Tải bản đầy đủ

Hướng dẫn thiết kế tháp khử amonia Air Stripping

AIRSTRIPPING
GAS STRIPPING
LOẠI BỎ KHÍ – ĐUỔI KHÍ
Gas stripping involves the mass transfer of a Đuổi khí liên quan đến việc chuyển khối lượng
gas from the liquid phase to the gas phase. của của phân tử khí từ pha lỏng đến pha khí.
The transfer is accomplished by contacting the Việc chuyển giao được thực hiện bằng việc
liquid containing the gas that is to be stripped tiếp xúc với chất lỏng có chứa khí A và khí A
with a gas (usually air) that does not contain được loại bỏ khí bằng một khí B khác (thông
the gas initially. The removal of dissolved thường là không khí) mà dung dịch sẽ không
gases from wastewaters by gas (usually air) chứa khí ban đầu A. Việc loại bỏ các khí hòa
stripping has received consider able attention, tan từ vùng nước thải bằng việc đuổi khí
especially for the removal of ammonia and ( thông thường sử dụng không khí) đã nhận
odorous gases and volatile organic compounds được sự chú ý, đặc biệt là cho việc loại bỏ
(VOC's). Early work on the air stripping of amoniac và khí gây mùi, các hợp chất hữu cơ
ammonia from waste. water was conducted at dễ bay hơi VOCs. Ban đầu là loại bỏ amoniac
Lake Tahoe, California (Cułp and Slechta, 1966; từ nước thải, được tiến hành tại hồ Tahoe cali
Slechta and Culp, 1967). The removal of VOCS (1966).
by aeration was considered earlier in Sec. 5– Mục đích của phần này là để giới thiệu các
13.
nguyên tác cơ bản liên quan tới Đuổi khí và
The purpose of this section is to introduce the minh họa cho việc áp dụng chung cho nguyên

fundamental principles involved in gas tắc này, trình bày được một tiến trình thiết
stripping and to illustrate the general kế, Vật liệu trình bày trong phần này được áp
application of these principles, A design dụng cho việc loại bỏ amoniac (NH4,). cacbon
procedure is also presented. The material điôxít (CO2,), ôxy (O2), hydro sulftide (H2S),
presented in this section is applicable to the và một loạt các VOCS. Trọng tâm của các
removal of ammonia (NH4,). carbon dioxide cuộc thảo luận trong phần này là trên phân
(CO2,), oxygen (O2), hydrogen sulftide (H2S), tích các cơ sở thiết kế đặc biệt cho việc loại
and a variety of VOCS. The focus of the bỏ các thành phần khí như trái ngược với việc
discussion in this section is on the analysis of loại bỏ các chất lỏng mùi và VOCs trong hệ
facilities designed specifically for the removal thống sục khí được thiết kế để điều trị sinh
of gaseous constituents as opposed to the học của nước thải.
removal of odorous gases and VOCs in aeration
systems designed for the biological treatment
of wastewater.
ANALYSIS OF GAS STRIPPING
Analysis of Gas Stripping Important factors that
must be considered in the analysis of gas
stripping include
(1) the characteristics of the compound(s) to
be stripped,
(2) the type of contactor to be used and
number of stages,
(3) the materials mass balance analysis of the
stripping tower, and
(4) the required physical features and
dimensions of the required stripping tower.

PHÂN TÍCH ĐUỔI KHÍ
Phân tích khí tước các yếu tố quan trọng phải
được xem xét trong phân tích khí tước bao
gồm
(1) các đặc tính của các hợp chất được đuổi ra
khỏi dung dịch
(2) các loại tiếp xúc được sử dụng và số lượng
các giai đoạn xử lý,
(3) phân tích cân bằng vật liệu khối lượ ng
của tháp đuổi khí, và
(4) các tính năng vật lý yêu cầu và kích thước
của tháp đuổi khí yêu cầu.



