Vật liệu đệm trong tháp xử lý khí thải: các loại và tiêu chí lựa chọn

Tóm tắt bài viết này với AI

Try with ChatGPT Try with Claude Try with AI Mode

Vật liệu đệm tháp xử lý khí thải có đệm rời, đệm cấu trúc bằng nhựa, sứ, kim loại; chọn theo khí, nhiệt độ, tổn thất áp. CCEP tư vấn khảo sát miễn phí.

Tháp rửa khí vẫn châm đủ hóa chất, bơm tuần hoàn vẫn chạy đều, vậy mà khí ra ống khói vẫn còn mùi và quạt hút ngày càng nặng. Trong nhiều trường hợp, nguyên nhân không nằm ở dung dịch hấp thụ mà ở lớp đệm bên trong tháp: chọn sai hình dạng, sai chất liệu, hoặc đệm đã tắc, bẹp sau một thời gian chạy.

Lớp đệm quyết định trực tiếp hiệu suất xử lý, điện năng của quạt và chu kỳ bảo trì. Chọn đúng từ đầu rẻ hơn nhiều so với việc dừng máy để tháo đệm ra thay.

Vật liệu đệm tháp xử lý khí thải là lớp vật liệu rỗng xếp trong thân tháp để dung dịch chảy thành màng mỏng, tăng diện tích tiếp xúc giữa khí và chất lỏng. Đệm chia hai nhóm: đệm xếp ngẫu nhiên (vòng Raschig, vòng Pall, yên ngựa, cầu rỗng) và đệm cấu trúc (tấm gợn sóng, tổ ong), làm bằng nhựa, sứ hoặc kim loại. Việc chọn đệm dựa trên thành phần khí, nhiệt độ, mức bụi và tổn thất áp cho phép.

Vật liệu đệm làm gì bên trong tháp xử lý khí thải?

Lớp đệm tạo ra bề mặt để khí thải và dung dịch hấp thụ gặp nhau đủ rộng và đủ lâu. Dung dịch được phun hoặc chia đều từ trên xuống, chảy loang thành màng mỏng trên từng viên đệm; khí thải đi từ dưới lên, len qua khe rỗng giữa các viên đệm và tiếp xúc với màng lỏng đó. Hơi axit, amoniac hay H2S hòa tan hoặc phản ứng với dung dịch rồi theo dòng lỏng chảy xuống bể chứa ở đáy tháp.

Nếu bỏ lớp đệm, khí chỉ gặp những giọt nước rơi qua một quãng ngắn, bề mặt trao đổi nhỏ và thời gian tiếp xúc ngắn. Khi đặt lớp đệm có diện tích bề mặt lớn vào giữa, cùng một lượng dung dịch nhưng bề mặt trao đổi tăng lên rõ rệt, nhờ vậy tháp có thể thấp hơn hoặc xử lý được nồng độ cao hơn. Đây là nguyên lý của tháp đệm, dạng thiết bị phổ biến nhất trong nhóm tháp hấp thụ khí thải.

Lớp đệm không làm việc một mình. Bên dưới có tấm đỡ chịu trọng lượng cả lớp đệm ướt, bên trên có hệ phân phối lỏng và lớp tách giọt chặn giọt dung dịch bị khí cuốn theo. Đệm tốt nhưng dung dịch tưới lệch thì một phần lớp đệm vẫn khô, và khí sẽ đi tắt qua vùng khô mà không được xử lý.

Cần phân biệt đệm với vật liệu hấp phụ. Than hoạt tính trong tháp hấp phụ giữ chất ô nhiễm lại trên chính bề mặt hạt than và phải thay hoặc tái sinh khi bão hòa. Vật liệu đệm trong tháp hấp thụ chỉ là giá đỡ cho màng lỏng; chất ô nhiễm đi vào dung dịch chứ không bám lại trên đệm. Cả hai đều thuộc nhóm tháp xử lý khí thải, nhưng tiêu chí chọn vật liệu bên trong khác hẳn nhau, nên không thể lấy kinh nghiệm chọn than để chọn đệm.

Các loại vật liệu đệm theo hình dạng

Theo cách sắp đặt trong tháp, vật liệu đệm chia thành đệm xếp ngẫu nhiên và đệm cấu trúc. Hình dạng quyết định phần lớn diện tích bề mặt, độ rỗng và khả năng chống tắc của lớp đệm.

