XỬ LÝ ACETON BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ
Xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ:
Hiện nay,trong quá trình sản xuất của các ngành công nghiệp như ngành công nghiệp sản xuất sơn, công nghệ xi mạ dây điện,… phát sinh ra một lượng lớn aceton gây ảnh hưởng tới môi trường và sức khỏe con người. Cho nên, cần có phương pháp để xử lý như xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ.
1. Xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ
Vật liệu dùng để làm chất hấp phụ trong phương pháp xử lý khí aceton bằng phương pháp hấp phụ là các vật liệu xốp với bề mặt bên trong lớn và được tạo thành do nhân tạo hoặc tự nhiên. Trong công nghiệp thường dùng các chất hấp phụ như: silicagel, than hoạt tính, keo nhôm, zeolit và ionit chất trao đổi ion.
Ưu điểm của quá trình hấp phụ này là các vật liệu hấp phụ này có thể được hoàn nguyên và tái sử dụng lại nên sẽ ít tốn kém trong khi hoạt động.
Phương pháp xử lý khí aceton bằng phương pháp hấp phụ được chia thành hai loại là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
1.1 Hấp phụ vật lý
Xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ vật lý là một loại hấp phụ gây ra do sự tương tác yếu giữa các phần tử và lực tương tác chính là lực Van Đơ Van.Các phân tử khí bị hút vào bề mặt của chất phụ nhờ vào lực liên kết giữa các phân tử.
Ưu điểm:
- Là quá trình thuận nghịch. Bằng cách hạ áp suất riêng của chất khí cần hấp phụ hay thay đổi nhiệt độ, khi đã bị hấp phụ nhanh chóng nhả ra mà bản chất hóa học của nó không hề bị thay đổi.
- Tính thuận nghịch của quá trình vật lý có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khi cần thu hồi bị chất phụ có giá trị hoặc khi cần hoàn nguyên chất hấp phụ đã bão hòa.
- Lương khí bị hấp phụ giảm rất nhanh khi nhiệt độ tăng và tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt cuả chất hấp phụ.
1.2.Hấp phụ hóa học
Xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ hóa học là kết quả của phản ứng hóa học giữa vật liệu hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Một số đặc điểm khác biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học :
- Xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ hóa học là một quá trình không thuận nghịch.
- Khi cần giải thoát khí đã bị hấp phụ trong quá trình hấp phụ hóa học thì bản chất hấp phụ của khí bị thay đổi.
- Lực liên kết mạnh hơn rất nhiều so với lực liên kết trong quá trình hấp phụ vật lý. Vì thế, lượng nhiệt tỏa ra nhiều hơn.
Xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ trao đổi ion:
Xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ trao đổi ion là quá trình hấp phụ có cực kèm theo sự trao đổi ion giữa dung dịch và chất hấp phụ. Quá trình này chỉ xảy ra khi chất hấp phụ là chất tan trong dung dịch và có đường kính mao quản của chất hấp phụ nhỏ hơn 5A0.
- Quá trình hấp phụ:
Quá trình hấp phụ là quá trình hút có lựa chọn các cấu tử trong pha khí lên bề mặt chất rắn. Để áp dụng phương pháp hấp phụ này làm sạch khí thì khí phải có hàm lượng tạp chất khí và hơi nhỏ.
Quá trình hấp phụ này thực hiện bằng cách cho tiếp xúc giữa pha rắn và pha khí. Ở điều kiện bình thường thì pha khí trong hỗn hợp với không khí thì không khí sẽ không bị hấp phụ.
2.Các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ
2.1. Ảnh hưởng của môi trường đến xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ
Giữa môi trường và chất tan thường có canh tranh nhau về việc hấp phụ lên bề mặt rắn. Về mặt nhiệt động học thì cấu tạo nào có sức căng bề mặt nhỏ hơn sẽ bị hấp phụ mạnh hơn lên bề mặt vật rắn nhưng thực tế còn có sự tác động của các yếu tố khác.
2.2.Ảnh hưởng của bản chất hấp phụ đến xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ
Bản chất và độ xốp của vật hấp phụ sẽ ảnh hưởng lớn đến sự hấp phụ. Nếu vật hấp phụ không phân cực thì hấp phụ chất không phân cực tốt và vật hấp phụ phân cực hấp phụ tốt với chất phân cực.
2.3.Tính chất của chất bị hấp phụ đến xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ
Quá trình hấp phụ sẽ diễn ra theo hướng làm cân bằng sự phân cực giữa các pha. Độ chênh lệch của việc phân cực càng lớn thì sự hấp phụ diễn ra càng mạnh. Quy tắc này cho phép ta xác định được cấu trúc lớp bề mặt và chỉ ra điều kiện chọn ra loại chất hấp phụ thích hợp nhất trong những trường hợp cụ thể.
