XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ

1.Khái niệm:

Ngưng tụ là quá trình chuyển trạng thái pha từ khí hoặc hơi sang trạng thái lỏng bằng cách làm lạnh khí hoặc nén làm lạnh khí đồng thời. Khí cần chuyển là khí thải hoặc khí bị ô nhiễm, dung dịch sau ngưng tụ chứa hợp chất ta mong muốn ngưng tụ.

2.Phương pháp ngưng tụ:

2.1.Quá trình ngưng tụ gián tiếp (hay còn gọi là ngưng tụ bề mặt )

Quá trình tiến hành trong thiết bị trao đổi nhiệt có tường ngăn cách giữa khí và tác nhân làm lạnh đi ngược chiều nhau . Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra trên bề mặt trao đổi nhiệt Tác nhân làm lạnh cho đi từ dưới lên để tránh dòng đối lưu tự nhiên cản trở quá trình chuyển động của lưu thể. Khí ô nhiễm được ngưng tụ trên trên bề mặt trao đổi nhiệt hoặc thành giọt lỏng và được tách khỏi hỗn hợp khí ở giai đoạn sau. Để tăng hiệu quả làm lạnh người ta tiến hành tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa tác nhân lạnh và hỗn hợp khí bằng cách bố trí thiết bị làm lạnh thành nhiều lớp, nhiều ngăn.

2.2.Quá trình ngưng tụ trực tiếp: (hay còn gọi là ngưng tụ hỗn hợp).

Quá trình này tiến hành bằng cách cho khí và tác nhân làm lạnh tiếp xúc trực tiếp với nhau (hòa trộn với nhau). Khi đó cấu tử cần tách sẽ trao đổi nhiệt hay quá trình chuyển thành lỏng nằm trong hỗn hợp giữa chất ngưng tụ với chất bị ô nhiễm. Còn hỗn hợp khí khác được đưa ra ngoài. Như vậy khi đó chất ô nhiễm sẽ lẫn tạp chất và chất ngưng tụ củng bị lẫn tạp chất và được thải ra ngoài. Như vậy sẽ rất hao phí chất làm lạnh vì không sử dụng được nhiều lần. Thiết bị ngưng tụ trực tiếp thường không đặt giá trị phân chia cao vì chất lỏng ngưng tụ sẽ trộn lẫn với tác nhân làm lạnh"

3.Nguyên tắc

Nguyên tắc của quá trình này là dựa trên sự hạ thấp nhiệt độ môi trường xuống một giá vị nhất định (tới dưới điểm sôi của chất ô nhiễm) thì hầu như các chất ở thể hơi sẽ ngưng tụ lại và sau đó được thu hồi hoặc xử lý tiêu hủy. Ở điều kiện làm lạnh bình thường, nếu xử lý bằng ngưng tụ thường khí thu hồi được các dung, môi hữu cơ, hơi acid ra. Phương pháp này chỉ phù hợp với những trường hợp khí thải có nồng độ hơi tương đối cao (>>20 g/m³). Trong trường hợp nồng độ nhỏ, người ta thường dùng các phương pháp hấp thụ hay hấp phụ.

4.Đặc điểm

Phương pháp này phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và áp suất của quá trình: nhiệt độ càng lạnh hoặc áp suất càng cao thì hiệu suất càng cao.
Áp dụng cho các hỗn hợp khí có nhiệt độ thấp

5.Cơ chế

Hệ thống ngưng tụ xử lý dòng khí thải bằng cách làm cho chúng ngưng tụ trên bề mặt làm lạnh, điều kiện làm lạnh có thể có thể được tạo bởi: quá trình trao đổi nhiệt gián tiếp (ngưng tụ gian tiếp) qua nước lạnh hoặc bằng cách phun dòng chất lạnh qua vào buồng chứa khí ô nhiễm (ngưng tụ trực tiếp). Ngoài tác nhân lạnh là nước còn có một số chất làm lạng khác như: nước muối bão hòa, nitơ lỏng… Hơi thoát ra khỏi thiết bị nếu có chất lượng sạch thì có thể xả ra không khí, nếu trong khí thoát ra vẫn còn chất độc hại thì được chuyển qua hệ thống xử lý khác như hấp thụ, hấp phụ…

Nước sau ngưng tụ được chuyển qua trạm xử lý và được sử dụng lại hoặc thải ra ngoài. Ngoài ra đối với các nước ngưng là các dung dịch HCl, H₂SO₄,… có thể được sử dụng cho ngành hóa học.

6.Tác nhân lạnh:

Phụ thuộc vào yêu cầu làm lạnh tức là nhiệt độ sôi của chất ô nhiễm cần xử lý mà ta có các tác nhân làm lạnh sau:

T^o_s> 0^oC : nước lạnh hoặc không khí lạnh.

0⁰C > T⁰_s> - 50^oC : dung môi bay hơi.

50^oC > T⁰_s> -120^oC : ni tơ lỏng…

7.Hiệu suất :

Hiệu suất ngưng tụ (giá trị tương đối) được tính theo công thức

Trong đó:

C_R: là nồng độ hơi ở đầu ra C₀: nòng độ hơi ban đầu

Giá trị trị tuyệt đối của hiệu suất ngưng tụ được tính theo công thức :

Trong đó :

mi : khối lượng của chất i được ngưng tụ.

Mi : là phân tử lượng của chất.

V_R:lưu lượng khí ở đầu ra.

V₀:lưu lượng khí ở đầu vào

Hiệu suất của quá trình phụ thuộc rất lớn vào : nhiệt độ khí đầu vào thiết bị, ở nhiệt độ từ 5-10oC thì hiệu suất xử lý là 90-99%. Kỹ thuật ngưng tụ nhìn chung ít hiệu quả hơn kỹ thuật xử lý khác, thiết bị ngưng tụ thường được kết hợp với nhiều công nghệ xử lý khác nhau để tăng hiệu quả xử lý.