Đệm xếp ngẫu nhiên

Đệm xếp ngẫu nhiên (còn gọi là đệm rời, đệm đổ đống) là các viên đệm được đổ vào tháp và tự nằm lộn xộn trên tấm đỡ. Loại này dễ nạp, dễ xúc ra rửa hoặc thay, nên được dùng cho phần lớn tháp rửa khí công nghiệp cỡ vừa và nhỏ. Các dạng hay gặp:

• Vòng Raschig: ống trụ ngắn có chiều cao bằng đường kính, là dạng đệm lâu đời nhất. Cấu tạo đơn giản, rẻ, nhưng khí khó đi xuyên qua lòng vòng nên tổn thất áp cao và hiệu suất thấp hơn các dạng ra đời sau.
• Vòng Pall: vòng trụ có thành khoét cửa sổ, lưỡi gập vào trong. Khí và lỏng đi xuyên qua thân vòng, nên so với vòng Raschig cùng cỡ, tổn thất áp thấp hơn và bề mặt được tận dụng tốt hơn.
• Đệm yên ngựa: gồm yên ngựa Berl và yên ngựa Intalox, mặt cong như yên ngựa. Các viên ít chồng khít lên nhau nên lớp đệm thông thoáng; đệm yên ngựa bằng sứ rất phổ biến trong tháp hấp thụ axit.
• Cầu rỗng nhựa: khối cầu ghép từ nhiều phiến mỏng, thường bằng nhựa PP, hay gọi là quả cầu đa diện. Nhẹ, rẻ, thoáng, thường gặp trong tháp khử mùi và khử hơi axit nồng độ thấp.
• Đệm vòng hoa (Tellerette): dạng vòng xoắn bằng nhựa, độ rỗng cao, dùng khi cần lớp đệm thoáng và tổn thất áp thấp.

Đệm xếp ngẫu nhiên có một hạn chế: khi lớp đệm cao, dung dịch có xu hướng dồn ra sát thành tháp, lõi lớp đệm khô dần. Vì vậy tháp cao thường được chia thành nhiều tầng đệm, giữa các tầng đặt bộ phân phối lại dung dịch.

Đệm cấu trúc

Đệm cấu trúc là các tấm mỏng dập gợn sóng, đục lỗ hoặc ép thành dạng tổ ong, ghép thành từng khối xếp ngay ngắn theo tiết diện tháp. Các kênh dẫn đều nhau giúp khí đi thẳng, ít đổi hướng, nên ở cùng mức hiệu suất, đệm cấu trúc cho tổn thất áp thấp hơn đệm xếp ngẫu nhiên.

Đổi lại, đệm cấu trúc mắc hơn, đòi hỏi phân phối lỏng rất đều và khó vệ sinh khi khí có bụi, dầu hoặc chất dễ kết tủa. Khe hẹp trong khối đệm đã bám cặn thì khó rửa tại chỗ, thường phải tháo cả khối ra. Do đó đệm cấu trúc hợp với dòng khí tương đối sạch, lưu lượng lớn, cần tiết kiệm điện quạt; khí thải bẩn, nhiều cặn thì đệm xếp ngẫu nhiên dễ quản lý hơn.

Chất liệu đệm: nhựa, sứ hay kim loại?

Chất liệu quyết định viên đệm có sống được trong môi trường khí và dung dịch của tháp hay không. Ba nhóm chính là nhựa, sứ và kim loại; mỗi nhóm mạnh ở một vùng điều kiện riêng.

Đệm nhựa

Đệm nhựa phổ biến nhất trong tháp rửa khí công nghiệp vì nhẹ, rẻ, không vỡ khi va đập và chịu được nhiều loại axit, kiềm loãng. Nhựa PP được dùng nhiều nhất; ngoài ra có PVC, CPVC và PVDF cho những môi trường đặc thù hơn. Lớp đệm nhựa nhẹ nên tấm đỡ và thân tháp chịu tải ít hơn so với đệm sứ cùng thể tích.

Giới hạn của đệm nhựa là nhiệt độ và chất oxy hóa mạnh. Theo số liệu tham chiếu, PP làm việc tới khoảng 80–90°C, còn uPVC khoảng 60°C; giới hạn thực tế còn tùy loại nhựa, nồng độ hóa chất và thời gian tiếp xúc. Khí nóng hơn mức này cần được làm nguội trước khi vào lớp đệm, hoặc phải chuyển sang đệm sứ, kim loại. PP cũng kém bền với chất oxy hóa mạnh như axit nitric đặc hay clo nồng độ cao, nên luôn tra bảng tương thích hóa chất trước khi chọn.

