cần khử là chất có giá trị và khó đốt cháy
  • Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khí khác không thể áp dụng được

#2: Đặc điểm các vật liệu hấp phụ

Vật liệu hấp phụ thường dạng hạt gồm có các thông số: 
  • Kích thước: 6 - 10mm xuống đến cỡ 200 μm
  • Độ rỗng: Độ rỗng lớn được hình thành do các mao quản li ti nằm bên trong khối vật liệu. Đường kính của mao quản chỉ lớn hơn một số ít lần đường kính phân tử của chất hấp phụ thì vật liệu mới có tác dụng tốt. Do chứa nhiều mao quản, nên bề mặt tiếp xúc của vật liệu rất lớn.
  • Kích thước lỗ rỗng (đường kính mao quản) đóng vai trò quan trọng làm cho vật liệu hấp phụ có khả năng hấp phụ được chất này hoặc chất khác tức có tính chất lựa chọn. Ví dụL đường kính mao quản 0,003 μm thì vật liệu hấp phụ các chất như H2O, NH3. Nếu đường kính mao quản 0,005 μm vật liệu còn hấp phụ được parafin và cả các hydrocacbon mạch vòng.
Các loại chất hấp phụ thường dùng như sau:
  • Than hoạt tính: là một chất gồm nguyên tố cacbon vô định hình và một phần nữa có dạn tinh thể vụn grafit. Than hoạt tính có độ xốp cao và diện tích bề mặt riêng rất lớn từ 500 - 2500m. Than hoạt tính có thể hấp phụ các chất sau đây:
- Hơi axit, rượu, benzol , toluol etylaxetat với mực độ hấp phụ bằng 50% trọng lượng bản thân
- Axeton, acrolein, Cl, H2S với mức 10 - 25%
CO2, etylen: mức độ thấp
  • Zeolit : là nhôm silicat có cấu trúc tinh thể xác định, có các lỗ xốp với kích thước nano điều đặn. Chúng được ứng dụng để loại bỏ một số chất ô nhiễm như CO2, hydrocacbon thơm dạng CmHn gây cháy nổi như methane, phropan, butan.. 
  • Silicagel nó là dioxit silic, ở dạng cứng và xốp (có vô số khoang rỗng li ti trong hạt). Thường được ứng dụng làm xúc tác trong tổng hợp hữu cơ hóa dầu và lọc nước. Trong quá trình hấp phụ, silicagel là chất hấp phụ vật lý, nó loại bỏ hơi nước có trong dùng khí thải 

#3: Thiết kế, tính toán, nguyên lý hệ thống hấp phụ xử lý khí thải

3.1 Thiết kế, tính toán hệ thống hấp phụ

Yêu cầu đề ra khi thiết kế, tính toán hoặc chọn thiết bị, xây dựng hệ thống hấp phụ như sau:
  • Đảm bảo thời gian chu kỳ làm việc (hấp phụ) thích hợp 
  • Có xử lý sơ bộ đối với khí thải để loại bỏ các chất không thể hấp phụ được 
  • Xử lý làm giảm bớt nồng độ ban đầu của chất cần khử trong khí thải để bảo vệ lớp vật liệu hấp phụ khỏi quá tải 
  • Phân phối dòng khí đi qua lớp vật liệu hấp phụ một cách điều đặn 
  • Đảm bảo khả năng thay thế mới hoặc hoàn nguyên vật liệu hấp phụ sau khi trạng thái bão hòa 
  • Nói chung, khi thiết kế hệ thống hấp phụ ta có thể chọn phương án hoạt động gián đoạn hoặc liên tục. Phương án gián đoạn khi lượng khí thải phát sinh gián đoạn (xưởng hoạt động theo mùa hoặc theo ca). Còn phương án liên tục có thể lắp đặt các hệ thống hấp thụ song song hoặc nối tiếp. 

3.2 Phân loại hấp phụ

3.2.1 Phân loại theo cấu tạo thiết bị hấp phụ

Phân loại theo cấu tạo thiết bị sẽ gồm thiết bị hấp phụ động và tĩnh. 

A. Thiết bị hấp phụ động 

  • Hấp phụ tầng sôi: Dòng khí thổi qua lớp vật liệu hấp phụ chuyển động và sau đó rơi xuống làm quá trình hấp phụ xảy ra đồng đều.
  • Hấp phụ tầng xoay: Vật liệu hấp phụ nằm trong một cơ cấu xoay và được quá trình xoay chuyển làm quá trình xảy ra đều đặn ở các lớp khác nhau. 

B. Thiết bị hấp phụ tĩnh 

Thiết bị hấp phụ tĩnh thì lớp vật liệu được cố định trong thiết bị. 

3.2.2 Phân loại theo phương thức làm việc 

Phân loại theo phương thức làm việc sẽ gồm có: 
  • Hai giai đoạn: Hấp phụ, nhả hấp phụ, 
  • Ba giai đoạn: Hấp phụ, nhả hấp phụ, làm lạnh (đối với nồng độ hấp phụ thấp) 
  • Bốn giai đoạn: Hấp phụ, nhả hấp phụ, sấy, làm lạnh (đối với nồng độ hấp phụ cao) 


Ngoài ra, Thiết bị hấp phụ có thể là loại đứng hoặc ngang, tùy thuộc vào khu vực bố trí và loại khí thải.

