I 活性炭吸附活性炭吸附 VOCVOC 的工程設(shè)計(jì)的工程設(shè)計(jì) 摘摘 要要 近年來(lái) 人們逐漸認(rèn)識(shí)到有機(jī)廢氣對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康的巨大危害性 因此在環(huán)境 工程領(lǐng)域?qū)τ袡C(jī)廢氣的治理越來(lái)越受到人們的重視 本設(shè)計(jì)將介紹一種有效且最廣泛使用的工業(yè)有機(jī)廢氣的凈化技術(shù) 活性炭吸附法 本設(shè)計(jì)利用活性炭固定床吸附系統(tǒng)對(duì)工業(yè)有機(jī)廢氣進(jìn)行凈化 經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)之前 廢氣 會(huì)先用干式除塵器進(jìn)行預(yù)處理 去除廢氣中的霧狀物及粉塵 從而避免了這些物質(zhì)堵 塞活性炭微孔 影響活性炭的吸附效性能 而在活性炭吸附器的設(shè)計(jì)上 本文采用了 臥式多層設(shè)計(jì) 選用活性炭為吸附劑 具有吸附性能好 流體阻力小的特點(diǎn) 首先本文將概述當(dāng)前有機(jī)工業(yè)廢氣的處理現(xiàn)狀 主要處理方法和優(yōu)缺點(diǎn) 并且闡 述本設(shè)計(jì)所采用該技術(shù)的原因 其次 本文將系統(tǒng)介紹所采用技術(shù)的基本原理 設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)過(guò)程計(jì)算 最后 對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)的造價(jià)和費(fèi)用進(jìn)行工程預(yù)算 包括工程施工費(fèi)用 設(shè)備費(fèi)用 工程管理費(fèi)用 設(shè)備維護(hù)費(fèi)用和水電費(fèi)等等 確定其經(jīng)濟(jì)可行性 還給出了綜合性的 評(píng)價(jià)和可行性的建議 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 工業(yè)有機(jī)廢氣 干式除塵器 固定床吸附器 活性炭 II Abstract Due to ubiquity in the environment and risk to human health volatile organic compounds VOCs have received great attention in the field of environmental control This design introduced an effective and the most extensive usage technology of activated carbon adsorption for cleaning volatile organic compounds VOCs That is to say the project using the fixed bed adsorption system of activated carbon to purify volatile organic compounds VOCs Before decontanmination the gases would be pretreaded by the dry separator which could wipe off the reek and dust in order to avoid the sub holes being jammed which would affect the efficiency of adsorption of activated carbon Moreover the project choose activated carbon as sorbent which has large adsorption ability and low resistance At first the text will introduce the condition of spray paint waste gas characteristics and the present situation of cleaning of s volatile organic compounds VOCs and principles of them explaining the reason to choose the technology The second the text will describe the principle design method and the process calculation of the design Finally the text will do the budget of the projet listed the spending plan of each certain items after confirming the project including the spending on engineering construction equipment construction supercising equipment maintenance and the cost of water and water and electricity to make sure the availability of the design At last an all aroud estimate and some feasible advice were suggested on the text Keywords volatile organic compounds VOCs dry separator the fixed bed adsorption system activated carbon III 目錄 1 緒 論 1 1 1 概述 1 1 1 1 有機(jī)廢氣的來(lái)源 1 1 1 2 有機(jī)物對(duì)大氣的破壞和對(duì)人類(lèi)的危害 1 1 2 有機(jī)廢氣治理技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展 2 1 2 1 各種凈化方法的分析比較 3 2 設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明 4 2 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 4 2 2 設(shè)計(jì)進(jìn)氣指標(biāo) 4 2 3 設(shè)計(jì)出氣指標(biāo) 4 2 4 設(shè)計(jì)目標(biāo) 4 3 工藝流程說(shuō)明 6 3 1 工藝選擇 6 3 2 工藝流程 6 4 設(shè)計(jì)與計(jì)算 8 4 1 基本原理 8 4 1 1 吸附原理 8 4 1 2 吸附機(jī)理 9 4 1 3 吸附等溫線與吸附等溫方程式 9 4 1 4 吸附量 12 4 1 5 吸附速率 12 4 2 吸附器選擇的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 IV 4 2 1 吸附器的確定 13 4 2 2 吸附劑的選擇 14 4 2 3 空塔氣速和橫截面積的確定 16 4 2 4 固定床吸附層高度的計(jì)算 17 4 2 5 吸附劑 活性炭 用量的計(jì)算 18 4 2 6 床層壓降的計(jì)算 15 19 4 2 7 活性炭再生的計(jì)算 19 4 3 集氣罩的設(shè)計(jì)計(jì)算 20 4 3 1 集氣罩氣流的流動(dòng)特性 21 4 3 2 集氣罩的分類(lèi)及設(shè)計(jì)原則 21 4 3 3 集氣罩的選型 22 4 4 吸附前的預(yù)處理 24 4 5 