AIRSTRIPPING
Characteristics of the Compound(s) to Be ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC THÀNH PHẦN KHÍ BỊ
Stripped.
ĐUỔI RA KHỎI PHA LỎNG
As noted above, the removal of volatile Như đã nói ở trên, việc loại bỏ các hợp chất
dissolved compounds by stripping involves dễ bay hơi bằng cách đuổi khí liên quan đến
contacting the liquid with a gas that does not việc tiếp xúc với chất lỏng với một khí mà
contain the compound that is to be stripped không chứa các hợp chất đó là để được đuổi
will of solution and enter the gas phase to khí sẽ của giải pháp và nhập vào giai đoạn khí
satisfy the Henry's law equilibrium as để đáp ứng hằng số cân bằng của định luật
discussed in Chap. 2. Compounds such as Henry như thảo luận trong chap. 2.
benzene, toluene, and vinyl that have Henry's Các hợp chất như benzene, toluene, và vinyl
law constants greater than 500 atm (mol có hằng số Henry lớn hơn 500 ATM (không khí
H2O/mol air) are readily strippable, compounds Mol H2O/mol) dễ dàng có thể được, các hợp
such as ammonia 0.75 atm (mol H2O/mol air) chất như amoniac 0,75 ATM (Mol H2O/Mol
and sulfur dioxide 38 atm (mol H2O/mol air) không khí) và lưu huỳnh dioxide 38 ATM (Mol
marginally strippable, and compounds such as H2O/Mol không khí) nhẹ, và các hợp chất như
acetone and ethyl ketone with Henry's law acetone và ethyl ketone với hằng số luật của
constants less than 0.1 atm (mol H2O/mol air) Henry ít hơn 0,1 ATM (Mol H2O/Mol không khí)
are essentially not strippable.
về cơ bản không có thể làm nổi bật.
The air stripping of ammonia from wastewater Việc loại bỏ, đuổi NH4 ra khỏi được thải đòi
requires that the ammonia be present as a gas. hỏi rằng amoniac là khí. Các ion amomia
Ammonium ions in wastewater exist in (NH4) trong nước thải tồn tại dưới dạng cân
equilibrium with gaseous ammonia, as shown bằng với amoniac khí (NH3) :
in Eq. (2–38):
NH4 <-> NH3 + H+ (2-38)
NH4 <-> NH3 + H+ (2-38)
As the pH of the wastewater is increased Vì độ pH của nước thải được tăng lên trên 7,
above 7, the equilibrium is shifted to the left cân bằng được chuyển sang trái và ion amoni
and the ammonium ion is converted to được biến đổi thành amoniac, có thể được loại
ammonia, which may be removed by gas bỏ bằng cách tước khí. Số lượng vôi cần thiết
stripping. The amount of lime required to raise để nâng cao độ pH của nước thải như là một
the pH of wastewater as a function of the chức năng của các kiềm được đưa ra trên hình
alkalinity is given on Fig. 6–)1 in Chap. 6.
6-) 1 trong chap. 6

Methods Used to Contact Phases.
In practice, two methods are used to achieve
contact between phases so that mass transfer
can occur:
(1) continuous contact and
(2) staged contact.
As shown on Fig. 11-61, three flow patterns
are used in practice:
(1) countercurrent,
(2) cocurrent, and
(3) cross-flow.
In addition, the contact medium may be fixed
or mobile (Crittenden, 1999). The most
common flow pattern in mass transfer
operations is the countercurrent mode. A
schematic and photograph of a typical gas
stripping tower is shown on Fig. 11-62.
Mass Balance Analysis for a Continuous
Stripping Tower.
A steady state materials balance for the lower
portion of a countercurrent continuous
stripping tower used for the removal of a
dissolved gas from wastewater (see Fig. 11-63)
given by 1. General word statement:

PHƯƠNG PHÁP ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ TIẾP
XÚC PHA
Trong thực tế, hai phương pháp được sử dụng
để đạt được sự tiếp xúc giữa các pha để
chuyển khối lượng có thể xảy ra”
1- Tiếp xúc liên tục
2- Tiếp xúc theo tầng
Như được hiện thị trên hình 11-61, ba mô hình
dòng chảy được sử dụng trong thực tế
1. Chảy ngược dòng
2. Chảy xuôi dòng
3. Dòng chảy chéo (Dòng ngang)
Ngoài ra, các vật liệu tiếp xúc có thể được cố
định hoặc di dộng. Các mô hình dòng chảy
phổ biến nhất trong hoạt động chuyển khối
lượng là chế độ chảy ngược dòng. Một sơ đồ
và hình ảnh của một tháp đuổi khí tiêu biểu
được thể hiện trên sơ đồ 11-62.
PHÂN TÍCH CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG CHO
MỘT THÁP ĐUỔI KHÍ LIÊN TỤC


AIRSTRIPPING

SƠ ĐỒ ĐƠN GIẢN ĐỊNH NGHĨA CHO MỘT DÒNG ĐUỔI KHÍ LIÊN TỤC


AIRSTRIPPING

Trong đó:
2. Simplified word statenent:
Inflow = outflow
3. Symbolic representation (refer to Fig. 11–
63):
LC + Gyo = LCe + Gy
where
L = moles of incoming liquid (i.e., wastewater)
per unit time
C = concentration of solute in liquid at point
within the tower, moles of solute per mole of
liquid
G = moles of incoming gas per unit time
Yo - concentration of solute in gas entering the
bottom of the tower, moles of solute per mole
of solute-free gas.
Ce = concentration of solute in liquid leaving
the bottom of the tower, moles of solute per
mole of liquid
y = concentration of solute at a point within the
tower, moles of solute per mole of solute-free
gas
Kết hợp từ sơ đồ trên ta có thể viết:

(y o − y ) −

G
(C e − C )
L

L = số mol chất lỏng đến (tức là, nước
thải) trên mỗi đơn vị thời gian
C = nồng độ chất tan trong chất lỏng tại
điểm trong tháp, số mol chất tan trên
mỗi mol chất lỏng
G = mol khí đến trên mỗi đơn vị thời
gian
Yo - nồng độ chất tan trong khí đi vào
đáy tháp, số mol chất tan trên mỗi mol
khí không có chất tan.
Ce = nồng độ chất tan trong chất lỏng
rời khỏi đáy tháp, số mol chất tan trên
mỗi mol chất lỏng
y = nồng độ chất tan tại một điểm trong
tháp, số mol chất tan trên mỗi mol khí
không có chất tan


