Mục lục
Lời nói đầu................................................................................................5
Phần I.Tổng quan......................................................................................7
Chương I. Ô nhiễm không khí do khí thải trong công nghiệp hoá chất....7
I.Các nguồn gây ô nhiễm khí trong công nghiệp sản xuất hoá chất..........7
1.Công nghiệp sản xuất axit Sunfuric...........................................7
2.Công nghiệp sản xuất axit Nitric...............................................8
3.Công nghiệp sản xuất giấy.........................................................8
4.Công nghiệp sản đồ nhựa...........................................................9
5.Công nghiệp lọc hoá dầu............................................................9
6.Công nghiệp sản xuất phân bón...............................................10
7.Công nghiệp sản xuất xi măng................................................10
8.Công nghiệp sản xuất lưu huỳnh.............................................10
II.Lượng hơi và khí độc hại rò rỉ từ các thiết bị công nghệ.....................11
III.Tác hại của các chất gây ô nhiễm khí.................................................15
1.Khí CO.....................................................................................15
2.Khí Nitơ oxit............................................................................16
3.Khí SO2...................................................................................17
4.Khí H2S....................................................................................17
5.Khí Clo.....................................................................................18
6.Khí Amoniac............................................................................18
IV.Một số phương pháp xử lý khí thải trong công nghiệp hoá chất........19
1. Một số phương pháp xử lý khí thải trong công nghiệp hoá chất.........19
2. Phương pháp hấp thụ xử lý khí thải chứa NH3…................................22
a.Nguyên lý quá trình..................................................................22
b.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ........................................23
3


Chương II.Công nghệ sản xuất NH3…....................................................24
I.Lịch sử phát triển của công nghệ tổng hợp NH3.......................24

II.Giới thiệu chung về quá trình tổng hợp Amoniac....24
III.Tính chất của Amoniac..........................................................25
IV.Cơ sở lý luận quá trình tổng hợp NH3…………..................27
V.Dây chuyền sản xuất NH3…..................................................33
VI.Thuyết minh lưu trình công nghệ...........................................36
Chương III.Tính cân bằng vật chất của quá trình phóng không..............38
I.Cân bằng vật chất cho tháp tổng hợp NH3…...........................40
II.Cân bằng vật chất cho thiết bị làm lạnh bằng H2O.................43
III.Cân bằng vật chất cho quá trình phóng không.......................47
IV.Tính cân bằng vật chất cho quá trình phóng không theo
năng suất phân xưởng.................................................................51
Phần II. Quá trình xử lý và thu hồi NH3 trong khí phóng không............53
Chương I. Lập luận tính kinh tế của quá trình xử lý và
thu hồi NH3 trong khí phóng không..........................................53
Chương II. Dây chuyền công nghệ quá trình hấp thụ NH3
trong khí phóng không................................................................54
Chương III.Tính toán quá trình hấp thụ NH3 trong khí
phóng không…............................................................................56
I.Tính toán thiết bị chính.............................................................56
II.Tính toán cơ khí......................................................................66
III.Tính toán thiết bị phụ.............................................................75
IV.Tính cân bằng nhiệt lượng cho quá trình hấp thụ..................88
V.Tính cân bằng vật chất cho quá trình nhả hấp thụ..................90
Kết luận ..................................................................................................91
4


Tài liệu tham khảo...................................................................................92

LờI NóI ĐầU

“Bảo vệ môi trường là một vấn đề sống còn của đất nước , của nhân
loại, là nhiệm vụ có tính xã hội sâu sắc , gắn liền với cuộc đấu tranh xóa đói
giảm nghèo của mỗi nước , với cuộc đấu tranh vì hòa bình và tiến bộ xã hội
trên phạm vi toàn thế giới”
Đó là lời mở đầu của Bản chỉ thị số 36-CT/TW ngày 25/6/1998 của Bộ
Chính trị Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng Sản Việt Nam khoá 8
Quán triệt tinh thần và nội dung của chỉ thị nêu trên , từ đó cho đến
nay công tác bảo vệ môi trường, chống suy thoái môi trường trong mọi lĩnh
vực đời sống, công nghiệp…đã và đang được các ngành các cấp , mọi người
dân, mọi cơ sở sản xuất công nghiệp hết sức quan tâm .
Mặc dù vậy môi trường nói chung và môi trường không khí nói riêng,
đặc biệt tại các khu công nghiệp vẫn có những dấu hiệu ô nhiễm đáng lo
ngại . Phần lớn các nhà máy xí nghiệp chưa được trang bị hoặc trang bị thiếu
đồng bộ các hệ thống xử lý khí thải, bụi, nước thải và hàng ngày thải vào bầu
khí quyển một lượng khổng lồ các chất độc hại gây ô nhiễm nghiêm trọng cả
một vùng rộng lớn quanh nhà máy.
Do đặc thù của công nghiệp hoá chất, khí thải của các nhà máy hoá
chất còn chứa rất nhiều các khí độc hại và nồng độ của chúng vượt nhiều lần
tiêu chuẩn cho phép. Theo tính chất hoá lý người ta phân loại khí thải làm hai
nhóm : Nhóm vô cơ bao gồm các khí SO2 , SO3 , H2S , CO , CO2 , NOX , NH3 ,
HCl , H2SO4 , HF…Nhóm hữu cơ bao gồm : Benzen , butan , axeton , các
axit hữu cơ , các dung môi hữu cơ.
Tuỳ theo thành phần và khối lượng khí thải để tiến hành một phương
pháp xử lý phù hợp, đảm bảo kỹ thuật xử lý và tính kinh tế của phương pháp
đó . Khi lựa chọn thiết bị làm sạch khí thải cần phải tính đến hiệu quả làm
5


sạch, những chi phí đầu tư ban đầu , những chi phí trong quá trình vận hành ,
tuổi thọ của hệ thống xử lý, đơn giản trong vận hành , dễ dàng kiểm tra sửa

chữa , chi phí điện năng hợp lý…
Trong nội dung thiết kế tốt nghiệp này, em đã tiến hành tính toán, thiết
kế hệ thống xử lý , thu hồi khí NH 3 trong khí phóng không của nhà máy sản
xuất NH3. Dù đã hết sức cố gắng nhưng bản tính toán và thiết kế còn nhiều
hạn chế , em rất mong được các thầy cô hướng dẫn chỉ bảo thêm.