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 24 4 5 1 管道系統(tǒng)的配置 25 4 5 2 管道內(nèi)流體流速的選擇 26 4 5 3 管道直徑的確定 26 4 5 4 管道內(nèi)流體的壓力損失 27 4 5 5 風(fēng)機(jī)和電機(jī)的選擇 27 5 工程核算 30 5 1 工程造價(jià) 30 5 2 運(yùn)行費(fèi)用核算 31 5 2 1 價(jià)格標(biāo)準(zhǔn) 31 5 2 2 運(yùn)行費(fèi)用 31 6 結(jié)論與建議 32 6 1 結(jié)論 32 6 2 建議 32 參考文獻(xiàn) 34 致謝 35 1 1 1 緒緒 論論 1 11 1 概述概述 1 1 1 有機(jī)廢氣的來(lái)源 有機(jī)廢氣的來(lái)源主要有固定源和移動(dòng)源兩種 移動(dòng)源主要有汽車(chē) 輪船和飛機(jī)等 以石油產(chǎn)品為燃料的交通工具的排放氣 固定源的種類(lèi)極多 主要為石油化工工藝過(guò) 程和儲(chǔ)存設(shè)備等的排出物及各種使用有機(jī)溶劑的場(chǎng)合 如噴漆 印刷 金屬除油和脫 脂 粘合劑 制藥 塑料 涂料和橡膠加工等 1 1 2 有機(jī)物對(duì)大氣的破壞和對(duì)人類(lèi)的危害 有機(jī)廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物稱(chēng)為VOCs Volatile organic compounds 在涂裝 印 刷 制鞋和化工生產(chǎn)的許多行業(yè)中 一些工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過(guò)程都伴有大量的揮發(fā)性 有機(jī)化合物 VOCs 廢氣的排出 VOCs 廢氣排入大氣環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生以下幾個(gè)方面的 影響 VOCs 是光化學(xué)反應(yīng)的前體 有陽(yáng)光照射時(shí) 在合適的條件下VOCs 與NOx及 其它懸浮化學(xué)物質(zhì)發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng) 主要生成臭氧 形成光化學(xué)煙霧 從而發(fā)生光 化學(xué)污染 光化學(xué)煙霧會(huì)刺激人的眼睛和呼吸系統(tǒng) 有些VOCs 還具有強(qiáng)烈刺激氣 味 空氣中達(dá)到一定濃度時(shí)則產(chǎn)生令人不適的感覺(jué) 影響空氣質(zhì)量 有些有毒的 VOCs 如芳香烴等 氣體在環(huán)境中存在會(huì)損害人們的健康 長(zhǎng)時(shí)間暴露在污染空氣中 會(huì)引發(fā)癌變或引起其它嚴(yán)重疾病 如苯對(duì)骨髓的造血機(jī)能造成破壞 是一種致癌物 甲苯和二甲苯對(duì)中樞神經(jīng)具有強(qiáng)的麻醉作用 氯乙烯為致癌物 在制鞋業(yè) 由于 三 苯 中毒而導(dǎo)致工人致死事件已發(fā)生過(guò)多起 而涂料工業(yè)使用的溶劑中 主要是甲苯 二甲苯和其它毒性有機(jī)物 光化學(xué)煙霧也會(huì)危害人的健康和植物的生長(zhǎng) 1965 年日本 各大城市頻繁發(fā)生的光化學(xué)煙霧 1966 年美國(guó)洛杉磯的光化學(xué)煙霧均對(duì)人類(lèi)健康造成 危害 VOCs 對(duì)環(huán)境的極大危害和對(duì)人體健康的嚴(yán)重威脅 引起了世界各國(guó)政府的高度重視 美國(guó)環(huán)保署 EPA Environmental Protection Agency 定義的污染物中 VOCs 占了 300 多種 而美國(guó) 1990 年的 清潔空氣法 Clean Air Act 要求減少 90 排放量的 189 種毒性化學(xué)物中 70 屬于 VOCs 1 2 我國(guó)在 1997 年 1 月 1 日開(kāi)始實(shí)施的 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物綜合 排放標(biāo)準(zhǔn) GB 16297 1996 也規(guī)定了苯 甲苯 二甲苯 氯乙烯等 VOCs 排放較為 嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn) 如表 1 1 所示 表表 1 1 1 1 幾種幾種 VOCsVOCs 排放的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)排放的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) VOCs 最高允許排放濃度 mg m3 苯 12 甲苯 40 二甲苯 70 氯乙烯 36 注 這是對(duì)新污染源的排放標(biāo)準(zhǔn) 1 21 2 有機(jī)廢氣治理技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展有機(jī)廢氣治理技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展 有機(jī)廢氣的來(lái)源多種多樣 其產(chǎn)生方式及排放方式也不盡相同 因此 有機(jī)廢氣 的治理技術(shù)也多種多樣 各種治理技術(shù)也存在自己不同的優(yōu)缺點(diǎn) 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中 根據(jù)不同的情況 選擇合適的方法是有機(jī)廢氣治理的關(guān)鍵 有機(jī)廢氣治理的方法主要 有回收法和消除法兩類(lèi) 有機(jī)廢氣主要回收技術(shù)有 吸附法 吸收法 冷凝法 膜分 離技術(shù)及變壓吸附技術(shù)等 有機(jī)廢氣消除技術(shù)可分為物理一化學(xué)法和生物法兩類(lèi) 物 理一化學(xué)法包括熱破壞法 光分解法 電暈法 臭氧分解法等 生物法包括生物過(guò)濾器 生物滴濾器 生物沖刷塔 膜生物反應(yīng)器 活性污泥法等 活性炭吸附法凈化率可達(dá) 95 以上 若無(wú)再生裝置 則運(yùn)行費(fèi)用太高 若用蒸汽回收 則工藝流程過(guò)長(zhǎng) 操作費(fèi) 用高 回收的溶劑和水的混合物利用價(jià)值也不高 再生時(shí)需要有穩(wěn)定的蒸汽源 且活 性炭經(jīng)反復(fù)吸附脫附后吸附能力會(huì)逐漸降低 一般使用二三年后就得更換 液體吸收 法凈化率只有6O 8O 而且存在著二次污染問(wèn)題 催化燃燒法凈化率可達(dá)95 但 適合于處理高濃度 小風(fēng)量且廢氣溫度較高的有機(jī)廢氣 而且要求氣體的溫度較高 為了提高廢氣溫度 要消耗大量的能源 目前應(yīng)用最多的方法是吸附一催化燃燒法 它主要以顆粒炭或蜂窩炭為吸附劑 為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性 一般設(shè)置兩個(gè)吸附床交 替使用 由于切換的周期至少為1d 因此吸附床體積大 吸附劑用量多 設(shè)備笨重 投資大 操作麻煩 由于床層體積大 容易出現(xiàn)因吸附熱的積蓄引起的燃燒爆炸等現(xiàn) 3 象 針對(duì)這些問(wèn)題 現(xiàn)有新型裝置的吸附器采用一種多單元分流組合結(jié)構(gòu) 并以新型 材料 活性炭纖維作為吸附劑 采用PLC電腦來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行 1 2 1 各種凈化方法的分析比較 解決有機(jī)廢氣的污染 最根本的方法是工藝改革 采用無(wú)害涂料 無(wú)害溶劑在現(xiàn)階 段生產(chǎn)中是不能馬上實(shí)現(xiàn)的 