AIRSTRIPPING
Nếu tổng thể tháp được cân nhắc, có thể viết như sau

LC0 + Gy0 = LCe + Gye
Kết hợp lại ta có

(y 0 − ye ) =

L
(Ce − C )
G

Hình a: Trường hợp thông thường

Hình c : Trường hợp khi Yo=0 và Ye đạt trạng
thái cân bằng với Co, nồng độ cấu thành của
dòng nước đến

Hình b: Trường hợp khi Yo=0

Hình d: Điều kiện khi Yo=0, Ce=0 và Ye được
cân bằng trạng thái với Co


AIRSTRIPPING
Because Eq. (11-80) is derived solely from a Bởi vì phương trình (11-80) chỉ xuất phát từ
consideration of the equality of input and output, it việc xem xét sự bình đẳng của đầu vào và
holds regardless of the internal equilibria that may đầu ra, nên nó không phụ thuộc vào trạng
control the mass trans- fer. Equation (11–80) thái cân bằng bên trong có thể kiểm soát
represcnts the cquation of a straight line with slope việc chuyển khối. Phương trình ( b11 Ném80)
L/G, which passes through the point (Co, yo) and đại diện cho câu hỏi của một đường thẳng có
point (Ce, yo). The line passed through these two độ dốc L / G, đi qua điểm (Co, yo) và điểm
points (see Fig. 11-64a) is known as the operating (Ce, yo).
line and represents the conditions at any point Đường thẳng đi qua hai điểm này (xem Hình
within the column. The equilibrium line is based on 11-64a) được gọi là đường vận hành và biểu
Henry's law. For example, equilibrium lines defined thị các điều kiện tại bất kỳ điểm nào trong
by Henry's law for ammonia as a function of cột. Đường cân bằng dựa trên định luật của
temperature are prescnted on Fig. 11-65. It should Henry. Ví dụ, các đường cân bằng được định
be noted that when a gas is being stripped from nghĩa theo định luật của Henry đối với
solution, the operating line wilt tie below the amoniac như là một hàm của nhiệt độ được
equilibrium line. If a gas is being absorbed into quy định trong hình 11-65. Cần lưu ý rằng khi
solution the operating line wili lie above the một loại khí bị đuổi khỏi dung dịch, đường
equilibrium line. If it is assumed that the air entering vận hành nằm dưới đường cân bằng. Nếu
the bottom of the tower contains no solute (i.e, Yo = một chất khí được hấp thụ vào dung dịch,
0), then Eq. (11–80) can be written ye = L/G(Co – dây chuyền vận hành sẽ nằm phía trên
Ce) The operating line for the condition defined by đường cân bằng. Nếu giả sử rằng không khí
Eq. (11-81} is shown on Fig. 11–64b. (18-1)
đi vào đáy tháp không chứa chất tan (tức là
Yo = 0), thì phương trình. (11-80) có thể được
viết ye = L / G (Co - Ce) Dòng vận hành cho
điều kiện được xác định bởi biểu thức. (1181} được hiển thị trên Hình 11 .6464. (18-1)


AIRSTRIPPING

1.

TÍNH TOÁN LƯỢNG KHÍ YÊU CẦU CHO THÁP ĐUỔI AMONIA (AMONIA AIRSTRIPPING)

Determine the theoretical amount of air
required at 20°C to reduce the ammonia
concentration from 40 to 1 mg/L in a treated
wastewater with a flowrate of 4000 m³/d.
Assume the pH of the wastewater has been
increased to a value of 11 (see Fig. 2–13 in
Chap. 2), the Henry's constant for ammonia at
20°C is 0.75 atm, and the air entering the
bottom of the tower does not contain EXAMPLE
11-13 Air Requirements for Ammonia Stripping
any ammonia,

Xác định lượng không khí lý thuyết cần thiết ở
20°C để giảm nồng độ amoniac từ 40 đến 1
mg/L trong nước thải được xử lý với lưu lượng
4000 m³/ngày. Giả sử độ pH của nước thải đã
tăng lên đến giá trị 11 (xem hình 2.13 trong
Chương 2), hằng số của Henry đối với amoniac
ở 20 ° C là 0,75 atm, và không khí đi vào đáy
tháp không chứa VÍ DỤ 11-13 Yêu cầu về Không
khí đối với THÁP ĐUỔI AMONIA bất kỳ amoniac,

Tính Toán:

1. Phát hiện các phân tử mole có ảnh hưởng và nước thải của amoniac trong chất
lỏng bằng cách sử dụng phương trình (2-3)

xb =

Xb: Số mole chất tan B
Nb: Số mole chất tan B
Na : Số mole chất tan A

nB
n A + nB

(40 ×10 −3 ) / 17 
C0 =
= 4.24 ×10−5 moleNH 3 / H 2 O
−3
55.5 + (40 × 10 ) / 17 
 (1×10−3 ) / 17 
Ce =
= 1.06 ×10−6 moleNH 3 / H 2 O
−3
55.5 + (1×10 ) / 17 
2. Xác định lượng mole nước thải của amoniac trong không khí rời khỏi tháp, sử
dụng phương trình:

ye =

H
× C0
PT

Ye : Nồng độ chất tan trong khí rời/ra khỏi tại đỉnh tháp, Số mole chất tan/ số
mole khí

H=

(0.75atm)(moleNH 3 / moleAir)
moleH 2O
= (0.75atm)(
)
(moleNH 3 / moleH 2O )
moleAir

Vậy:

ye =

H
0.75atm  moleH 2O 
−5
× C0 =

÷× (4.24 ×10 moleNH 3 / H 2 O)
PT
1atm  moleAir 

= 3.18 ×10−5

moleNH 3
moleAir


AIRSTRIPPING
3. Xác định tỷ lệ Khí/lỏng bằng phương trình, sử dụng Công thức (11-84) được sắp
xếp dưới dạng sau

G PT (Co − Ce ) (Co − Ce )
= ×
=
L H
Co
ye
−5
−5
G (4.24 ×10 − 0.106 ×10 ) moleNH 3 / moleH 2O 
moleAir
=
= 1.3
−5
L
(3.18 ×10 moleNH 3 / moleAir )
moleH 2O

Trong đó:
PT : Tổng áp suất, thông thường là 1atm
H: Hằng số henry
C0’: Nồng độ chất tan trong chất lỏng khi cân bằng với khí ra ra khỏi tháp, số mole chất tan
trên số mole chất lỏng

4. Chuyển đổi số mole của không khí và nước thành lít của không khí và nước
 Tại 20 độ C : 1.3 mole x 24.1 L/mole = 31.33L

(1moleH 2O)(18 g / moleH 2O)
= 0.018 L
(103 g / L)
G 31.33L
=
= 1741L / L = 1.741m3 / m3
L 0.018 L
 Nước
5. Xác định tổng lượng khí được yêu cầu dựa trên điều kiện lý tưởng

Airrequired

2.

(1.741m3 / m3 )(4000m3 / d )
=
= 4.835m3 / min
(1440 min/ d )

TÍNH TOÁN CHIỀU CAO CHO THÁP ĐUỔI AMONIA (AMONIA AIRSTRIPPING)
Determination of Height of Stripping Tower for Xác định chiều cao của tháp đuổi khí để loại
the Removal of Ammonia Determine the bỏ amoniac Xác định đường kính và chiều cao
diameter and height of the stripping tower của tháp đuổi khí cần thiết để xử lý nước thải
required to treat the waste water in Example trong ví dụ 11-13 bằng cách sử dụng dữ liệu
11-13 using the data given in Table 11-35. được đưa ra trong Bảng 11-35. Giả sử các
Assume 25 mm Pall rings will be used as the vòng Pallet 25 mm sẽ được sử dụng làm vật
packing material in the stripping tower. The liệu đóng gói trong tháp đuổi khí. Nồng độ
ammonia concentration in a treated wastewater amoniac trong nước thải được xử lý từ lưu
from a flow of 4000 m³/d is to be reduced fronm lượng 4000 m³ / ngày sẽ được giảm từ 40 đến
40 to 1 mg/L. Assume that the Henry's constant 1 mg / L. Giả sử rằng hằng số của Henry đối
for ammonia at 20°C is 0.75 atm, and the air với amoniac ở 20 ° C là 0,75 atm và không khí
enter- ing the bottom of the tower does not đi vào đáy tháp không chứa bất kỳ amoniac
contain any ammonia, Assume the K,a value for nào, Giả sử K, giá trị của amonia là 0,0125 s
arnmonia is 0.0125 s -1.
-1.


AIRSTRIPPING
Bảng thông số lựa chọn tính toán (chữ bôi đỏ)
1. Select a packing material corresponding
packing factor. For 25 mm Pall rings
(specified), assume a packing factor of 50
(see Table 11–35).
2 Select a stripping factor of 3 (see Table 1135)
3. Select an acceptable pressure drop.
Assume a pressure drop of 200 (N/m²)/m
(see Table 11-35).
4 Determine the cross-sectional area of the
tower stripping using the pressure plot given
on Fig. 11-71.

1. Chọn vật liệu đóng gói tương ứng với hệ số
đóng gói. Đối với vòng Pallet 25 mm (được chỉ
định), giả sử hệ số vật liệu là Cf = 50. ( Nếu là
vòng 12.5mm thì hệ số là 200)
2 Chọn hệ số là 3, (hệ số từ 1.5-5)
3. Chọn mức giảm áp suất chấp nhận được. Giả
sử giảm áp suất 200 (N/m2) / m
4 Xác định diện tích mặt cắt ngang của tháp
bằng cách sử dụng biểu đồ áp suất cho trên hình.