Bề mặt nhựa kỵ nước, dung dịch khó loang đều khi lượng tưới thấp, dễ để lại vùng khô. Thiết kế phải bảo đảm lượng dung dịch tưới đủ làm ướt toàn bộ lớp đệm nhựa. Những ưu điểm và giới hạn của PP khi làm vật liệu thân tháp được phân tích riêng ở bài tháp xử lý khí thải bằng nhựa PP.

Đệm sứ

Đệm sứ chịu nhiệt cao và chịu được hầu hết axit, kể cả axit đặc nóng, nên hay dùng trong tháp hấp thụ khí axit nhiệt độ cao, ví dụ tháp sấy và tháp hấp thụ trong sản xuất axit sunfuric. Nhược điểm là nặng, giòn, dễ mẻ vỡ khi nạp đệm hoặc khi tháp rung; mảnh vỡ rơi xuống làm tắc tấm đỡ và đường ống. Sứ không bền với axit flohydric (HF) và kiềm đặc nóng.

Đệm kim loại

Đệm kim loại, thường bằng inox, bền cơ học, chịu nhiệt tốt và có thể làm thành mỏng nên độ rỗng lớn. Loại này hợp với khí nóng, ít ăn mòn hoặc hệ hấp thụ bằng dung môi hữu cơ. Với khí thải chứa clorua, hơi HCl hay SO2 ẩm, inox có thể bị ăn mòn lỗ, khi đó đệm nhựa hoặc sứ bền hơn. Logic này giống khi chọn vật liệu thân tháp: khí axit có clorua ở nhiệt độ thường nghiêng về nhựa PP, khí nóng hoặc cần chịu va đập nghiêng về inox, như phân tích trong bài so sánh tháp xử lý khí thải nhựa PP và inox.

Tiêu chí lựa chọn vật liệu đệm cho từng hệ thống

Chọn đệm là cân bằng giữa hiệu suất xử lý, tổn thất áp, độ bền và chi phí theo điều kiện thật của dòng khí. Nên xét các tiêu chí theo thứ tự dưới đây, vì tiêu chí trước sẽ loại bớt lựa chọn cho tiêu chí sau.

1. Tương thích hóa chất: liệt kê đủ thành phần khí và dung dịch hấp thụ, ví dụ hơi HCl rửa bằng xút, NH3 rửa bằng axit loãng, H2S rửa bằng kiềm có chất oxy hóa. Sau đó tra bảng kháng hóa chất của vật liệu theo nồng độ và nhiệt độ thực tế. Vật liệu không bền thì mọi ưu điểm khác đều vô nghĩa.
2. Nhiệt độ cao nhất của khí: lấy cả nhiệt độ lúc khởi động hay lúc bơm tuần hoàn dừng đột ngột, không chỉ nhiệt độ vận hành bình thường. Khi mất nước tưới, đệm nhựa chịu thẳng khí nóng và có thể biến dạng sau thời gian ngắn.
3. Diện tích bề mặt riêng và tổn thất áp: diện tích bề mặt riêng là số mét vuông bề mặt trên mỗi mét khối đệm. Con số này càng lớn thì trao đổi càng tốt, nhưng viên đệm nhỏ, dày đặc làm tăng sức cản dòng khí, buộc quạt hút phải mạnh hơn và tốn điện suốt đời hệ thống.
4. Độ rỗng và khả năng chống tắc: khí có bụi, sương dầu, hoặc dung dịch dễ tạo cặn (như cặn canxi khi rửa SO2 bằng sữa vôi) cần đệm cỡ lớn, hình dạng thoáng. Với khí nhiều bụi, nên tách bụi trước tháp thay vì trông vào lớp đệm.
5. Khả năng thấm ướt: dung dịch phải loang được trên bề mặt đệm ở lưu lượng tưới thiết kế. Đệm nhựa cần lượng tưới tối thiểu cao hơn đệm sứ hoặc kim loại để không sinh vùng khô.
6. Độ bền cơ học và trọng lượng: viên đệm ở đáy chịu sức nén của cả lớp đệm ướt phía trên. Đệm nhựa thành mỏng dễ bẹp khi lớp đệm cao và nóng; đệm sứ nặng đòi hỏi tấm đỡ và thân tháp chắc hơn.
7. Kích thước đệm so với đường kính tháp: viên đệm quá to trong tháp nhỏ tạo khe hở lớn sát thành, khí và lỏng chảy dọc thành mà ít đi qua lõi. Nhà sản xuất đệm thường đưa ra tỉ lệ khuyến nghị giữa đường kính tháp và cỡ đệm, cần đối chiếu khi thiết kế.
8. Chi phí vòng đời: so giá đệm cùng với điện quạt, số lần rửa, tỉ lệ hao hụt khi thay và thời gian dừng máy, không chỉ nhìn giá mua ban đầu.