6


Phần i.Tổng quan
Chương I. Ô nhiễm không khí do khí thải trong công nghiệp hoá chất.
I.Các nguồn gây ô nhiễm trong công nghiệp hoá chất
Công nghệ hoá chất bao gồm rất nhiều loại nhà máy, sản xuất ra rất
nhiều loại sản phẩm khác nhau, phục vụ cho đời sống, công nghiệp, quốc
phòng, và do đó về khía cạnh ô nhiễm khí cũng có rất nhiều vấn đề chuyên
môn riêng biệt và đa dạng.
Một số nguồn ô nhiễm khí điển hình trong công nghệ hoá chất như sau:
1.Công nghiệp sản xuất Axit sunfuric
Axit sunfuric H2SO4 có thể được sản xuất từ lưu huỳnh đơn chất ( S có
thể được thu từ khí đốt thiên nhiên), từ Sunfua Sắt, quặng FeS 2 , phản ứng
xảy ra như sau:
Từ lưu huỳnh S + O2 → SO2
Từ quặng Pirit 4 FeS2 + 1102 →2 Fe2O3 + 8SO2
Sunfua đioxit thu được từ quá trình nung đốt trên đây thường có hàm
lượng từ 8 ÷ 44% được cho tiếp xúc với chất xúc tác ở nhiệt độ 450 0C để oxi
hoá SO2.
2 SO2 + O2→ 2 SO3
Tiếp theo SO3 được hấp thụ bởi H2SO4 loãng để đạt được độ đậm đặc
theo yêu cầu:
SO3 + H2O ⇔ H2SO4

Trong thiết bị oxi hoá xúc tác nhiều lớp (4 ÷ 5 lớp) tỷ lệ SO2 được
chuyển hoá là 96 ÷ 98%, phần còn lại được phát thải vào khí quyển. Đối với
nhà máy công suất 1500 tấn H2SO4/ ngày, lượng phát thải ( nhờ nâng cao hiệu

7


quả chuyển đổi ) có thể hạ xuống từ 44 xuống 4 tấn / ngày, từ đó làm tăng
thêm 54 tấn H2SO4/ ngày
Nồng độ SO2 trong khi thải của dây chuyền sản xuất H 2SO4 hiện đại có
thể đạt 1,33g/ m3.
2.Công nghệ sản xuất axit nitric: HNO3
Phương pháp phổ biến để điều chế axit nitric là đốt có xúc tác Amôniac
trong không khí. Các phản ứng xảy ra như sau:
4NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O + Q
2NO + O2 → 2 NO2 + Q
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO + Q
Chất ô nhiễm phát thải vào khí quyển chủ yếu là NO 2 (nồng độ phát
thải ở ống khói dao động ở khoảng 1500 ÷ 3000ppm), ngoài ra còn có NO,
NH3 . Công nghệ tiên tiến đã cho phép hạ nồng độ khí NO x phát thải xuống
còn 300 ppm
3.Công nghiệp sản xuất giấy
Chất gây ô nhiễm chủ yếu thoát ra từ công nghiệp sản xuất giấy là khí
SO2 , H2S, mùi hôi thối , buồn nôn . Giấy là sản phẩm thu được bằng cách ép
các lớp sợi Xenlulozơ. Nguyên liệu làm giấy là gỗ. Dăm gỗ được ngâm và
nấu dưới áp suất cao trong xút (NaOH) và natri sunfua (NaS)
Kết quả là thu được dung dịch bột giấy màu đen có chứa một lượng
nhỏ các chất H2S và các hợp chất Sunfua hữu cơ tạo ra mùi hôi thối khó chịu.
Ngoài ra khi hoàn nguyên dung dịch nấu bột giấy để tái sử dụng bằng
cách cho bốc hơi, cặn bã được đốt trong các lò đặc biệt để tạo thành tro

natrisunfit Na2SO3 và natri cacbonnat Na2CO3. Trong quá trình này thoát ra
nhiều khí H2S và các chất CH3HS , (CH3)2S , (CH3)2S2 có mùi hôi thối khó
chịu đặc trưng cho công nghiệp giấy.