4.a Xác định giá trị của tọa độ cho hệ số đuổi khí là 3

S=

G
G
G H
0.75atm
× = moleair ×
= 0.75 moleair
L PT Lmolewater 1.0atm
Lmolewater

 G
  28.8 g   molewater 
S = 0.75 ×  moleair ÷
÷
÷

 Lmolewater   mole.air   18 g
'
Gg
G kg
= 1.2
= 1.2 '
Lg
Lkg
G'
3
=
= 2.5
L ' 1.2 kg
kg
1/2

1/2

 (1.024kg / m3 ) 
G '  ρG 
G '  ρG 
=
;
=
=
2.5
×
÷

÷
 (998.2kg / m3 )  = 0.087
L '  ρ L − ρG 
L '  ρL 



Trong đó
L’ : Tốc độ tải lượng chất lỏng, kg/m2.s
G’ : Tốc độ tải lượng khí, kg/m2.s
ƍG: Mật độ khí, kg/m3
ƍL: Mật độ chất lỏng, kg/m3


AIRSTRIPPING

Cf : Hệ số vật liệu
µL : Độ nhớt chất lỏng, N/m2.s, 0.001

4.b Xác định giá trị tương ứng trên AB, Đối với thứ tự của giá trị 0.087 và một sự giảm
áp suất 200(N/m2)/m, với thứ tự giá trị là 0.04
4.c Sử dụng thứ tự giá trị là 0.04 tại cột Y sơ đồ 11-70 / T1176. xác định tỷ lệ tải lượng,
sử dụng EQ (11-107)

 (Yaxis) × ρG × ( ρ L − ρG ) 
G =

C f × ( µ L )0.1



1/2

'

1/2

 (0.04)(1.024)(998.2 − 1.024) 
2
G =
 = 1.38kg / m .s
0.1
50
×
(0.001)


'
2
L = 2.5G ' = 2.5 ×1.38kg / m .s = 3.45kg / m 2 .s
'

Trong đó:
L’: Tốc độ tải lượng chất lỏng, kg/m2.s
G’: Tốc độ tải lượng khí, kg/m2.s
ƍG: Mật độ khí, kg/m3, chọn 1.024kg/m3
ƍL: Mật độ chất lỏng, kg/m3, chọn 998.2kg/m3
Cf: Hệ số vật liệu, tra bảng 11-35, T1175 chap 11-8 Airstripping, 50
µL: Độ nhớt chất lỏng, N/m2.s, 0.001
4.d Thay thế giá trị đã biết và tính toán đường kính cho tháp Airstripping (Tháp đuổi
khí)

 (4 / π )(Qm3 / d )( ρ L kg / m3 )(1d / 86400s ) 
D=

L '(kg / m 2 .s)



1/2

1/2

 (4 / π ) × 4000(m 3 / d ) × 998.2( kg / m3 )(1d / 86400 s) 
D=

3.45(kg / m 2 .s )


Trong đó:
D : Đường kính thiết bị đuổi khí, m
Q : Lưu lượng nước thải cần xử lý, m3/d

= 4.13m


AIRSTRIPPING
L’: Tốc độ tải lượng chất lỏng, kg/m2.s, giá trị tính toán được là 3.45kg/m2.s
ƍL: Mật độ chất lỏng, kg/m3, chọn 998.2kg/m3

5.Xác định chiều cao tháp
Chiều cao của đơn vị chuyển giao (HTU) là thước đo hiệu quả phân tách của các khu vực cụ thể
cho một quy trình phân tách khoảng cách

L
L(m3 / s)
HTU =
=
K L a × A (0.0125s −1 ) × (π / 4) × D 2 ( m) 
4000(m 3 / d)(1d / 86, 400 s)
HTU =
= 0.28m
(0.0125s −1 ) × (π / 4)(4.13m) 2 
Trong đó
HTU: Chiều cao đơn vị chuyển tiếp, m
L=Lưu lượng thể tích chất lỏng, m3/s
KLa: Hệ số chuyển đổi khối lượng thể tích, 1/s, chọn 0.0125/s
A=Diện tích mặt cắt ngang của tháp, m. Tính toán công thức diện tích mặt cắt

6. Xác định số lượng đơn vị chuyển giao/tiếp

 C0

× ( S − 1) + 1 

C
 S 

NTU = 
ln  e

S
 S − 1 



 40( mg / l )

× (3 − 1) + 1

3
1(mg / l )


NTU = 
ln 
 = 4.94

3
 3 − 1 



S=

G H
×
L PT

Trong đó: Giá trị S được xác định bởi giá trị
A value of S=1 corresponds to the minimum
amount of air required for stripping.
When S > 1 the amount of air is in and
complete stripping is possible given a tower of
infinite height.

Giá trị S = 1 tương ứng với lượng không khí tối
thiểu cần thiết để đuổi khí khác.
Khi S> 1: lượng không khí vào và thoát hoàn
toàn có thể được cung cấp cho một tháp có
chiều cao vô hạn.