2.4 Quy tắc phân tử lượng đối với sự hấp phụ chất tan từ dung dịch
Chất hấp phụ mà có phân tử lượng càng lớn thì việc hấp phụ càng tăng nhanh.
2.5 Ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, áp suất, độ ẩm đến xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ
Sự hấp phụ trong dung dịch thường xảy ra chậm hơn trong pha khí do sự thay đổi nồng độ trên bề mặt phân chia pha được thực hiện bởi các quá trình khuếch tán. Tốc độ khuếch tán trong pha khí sẽ diễn ra nhanh hơn trong pha lỏng.
Khi nhiệt độ tăng lên thì khả năng khuếch tán vật chất vào dung dịch sẽ giảm xuống dần đến giảm sự hấp phụ.
Áp suất: áp suất mà càng cao thì khả năng hấp phụ rất tốt.
Độ ẩm: độ ẩm mà càng thấp thì khả năng hấp phụ rất tốt.
3.Thiết bị hấp phụ trong xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ
3.1 Yêu cầu cần thiết của thiết bị hấp phụ trong xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ
- Phải đảm bảo thời gian chu kỳ làm việc thích hợp.
- Phải xử lý sơ bộ đối với khí thải và xử lý làm giảm bớt nồng độ ban đầu.
- Phải phân phối dòng khí đi qua lớp vật liệu hấp phụ đều đặn
- Đảm bảo khả năng thay thế mới hoặc hoàn nguyên vật liệu hấp phụ.
3.2. Thiết bị với lớp hấp phụ hạt tầng mỏng
Ta dùng than hoạt tính làm chất hấp phụ theo lớp mỏng có độ dày khoảng 12 – 15cm và được giữ lại bởi một lực cơ học do chúng khả năng chống lại lực đẩy của dòng khí rất yếu.
Chất hấp phụ có thể được đựng trên những đĩa dạng lưới hoặc là những phần tử cứng. Thiết bị hấp phụ mỏng này được áp dụng để lọc sạch lượng dưỡng khí cấp vào cho những căn hộ. Mặc dù lượng chất ô nhiễm thải vào là rất lớn, nhưng tính pha loãng của khí quyển rất tốt, do đó nồng độ chất ô nhiễm trong khí quyển thường rất nhỏ thường ở dạng vết. Tốc độ hấp phụ của loại thiết bị này nhanh nhưng lượng chất ô nhiễm không thể nhanh chóng tập trung trên bề mặt của chất hấp phụ, đủ để làm giảm.
3.3.Thiết bị với lớp hấp phụ hạt tầng dày
Ta dùng than củi để làm chất hấp phụ với độ dày lớn hơn 1/2 inch khoảng 12 cm, với độ dày này thì than hoạt tính đủ sức giữ được một khoảng trống tối thiểu và thường được làm đơn giản hơn lớp hấp phụ mỏng và dễ dàng xác được định lượng than hoạt tính sử dụng.
Thiết bị hấp phụ với lớp dày thường sử dụng ở những nơi có yêu cầu dùng được trong thời gian dài à ít phải thay đổi lớp hấp phụ. Ví dụ như dùng để lọc sạch các khí thải từ ống thải của các lò sưởi dùng trong nhà và mức độ tập trung chất ô nhiễm cao. Vì việc hấp phụ chất ô nhiễm trên bề mặt lớp hấp phụ là quá nhanh so với việc hấp phụ lớp mỏng nên sẽ không bị bít kín các lỗ hổng.
Nhược điểm chung của 2 thiết bị trên
- Tạo ra vùng khí bão hòa
- Để khí hơi đạt tiêu chuẩn xử lý thì ta cần phải thay hay hoạt hóa lại toàn bộ than bao gồm cả lượng than chưa bão hòa.
3.4.Thiết bị hấp phụ tầng sôi
Khi có một dòng khí được thổi qua tầng hấp phụ chứa các chất hấp phụ dạng hạt thì sự giảm áp suất do tầng này sẽ hướng theo chiều ngược lại với khối lượng của chính nó.
Khi vận tốc dòng khí đủ cao thì độ giảm áp bằng với khối lượng của tầng hấp phụ, chất hấp phụ trong đó bắt đầu chuyển động, chính là bắt đầu cho quá trình sôi. Ở tốc độ khí cao hơn khoảng 259ft./phút thì các hạt chất hấp phụ có thể chuyển động không ngừng.