Áp dụng vào vài tình huống thường gặp

Các gợi ý sau mang tính định hướng; chủng loại, cỡ đệm và chiều cao lớp đệm vẫn phải tính theo lưu lượng, nồng độ và nhiệt độ thực tế của từng nhà máy.

• Hơi axit từ bể tẩy rửa, xi mạ: khí ở nhiệt độ thường, ít bụi. Đệm nhựa PP dạng vòng Pall hoặc cầu rỗng thường đáp ứng được, chi phí thấp, dễ thay.
• Khí nóng chứa SO2 từ lò đốt, lò hơi: cần làm nguội khí trước tháp. Nếu không giữ được nhiệt độ ổn định dưới giới hạn của nhựa, nên cân nhắc đệm sứ hoặc vật liệu chịu nhiệt cao hơn PP.
• Khí chứa H2S từ trạm xử lý nước thải: khí ẩm, ít bụi, đệm nhựa thoáng là lựa chọn quen thuộc. Khi rửa bằng dung dịch có chất oxy hóa, cặn lưu huỳnh có thể bám dần lên đệm nên cần kiểm tra định kỳ; cách bố trí tổng thể có trong bài về xử lý mùi cho hệ thống xử lý nước thải.
• Khí có sương dầu, bụi mịn: ưu tiên tách bụi, tách dầu trước tháp; chọn đệm cỡ lớn, thoáng và tránh đệm cấu trúc khe hẹp.

Dấu hiệu lớp đệm có vấn đề và sai lầm hay gặp

Lớp đệm xuống cấp thường lộ ra qua ba dấu hiệu: chênh áp qua tháp tăng dần; mùi hoặc nồng độ khí ra tăng dù dung dịch vẫn đủ nồng độ; mảnh đệm vỡ, viên đệm bẹp xuất hiện trong bể tuần hoàn hoặc ở đầu hút bơm. Nên lắp đồng hồ đo chênh áp qua lớp đệm ngay từ đầu và ghi số định kỳ. Khi chênh áp tăng rõ so với lúc mới vận hành, cần kiểm tra tắc nghẽn trước khi quạt bị quá tải.

Các sai lầm thường làm hỏng đệm hoặc làm tháp chạy kém:

• Chọn theo giá hoặc thói quen: mua đệm giống tháp cũ mà không đối chiếu thành phần khí và nhiệt độ của dây chuyền mới.
• Nạp đệm mạnh tay: thả đệm sứ từ trên cao hoặc nén chặt đệm nhựa làm vỡ, bẹp viên đệm. Nên nạp từ từ; với đệm sứ có thể nạp khi tháp đang chứa nước để giảm va đập.
• Bỏ quên bộ phân phối lỏng: đổi sang đệm tốt hơn nhưng giữ vòi phun cũ tưới lệch thì hiệu suất gần như không cải thiện.
• Không bảo vệ khi mất nước tưới: bơm dừng mà quạt vẫn hút khí nóng vào là nguyên nhân hay gặp làm biến dạng đệm nhựa. Nên có báo động hoặc liên động bảo vệ khi bơm tuần hoàn dừng.
• Trộn đệm cũ, mới, nhiều cỡ: khi bổ sung đệm, các viên nhỏ chen vào khe viên lớn, lớp đệm chặt lại và dòng khí phân bố không đều.

Khi vệ sinh, đệm nhựa rời có thể xúc ra, rửa bằng nước hoặc dung dịch phù hợp với loại cặn rồi nạp lại. Viên nào đã bẹp, giòn hoặc đổi màu bất thường thì nên loại bỏ, thay bằng viên cùng loại và cùng cỡ.