AIRSTRIPPING
When S < 1, there is insufficient air for Khi S <1: không đủ không khí để đuổi. Trong
stripping. In practice, stripping factors vary thực tế, các yếu tố tước thay đổi từ 1,5 đến 5,0.
from 1.5 to 5.0. Values for K,a for specific Các giá trị cho K, a cho các hợp chất cụ thể thu
compounds are best obtained from pilot-plant được tốt nhất từ các nghiên cứu thực vật thí
studies or by using empirical correlations such điểm hoặc bằng cách sử dụng các mối tương
as given in Eq. (5–62) in Chap. 5, and repeated quan theo kinh nghiệm như được đưa ra trong
here for convenience as Eq. (J1-104). It should biểu thức. (5-62) trong Chap. 5, và lặp lại ở đây
be noted that many other relationships have để thuận tiện như phương trình. (J1-104). Cần
been proposed in the literature (Sherwood and lưu ý rằng nhiều mối quan hệ khác đã được đề
Hollaway, 1940, and Onda et al., 1968).
xuất trong tài liệu (Sherwood và Hollaway, 1940,
và Onda et al., 1968).
Air and water temperature are significant Nhiệt độ không khí và nước là những yếu tố
factors in the design of stripping towers quan trọng trong việc thiết kế các tháp đuổi khí
because of their effect on air and water vì ảnh hưởng của chúng đối với độ nhớt của
viscosities, Henry's law constants, and volu- không khí và nước, hằng số định luật Henry và
metric mass transfer cvefficients. The effect of các hệ số truyền khối lượng thể tích. Ảnh hưởng
temperature the Henry's law constant is của nhiệt độ hằng số định luật Henry được minh
illustrated on Fig. 11–65. The value of K,a can họa trong hình 11. Giá trị của K, a có thể được
be adjusted for temperature effects using Eq. điều chỉnh cho các hiệu ứng nhiệt độ bằng
(2–25) with a theta value of 1.024.
phương trình. (2 Ném25) với giá trị ƍ=1.024
Ở dạng đơn giản nhất, tháp đuổi khí bao gồm
In its simplest form a stripping tower consists tháp (thường là hình tròn), tấm đỡ/tấm chắn cho
of a tower (usually circular), a support plate for vật liệu (thông thường chắn cho than, cát,
the packing material, a distribution system for sỏi…) , hệ thống phân phối cho chất lỏng bị
the liquid to be stripped, located above the đuổi, nằm phía trên vật liệu đóng gói và cung
packing material, and an air supply the cấp không khí cho tháp đuổi khí (xem hình 1stripping tower (see Fig. 1-62). The process 62). Các biến thiết kế quy trình bao gồm
design variables include
(1) loại vật liệu đóng gói (vật liệu phân phối
(1) the type of packing material,
dòng chất lỏng),
(2) the stripping factor,
(2) hệ số đuổi khí,
(3) the cross-sectional area of the tower, and (3) diện tích mặt cắt của tháp và
(4) the height of the stripping tower.
(4) chiều cao của tháp tước.
The Cross-sectional area wil] depend on the Diện tích mặt cắt nang sẽ phụ thuộc vào độ
pressure
drop
through
the
packing. giảm áp suất thông qua vật liệu phân phối dòng
Representative design values for stripping of lỏng hoặc dòng khí. Các giá trí thiết kế đại
VOCs and ammonia are presented in Table 11– diện/Tiêu biểu cho việc đuổi khí VOCs và NH3
35. The significant difference in the amount of được trình bày trong bản 11-35. Sự khác biệt
air required for stripping is a clear illustration đáng kể về lượng không khí cần thiết để đuổi
of the importance of the Henry's constant. The VOC và NH3 là minh họa rõ ràng về tầm quan
headloss through the packing is determined trọng của hằng số Henry.
using a
generalized
gas pressure-drop Mất áp thông qua vật liệu phân phối được xác
relationship such as that plotted on Fig. 11–70 định bằng cách sử dụng giữa mối quan hệ giảm
(Eckert, 1975). The pressure drop is expressed giáp xuất khí tổng quát ( thể hiện trên sơ đồ Pig
in newtons per square meter per meter of 11-70. Sự xụt giảm áp suất được biểu thị bằng
depth (N/m²)/m. The upper line on Fig. 11-70 đơn bị (N/m2)/m .
labeled approximate flooding represents the
condition that occurs when the amount of
water and air applied is so great that the pore
spaces fill to the point where water starts to
flood within the lower. The units for the x and y
axes are as follows:
7. Xác định tổng chiều cao của tháp thổi khí