Độ giảm áp cần có hiện tượng sôi tỷ lệ thuận vào độ dày tầng hấp phụ, mật độ dòng khí và mật độ các hạt rắn.
Thiết bị hấp phụ bằng than hoạt tính (xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ)
3.5. Hệ thống tầng xoay
Để giảm lượng Cacbon không sử dụng và giữ tổn thất năng lượng ở mức thấp nhất, ta cần hướng cho dòng khí chỉ đi qua vùng hoạt động của tầng hấp phụ và trong khi đó cacbon bão hòa sẽ được hoàn nguyên để sử dụng lại.
Thiết bị hấp phụ tầng xoay gồm có 4 hình trụ.
Toàn bộ hệ thồng này sẽ xoay ở một góc độ sao cho các đoạn của tầng hấp phụ sẽ di chuyển từ hấp phụ sang giải hấp ngay sau khi nó đạt được mức bão hòa.
Nhược điểm: Việc sử dụng than đã được cải tiến nhưng việc sử dụng lại trở nên kém hiệu quả. Việc bảo trì giữa các mối hàn kín và những bộ phận chuyển động cũng tốn kém rất nhiều so với việc bảo trì thiết bị hấp phụ có tầng hấp phụ tĩnh.
3.6. Một số loại khác
Xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ có thể bao gồm cả hai loại chất hấp phụ trong một hình trụ đứng hoặc trong một hình trụ nằm ngang; một lớp hấp phụ chuyển động được chứa trong một tầng trống quay. Mỗi hình thức sẽ thích hợp được với từng trường hợp cụ thể.
Ứng dụng của thiết bị hấp phụ, bao gồm một số các ứng dụng như:
- Thu hồi rượu đẳng propyl từ những quá trình chế biến nước cam – quýt.
- Thu hồi metylclorua từ những nhà máy sản xuất phim ảnh.
- Thu hồi hơi rượu etyl từ những lò nấu rượu Whisky.
- Làm sạch khí thải từ các ống khói nhà bếp.
- Làm sạch các chất bẩn có trong không khí khi ta cung cấp dưỡng khí cho các phòng mổ hoặc phòng điều khiển điện.
4.Vật liệu hấp phụ trong xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ
Vật liệu hấp phụ thường là các loại vật liệu dạng hạt có đường kính từ 6 – 10 mm đến 200µm, có độ rỗng lớn được hình thành do những mạch mao quản li ti nằm bên trong khối vật liệu. Đường kính của mao quản cần lớn hơn đường kính phân tử của chất bị hấp phụ thì chất hấp phụ mới có hiệu quả. Do chứa nhiều mao quản nên bề mặt tiếp xúc của chất hấp phụ rất lớn.
4.1.Yêu cầu
- Phải có khả năng hấp phụ cao và phạm vi tác dụng lớn.
- Có độ bền cơ học cần thiết và khả năng hoàn nguyên phải dễ dàng.
- Chi phí rẻ
4.2.Than hoạt tính
Là một loại chất hấp phụ ở dạng rắn, xốp không phân cực và có bề mặt riêng rất lớn. Than hoạt tính có tác dụng hấp phụ rất tốt đối với những chất không hoặc phân cực kém ở dạng khí hoặc dạng lỏng.
Đối với than hoạt tính khi đã hấp phụ đầy thì không còn khả năng hấp phụ được nữa thì ta có thể tái sinh và sử dụng lại chúng bằng phương pháp giải hấp nhiệt. Khi ở trong môi trường có nhiệt độ cao thì các chất hữu cơ,các phân tử axit bay hơi và tách khỏi bề mặt của than.
Ứng dụng:
Than hoạt tính có thể dùng làm mặt nạ phòng độc và làm sạch mùi, khử màu từ các sản phẩm dầu mỡ.
Dùng làm sạch nước để uống và xử lý nước để sinh hoạt hoặc xử lý nguồn nước thải ít bị nhiễm bẩn.
Xử lý nước thải công nghiệp: Có vai trò như là quá trình tiền xử lý cho các bước xử lý sinh học tiếp theo.
Than hoạt tính
4.3. Silicagel:
Silicagel là gel của anhydrite axit silisic. Nó có cấu trúc lỗ xốp rất phát triển. Bề mặt của gel thay vì các nguyên tử oxy sẽ được thay bằng các nhóm hydroxyl (OH–), đây là điều quyết định tính chất hấp phụ của silicagel.
Silicagel dễ dàng hấp phụ các chất dễ phân cực và các chất có thể tạo với hydroxyl các liên kết kiểu cầu hydro. Với những chất không phân cực thì sự hấp phụ trên silicagel là chủ yếu tác dụng của lực mao dẫn trong các lỗ xốp nhỏ.