3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống hấp phụ

Nhiệt đới giới thiệu hệ thống hấp phụ được sử dụng phổ biến nhất, có sơ đồ đơn giản như hình sau:
Nguyên lý hoạt động của hệ thống hấp phụ
Để quá trình xử lý hiệu quả nhất, Thông thường thì hệ thống hấp thụ sẽ lắp nối tiếp 2 đến 3 tháp hấp phụ hoặc kết hợp với phương pháp hấp thụ.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống hấp phụ 2 thiết bị như sau:
  • Khí và dung môi vào thiết bị hấp phụ 1 từ trên xuống, khí sạch sau hấp phụ đi ra ở dưới thiết bị ra ngoài. Sau thời gian xác định luồng khí chứa dung môi được đưa đến thiết bị hấp phụ 2. 
  • Hơi xông được đưa vào thiết bị 1 tiến hành quá trình nhả hấp phụ, nếu dung môi không trộn lẫn trong nước có thể tách nhờ ngưng tụ, còn nếu trộn lẫn trong nước chúng có thể tách bằng chưng cất. Trước khi quay trở lại thiết bị hấp phụ 1 chất hấp phụ cần được làm nguội và làm khô như khi nó được cung cấp. 
  • Vận tốc khí đi qua lớp hấp phụ từ 0,1-0,5 m/s. Thiết bị khí chuyển động đứng từ trên xuống để xử lý khí có lưu lượng 1,4-2 m3/s. Thiết bị có khí chuyển động ngang để xử lý khí có lưu lượng lớn đến 20 m3/s.

Tháp hấp phụ kiểu ngang hiện đại

3.4 Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ

Khi đã xuất hiện điểm ngừng, thì vật liệu hấp phụ cần hoàn nguyên để giải phóng chất ô nhiễm, nhằm tăng hiệu suất quá trình hấp phụ. Các phương pháp sau đây để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ như sau:

3.4.1 Hoàn nguyên bằng nhiệt

Vật liệu hấp phụ được sấy nóng để khả năng hấp phụ giảm xuống mức thấp và lúc đó chất khí đã bị hấp phụ sẽ thoát ra ngoài. Sau khi hoàn nguyên bằng nhiệt, vật liệu hấp phụ cần làm nguội trước khi sử dụng lại. Phương pháp phổ biến nhất là dùng không khí nóng hoặc hơi nước.
Phương pháp hơi nước có những ưu điểm sau:
  • Ở nhiệt độ cao (100 độ C) hơi có thể giải thoát được hầu hết các chất khí ô nhiễm đã bị hấp phụ trong pha rắn mà không làm hỏng vật liệu hấp phụ cũng như khí được giải thoát
  • Hơi nước ngưng tụ lại và nhả nhiệt ngưng tụ trong lớp vật liệu hấp phụ càng thúc đẩy quá trình giải hấp phụ
  • Có thể thu hồi được chất hấp phụ trong hơi nước bằng cách cho hơi ngưng tụ
  • Vật liệu hấp phụ có độ ẩm cao, sau khi hoàn nguyên có thể làm khô bằng thổi không khí lạnh và khô đi qua

3.4.2 Hoàn nguyên bằng áp suất

Ở nhiệt độ không đổi, nếu áp suất giảm thì khả năng hấp phụ giảm và do đó chất khí đã bị hấp phụ sẽ thoát khỏi bề mặt của vật liệu

3.4.3 Hoàn nguyên bằng khí trơ

Nguyên lý của hoàn nguyên bằng khí trơ là dùng khí trơ không chứa chất khí đã bị hấp phụ thổi qua lớp vật liệu hấp phụ.
Trong các phương pháp hoàn nguyên trên thì phương pháp nhiệt bằng hơi nước được áp dụng phổ biến nhất do công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư vấn hành thấp.

Để lại thông tin tại biểu mẫu hoặc liên hệ ngay với chúng tôi để được
 tư vấn và báo giá hệ thống hấp thụ nhanh nhất!


Bài viết liên quan:

1. Phương pháp xử lý bụi công nghiệp
2. Nguyên lý hoạt động của quá trình làm mát nhà xưởng
3. Ứng dụng cyclone vào xử lý bụi công nghiệp
4. Cấu tạo và ưu điểm của lọc bụi túi vải
5. Tiêu chuẩn xử lý khí thải nồi hơi
6. Chi tiết hệ thống hấp phụ xử lý khí thải
7. Thiết kế hệ thống xử lý khí thải
8. Ứng dụng của đệm ceramic (đệm sứ)

BÀI MỚI

SẢN XUẤT THIẾT BỊ, LẮP ĐẶT MỚI VÀ BẢO TRÌ CÔNG TRÌNH

XỬ LÝ NƯỚC CẤP XỬ LÝ NƯỚC THẢI XỬ LÝ KHÍ THẢI TƯ VẤN MÔI TRƯỜ NG