苯類(lèi)溶劑使用量仍然很大 所以必須解決廢氣凈化問(wèn)題 目前國(guó)內(nèi)常采用的三種凈化方法分析比較見(jiàn)表 1 2 表表 1 21 2國(guó)內(nèi)外有機(jī)廢氣常用處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較國(guó)內(nèi)外有機(jī)廢氣常用處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較 2 凈化類(lèi)別優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn) 活性炭 吸附法 1 可處理大風(fēng)量 低濃度的有機(jī)廢氣 2 可回收溶劑 3 不需要加熱 4 凈化效率高 運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低 1 廢氣凈化前要進(jìn)行預(yù)處理 2 僅限于低濃度 3 設(shè)備龐大 占地面積多 催化 燃燒法 1 設(shè)備簡(jiǎn)單 投資少 操作方便 占地面積小 2 熱量可以循環(huán)利用 3 有利于凈化高濃度廢氣 1 催化劑成本高 2 要考慮催化劑中毒和表面異 物附著 易失效 液體 吸收法 1 流程較簡(jiǎn)單 吸收劑價(jià)格便宜 2 廢氣凈化不需預(yù)處理 3 建造快 占地少 1 后處理投資大 費(fèi)用高 2 對(duì)溶劑成份選擇性大 4 2 設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明 2 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)內(nèi)容為 20000 m3 h 活性炭吸附工業(yè)有機(jī)廢氣的工程設(shè)計(jì) 主要內(nèi)容包括 廢 氣治理工藝 主體設(shè)備選型和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì) 管道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)及吸附劑再生系統(tǒng) 設(shè)計(jì)等 應(yīng)完成工作 1 紙質(zhì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及其電子版本 2 譯文及原文影印件 3 設(shè)計(jì)圖紙 平面布置圖 工藝流程圖 主要構(gòu)筑物圖 管道布置圖等 2 2 設(shè)計(jì)進(jìn)氣指標(biāo) 風(fēng)量為 20000 溫度為 35 hm 3 排氣壓力為 101 325 kpa 苯濃度為 100 3 mmg 甲苯濃度為 80 3 mmg 二甲苯濃度為 100 3 mmg 2 3 設(shè)計(jì)出氣指標(biāo) 依據(jù)廣東省地方標(biāo)準(zhǔn) 大氣污染物排放限值 DB44 27 2001 一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn) 3 具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2 1 表表 2 1 2 1 設(shè)計(jì)出氣指標(biāo)設(shè)計(jì)出氣指標(biāo) 單位 mg m3 指 標(biāo)苯甲苯二甲苯 出氣濃度 12 40 70 2 4 設(shè)計(jì)目標(biāo) 1 嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)環(huán)境保護(hù)的各項(xiàng)規(guī)定 確保各項(xiàng)污染指標(biāo)達(dá)到國(guó)家及地區(qū) 5 有關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 2 經(jīng)本處理工藝處理后的廢氣 將不會(huì)產(chǎn)生二次污染物 3 本處理工藝運(yùn)行可靠 處理效果好 維護(hù)管理方便 4 采用低能耗 低運(yùn)行費(fèi)用 基建投資省 占地少 操作管理簡(jiǎn)便 5 工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備選型能夠在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中具有較大的調(diào)節(jié)余地 6 3 3 工藝流程說(shuō)明工藝流程說(shuō)明 3 1 工藝選擇 處理工藝的選擇 應(yīng)根據(jù)氣量大小 凈化要求 回收的可能性 設(shè)備建造和運(yùn)轉(zhuǎn)的 經(jīng)濟(jì)性等條件全面考慮 實(shí)際工作中應(yīng)特別注意與工藝密切配合 盡可能做到綜合利用 目前 國(guó)內(nèi)外對(duì)有機(jī)廢氣治理的常用方法有三種 液體吸收法 活性炭吸附法及催 4 化燃燒法 液體吸收法凈化效率為 60 80 適合處理低濃度 大風(fēng)量的有機(jī)廢氣 但 存在著二次污染 催化燃燒法凈化率為 95 適合處理高濃度 小風(fēng)量的有機(jī)廢氣 缺 點(diǎn)是對(duì)處理對(duì)象要求苛刻 要求氣體的溫度較高 為了提高廢氣溫度 要消耗大量的燃料 所以運(yùn)行費(fèi)用很高 活性炭吸附法凈化效率為 99 2 99 3 對(duì)于處理大風(fēng)量 低濃 度的有機(jī)廢氣 國(guó)內(nèi)外一致認(rèn)為該法是最為成熟和可靠的技術(shù) 但該工藝流程過(guò)長(zhǎng) 操作費(fèi) 用高 另外需要穩(wěn)定的蒸氣源也常常是比較困難的事情 針對(duì)這些問(wèn)題 結(jié)合本畢業(yè)設(shè)計(jì) 特點(diǎn)和具體要求 采用利用活性炭固定床吸附系統(tǒng)對(duì)工業(yè)有機(jī)廢氣進(jìn)行凈化 選用蜂 窩狀活性炭做為吸附劑 3 2 工藝流程工藝流程 注 1 集氣罩 2 除霧過(guò)濾器 3 活性炭固定吸附床 4 提供蒸汽的風(fēng)機(jī) 5 離心風(fēng)機(jī) 6 排氣罩 圖 2 3 有機(jī)廢氣工藝流程圖 7 該處理工藝系統(tǒng)組合十分緊湊 集吸附 脫附于一體 在生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的廢氣主要 為苯 甲苯 二甲苯等 根據(jù)苯類(lèi)性質(zhì) 本方案采用活性炭作為吸附劑對(duì)廢氣進(jìn)行吸 收處理 吸附床一般配置 2 臺(tái)以上 輪換使用 當(dāng) 1 臺(tái)吸附床吸附的有機(jī)物達(dá)到規(guī)定的吸 附量時(shí) 換到另 1 臺(tái)吸附床進(jìn)行吸附凈化操作 同時(shí)對(duì)前面 1 臺(tái)吸附床進(jìn)行脫附再生 脫 附是在外加蒸汽的作用下通過(guò)加溫進(jìn)行的 由尾氣放出的熱氣流大部分用于吸附床吸附 劑的脫附再生 達(dá)到余熱的利用 生產(chǎn)中揮發(fā)出來(lái)的廢氣 通過(guò)離心風(fēng)機(jī)將其送至吸附 塔以活性炭作為吸附劑 在塔內(nèi)的氣體從右到左 從下到上通過(guò)活性炭過(guò)濾層對(duì)氣體 進(jìn)行處理 凈化后的氣體通過(guò)排氣管排入大氣 如 附圖 1 所示 8 4 4 設(shè)計(jì)與計(jì)算設(shè)計(jì)與計(jì)算 4 14 1 基本原理基本原理 4 1 1 吸附原理 在用多孔性固體物質(zhì)處理流體混合物時(shí) 流體中的某一些組分或某些組分可被吸 引到固體表面并濃集其上 此現(xiàn)象稱(chēng)為吸附 吸附處理廢氣時(shí) 吸附的對(duì)象是氣態(tài) 4 污染物 被吸附的氣體組分稱(chēng)為吸附質(zhì) 