8


4.Công nghiệp sản xuất đồ nhựa:
Công nghiệp sản xuất gia công đồ nhựa tuy không phải là các nguồn ô
nhiễm lớn, tuy nhiên lại rất đa dạng do sự khác nhau trong dây chuyền sản
xuất, nguyên liệu, máy móc thiết bị.
Tại công đoạn chế biến: Polime hoá các nguyên liệu ban đầu (mônôme)
được tiến hành trong các thùng kín, nguy cơ gây ô nhiễm hầu như bị triệt tiêu.
Khi sửa chữa các loại thùng chứa, đồ nhựa polime, khi dọn dẹp các
thiết bị phản ứng có thể làm bốc ra một số hơi, khí có mùi gây khó chịu, dị
ứng, nhất là cho công nhân vận hành giai đoạn này.
Tại công đoạn ép khuôn: Để tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, người
ta đã trộn vào polyme nhiều loại phụ gia có tính độc hại cao như các khoáng
chất có gốc Chì, Cadimi rất độc hại cho sức khoẻ.
5.Công nghệ lọc hoá dầu
Công nghệ chế biến dầu mỏ đã có những bước phát triển mạnh mẽ từ
nhiều thập kỷ trước. Giai đoạn đầu của quá trình lọc dầu là quá trình chưng áp
- phân ly dầu thô ra thành nhiều cấp có tỷ trọng khác nhau - đó là quá trình
Cracking. Một số sản phẩm thu được sau quá trình cracking có thể sử dụng
ngay, phần còn lại đòi hỏi phải chế biến tiếp.
Khí thải của nhà máy lọc dầu gồm có:
a. Hơi Hidrocacbon rò rỉ từ các khe hở , nắp đậy không kín của thiết bị,
thùng chứa.
b. Khí thải của các lò nung, bếp đun, vòi đốt sử dụng cho qúa trình
chưng cất, trong đó có SO2 do đốt các tạp chất có S..

c. Khí có chứa các hợp chất của S như H 2SO4 thoát ra từ các tầng của
tháp chưng cất , khí thải của các hợp chất của S từ phần cất được.
d. Bụi với thành phần có hạt rất mịn thoát ra từ các quá trình hoàn
nguyên các chất xúc tác. Đây là chất gây ô nhiễm chủ yếu của nhà máy lọc
dầu.
9


6.Công nghiệp sản xuất phân bón ( phân đạm, phân Supephotphat)
Công nghiệp sản xuất phân bón gốc nitơ gây ô nhiễm không khí bởi các
khí CO, H2S, SO2 , NH3.
Sản xuất phân Supephotphat được tiến hành theo phương pháp cho axit
Sunfuric tác dụng với Phốt phát thiên nhiên (quặng apatit,phôtphat canxi )
.Trong quặng luôn có thành phần flo ( ≈1 %) . Các hợp chất chứa flo phản
ứng với H2SO4 và thải ra HF và SiF4. Lượng phát thải các khí độc hại nhiều
nhất ở công đoạn làm đông đặc bằng cách thổi không khí và axit photphoric.
Không khí thoát ra từ các quá trình này có chứa khoảng 10 g/m 3 flo. Sau khi
lọc sạch khí thải nồng độ khí flo có thể giảm xuống còn 0,2 g/m3.
7.Ô nhiễm không khí trong công nghiệp sản xuất xi măng
Chất gây ô nhiễm chủ yếu là bụi. Bụi thoát ra môi trường xung quanh
từ các công đoạn sau đây:
Vận chuyển và chứa kho các loại vật liệu như đá vôi, đất sét , phụ gia.
Nếu thao tác quá trình với nguyên liệu ẩm thì bụi toả ra sẽ được giảm thiểu
đáng kể.
Sấy và nung: Toả nhiều bụi và khí SO2 có nguồn gốc từ nhiên liệu
Nghiền và trữ Klinker gây toả bụi
8.Ô nhiễm không khí trong công nghiệp sản xuất S
Lưu huỳnh (S) được sản xuất trên cơ sở điện phân các muối alcalin
(kim loại kiềm: liti, natri, kali…) trong dung dịch nước hoặc ở trạng thái nung
chảy. Nguy cơ gây ô nhiễm không khí thường do Cl 2, HCl bị thải ra ống

khói.

10


Bảng1. Các chất khí, bụi độc hại thải ra từ các nhà máy hoá chất.
TT
1

Nhà máy
HNO3

Các chất khí độc hại thải ra
NO, NO2 , NH3

2

HCl

HCl , Cl2

3

H2SO4
+ Sản xuất theo phương pháp N2 SO2, SO2, H2S, SO2, NH3.
+ Phương pháp tiếp xúc từ S

NO, NO2 , NH3, SO2 , Fe2O3 (bụi)

NH3

Phân bón tổng hợp

HCl , Cl 2
CO, CO2, H2S, SO2, NH3
NO, NO2 , NH3 , HF, H2SO4 , P2O5,

6
7

Supe Photphat
Nước NH3

HNO3
H2SO4 , HF, bụi Supephotphat
NH3

8

Photpho và axit Photphoric

9
10
11
12
13

Metanol
Axetylen
Cl2
Sợi nhân tạo

Cacbamit

4
5

P2O5, H2SO4 , HF, Ca3F( PO4) (bụi)
CH3OH , CO
CH2=CH2, mồ hóng
HCl, Cl2
H2S, CS2
NH3, CO , (NH3)2CO (bụi)

II.Lượng hơi và khí thải độc hại rò rỉ từ các thiết bị công nghệ.
Trong công nghiệp hoá chất luôn luôn có một hệ thống bình chứa, thiết
bị có dung tích, đường ống áp lực cao… Từ các thiết bị trên luôn luôn có một
lượng khí của chất chứa bên trong thiết bị thoát ra ngoài qua khe hở, bích nối
làm ô nhiễm bầu không khí bên trong phân xưởng nếu các thiết bị đặt trong
nhà hoặc làm ô nhiễm bầu khí quyển nếu thiết bị, đường ống đặt ngoài trời.
11


Để có thể bảo vệ môi trường, an toàn lao động các thiết bị áp lực cần
phải được thử nghiệm về độ kín và cho phép có một độ không kín nhất định
được tiêu chuẩn hoá tuỳ thuộc vào mức độ độc hại hoặc nguy hiểm cháy nổ
của môi chất chứa bên trong thiết bị.
Để kiểm soát được ô nhiễm do các nguồn phát thải dạng trên, cần xác
định lượng hơi, khí thoát ra qua khe hở của thiết bị cao áp.
Độ hở của thiết bị đường ống xác định như sau:





τ

P1T2 

1
PT
h = 1 − 2 1 

Với h: Độ hở, h-1
P1, P2: áp suất tuyệt đối ban đầu và cuối cùng của thời gian thử nghiệm
T1, T2 : Nhiệt độ tuyệt đối ban đầu và cuối thời gian thử nghiệm
τ : Thời gian thử nghiệm , h
Nếu nhiệt độ và áp suất khí quyển không thay đổi trong suốt thời gian
thử nghiệm thì
1 ∆P

h= τ. P
1

∆ P : Độ sụt áp suất trong thời gian thử nghiệm
h: độ hở ,h-1
h được tiêu chuẩn hoá cho các thiết bị công nghệ khác nhau.
Lượng hơi, khí rò rỉ từ các thiết bị công nghệ
G=

G1 − G2 1  P1V P2V 

= 

−
τ
τ  RT1 RT2 

Nếu T1 = T2 = T
∆P.V

→ G = τ .RT
1
→ Rút trị số ∆P từ trên ta có
G = h.
12

P1
V.
RT


Với:

G: Lượng hơi, khí rò rỉ từ thiết bị , Kg/ h

V: Dung tích thiết bị , m3
R: Hằng số chất khí trong thiết bị , J/ Kg. K
Trong công thức trên P1/RT chính là khối lượng đơn vị ρ1 (kg/m3 ) của
khí chứa trong thiết bị ứng với áp suất và nhiệt độ làm việc , do đó ta có thể
viết công thức trên dưới dạng:
G=h.ρ1.V

, kg/h


Công thức trên cho phép xác định lượng khí rò rỉ nếu thiết bị được thử
độ kín bằng chính loại khí làm việc của nó.
Tiêu chuẩn Việt Nam 3959 - 1995. Chất lượng khí - Tiêu chuẩn khí
thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ
1. Phạm vi áp dụng
a. Tiêu chuẩn này quy định giá trị nồng độ của các chất vô cơ và bụi
trong khí thải công nghiệp (tính bằng mg/m 3 khí thải) vào không khí xung
quanh.
Khí thải công nghiệp nói trong tiêu chuẩn này là khí và khí có chứa bụi
do các quá trình sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, và do các hoạt động khác tạo
ra.
b.Tiêu chuẩn này áp dụng để kiểm soát nồng độ các chất vô cơ và bụi
có trong khí thải công nghiệp trước khi thải vào môi trường

13


2. Bảng 2.Giá trị giới hạn cho phép của bụi trong khí thải công
nghiệp (mg/m3)
TT Thông số
1
Khói bụi: - Nấu kim loại

2
3
4
5
6
7

8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

Giá trị giới hạn (A) Giá trị giới hạn (B)
400
200

- Bê tông nhựa

500

200

- Xi măng

400

100

-Các nguồn khác

- Chứa Silic

600
100

400
50

- Chứa amiăng
Antimon
Asen
Cadimi
Chì
Đồng
Kẽm
Clo
HCl
Fl, axit HF các nguồn
H2S
CO
SO2

không
40
30
20
30
150
150
250

500
100
6
1500
1500

không
25
10
1
10
20
30
20
200
10
2
500
500

NOX (các nguồn)

2500

1000

NOx (Cơ sở axit)
H2SO4 (các nguồn)
HNO3
Amoniac


4000
300
2000
300

1000
35
70
100

Bụi:

Ghi chú: Phương pháp lấy mẫu, phân tích, tính toán xác định từng
thông số cụ thể được quy định trong các tiêu chuẩn Việt Nam tương ứng
Giá trị giới hạn A: áp dụng cho các cơ sở đang hoạt động.
Giá trị giới hạn ở cột B : áp dụng cho tấc cả các cơ sở kể từ ngày cơ
quan quản lý môi trường quy định

14


Đối với khí thải của một số hoạt động sản xuất, kinh doanh dịch vụ đặc
thù, khí thải vào khí quyển theo các quy định riêng.
III.Tác hại của các chất gây ô nhiễm khí
Lượng không khí mà cơ thể cần cho sự hô hấp hàng ngày của một con
người vào khoảng 10 m3, do đó nếu trong không khí có lẫn nhiều chất độc hại
đó sẽ tạo điều kiện cho chúng xâm nhập sâu vào cơ thể, gây ra những hậu quả
rất nghiêm trọng cho tính mạng và sức khoẻ con người.
1.Khí CO:

Cácbonoxit CO là một loại khí độc do nó có phản ứng rất mạnh (có ái
lực) với hồng cầu trong máu và tạo ra cacboxy hemoglobin (COHb) làm hạn
chế sự trao đổi và vận chuyển oxy trong máu đi nuôi cơ thể.
Tuy nhiên khí CO không để lại hậu quả bệnh lý lâu dài hoặc gây ra
khuyết tật nặng nề đối với cơ thể.
Người bị nhiễm CO khi rời khỏi nơi ô nhiễm, nồng độ CO-Hb trong
máu giảm dần do CO đưa thải ra ngoài qua đường hô hấp.