Z = HTU × NTU = 0.28 × 4.94 = 1.38m


AIRSTRIPPING
In this example, the value of K,a ſor ammonia Trong ví dụ này, giá trị của K, một amoniac
was known. Quite often the required K,a value được biết đến. Thông thường, K yêu cầu, một
must be determined in the field, using pilot- giá trị phải được xác định trong trường, sử
scale facilities. Alternatively Eq. (11-104) can dụng các phương tiện quy mô thí điểm. Ngoài
be used to estimate a value for K,a. In some ra phương trình. (11-104) có thể được sử
cases, data from the literature or from dụng để ước tính giá trị cho K, a. Trong một số
manufacturers may be used to obtain trường hợp, dữ liệu từ tài liệu hoặc từ các nhà
preliminary sizing. To optimize the design, sản xuất có thể được sử dụng để có được kích
various stripping ratios must be evaluated, thước sơ bộ. Để tối ưu hóa thiết kế, các tỷ lệ
Optimization is best accomplished using one of tước khác nhau phải được đánh giá, Tối ưu
the commercially available software packages. hóa được thực hiện tốt nhất bằng cách sử
dụng một trong các pall ring có sẵn trên thị
trường.
Application
As noted previously, air stripping is used to
remove ammonia (NH4), carbon dioxide (CO2),
oxygen (O2), hydrogen sulfide (H2S), and a
variety of VOCs. The application of air stripping
for removal of ammonia is considered in the
following
discussion.
The
removal
and
treatment of VOCS in aeration systems is
considered in Sec. 5–13 in Chap. 5. The VOC
management alternatives considered in Chap.
5 are also applicable for the treatment of VOCS
removed with a stripping tower. The removal
and treatment of odorous compounds are
considered in Sec. 15-3 in Chap. 15
Removal of Ammonia from Wastewater.
In general, removal efficiency depends on the
temperature, size, and proportions of the
facility, and the efficiency of the air-water
contact. If the removal of ammonia is
unsatisfactory, the tower has not been
designed correctly or is overloaded.
In this case, additional air volume may improve
operation. As the temperature decreases, the
amount of air required increases significantly
for the same degree of removal (see Fig. [166). A typical flow diagram for the removal of
ammonia from wastewater by air stripping is
shown on Fig. 11–71.
The ammonia stripped from the wastewater is
converted to the ammonium ion using an acid
scrubber. In most cases where ammonia
stripping has been applied, a number of
operating problems have developed, the most
serious being
(1) maintaining the required pH for effective
stripping,
(2) calcium carbonate scaling within the tower
and feed lines,
(3) poor performance during cold weather
operation
Maintaining the required pH is a control
problem that can be managed with multiple
sensors.

Ứng dụng
Như đã lưu ý trước đây, tháp đuổi khí được sử
dụng để loại bỏ amoniac (NH4), carbon
dioxide (CO2), oxy (O2), hydro sulfide (H2S)
và nhiều loại VOC. Việc áp dụng tước không
khí để loại bỏ amoniac được xem xét trong
các cuộc thảo luận sau đây. Việc loại bỏ và xử
lý VOCS trong các hệ thống sục khí được xem
xét trong Sec. 5-13 trong Chap. 5. Các
phương án quản lý VOC xem xét trong Chap.
5 cũng được áp dụng để xử lý VOCS được loại
bỏ bằng tháp đuổi khí. Việc loại bỏ và xử lý
các hợp chất có mùi được xem xét trong Sec.
15-3 trong Chap. 15
Loại bỏ amoniac từ nước thải.
Nói chung, hiệu quả loại bỏ phụ thuộc vào
nhiệt độ, kích thước, tỷ lệ của thiết bị và hiệu
quả của tiếp xúc với không khí với nước. Nếu
việc loại bỏ amoniac là không đạt yêu cầu,
Tháp đuổi khí đã không được thiết kế chính
xác hoặc bị quá tải.
Trong trường hợp này, lượng không khí bổ
sung có thể cải thiện hoạt động. Khi nhiệt độ
giảm, lượng không khí cần thiết tăng đáng kể
cho cùng một mức độ loại bỏ (xem hình. [166). Một sơ đồ dòng chảy điển hình để loại bỏ
amoniac khỏi nước thải bằng cách tước không
khí được thể hiện trong hình 11 - 71.
Amoniac bị đuổi từ nước thải được chuyển
thành ion amoni bằng acid scrubber. Trong
hầu hết các trường hợp áp dụng đuổi NH3
amoniac, một số vấn đề vận hành đã phát
triển, quan trọng nhất là:
(1) duy trì độ pH cần thiết để tước hiệu quả,
(2) chia tỷ lệ canxi cacbonat trong tháp và
đường cấp liệu
(3) hiệu suất kém trong hoạt động thời tiết
lạnh
Duy trì độ pH cần thiết là một vấn đề kiểm
soát có thể được quản lý bằng nhiều cảm
biến.