多孔性物質(zhì)稱(chēng)為吸附劑 固體表面吸附了吸附質(zhì)后 一部分被吸附的吸附質(zhì)可從吸附劑表面脫離 此現(xiàn)象 稱(chēng)為脫附 而當(dāng)吸附進(jìn)行一段時(shí)間后 由于表面吸附質(zhì)的濃集 使其吸附能力明顯下 降而不能滿(mǎn)足吸附凈化的要求 此時(shí)需要采用一定的措施使吸附劑上已吸附的吸附質(zhì) 脫附 已恢復(fù)吸附劑的吸附能力 這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為吸附劑的再生 因此 在實(shí)際工作中 正是利用吸附劑的吸附 再生 吸附的循環(huán)過(guò)程 達(dá)到除去廢氣中污染物質(zhì)并回收廢 氣中有用組分的目的 由于多孔性固體吸附劑表面存在著剩余吸引力 固表面具有吸附力 根據(jù)吸附劑表 面與被吸附物質(zhì)之間作用力的不同 吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附 但同一污染物 可在較低溫度下發(fā)生物理吸附 而在較高溫度下發(fā)生化學(xué)吸附 或者兩種吸附同時(shí)發(fā) 生 兩者之間沒(méi)有嚴(yán)格的界限 兩者的主要區(qū)別見(jiàn)表 4 1 5 表表 4 14 1 物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別 性質(zhì)物理吸附化學(xué)吸附 吸附力范德華力化學(xué)鍵力 吸附層數(shù)單層活多層單層 吸附熱小 近于液化熱 大 近于反應(yīng)熱 選擇性無(wú)或很差較強(qiáng) 可逆性可逆不可逆 吸附平衡易達(dá)到不易達(dá)到 吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強(qiáng) 當(dāng)氣體中吸附質(zhì)分壓降低或溫度升高時(shí) 容易 發(fā)生脫附 工業(yè)上的吸附操作正是利用這種可逆進(jìn)行吸附劑的再生及吸附質(zhì)的回收利 用的 9 4 1 2 吸附機(jī)理 吸附和脫附互為可逆過(guò)程 當(dāng)用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質(zhì)時(shí) 由于吸附 劑表面沒(méi)有吸附質(zhì) 因此也就沒(méi)有吸附質(zhì)的脫附 但隨著吸附的進(jìn)行 吸附劑表面上 的吸附質(zhì)量逐漸增多 也就出現(xiàn)了吸附質(zhì)的脫附 且隨時(shí)間的推移 脫附速度不斷增 大 但從宏觀上看 同一時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)的吸附量仍大于脫附量 所以過(guò)程的總趨勢(shì)認(rèn) 為吸附 當(dāng)同一時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)的吸附量與脫附量相等時(shí) 吸附和脫附達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 此時(shí)稱(chēng)為達(dá)到吸附平衡 平衡時(shí) 吸附質(zhì)再在流體中的濃度和在吸附劑表面上的濃度 不再變化 從宏觀上看 吸附過(guò)程停止 平衡時(shí)的吸附質(zhì)在流體中的濃度稱(chēng)為平衡濃 度 在吸附劑中的濃度稱(chēng)為平衡吸附量 當(dāng)吸附質(zhì)與吸附劑長(zhǎng)時(shí)間接觸后 終將達(dá)到吸附平衡 吸附平衡量是吸附劑對(duì)吸附 質(zhì)的極限吸附量 亦稱(chēng)靜吸附量分?jǐn)?shù)或靜活性分?jǐn)?shù) 用Xt表示 無(wú)量綱 它是設(shè)計(jì)和 生產(chǎn)中十分重要的參數(shù) 吸附平衡時(shí) 吸附質(zhì)在氣 固兩相中的濃度關(guān)系 一般用吸 附等溫線表示 吸附等溫線通常根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制 也常用各種經(jīng)驗(yàn)方程式來(lái)表示 4 1 3 吸附等溫線與吸附等溫方程式 平衡吸附量表示的是吸附劑對(duì)吸附質(zhì)吸附數(shù)量的極限 其數(shù)值對(duì)吸附造作 設(shè)計(jì) 和過(guò)程控制有著重要的意義 達(dá)到吸附平衡時(shí) 平衡吸附量與吸附質(zhì)在流體中的濃度 與吸附溫度間存在著一定的函數(shù)關(guān)系 此關(guān)系即為吸附平衡關(guān)系 其一般都是根據(jù)實(shí) 驗(yàn)測(cè)得的 也可以用經(jīng)驗(yàn)方程式表示 4 1 3 1 吸附等溫線 在氣體吸附中 其平衡關(guān)系可表示為 A pf 式中 A 平衡吸附量 p 吸附平衡時(shí)吸附質(zhì)在氣相中的分壓力 T 吸附溫度 根據(jù)需要 對(duì)一定的吸附體系可測(cè)得如下關(guān)系 當(dāng)保持 T 不變 可測(cè)得 A 與 P 的變化關(guān)系 當(dāng)保持 P 不變 可測(cè)得 A 與 T 的變化關(guān)系 10 當(dāng)保持 A 不變 可測(cè)得 P 與 T 的變化關(guān)系 依據(jù)上述變化關(guān)系 可分別繪出相應(yīng)的關(guān)系曲線 分別為吸附等溫線 吸附等壓 線和吸附等量線 由于吸附過(guò)程中 吸附溫度一般變化不大 因此吸附等溫線最為常 用 吸附等溫線描述的是在吸附溫度不變的情況下 平衡時(shí) 吸附劑的吸附量隨氣相 中組分壓力的不同而變化的情況 根據(jù)對(duì)大量的不同氣體與蒸氣的吸附測(cè)定 吸附等 溫線形式可歸納為六種基本類(lèi)型 4 1 3 2 吸附等溫方程式 根據(jù)大量的吸附等溫線整理出描述吸附平衡狀態(tài)的經(jīng)驗(yàn)方程式 即為吸附等溫方 程式 其中有的完全依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的規(guī)律整理而得 一定條件范圍內(nèi)具有應(yīng)用 意義 但不具有理論指導(dǎo)意義 如弗羅因德利希 Freundlich 吸附等溫方程式 有些 是以一定的理論假設(shè)為前提得出的方程式 如朗格謬爾 Langmuir 吸附等溫方程式 和 B E T 方程 后者應(yīng)用較多 1 朗格謬爾方程式 朗格謬爾吸附理論假定 吸附僅是單分子層的 氣體分子在吸附劑表面上吸 附與脫附呈動(dòng)態(tài)平衡 吸附劑表面性質(zhì)是均一的 被吸附的分子之間相互不受影響 氣體的吸附速率與該氣體在氣相的分壓成正比 根據(jù)上述假設(shè) 可推導(dǎo)出朗格謬爾 等溫式 ap ap 1 式中 吸附劑表面被吸附分子覆蓋的百分?jǐn)?shù) a 吸附系數(shù) 是吸附作用的平衡常數(shù) p 氣相分壓 朗格謬爾等溫式的另一表現(xiàn)形式為 V ap ap Vm 1 式中 單分子層覆蓋滿(mǎn)時(shí) 的吸附量 Vm 1 在氣相分壓 p 下的吸附量 V 在壓力很低時(shí) 或者吸附很若時(shí) ap 1 上式變成 V Vmap 11 由朗格謬爾等溫式得到的結(jié)果與許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相符合 能夠解釋很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果 因此 它目前仍是常用的 基本的等溫式 在很多體系中 朗格謬爾等溫式不能在較 大的 范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合 2 弗羅因德利希方程式 n kP m x q 1 式中 q 固體吸附氣體的量 吸附劑 P 平衡時(shí)氣體分壓 k n 經(jīng)驗(yàn)常數(shù) 