15


Bảng 3 . Triệu chứng của cơ thể ứng với nồng độ COHb trong máu

1
2

% COHb
trong máu
Không có dấu hiệu gì
< 1,0
Một vài biểu hiện không bình thưòng trong thái độ 1,0 - 2,0

3

ứng xử
ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, kém nhạy

TT

Triệu chứng


cảm, giác quan, kém phân biệt độ sáng, rối loạn tâm 2,0 ÷ 5,0
4
5
6
7

lý
Chức năng tim phổi bị ảnh hưởng
Đau đầu nhẹ, giảm mạch máu ngoại vi
Đau đầu, mấp máy thái dương
Đau đầu nhiều, mệt mỏi , hoa mắt, chóng mặt, buồn

8
9
10

nôn, nôn mửa, suy sụp
Suy sụp, ngất, mạch và nhịp thở chậm dần
40 ÷ 50
Ngất, giảm mạch đập và nhịp thở, co giật từng cơn
50 ÷ 60
Hôn mê, co giật từng cơn, tim mạch suy giảm, nguy 60 ÷ 70

11
12
13

cơ chết
Mạch yếu, thở chậm, yếu dần và tắt thở sau vài giờ

Chết trong vòng 1 tiếng
Chết trong vòng vài phút

5,0 ÷ 10
10 ÷ 20
20 ÷ 30
30 ÷ 40

70 ÷ 80
80 ÷ 90
> 90

2. Khí Nitơ oxit NOx
Có tất cả 6 loại Nitơ oxit: N 2O, NO , NO2, N2O3, N2O4, N2O5. Trong số
đó NO2 là đáng chú ý nhất về mức độ độc hại .
Nitơ oxit được biết đến như là một chất gây kích thích viêm tấy và có
tác hại đối với hệ thống hô hấp. Tại nơi làm việc của công nhân có ô nhiễm
khí NOx có nồng độ < 3 ppm thì tác hại của NO x có thể thấy rõ sau 3 ÷5 năm.
Hiện nay khí NOx được coi là chất độc hại tiềm tàng gây lên bệnh viêm xơ
phổi mãn tính.
Bảng 4: Tác hại của NO2 phụ thuộc vào nồng độ và thời gian tiếp xúc
Nồng độ NO2
16

ppm

Thời gian tiếp xúc


≥ 500

300 ÷400
150 ÷ 200

48 giờ
2 ÷ 10 ngày
3 ÷ 5 tuần

50 ÷ 100

6 ÷ 8 tuần

Chết người
Gây viêm phổi và chết
Viêm xơ cuống phổi
Viêm cuống phổi và màng
phổi

3. Khí SO2:
Khí SO2 là loại khí dễ hoà tan trong nước và được hấp thụ hoàn toàn rất
nhanh khi hít thở ở đoạn trên của đường hô hấp. Khi hít thở không khí có
chứa SO2 với nồng độ thấp ( 1- 5 ppm) sẽ thấy xuất hiện sự co thắt tạm thời
các cơ mềm của khí quản, ở nồng độ 5 ppm - cơ thể có biểu hiện bệnh lý rõ
ràng khó thở , tức lồng ngực. Khi nồng độ > 10 ppm thì đường hô hấp bị co
thắt nghiêm trọng.
4. Khí H2S.
Khí H2S là loại khí không màu , dễ cháy và có mùi đặc biệt giống mùi
trứng ung. Tại các khu công nghiệp các nhà máy hoá chất có công đoạn đốt S,
nồng độ H2S trong không khí có thể lên đến 0,13 pmm. Ngưỡng nhận biết
mùi của H2S dao động trong khoảng 0,0005 ÷ 0,13 ppm. ở nồng độ 10 ÷ 20
ppm thì H2S làm chảy nước mắt, viêm mắt. Khi hít thở phải khí H 2S sẽ gây

xuất tiết nước nhầy và gây viêm toàn bộ tuyến hô hấp, ở nồng độ > 150 ppm ,
H2S gây tê liệt cơ quan khứu giác.

17


5.Khí Clo.
Đây là loại khí màu vàng xanh, có mùi hăng cay và gây tác hại đối với
mắt, da và đường hô hấp. Hít thở không khí ô nhiễm, bởi khí Clo ta cảm thấy
khí thở, bỏng rát da, cay đỏ mắt và nhìn bị mờ.
Bảng 5.Tác hại của khí Clo ở các nồng độ khác nhau:

Nồng độ khí Clo trong Tác hại đối với cơ thể
0,5
1÷3

Có mùi nhẹ, không gây tác hại
Mùi khó chịu, gây chảy nước mắt, mũi, viêm mắt

6
30
40 ÷ 60

mũi
Viêm cổ họng
Ho, đau rát, cổ họng
Tổn thương phổi nghiêm trọng nếu tiếp xúc trực

100
1000


tiếp 30 ÷ 60 phút
Gây chết người
Chết sau vài nhịp thở

6. Khí NH3
Amoniac có thể có trong không khí dưới dạng lỏng và khí
Đây là loại khí không màu, có mùi hắc, khai. Tác hại chủ yếu của nó là
làm viêm da và đường hô hấp. Mùi amôniac có thể nhận biết được ở nồng độ
5 ÷10 ppm, ở nồng độ 150 ÷200 ppm gây khó chịu và cay mắt , ở nồng độ
400 ÷ 700 ppm gây viêm mắt, mũi , tai , họng một cách nghiêm trọng, ở nồng
độ ≥ 2000 ppm da bị cháy bỏng ngạt thở và tử vong sau vài phút.