Silicagel cũng như các chất hấp phụ khác đều có thể tái sinh. Chúng ta tái sinh chúng thường ở nhiệt độ dưới 2000C. Nếu mà trên nhiệt độ này sẽ dẫn đến thay đổi bất thuận nghịch của cấu trúc bề mặt và làm mất khả năng hoạt động của chúng. Giải hấp phụ của silicagel cần phải để ý nhiều hơn so với than hoạt tính.
Silicagel
4.4.Zeolit:
Zeolit là hợp chất aluminosilicat có tinh thể.
Tính chất của Zeolit phụ thuộc vào tỉ lệ Si và Al và mức độ tinh thể của sản phẩm cuối cùng. Đồng thời, trong quá trình hình thành sản phẩm thì zeolit còn chịu ảnh hưởng của những cation kim loại khác được nhận thêm vào trong quá trình .
Zeolit thể hiện tính nhạy cảm rất rõ với nhiệt độ. Ví dụ như zeolit chứa Ca chỉ bị mất tính hấp phụ khi nhiệt độ lên tới 8000C, chứa Li thì bị mất tính hấp phụ khi ở 6400C và chứa Na thì bị mất tính hoạt động khi nhiệt độ 7000C.
5. Phương pháp hoàn nguyên vật liệu hấp phụ trong xử lý hơi aceton bằng phương pháp hấp phụ
5.1.Hoàn nguyên bằng nhiệt
Hoàn nguyên bằng nhiệt phổ biến nhất là sử dụng không khí nóng, hơi nước để sấy nóng vật liệu làm cho khả năng hấp phụ của vật liệu giảm xuống đến mức thấp nhất và khi đó chất khí đã bị hấp phụ sẽ được thoát ra ngoài. Sau khi hoàn nguyên bằng nhiệt, vật liệu hấp phụ cần được làm nguội trước khi đưa vào sử dụng lại.
5.2. Hoàn nguyên bằng áp suất
Ở nhiệt độ không đổi, nếu ta giảm áp suất thì khả năng hấp phụ sẽ giảm khi đó chất khí đã bị hấp phụ sẽ thoát khỏi bề mặt của lớp vật liệu.
5.3. Hoàn nguyên bằng khí trơ
Khí trơ không chứa chất khí đã bị hấp phụ được dùng để thổi qua lớp vật liệu hấp phụ. Trường hợp này, áp suất riêng của chất bị hấp phụ trong pha khí sẽ thấp hơn hoặc bằng không, ta sẽ tạo được gradian ngược chiều so với quá trình hấp phụ. Vì vậy, chất bị hấp phụ trong pha rắn sẽ khuếch tán ngược trở lại vào pha khí – đây là giải hấp phụ (desorption).
Trong các phương pháp đã trình bày ở trên thì phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất là phương pháp hoàn nguyên bằng nhiệt
Ưu điểm:
- Đơn giản, chi phí thấp , hiệu quả cao.
- Ở nhiệt độ cao 1000C thì hơi có thể giải thoát được hầu hết các chất khí ô nhiễm mà đã bị hấp phụ trong pha rắn, không làm hỏng các vật liệu hấp phụ và chất khí được giải thoát.
- Hơi nước sẽ ngưng tụ lại và được nhả nhiệt ngưng tụ trong lớp vật liệu hấp thụ, nó càng thúc đẩy quá trình giải hấp phụ.
- Chúng ta có thể thu hồi được các chất bị hấp phụ trong hơi bằng cách cho hơi ngưng tụ.
- Hơi nước mà có Entanpy thì nhiệt độ cao hơn nhiều so với không khí nóng. Vì vậy, nhiệt độ của vật liệu hấp phụ sẽ được nâng cao nhanh chóng.
Công ty xử lý khí thải Hòa Bình Xanh của chúng tôi rất mong được phục vụ quý khách
Công ty Hòa Bình Xanh chuyên thiết kế hệ thống xử lý khí thải cùng với đội ngũ thạc sĩ, kỹ sư có nhiều năm kinh nghiệm. Công ty Hòa Bình Xanh sẽ tư vấn các phương án thi công tối ưu nhất cho công trình của quý khách cũng như báo giá dịch vụ thi công.Chúng tôi xin đảm bảo sẽ là hài lòng quý khách khi đến với dịch vụ của công ty chúng tôi.
Mọi chi tiết xin liên hệ hotline: 0943.466.579
Liên hệ công ty Hòa Bình Xanh