在一定溫度下 對(duì)一定體系而言是常數(shù) k 和 n 隨溫度變 化而變化 m 吸附質(zhì)質(zhì)量 被吸附氣體的質(zhì)量 x 弗羅因德利希等溫方程式只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)式 它所適用的 范圍比朗格謬爾式要大 些 可用于未知組成物質(zhì)的吸附 如有機(jī)物或礦物油的脫色 通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定 k 與 n 有資料認(rèn)為它在高壓范圍內(nèi)不能很好地吻合實(shí)驗(yàn)值 3 B E T 方程 由于朗格謬爾的單分子層吸附理論及其等溫方程對(duì)中壓合高壓物理吸附不能很好 地吻合 在此基礎(chǔ)上發(fā)展了 B E T 理論 它除了接受朗格謬爾理論地幾條假定 即固 體表面是均勻的 被吸附分子不受其它分子的影響 吸附與脫附在吸附劑表面達(dá)到動(dòng) 態(tài)平衡以外 還認(rèn)為在吸附劑表面吸附了一層分子以后 由于范德華力地作用還可以 吸附多層分子 而第一層與以后的各層有所不同 吸附達(dá)平衡后 吸附總數(shù) V 為 0 0 11 p p Cpp Cp Vm V P 平衡時(shí)氣體分壓 V 壓力為 p 時(shí)的吸附總量 吸附劑表面為單分子層鋪滿(mǎn)時(shí)的吸附量 m V 實(shí)際溫度下氣體的飽和蒸氣壓 0 p C 與氣體有關(guān)的常數(shù) 12 很多實(shí)驗(yàn)證明 當(dāng)比壓 p 在 0 05 0 35 范圍內(nèi)時(shí) B E T 公式是比較準(zhǔn)確的 在低 0 p 壓下可以與朗格謬爾等溫式一致 4 1 4 吸附量 吸附量是指在一定條件下單位質(zhì)量地吸附劑上所吸附的吸附質(zhì)的量 通常以 吸 附質(zhì) 吸附劑或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示 它是吸附劑所具有吸附能力的標(biāo)志 在工業(yè)上將吸 附量稱(chēng)為吸附劑的活性 吸附劑的活性有兩種表示方法 1 吸附劑的靜活性 在一定條件下 達(dá)到平衡時(shí)吸附劑的平衡吸附量即為其靜活性 對(duì)一定的吸附體 系 靜活性只取決于吸附溫度和吸附質(zhì)的濃度或分壓 2 吸附劑的動(dòng)活性 在一定的操作條件下 將氣體混合物通過(guò)吸附床層 吸附質(zhì)被吸附 當(dāng)吸附一段 時(shí)間后 從吸附劑層流出的的氣體中開(kāi)始發(fā)現(xiàn)吸附質(zhì) 或其濃度達(dá)到一規(guī)定的允許值 時(shí) 認(rèn)為床層失效 此時(shí)吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量稱(chēng)為吸附劑的動(dòng)活性 動(dòng)活性除與 吸附劑和吸附質(zhì)的特性有關(guān)外 還與溫度 濃度及操作條件有關(guān) 吸附劑的動(dòng)活性值 是吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù) 4 1 5 吸附速率 吸附過(guò)程常需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡 而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中 兩項(xiàng)接觸時(shí)間是 有限的 因此 吸附量取決與吸附速率 而吸附速率與吸附過(guò)程有關(guān) 吸附過(guò)程可分 為以下幾步 1 外擴(kuò)散 吸附質(zhì)從氣流主體穿過(guò)顆粒物周?chē)鷼饽U(kuò)散至吸附劑的外表面 2 內(nèi)擴(kuò)散 吸附質(zhì)由外表面經(jīng)微孔擴(kuò)散至吸附劑微孔表面 3 吸附 到達(dá)吸附劑微孔表面的吸附質(zhì)被吸附 4 脫附的吸附質(zhì)再經(jīng)內(nèi)外擴(kuò)散至氣相主體 物理吸附過(guò)程一般為內(nèi)外擴(kuò)散控制 化學(xué)吸附既有表面動(dòng)力學(xué)控制 又有內(nèi)外擴(kuò) 散控制 由于吸附過(guò)程復(fù)雜 影響因素多 從理論上推導(dǎo)速率很難 因此一般是憑經(jīng) 13 驗(yàn)或根據(jù)模式實(shí)驗(yàn)來(lái)確定 4 2 吸附器選擇的設(shè)計(jì)計(jì)算吸附器選擇的設(shè)計(jì)計(jì)算 吸附器的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)包括確定吸附器的形式 吸附劑的種類(lèi) 吸附劑的需要量 吸附床高度 吸附周期等 這些參數(shù)的選擇應(yīng)從吸附平衡 吸附傳質(zhì)速率及壓降來(lái)考 慮 4 2 1 吸附器的確定 對(duì)吸附器的基本要求 1 具有足夠的過(guò)氣斷面和停留時(shí)間 2 良好的氣流分布 3 預(yù)先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質(zhì) 4 能夠有效地控制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度 5 易于更換吸附劑 吸附工藝根據(jù)吸附劑在吸附器上的工作狀態(tài) 可將吸附器分為固定床 移動(dòng)床和 流化床過(guò)程 相應(yīng)的三種吸附器的主要特點(diǎn)比較見(jiàn)表 4 2 6 表表 4 24 2 三種吸附器主要特點(diǎn)比較三種吸附器主要特點(diǎn)比較 類(lèi)型主要特點(diǎn)比較 固 定床 吸 附器 1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造容易 價(jià)格低廉 2 適用于小型 分散 間歇性的污染源治理 3 吸附和脫附交替進(jìn)行 間歇操作 4 應(yīng)用廣泛 移 動(dòng)床 吸 附器 1 處理氣體量大 吸附劑可循環(huán)使用 適用于穩(wěn)定 連續(xù) 量大的氣體凈化 2 吸附和脫附連續(xù)完成 3 動(dòng)力和熱力消耗較大 吸附劑磨損較為嚴(yán)重 14 流 化床 吸 附器 1 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 造價(jià)昂貴 2 氣體和固體接觸相當(dāng)充分 3 生產(chǎn)能力大 適合治理連續(xù)性 大氣量的污染源 4 吸附劑和容器的磨損嚴(yán)重 結(jié)合工藝特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性分析 本設(shè)計(jì)吸附器采用臥式圓錐形固定床吸附 器 殼體為圓形 封頭為橢圓形 其優(yōu)點(diǎn)是流體阻力小 可以減少氣體流經(jīng)吸附床層 的動(dòng)力消耗 易產(chǎn)生氣流分配不均運(yùn)現(xiàn)象 故吸附質(zhì)以整砌形式放在抽屜式的凈化單 元中 抽屜間設(shè)有防治氣體短路的擋板 在氣體入口的吸附劑之間裝有氣體整流裝置 力求氣體均勻 抽屜式的裝卸吸附劑方式非常方便 利于操作 其具體結(jié)構(gòu)見(jiàn) 附圖 2 基本運(yùn)行參數(shù)如下 處理風(fēng)量 20000 hm 3 吸附器外觀尺寸 L B H 7000 3300 3000mm 材料 鋼板 4 壓降 1000 Pa 數(shù)量 兩臺(tái)并聯(lián) 脫附吸附交替運(yùn)行 4 2 2 吸附劑的選擇 如何選擇 使用和評(píng)價(jià)吸附劑 是吸附操作中必須解決的首要問(wèn)題 一切固體物 質(zhì)的表面 對(duì)于流體的表面都具有物理吸附的作用 但合乎工業(yè)要求的吸附劑則應(yīng)具 備以下一些要求 1 