Khi nào tháp PP với đệm nhựa là phương án hợp lý?

Với phần lớn tháp rửa khí axit, kiềm và khử mùi ở nhiệt độ thường, thân tháp PP đi cùng đệm nhựa PP là tổ hợp hợp lý: cả hai cùng chịu được môi trường hóa chất, nhẹ, dễ gia công và sửa chữa. Ngược lại, khi khí thải nóng mà không làm nguội ổn định được, chứa chất oxy hóa mạnh, hoặc có dung môi hữu cơ làm nhựa trương nở, nên cân nhắc đệm sứ, đệm kim loại hay nhựa kỹ thuật như PVDF, đồng thời đánh giá lại vật liệu thân tháp.

CCEP gia công tháp và thiết bị bằng nhựa PP, kiểm soát chất lượng từ khâu chế tạo đến lắp đặt. Khi nhận yêu cầu gia công tháp xử lý khí thải theo yêu cầu, các thông tin về thành phần và nhiệt độ khí, lưu lượng, dung dịch hấp thụ, mức bụi được dùng để xác định đường kính tháp, số tầng đệm, tấm đỡ, hệ phân phối và loại đệm đi kèm. Loại đệm và chiều cao lớp đệm ảnh hưởng đáng kể tới chi phí, nên báo giá tháp xử lý khí thải chỉ sát thực tế khi các thông số này đã rõ. Các mẫu tháp đang chế tạo có tại trang sản phẩm tháp xử lý khí thải, còn các phương án khác nằm trong nhóm giải pháp xử lý khí thải của CCEP.

Những điểm cần nắm khi chọn đệm cho tháp

• Lập bảng thành phần khí, nhiệt độ cao nhất có thể xảy ra và mức bụi trước khi bàn tới hình dạng đệm.
• Chốt chất liệu trước (nhựa, sứ hay kim loại), sau đó mới chọn hình dạng và cỡ đệm theo tổn thất áp và nguy cơ tắc.
• Thiết kế lớp đệm cùng bộ phân phối lỏng, tấm đỡ và lớp tách giọt; theo dõi chênh áp để biết lúc cần vệ sinh hoặc thay đệm.

Liên hệ CCEP: Hotline 091.789.6633 – Email ccep.vn@gmail.com – Văn phòng: Nhà NV 6.1, Khu đô thị Viglacera Hữu Hưng, 272 Hữu Hưng, Nam Từ Liêm, Hà Nội.

Câu hỏi thường gặp về vật liệu đệm tháp xử lý khí thải

Bao lâu thì phải thay vật liệu đệm?

Không có chu kỳ cố định. Tuổi thọ đệm phụ thuộc chất liệu, mức bụi, loại cặn và nhiệt độ vận hành. Cách làm thực tế là theo dõi chênh áp, mở cửa kiểm tra định kỳ, rửa khi đệm bám cặn và chỉ thay khi viên đệm đã bẹp, vỡ hoặc giòn.

Có thể đổi sang loại đệm khác mà không sửa tháp không?

Có thể, nếu kiểm tra trước ba điểm: tấm đỡ và thân tháp có chịu được trọng lượng đệm mới không, cỡ đệm mới có hợp với đường kính tháp không, và bộ phân phối lỏng có tưới đủ cho loại đệm đó không. Đổi từ đệm nhựa sang đệm sứ làm lớp đệm nặng lên đáng kể, thường phải tính lại kết cấu.

Chiều cao lớp đệm bao nhiêu là đủ?

Chiều cao lớp đệm được tính từ nồng độ khí vào, mức cần đạt ở đầu ra và hiệu quả trao đổi của từng loại đệm, thường biểu diễn bằng chiều cao một đơn vị truyền khối. Cùng một dòng khí, đệm có hiệu quả trao đổi cao hơn cho phép lớp đệm thấp hơn, nên không có con số chung cho mọi tháp.

Tháp không có đệm có dùng được không?

Tháp phun rỗng, chỉ có các tầng vòi phun, vẫn được dùng khi khí nhiều bụi hoặc dễ tạo cặn vì gần như không bị tắc. Tuy vậy, với khí khó hòa tan hoặc yêu cầu xử lý cao, tháp phun rỗng thường kém hiệu quả hơn tháp đệm cùng kích thước.