IV.Một số phương pháp xử lý khí thải trong công nghiệp hoá chất.
18


1.Một số phương pháp xử lý khí thải trong công nghiệp hoá chất.
Khí thải của các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp còn chứa rất nhiều
chất độc hại vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép. Tùy theo thành phần và khối
lượng khí thải mà ta chọn phương pháp xử lý phù hợp đảm bảo kỹ thuật xử lý
và tính kinh tế của phương pháp. Khi lựa chọn thiết bị làm sạch khí thải cần
phải tính đến hiệu quả làm sạch, những chi phí đầu tư ban đầu, những chi phí
trong quá trình vận hành, tuổi thọ của hệ thống xử lý, đơn giản trong vận
hành, dễ kiểm tra, sửa chữa, diện tích chiếm chỗ hợp lý, chi phí điện năng ở
mức tối ưu.
a.Phương pháp hấp thụ
Xử lý các chất độc hại có trong khí thải bằng phương pháp hấp thụ (hút
thu và hoà tan) được sử dụng nhiều khi lưu lượng dòng khí thải lớn và nồng
độ các khí độc hại cao. Ngoài ra khi áp dụng phương pháp này có thể đạt hiệu

quả kinh tế cao và có thể thu hồi các chất để sử dụng tuần hoàn hoặc chuyển
sang công đoạn sản xuất sản phẩm khác.
Sự hấp thụ là quá trình hút thu chọn lọc một hay một số thành phần của
hỗn hợp khí bằng chất hút thu thể dịch , chất hút thu thể dịch này gọi là chất
hấp thụ.
Quá trình hấp thụ có thể chia thành hấp thụ vật lý và hấp thụ hoá học.
Khi xảy ra hấp thụ vật lý những phần tử bị hấp thụ không đi vào những phần
tử hấp thụ, nghĩa là quá trình hấp thụ thành phần riêng bằng chất hấp thụ
không kéo theo phản ứng hoá học. Khi áp suất riêng phần của khí thành phần
có trong hỗn hợp khí cao hơn áp suất cân bằng trên bề mặt dịch thì quá trình
hấp thụ tiếp tục. Khi hấp thụ hoá học những thành phần bị hấp thụ sẽ tác động
tương hỗ hoá học với các phân tử hoạt tính của chất hấp thụ và tạo thành hỗn
hợp hoá học mới . Khi này áp lực cân bằng của khí thành phần trên bề mặt
dung dịch ít hơn một chút so với sự hấp thụ vật lý và nó có khả năng tách ra
hoàn toàn khỏi dòng khí thải.
19


Sự phối hợp hấp thụ và khử hấp thụ cho phép sử dụng thời gian dài mà
không bị tiêu hao dịch hấp thụ trong một vòng kín hấp thụ-khử hấp thụ-hấp
thụ và nhận được thành phần bị hấp thụ ở dạng sạch.
b.Phương pháp hấp phụ
Phương pháp hấp phụ (hút bám) có ý nghĩa quan trọng khi cho phép lôi
cuốn các tạp chất khí độc hại ra khỏi khí thải.
Những chất hấp phụ được áp dụng để xử lý khí thải phải có bề mặt
riêng rất lớn và phải đáp ứng một số các yêu cầu sau:
Có khả năng hấp phụ lớn
Không tác dụng hoá học với các thành phần khí riêng biệt có trong khí
thải
Có tính chọn lọc cao

Có độ bền lớn
Có khả năng hoàn nguyên
Có giá thành hạ
Một số chất hấp phụ được sử dụng phổ biến là : Than hoạt tính,
Silicagen, Aliumogen, Zeolit
Sự khử hấp phụ là một giai đoạn quan trọng của chu trình hấp phụ –
khử hấp phụ. Đây là quá trình nhằm khôi phục lại hoạt tính vốn có của chất
hấp phụ và đây chính là quá trình hấp phụ ngược.
c.Phương pháp thiêu huỷ
Phương pháp thiêu huỷ được áp dụng khi không có yêu cầu hoặc không
có khả năng thu hồi các khí sinh ra, phương pháp này được sử dụng rộng rãi
với các khí không sinh ra độc hại thứ cấp. Ngoài ra còn có thể tận dụng được
nhiệt của các phản ứng.
Thiêu huỷ khi không có chất xúc tác được thực hiện khi đốt trực tiếp
khí thải ở nhiệt độ cao :800-1100 OC. Phương pháp này áp dụng với các khí
thải có nồng độ cao vượt quá giới hạn cho phép và nồng độ Oxy đủ lớn. Có
thể thiêu cháy khí thải ở trong các lò đốt khi cần tận dụng nhiệt toả ra.
20


Thiêu huỷ có chất xúc tác cần diện tích bề mặt lớn và nhiệt độ thiêu đốt
khoảng 200-300oC. Trong phương pháp này sử dụng các bề mặt kim loại như
các dải băng bạch kim , đồng, crom, niken…làm chất xúc tác. Làm sạch khí
thải theo phương pháp này có giá thành rẻ hơn so với thiêu đốt không có xúc
tác. Phương pháp này thích hợp với các chất khí độc hại có nồng độ thấp gần
giới hạn bắt lửa.
d.Phương pháp trao đổi ion.
Sự hấp thụ khí bằng trao đổi ion là sự hấp thụ phân tử. Khi này phản
ứng hoá học của phần tử khí với chất trao đổi ion được thực hiện, đồng thời
còn xảy ra sự hoà tan một số chất khí trong nước (nếu nước có trong chất trao