具有大的比表面積 2 具有良好的選擇性吸附作用 3 吸附容量大 4 具有良好的的機(jī)械強(qiáng)度和均勻的顆粒尺寸 15 5 有足夠的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性 6 有良好的再生性能 7 吸附劑的來(lái)源廣泛 造價(jià)低廉 實(shí)際中 很難找到一種吸附劑能同時(shí)滿(mǎn)足上述要求 因而在選擇吸附劑時(shí)要權(quán)衡 多方面的因素 同時(shí) 目前對(duì)吸附過(guò)程的實(shí)質(zhì)還了解得不十分清楚 因而鑒別吸附劑 吸附性能 還只能依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)定和從生產(chǎn)中考察 尚不能從理論上推出 常用的吸附劑主要有 活性炭 硅膠 分子篩沸石 活性氧化鋁與氧化鋁 其中 活性炭是應(yīng)用最早 用途較廣的一種優(yōu)良吸附劑 它是一種具有非極性表面 為疏水 性和親有機(jī)物的吸附劑 故活性炭常常被用來(lái)吸附回收空氣中的有機(jī)溶劑和惡臭物質(zhì) 在環(huán)境保護(hù)方面用來(lái)處理工業(yè)廢水和治理某些氣態(tài)污染物 活性炭的研究 生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展很快 目前應(yīng)用較多的主要是粉末狀 顆粒狀的活 性炭和活性炭纖維 除此之外 新型的活性炭也在積極開(kāi)發(fā)之中 蜂窩狀活性炭便是其中 的一種 蜂窩狀活性炭為一種新型環(huán)保吸附材料 通過(guò)將優(yōu)質(zhì)活性炭和輔助材料制成蜂窩 狀方孔的過(guò)濾柱 達(dá)到產(chǎn)品體積密度小 比表面積大的目的 目前已經(jīng)大量應(yīng)用在低 濃度 大風(fēng)量的各類(lèi)有機(jī)廢氣凈化系統(tǒng)中 被處理廢氣在通過(guò)蜂窩活性炭方孔時(shí)能充 分與活性碳接觸 吸附效率高 風(fēng)阻系數(shù)小 具有優(yōu)良的吸附 脫附性能和氣體動(dòng)力 學(xué)性能 可廣泛用于凈化處理含有甲苯 二甲苯 苯 等苯類(lèi) 酚類(lèi) 酯類(lèi) 醇類(lèi) 醛類(lèi)等有機(jī)氣體 惡臭味氣體和含有微量重金屬的各類(lèi)氣體 采用蜂窩狀活性炭的環(huán) 保設(shè)備廢氣處理凈化效率高 吸附床體積小 設(shè)備能耗低 能夠降低造價(jià)和運(yùn)行成本 凈化后的氣體完全滿(mǎn)足環(huán)保排放要求 綜合衡量各方面因素 如果企業(yè)經(jīng)濟(jì)允許的話(huà) 建議吸附劑選用蜂窩狀活性炭纖 維能較好的滿(mǎn)足技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求 其物理性能參數(shù)見(jiàn)表 4 3 表表 4 34 3 蜂窩狀活性炭的物理性能蜂窩狀活性炭的物理性能 7 項(xiàng)目性能指標(biāo) 外形尺寸 50 50 100 孔數(shù) 216 孔壁厚 0 5 壓碎強(qiáng)度 Mpa 正面 7 07 側(cè)面 0 3 16 體積密度 g 30 4 0 5 幾何外表面積 g 10 32 比表面積 g 1700 著火點(diǎn) 550 苯吸附率 0 2 其吸附性能主要取決于它的幾個(gè)主要材料參數(shù)和過(guò)程參數(shù) 材料參數(shù)包括炭的 8 吸附孔隙率 蜂窩結(jié)構(gòu)的壁厚和炭的含量 過(guò)程參數(shù)包括流體流速 吸附質(zhì)的濃度 吸附能 吸附能取決于碳結(jié)構(gòu)和吸附質(zhì)的特征如分子量 穿透曲線是表征材料吸附性 能的主要性能之一 是吸附前后吸附質(zhì)濃度比值隨時(shí)間變化的一個(gè)函數(shù) 此比值達(dá)到 9 0 95時(shí) 所吸附的吸附質(zhì)的總量就稱(chēng)為穿透容量 穿透容量取決于流體流速 吸附質(zhì)濃 度和蜂窩炭組分含量等因素 對(duì)蜂窩狀活性炭來(lái)說(shuō) 壁厚是一個(gè)非常重要的參數(shù) 可 10 以通過(guò)改變壁厚來(lái)提高它的吸附效率 在孔隙率相同的情況下 壁厚增加 則單位體積蜂 窩的炭含量也隨之增加 從而可以提高吸附容量 這是因?yàn)楸诤裨黾?蜂窩中流體通道的 截面積減少 這樣真實(shí)的表面或體積流速也會(huì)增大 同時(shí) 吸附質(zhì)與炭之間的接觸效率也 會(huì)提高 這兩者之間存在一個(gè)平衡關(guān)系 在給定的條件下 這個(gè)平衡關(guān)系將決定吸附增加 還是減少 如果吸附質(zhì)以較高的擴(kuò)散速度擴(kuò)散到蜂窩壁的內(nèi)部 由此空出來(lái)的吸附位又 可連續(xù)吸附 因此厚壁蜂窩應(yīng)該具有更好的吸附效率和吸附容量 11 4 2 3 空塔氣速和橫截面積的確定 空塔氣速為氣體通過(guò)吸附器整個(gè)橫截面的速度 空塔氣速的選擇 不僅直接決定了 吸附器的尺寸和壓降的大小 而且還會(huì)影響吸附效率 氣速很小 則吸附器尺寸很大 不經(jīng)濟(jì) 氣速過(guò)大 則壓降會(huì)增大 使吸附效率受到影響 通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳氣速 吸 附設(shè)計(jì)中不能追求過(guò)高的吸附效率 把空塔速度取值降小 那樣會(huì)使吸附床體積 吸 附劑用量和設(shè)備造價(jià)大為增高 反之也不宜取過(guò)大的空塔氣速那樣設(shè)備費(fèi)用雖低 但 吸附效率下降很多 且體系壓降會(huì)隨空塔速率的增大上升很快 造成動(dòng)力消耗過(guò)大 因此因選取合適的空塔氣速 最適宜空塔氣速為 0 8 1 2m s 依此經(jīng)驗(yàn)結(jié)論 本設(shè) 12 計(jì)確定 空塔氣速 U 1 0 m s 原始條件 原始條件 17 處理風(fēng)量 Q 20000 h 設(shè)計(jì)溫度為35 C 壓力為1 01325 10 Pa 3 m 05 由于廢氣中 空氣所占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于污染物所占比例 因此 廢氣性質(zhì)可以近 似看作為干空氣的熱物理性質(zhì) 查 化學(xué)原理 附錄9得以下數(shù)據(jù) 空氣混和物性質(zhì) 流體密度 f 1 147kg 黏度為 f 1 94 10 Pa S 比熱容為Cp 3 m 5 1 005kJ kg C 0 吸附得粒狀活性炭顆粒性質(zhì) 平均直徑dp 0 003m 表觀密度 s 670kg 堆積密度 B 470 kg 3 m 3 m 固定床空隙率 f 0 5 橫截面積 S 5 56 U Q 0 13600 200000 D m66 2 36000 114 3 2000044 U V 4 2 4 固定床吸附層高度的計(jì)算 采用透過(guò)曲線計(jì)算法 通過(guò)實(shí)驗(yàn)將含有一定濃度污染物的氣流連續(xù)通過(guò)固定床吸 附器 在不同時(shí)間內(nèi) 確定確定吸附床不同截面處氣流中污染物的濃度分布 當(dāng)吸附 床使用一段時(shí)間后 出口氣體污染物濃度達(dá)到某一允許最大濃度時(shí) 認(rèn)為吸附床失效 從氣流開(kāi)始通入至吸附床失效這段時(shí)間稱(chēng)為穿透時(shí)間 或保護(hù)作用時(shí)間 表示吸附床 處理氣體量與出氣口污染物濃度之間的關(guān)系的曲線稱(chēng)為穿透曲線 穿透曲線的形狀和 穿透時(shí)間取決與固定床的操作方法 操作過(guò)程的實(shí)際速率和機(jī)理 吸附平衡性質(zhì) 氣 流速度 污染物入口濃度 以及床層厚度等都影響穿透曲線的形狀 此過(guò)程比較復(fù)雜 目前仍是只是近似過(guò)程的計(jì)算 