AIRSTRIPPING
the amount and nature (soft to extremely hard) số lượng và tính chất (mềm đến cực kỳ cứng)
of the calcium carbonate scale formed varies của thang canxi cacbonat hình thành thay đổi
with the characteristics of the wastewater and theo đặc điểm của nước thải và điều kiện môi
local environmental conditions, and cannot be trường địa phương, và không thể dự đoán
predicted a priori. Under conditions of icing, được. Trong điều kiện đóng băng, hình dạng
the liquid-air contact geometry in the tower is tiếp xúc không khí lỏng trong tháp bị thay đổi,
altered, which further reduces the overall điều này càng làm giảm hiệu quả tổng thể.
efficiency. The best solution for cold weather Giải pháp tốt nhất cho điều kiện thời tiết lạnh
conditions is to enclose the stripper.
là bọc tháp lại

Removal of Ammonia from Digester
Supernatant by Steam Stripping
Steam stripping of ammonia is similar to air
stripping, with the exception that the process
requires temperatures in excess of 95°C
(200°F). Although costly, steam stripping has
been proposed for the removal of ammonia
from digester supernatant in large treatment
plants, where separate facilities are used for
the treatment of return flows (see discussion in
Chap. 14).
The flow diagram for the removal of amonia
from dewatering centrate is shown on Fig. 1172.
The
ammonia
stripped
from
the
supernatant is converted to the ammonium ion
by passing the off-gas through acid bath. Acid
scrubbers are also used. In a large-scale test,
two processes were evaluated for the removal
of ammonia from centrate: steam stripping and
hot air stripping. Steam stripping proved to be
the most cost-effective. Based on the results of
recent full-scale testing, it has been found that
pretreatment of the centrate is essential for
effective
steam
stripping
of
ammonia,
Pretreatment consisting of settling followed by
straining proved to be effective.
Using a gas-to-liquid ratio of 300:1, it was
possible to achieve ammonia removals of
about 88 percent, at pH values of 7 to 7.5. The
influent ammonia concentrations values were
on the order of 500 to 600 mg/l.
(Gopalakrishnan et al., 2000). Operating
problems that have been encountered with
steam stripping include
(1) extensive fouling (iron deposits, for
example) within the heat exchanger and in the
stripper due to the presence of waste
constituents at elevated temperatures,
(2) main- taining the required pH for effective
stripping,
(3) controlling the steam flow
(4)
maintaining
the
stripping
tower
temperature. because of the importance of
temperature, steam stripping should be carried
out in enclosed facilities. Spiral wound heat
exchangers have proved to be effective. IN
europe, an acid wash is used to clean the

Loại bỏ amoniac từ Supernatant bằng đuổi
hơi.
Tách hơi amoniac tương tự như đuổi/tách
không khí, ngoại trừ quá trình này đòi hỏi
nhiệt độ vượt quá 95 ° C (200 ° F). Mặc dù tốn
kém, đuổi hơi nước đã được đề xuất để loại bỏ
amoniac từ chất bể phân hủy kỵ khí của bể xử
lý trong các nhà máy xử lý lớn, nơi các cơ sở
riêng biệt được sử dụng để xử lý dòng chảy
ngược (xem thảo luận trong Chương 14).
Sơ đồ dòng chảy để loại bỏ amonia khỏi phần
trăm khử nước được thể hiện trong hình 1172. Amoniac bị đuổi từ phần nổi phía trên
được chuyển thành ion amoni bằng cách cho
khí thoát ra qua dung dịch axit. hấp thụ bằng
dung dịch axit cũng được sử dụng (Acid
scrubber). Trong một thử nghiệm quy mô lớn,
hai quy trình đã được đánh giá để loại bỏ
amoniac khỏi quá trình tách ly tâm: tước hơi
và tước khí nóng. Tước hơi nước được chứng
minh là hiệu quả nhất về chi phí. Dựa trên các
kết quả của thử nghiệm toàn diện gần đây,
người ta đã phát hiện ra rằng tiền xử lý tách
bằng quá trình ly tâm là điều cần thiết để loại
bỏ amoniac hiệu quả, Tiền xử lý bao gồm quá
trình lắng tách pha rắn - lỏng sau đó được
chứng minh là có hiệu quả.
Sử dụng tỷ lệ khí-lỏng là 300 : 1, có thể đạt
được mức loại bỏ amoniac khoảng 88%, ở các
giá trị pH từ 7 đến 7,5. Các giá trị nồng độ
amoniac có ảnh hưởng ở mức 500 đến 600
mg / l. (Gopalakrishnan và cộng sự, 2000).
Các vấn đề vận hành đã gặp phải với tước hơi
bao gồm
(1) sự tắc nghẽn rộng rãi (lắng cặn sắt, kim
loại) trong bộ trao đổi nhiệt và trong bộ tháo
gỡ do sự hiện diện của các thành phần chất
thải ở nhiệt độ cao,
(2) duy trì độ pH cần thiết để đuổi khí hiệu
quả,
(3) kiểm soát lưu lượng hơi
(4) duy trì nhiệt độ tháp tước. do tầm quan
trọng của nhiệt độ, nên thoát hơi nước trong
các cơ sở kèm theo. Bộ trao đổi nhiệt xoắn ốc
(ruột gà) đã được chứng minh là có hiệu quả.


AIRSTRIPPING
piping, the heat exchanger and the stripping Ở châu Âu, nước rửa axit được sử dụng để
culumn.
làm sạch đường ống, bộ trao đổi nhiệt và ống
xả.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×