đổi ion). Những chất trao đổi ion có đồng thời tính chất của chất hấp phụ thể
rắn và tính chất của chất hấp phụ thể lỏng.
Thiết bị trao đổi ion áp dụng để làm sạch không khí khỏi những chất
độc hại khác nhau. Trong bộ lọc sử dụng những dải băng xuyên thông làm từ
những sợi trao đổi ion và được đặt trong khung. Những khung có băng lọc
được đặt trong vỏ thiết bị , có các ống nối đường ra, đường vào của dòng
không khí.
Khả năng lưu thông của dòng khí qua bộ lọc 7000 ÷ 10 000 m2/ h cho
1m2 bề mặt phin lọc, sức kháng khí động của dòng khí 200 ÷ 300 Pa
Mức độ làm sạch không khí của loại thiết bị này rất cao 97 ÷ 99%. Vật
liệu sợi trao đổi ion cho phép hoàn nguyên và sử dụng nhiều lần. Vật liệu này
có thể cho phép lấy ra một số khí độc hại có trong dòng khí thải trong cùng
một thời gian làm việc.
e.Phương pháp ngưng tụ:
Trong phương pháp này sử dụng một chất lạnh trung gian để hạ thấp
nhiệt độ dòng khí thải tới nhiệt độ nhất định mà khi đó các khí thành phần
ngưng đọng lại và tách dòng khí thải. Phương pháp này thường áp dụng với
các dung môi hữu cơ như xăng, dầu, axeton, toluen.
21


f.Phương pháp sinh hoá-vi sinh
Phương pháp sinh hoá-vi sinh xử lý khí thải có ý nghĩa quan trọng
trong việc bảo vệ môi trường sống quanh chúng ta. Phương pháp này lợi dụng
các vi sinh vật trong môi trường xung quanh (đất , nước, không khí…) để hấp
phụ , phân huỷ các khí thành phần độc hại trong dòng khí thải. Ngoài ra các
vi sinh vật còn tiêu thụ một phần đáng kể các tạp chất có trong hỗn hợp khí,
nhất là khí thải của các nghành công nghiệp chế biến thực phẩm , nhà máy
tổng hợp hữu cơ…Đây là phương pháp đơn giản tuy nhiên lại mang lại hiệu
quả kinh tế nhất định.

2.Phương pháp hấp thụ xử lý khí thải có chứa NH3
a. Nguyên lý quá trình
- Phản ứng xảy ra trong tháp hấp thụ.
NH3K → NH3L

(1)

NH3l + H2O → NH4OH + Q (8430 KCal)
+
−
NH4OH → NH4 +OH

(2)

(3)

+ Phản ứng (1) đặc trưng cho quá trình hoà tan NH 3 trong nước, đó là
quá trình hoà tan vật lý tuân theo định luật Henry
C NH 3 = H .PNH 3
C NH 3 : Nồng độ của NH3 trong dung dịch

H: Hằng số Henry
PNH 3 : áp suất riêng phần của NH3 trong pha khí

+ Phản ứng (2) là phản ứng hoá học thuận nghịch toả nhiệt, đặc trưng
cho phản ứng là hằng số cân bằng Kc.
Kc =

[ NH 4 OH ] = [ NH 4 OH ]
C NH 3


H .PNH 3

→ Kc = F (t0 , PNH )
3

+ Phản ứng (3) là phản ứng điện ly được đặc trưng bằng hằng số điện
ly.
22


[ NH ][OH ]
=
+

−

4

[ NH

KH

4

OH

]

Các giá trị Kc, KH được tra trong các sổ tay hoá lý từ đó, có thể tìm

được C NH ở nhiệt độ bất kỳ.
3

Độ hoàn tan của NH3 ở trong nước là tổng số NH3 ở các dạng.
Độ hoà tan = [NH3l] + [NH4OH] + [NH4+]
Kết luận: Độ hoà tan của NH3 phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất riêng
phần của NH3 trong pha khí.
b. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ.
- Dung dịch NH3 không ổn định, khi tăng nhiệt độ thì phản ứng xảy ra
theo chiều ngược lại của phản ứng (2) vì vậy nếu ở áp suất nhất định khi nhiệt
độ giảm thì độ hoà tan tăng. áp dụng tính chất này để khống chế nhiệt độ , áp
suất trong quá trình hấp thụ và phát sinh NH3.
- Phản ứng hấp thụ của nước và NH3 là phản ứng thuận nghịch toả nhiệt
và giảm thể tích vì vậy ở điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất cao sẽ có lợi cho
phản ứng. Để giảm nhiệt độ của phản ứng trong thiết bị hấp thụ còn làm lạnh
gián tiếp bằng nước.
P cao thì làm hiệu suất hấp thụ cao nhưng P cao quá lại không tốt cho
quá trình.

23


Chương II. công nghệ sản xuất NH3
I. Lịch sử phát triển của công nghệ tổng hợp NH3
Amôniac là sản phẩm chủ yếu của công nghiệp hoá học nói chung và
công nghệ sản xuất các hợp chất của Nitơ nói riêng. Nó là sản phẩm đầu để từ
đó tiến hành sản xuất các hợp chất khác của Nitơ như các loại phân đạm chứa
Nitơ, HNO3.
Đến đầu thế kỷ 20, phương pháp tổng hợp Amôniác mới được phát
triển theo quy trình công nghệ cụ thể . Năm 1913 , một nhà máy tổng hợp

Amôniac đầu tiên ra đời tại Đức.
Sau Đại chiến thế giới lần thứ nhất kỹ thuật tổng hợp Amôniắc được
phổ biến đến một loạt các quốc gia khác, những cải tiến quan trọng trong quá
trình tổng hợp đã được áp dụng, đặc biệt, kỹ thuật sản xuất Amôniac đã tiến
tới bước tự động hoá một phần. Quy mô sản xuất được mở rộng, những nhà
máy sản xuất NH3 và các chế phẩm NH3 lần lượt ra đời.
Đến giai đoạn hiện nay, công nghệ tổng hợp NH3 đã đạt được bước tiến
vượt bậc với việc ứng dụng tin học, tự động hoá vào quá trình sản xuất. Với
nhiều loại dây chuyền tổng hợp khác nhau, trong đó nhiệt năng của quá trình
đã được tận dụng tối đa , giá thành sản xuất đã giảm đáng kể. Năm 1950 sản
lượng NH3 trên toàn thế giới là 4 triệu 430 nghìn tấn, đến năm 1960 là 17
triệu tấn, 1981 đã là 78 triệu 500 nghìn tấn.
II. Giới thiệu chung quá trình tổng hợp NH3
Tổng hợp NH3 tức là thực hiện phản ứng tổng hợp N 2 +3H2 → 2NH3,
phản ứng thực hiện ở điều kiện nhiệt độ cao trong sự có mặt của xúc tác rắn.
Quá trình tổng hợp đi theo 3 bước như sau:

24


Bước 1: Sản xuất khí nguyên liệu N2 , H2, có thể lấy N2 , H2 từ các
nguyên liệu rắn (than hoặc cốc) , nhiên liệu lỏng (dầu), nhiên liệu khí (khí
thiên nhiên CH4). Hoặc bằng phương pháp lạnh sâu phân ly không khí , điện
phân H2O
Bước 2. Tinh chế khí nguyên liệu :
Trong khí nguyên liệu thường có chứa các tạp chất cơ học như bụi, vẩy
sắt . Các tạp chất làm ngộ độc xúc tác như H 2S, CO, CO2 O2, H2O. Do đó phải
làm sạch khỏi ăn mòn làm tắc thiết bị, đường ống hay ngộ độc xúc tác.
Bước 3. Tổng hợp NH3
Sau quá trình tinh chế khí ta thu được hỗn hợp khí N 2 + H2 có tỷ lệ N2

:H2=3:1, chứa [CO + CO2 ] ≤ 20 ppm được nén đến áp suất cần thiết rồi đưa
sang phân xưởng tổng hợp Amôniac .
Sơ đồ quá trình tổng hợp như sau:
Hỗn hợp khí
nguyên liệu N2,
H2,CO, CO2 , H2S

Chuyển hoá CO

Khử H2S
20atm

Khử CO2

Nén khí

300

Khử CO

atm

Tổng hợp NH3

III. Tính chất của Amôniac.
1.Tính chất vật lý:
ở nhiệt độ và áp suất thường Amôniac là một chất khí không màu, mùi
khai, có tính kiềm.
Một số tính chất của Amôniac.
Tỷ trọng ở P = 1atm , t0 thường 0,771Kg/m3

25


t0 sôi ở P = 1atm

- 33,350C

t0 tới hạn

- 77,750C

P tới hạn

111,5 atm

t0 phân huỷ khi không có xúc tác

≥ 12000C
3000C

khi có xúc tác
Tỷ nhiệt ở 250C

8,523 cal/mol độ.

NH3 hoà tan tốt trong H2O , 1 VH2O hoà tan 700 VNH3 ở 200C , 1 atm
2. Tính chất hoá học:
Amôniac có thể tác dụng trực tiếp với axit hoặc oxit axit để tạo các loại
muối amon.
2NH3 + H2SO4 = (NH4)2 SO4

NH3 + HNO3 = NH4NO3
NH3 + H2O + CO2 = NH4HCO3
NH4HCO3 + NH3 = (NH4)2 CO3
NH3 tác dụng với CO2 sẽ tạo thành dung dịch Cacbamat amon, loại bỏ
nước sẽ tạo thành Urê.
NH2
2NH3 + CO2 = CO
ONH4
NH2
CO

NH2
= CO

ONH4

+ H2O
NH2

Khi có mặt xúc tác Pt , NH3 tác dụng với O2 tạo NO
4NH3 + 502 = 4NO + 6H2O
Khi có mặt xúc tác Cu hoặc Pd
4NH3 + 302 = 2N2 + 6H2O.
Phần lớn các chất không bị NH3 lỏng và khí NH3 ăn mòn , nhưng trong
điều kiện có nước thì xảy ra ăn mòn kim loại như Cu, Ag, Zn . NH 3 tự đốt
cháy ở 6300C khi cháy sẽ toả ra khói màu xanh. NH 3 trộn lẫn với không khí
26


hoặc O2, đến một tỷ lệ nhất định sẽ bùng nổ nếu gặp tia lửa, ở nhiệt độ và áp

suất thường, phạm vi (giới hạn) nổ của NH3 trong không khí là 15,5 ÷ 18% và
trong khí O2 là 13,5 ÷ 82%.
IV. Cơ sở lý luận của quá trình tổng hợp NH3
1. Cân bằng của phản ứng
a. Đặc điểm của phản ứng:
Đây là phản ứng 2 chiều, toả nhiệt, giảm thể tích, do đó nếu nhiệt độ
giảm, áp suất tăng thì cân bằng chuyển dịch về bên phải, hiệu suất phản ứng
tổng hợp tăng.
Hằng số cân bằng phản ứng
Kp =

P* N 2 .P*3 H 2
P*2 NH 3

P* là áp suất riêng phần của cấu tử i ở điều kiện cần bằng
Một số công thức thực nghiệm tính Kp.
lg

2077,8
Kp =- T
+2,4943 T + βT - 1,8564 . 10-7 . T2 + I

I: hằng số tích phân
β: hệ số hiệu chỉnh đối với áp suất.Cho theo bảng sau:
P(atm)
β
I

100
1,256.10-4

-2,113

300
1,256.10-4
-2,206

600
1,0856.10-3
-3,059

Nếu duy trì được tỷ lệ yH 2 : y N 2 = 3 và
y H 2 + y N 2 + y NH 3 = 100%

Thì ta có: y *2 NH − 200 y * NH − 308
3

3

Kp
P

y * NH 3 + 10 4 = 0

Giá trị y*NH3 được biểu hiện theo số liệu ở bảng sau
27

1000
2,6833-3
-4,473