假定吸附床到達(dá)穿透時(shí)間時(shí)全部處于飽和狀態(tài) 即達(dá)到它的平衡吸附量 a 也稱(chēng) a 為靜活度 同時(shí)根據(jù)朗格謬爾等溫線假定靜活度不在與氣象濃度有關(guān) 在吸附作用時(shí) 間 內(nèi) 所吸附污染物的量為 13 X aSL b 式中 X 在時(shí)間 內(nèi)的吸附量 18 a 靜活度 重量 S 吸附層的截面積 m2 L 吸附層高度 m b 吸附劑的堆積密度 設(shè)計(jì)為 470 kg m3 固定床雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但由于污染物在床層內(nèi)濃度分布是隨時(shí)間變化 計(jì)算比較復(fù)雜 因此目前工程上都是采用近似計(jì)算 通過(guò)算活性炭的作用時(shí)間進(jìn)行后處理的計(jì)算 活 性炭的作用時(shí)間由下式算出 14 V 10 Wd CQt 9 式中 V 活性炭的裝填量 3 m C 進(jìn)口氣污染物的濃度 mg 3 m Q 氣流量 h 3 m t 活性炭的使用時(shí)間 h W 活性炭原粒度的中重量穿透炭容 d 活性炭的堆密度 0 8t 3 m V 20 sp v Q 1000 20000 3 m 算出三苯每小時(shí)的排放量 三苯 的濃度 0 100 80 100 20000 10 5 6kg h 6 假設(shè)吸附器的吸附器的吸附效率為 85 則達(dá)標(biāo)排放時(shí)需要吸附總的污染物的量 為 5 6 85 4 76 kg h t 10 285h CQ VWd 9 9 10 20000280 8 0 1020 則在吸附作用時(shí)間內(nèi)的吸附量 X 4 76 285 1356 6 根據(jù) X aSL得 b 19 L b aS X 根據(jù)活性炭的吸附能力 設(shè)靜活度為 16kg 甲苯 100kg 活性炭 所以 L 3 24m 47056 5 16 0 6 1356 4 2 5 吸附劑 活性炭 用量的計(jì)算 吸附劑的用量 M M LS b 3 24 5 56 470 8600kg 吸附劑本身占據(jù)體積 V LS 3 24 5 56 18 1 3 m 吸附劑床層體積 V 25 8 b s V 470 670 1 18 3 m 設(shè)計(jì)吸附床層尺寸為 L B 6600mm 3200mm 則每塊塔板的截面積 A 21 12 3 3 m 取板上固定床高度 H 0 35m 則吸附器中塔板數(shù) n 3 5 4 塊 HA V 3 35 0 12 21 8 25 考慮安裝的實(shí)際情況 得到固定床吸附裝置的實(shí)際尺寸取為 L B H 7000mm 3300mm 3000mm 4 2 6 床層壓降的計(jì)算 15 流體通過(guò)固定床吸附器時(shí) 由于流體不斷地分流和回合 以及流體與吸附劑顆粒 和器壁的摩擦阻力 會(huì)產(chǎn)生一定的壓降 在設(shè)計(jì)固定床吸附器時(shí)多采用流路模型估算 床層壓力降 若對(duì)壓力降計(jì)算有更高的要求 則可直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù) 本設(shè)計(jì)的 床層壓力降用下式計(jì)算 2 p f 32 p f 2 3 d 1 75 1 d 1 150 UU L P 20 根據(jù)活性炭的性能 220 76 0 003 1 0147 1 5 0 5 01 75 1 003 0 1 01094 1 5 0 5 01 150 35 0 2 32 5 2 3 P P 220 76 0 35 77 27Pa 1 4 2 7 活性炭再生的計(jì)算 16 吸附劑的吸附容量有限 一般在1 40 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 之間 要增大吸附裝置的 處理能力 吸附劑一般都循環(huán)使用 即當(dāng)吸附劑達(dá)到飽和或接近飽和是 使其轉(zhuǎn)入脫 附和再生操作 一般常用的再生方法有 升溫脫附 降壓脫附 置換脫附 吹打脫附 化學(xué)轉(zhuǎn)化再生法 溶劑萃取 此外 還有一些其他的吸附劑脫附再生方法 如電解氧 化再生法 微生物再生法和藥物再生法等 至于工業(yè)上到底采用哪種操作方法 應(yīng)視 具體情況選用既經(jīng)濟(jì)又有效的方法 生產(chǎn)實(shí)際中 常常是幾種方法結(jié)合使用 如活性 炭吸附有機(jī)蒸氣后 可用通入高溫蒸氣再生 也可用加熱和抽真空的方法再生 沸石 分子篩吸附水分后 可用加熱氮?dú)獾霓k法再生 本設(shè)計(jì)采用升溫脫附 即在等壓下升高吸附床層溫度 進(jìn)行脫附 然后降溫冷卻 重新吸附 吸附床的操作溫度為 T 原料中吸附質(zhì)的分壓為 P 當(dāng)吸附床達(dá)飽和后 11 吸附劑吸附容量為 x 假定吸附階段終了時(shí) 允許吸附后氣體中的吸附容量低于 x 12 升溫脫附可將吸附劑從 T 升溫到 T 這是吸附劑容量可以低于 x 122 1 干燥吸附劑時(shí)空氣消耗量 L W l W xx 12 1 式中 L 干燥吸附劑時(shí)空氣的消耗量 kg 空氣的單位消耗量 即干空氣 H O 無(wú)量綱l 2 x x 分別為離開(kāi) 進(jìn)入吸附劑層時(shí)空氣的含濕量即 H O 干空氣 122 W 干燥時(shí)驅(qū)走的水分 kg 由 化工原理 查表得 35 C 時(shí)飽和水蒸氣蒸氣密度為 0 03960kg m 則 03 L 0 03960 20000 931 76kg 85 1 2 加熱空氣所消耗得空氣熱含量 21 Q I I Wl 21 式中 I 由加熱器進(jìn)入吸附器的空氣熱含量 J kg 2 I 進(jìn)入加熱器的空氣熱含量 J kg 1 設(shè)利用120 C的熱風(fēng)進(jìn)行脫附 查得35 C時(shí)干空氣的熱含量為1 005KJ kg C 000 120 C時(shí)為1 009 KJ kg C 則 00 Q 1 009 1 005 120 35 0 03960 20000 316 8 KJ 85 1 4 3 集氣罩集氣罩的設(shè)計(jì)計(jì)算的設(shè)計(jì)計(jì)算 在工業(yè)生產(chǎn)中 常用于控制各種顆粒物和氣態(tài)污染物的方法是將有害物質(zhì)在發(fā)生 源收集起來(lái) 經(jīng)過(guò)凈化設(shè)備凈化后排到大氣中 這就是局部排氣凈化系統(tǒng) 這種系統(tǒng) 所需要的風(fēng)量最小 效果好 能耗也少 是生產(chǎn)車(chē)間控制空氣污染最有效 最常用的 方法 局部排氣凈化系統(tǒng)主要由集氣罩 風(fēng)管 凈化設(shè)備 風(fēng)機(jī) 煙囪等組成 局部排 氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括污染物的捕集裝置 管道系統(tǒng) 凈化設(shè)備設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分 該系統(tǒng)用以捕集污染物的裝置大多數(shù)呈罩子形狀 通常稱(chēng)為集氣罩 它是氣體凈 化系統(tǒng)的關(guān)鍵部件 它可將粉塵及氣態(tài)污染物導(dǎo)入凈化系統(tǒng) 同時(shí)防止污染物向生產(chǎn) 車(chē)間及大氣擴(kuò)散 集氣罩的性能對(duì)整個(gè)氣體凈化系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果有很大的影響 設(shè)計(jì)完善的集氣罩能在不影響生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)操作的前提下 用較小的排風(fēng)量獲得最 佳的控制效果 而設(shè)計(jì)不良的集氣罩即使用很大的排風(fēng)量也達(dá)不到預(yù)期的目的 在控制 氣體中擴(kuò)散效果相同的前提下 排風(fēng)量越大 則整個(gè)凈化系統(tǒng)也越大 投資與運(yùn)行費(fèi) 用也相應(yīng)增加 因此 集氣罩的設(shè)計(jì)是氣體凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié) 4 3 1 集氣罩氣流的流動(dòng)特性 研究集氣罩罩口氣流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律對(duì)于有效捕集污染物是十分重要的 集氣罩罩口 氣流運(yùn)動(dòng)方式有兩種 一種是吸氣口氣流的吸入流動(dòng) 另一種是吹氣口氣流的吹出流 動(dòng) 了解吸入氣流 吹出氣流以及兩種氣流合成的吹吸氣流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 是合理設(shè)計(jì) 22 和使用集氣罩的基礎(chǔ) 吸入氣流和吹出氣流的流動(dòng)特性是不同的 吹出氣流在較遠(yuǎn)處 仍能保持其能量密度 吸入氣流則在離吸氣口不遠(yuǎn)處其能量密度急劇下降 這亦表明 吹出氣流的控制能力大 而吸入氣流則有利于接受 因此 可以利用吹出氣流作為動(dòng) 力 把污染物輸送到吸氣口再捕集 或者利用吹出氣流阻擋 控制污染物的擴(kuò)散 4 3 2 集氣罩的分類(lèi)及設(shè)計(jì)原則 集氣罩的種類(lèi)繁多 應(yīng)用廣泛 按其氣流流動(dòng)的方式可分為兩大類(lèi) 吸氣式集氣 罩和吹氣式集氣罩 按集氣罩與污染源的相對(duì)位置及密閉情況 還可將吸氣式集氣罩 分為 密閉罩 排氣柜 外部集氣罩 接受式集氣罩等 其集氣罩的設(shè)計(jì)原則為 1 集氣罩應(yīng)盡可能包圍或靠近污染源 使污染物的擴(kuò)散限制在最小的范圍內(nèi) 盡可能減少氣吸氣范圍 防止橫向氣流的干擾 減少排風(fēng)量 2 集氣罩的吸氣氣流盡可能與污染氣流運(yùn)動(dòng)方向一致 以充分利用污染氣流的 初始動(dòng)能 3 在保證控制污染的條件下 盡量減少集氣罩的開(kāi)口面積 使排風(fēng)量最小 4 集氣罩的吸氣氣流不允許通過(guò)人的呼吸區(qū)再進(jìn)入罩內(nèi) 設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮操 作人員的位置和活動(dòng)范圍 5 集氣罩的配置應(yīng)與生產(chǎn)工藝協(xié)調(diào)一致 力求不影響工藝操作和設(shè)備維修 6 集氣罩應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 堅(jiān)固耐用而造價(jià)低 并便于制作安裝和拆卸維修 7 要盡可能避免或減弱干擾氣流辱穿堂風(fēng) 送風(fēng)氣流等對(duì)吸氣氣流的影響 雖然集氣罩的結(jié)構(gòu)不十分復(fù)雜 但由于各種因素的相互制約 要同時(shí)滿(mǎn)足上述要求 并非易事 應(yīng)充分了解生產(chǎn)工藝 操作特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際 4 3 3 集氣罩的選型 由于受工藝條件限制 一般產(chǎn)生有機(jī)廢氣的車(chē)間無(wú)法進(jìn)行密閉 且噴氣車(chē)間室內(nèi) 橫向氣流干擾較小 可采用外部集氣罩的上部傘形罩 如 附圖 5 所示 其基本參數(shù)如下 排風(fēng)量 Q 20000 m3 h 鋼板制圓形風(fēng)管 取風(fēng)速 12 m s 23 風(fēng)管直徑 m 圓整為 800 77 0 36001214 3 2000044 u Q d 規(guī)格為 800 1 0 風(fēng)管橫截面積 0 50 22 8 014 3 4 1 4 1 df 則實(shí)際風(fēng)管氣速 11 1 m s 36008 014 3 2000044 2 d Q u 表表 4 44 4 集氣罩罩口速度集氣罩罩口速度 12 條件舉例 罩口速度 m s 揚(yáng)塵速度極低 1 煙塵從敞口容器外溢 0 25 0 5 沒(méi)有干擾氣流 2 液面蒸發(fā) 3 浸槽 揚(yáng)塵低速飛散 1 噴漆 0 5 1 0 無(wú)干擾氣流 2 酸洗 3 焊接 揚(yáng)塵較高速飛散 1 開(kāi)煉機(jī) 密煉機(jī) 1 0 2 5 有較小干擾氣流 2 裝袋 裝桶 3 解包車(chē) 揚(yáng)塵高速飛散 1 噴砂 2 5 10 有干擾氣流 2 粉磨機(jī) 3 砂輪機(jī) 罩口速度 對(duì)照表 4 4 確定 0 8 m s 24 罩口面積 5 9 6 8 03600 20000 0 Q A 罩口直徑 m98 2 14 3 95 6 44 0 A D 罩口直邊長(zhǎng)度 m 減少周?chē)諝饣烊肱棚L(fēng)系統(tǒng) 2 0 2 L 罩口敞開(kāi)面周長(zhǎng) m34 9 14 3 95 6 4 14 3 4 0 A L 罩口喇叭口長(zhǎng)度 取 mdL3 0 2 18 05 15 1 0 dL 罩的擴(kuò)張角角 tan 在允許的范圍內(nèi) arc 0 90 8 098 2 2 122 0 dD L 00 60 3 42 圓形工作臺(tái)特征尺寸 5 1 0 d 工作臺(tái)至地面高度 m5 1 00 dH 又 設(shè)計(jì)符合要求 2 053 0 5 1 8 0 0 d d 0 298 1 5 1 98 2 2 1 0 d D 污染源至至罩口高度 取 H 1 m 05 1 5 17 07 0 0 dH 4 4 吸附前的預(yù)處理吸附前的預(yù)處理 對(duì)于一般的有機(jī)廢氣的工藝過(guò)程所產(chǎn)生的塵霧在高速?lài)姵鰰r(shí) 誘導(dǎo)周?chē)目諝饬?動(dòng) 加上工作點(diǎn)的不斷變換 又與工件周?chē)目諝獯罅炕旌?在反彈氣流及車(chē)間內(nèi)橫 向氣流作用下 塵霧呈無(wú)序發(fā)散 這些粉塵含量不高 粒徑較小 絕大部分在10um以 下 若未經(jīng)處理 將很快堵塞活性炭微孔 使活性炭失效 目前 國(guó)內(nèi)外對(duì)這些塵霧特別是噴漆污染的治理非常重視 凈化方式多種多樣 有 干式過(guò)濾法 濕式過(guò)濾法 燃燒法 催化燃燒法 吸附法 蒸餾析法等 根據(jù)不同產(chǎn) 品的特性 產(chǎn)品生產(chǎn)狀況以及經(jīng)濟(jì)性 場(chǎng)地情況進(jìn)行選擇 本設(shè)計(jì)除霧處理采用前置式干式除塵過(guò)濾器 具體運(yùn)行參數(shù)如下 處理風(fēng)量 Q 20000 m3 h 過(guò)濾速度 u 1 2 1 5 m s 過(guò)濾面積 S 4 0 m2 4 13600 20000 25 過(guò)濾器的尺寸 長(zhǎng) 寬 高 700 2000 2000mm 設(shè)備阻力 350Pa 2 P 數(shù)量 一臺(tái) 采用鋼板進(jìn)行燒焊 過(guò)濾箱采用抽屜方式放置雙層進(jìn)口干式除塵和除霧過(guò)濾材料 容塵量大 凈化效率高 阻力低 過(guò)濾風(fēng)速大 阻燃 干式過(guò)濾材料使霧狀物變成松 散粉塵狀 材料飽和后可取出拍打 抖落 或用吸塵器吸塵后重復(fù)使用多次 4 5 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 只有通過(guò)各種管道把各種凈裝置連接在一起才能組合成完整的凈化系統(tǒng) 因此 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)是凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的組成部分 合理地設(shè)計(jì) 施工和使用管道 系統(tǒng) 不僅