1、涂層廢氣處理設(shè)計方案二五年三月3.3系統(tǒng)工藝流程根據(jù)該廠的實際情況，要提高甲苯的回收效率，需加強以下兩方面的工作：一是烘干廢氣的收集，盡可能將甲苯收集到溶劑回收裝置中；二是對收集的廢氣采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行處理與回收。工藝流程如圖3-1所示：烘干廢氣風(fēng)機引風(fēng)機集氣罩列管式冷凝器1溶劑水分離器甲苯貯槽2冷卻水貯槽水槽過濾阻火器活性炭吸附器尾氣排放低壓蒸汽鍋爐房列管式冷凝器2冷凝水回收槽甲苯貯槽1圖3-1系統(tǒng)工藝流程圖工藝流程說明：由于烘箱出口廢氣中甲苯濃度較高，因此統(tǒng)一收集后先通過一組過濾阻火器，去除尾氣中的固體雜質(zhì)，然后進入列管式冷凝器，將氣態(tài)甲苯冷凝為液體。經(jīng)冷凝，溫度冷卻至24以下。由于甲苯沸

2、點約為110，因此可回收大部分甲苯。經(jīng)冷凝的廢氣由引風(fēng)機導(dǎo)入活性炭吸附器，進行活性炭吸附處理。吸附器共設(shè)兩組，交替使用。飽和后的活性炭采用低壓蒸汽再生，再生出的氣相返回到冷凝器進行溶劑回收。回收的溶劑經(jīng)水分離器分離后回用。4. 工藝系統(tǒng)說明4.1 概述本工藝系統(tǒng)可分為如下3個系統(tǒng)：廢氣收集系統(tǒng)，廢氣凈化處理系統(tǒng)，排風(fēng)系統(tǒng)。廢氣收集系統(tǒng)主要包括局部排風(fēng)罩，風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，管道。廢氣凈化處理系統(tǒng)主要包括除塵器，冷凝器，活性炭吸附裝置。排風(fēng)系統(tǒng)主要包括排風(fēng)機，風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和煙囪。4.2主要工藝設(shè)備功能簡述1. 除塵器主要作用：主要是為了除去有機廢氣中的漆霧粒子，避免漆霧粒子粘在吸附床內(nèi)的活性碳纖維材料上，

3、影響有害氣體吸附效果。其次是為了防止生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)著火事故時影響凈化設(shè)備。2. 冷凝器冷凝器_1的作用是將有機廢氣中的氣態(tài)甲苯冷凝為液體，從而降低廢氣中甲苯含量，提高活性炭吸附處理效率，同時回收部分甲苯。冷凝器_2的作用是將脫附所得甲苯和水蒸氣冷凝為液體，回收脫附所得甲苯。3. 活性炭吸附裝置活性炭吸附裝置是凈化裝置重要組成部分，設(shè)置目的是利用吸附法截留廢氣中的有機物進一步凈化廢氣，并利用低壓蒸汽吹脫及冷凝等手段回收部分甲苯。 5. 主要設(shè)備設(shè)計5.1 主要設(shè)計參數(shù)主要設(shè)計參數(shù)及要求的處理效果見表5-1。表5-1主要設(shè)計參數(shù)及要求處理效果生產(chǎn)工藝風(fēng)量（m3/h）甲苯入口濃度(mg/m3)處理后濃

4、度(mg/m3)回收（kg/h）回收效率(%)列管式冷凝器330008182904244.990.7活性炭吸附器9044024.095.65.2 主要設(shè)備1. 除塵器（方案一）根據(jù)廢氣性質(zhì)和氣量，本項目選用XCX型旋風(fēng)除塵器，規(guī)格為1300mm四管。XCX型旋風(fēng)除塵器除了有長錐體結(jié)構(gòu)外在排氣管內(nèi)還設(shè)有弧形減阻器以降低除塵器的阻力系數(shù)。具體參數(shù)如下：進口風(fēng)速：24m/s；風(fēng)量：33700m3/h；壓力損失：1039Pa； 除塵效率：可除去5m以上的粉塵，效率9599。（方案二）根據(jù)廢氣性質(zhì)和氣量，本項目選用SJ型高精密度金屬微孔過濾器十一臺（十臺使用，一臺清洗備用）。此空氣過濾器采用由金屬及合金

5、粉末燒結(jié)制成的微空金屬材質(zhì)，具有耐高溫、耐腐蝕、孔徑分布均勻、透氣性好、機械強度高、可清洗再生、可焊接及機械加工等優(yōu)良特性。SJ型高精密度金屬微孔過濾器的具體參數(shù)如下：DN250mm；進口風(fēng)速：20 m/s；風(fēng)量：3530m3/h；殼體材料：SUS304L；濾芯材料：金屬粉末燒結(jié)管；過濾精度：0.5120m； 工作壓力：0.61.6Mpa。2. 阻火器 根據(jù)廢氣性質(zhì)和氣量，本項目選用ZHQ型管道防爆波N阻火器十臺，其具體參數(shù)為：DN250mm；進口風(fēng)速：20m/s；殼體材質(zhì)：碳鋼；芯件材質(zhì)：不銹鋼波N帶。3. 列管式冷凝器_1根據(jù)廢氣性質(zhì)和氣量，本項目選用固定板式換熱器對廢氣進行冷凝以回收部分

6、甲苯。為了便于排出冷凝液，且考慮到經(jīng)除塵后廢氣相對清潔，流動路徑按廢氣走管間（即殼程）、冷卻水走管內(nèi)考慮。另外，為了達(dá)到一定的回收效率，且兼顧冷卻水成本，確定冷卻水進口溫度為常溫20，出口溫度為23。烘干廢氣進口溫度為80，經(jīng)冷凝后降低到24以下。具體計算如下：（1）已知條件：烘干廢氣風(fēng)量33000m3/h，進氣溫度80，甲苯濃度為8182mg/m3，流量為270 kg/h出口溫度為24，冷卻水進水溫度20，出口溫度23。（1） 甲苯回收率計算甲苯的Antoine常數(shù)為A=16.0137, B=3096.52, C=53.67。由Antoine方程 （p為溫度T時的飽和蒸汽壓，mmHg）80時

7、p291.21mmHg；24時p27.00mmHg因此，80降溫至24的回收率為90.7所以，至24時甲苯冷凝量為27090.7%=244.90kg/h，剩余流量為270244.925.1kg/h。24時總廢氣體積約為，冷凝處理后廢氣中殘留甲苯濃度為（3）計算換熱器的面積A80時甲苯質(zhì)量流量為270kg/h，則每小時排出的甲苯體積V為 又廢氣總體積流量為33000 m3/h，廢氣平均分子量約為28。80時廢氣質(zhì)量流量kg/h廢氣中空氣的質(zhì)量流量為3190827031638kg/h。 廢氣從80(T1)降至24(T2)，冷水從20(t1)升高至23(t2)。熱負(fù)荷Q1甲苯降溫傳熱量空氣降溫傳熱量

8、270 1.7 (80 - 24) + 31638 1.005 (80 - 24)1.8106 kJ/h冷卻水用量W143t/h先按單殼程考慮：對數(shù)平均溫差19.95K 根據(jù)R、P的值查溫度校正系數(shù)圖可得，溫差修正系數(shù)0.890.8，可見用單殼程合適，因此有效溫差17.8K假定換熱器總傳熱系數(shù)為，則所需傳熱面積為: 216m2（4）主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的計算選用252.5mm鋼管，材質(zhì)20號鋼。 取管內(nèi)冷卻水的流速為0.5 m/s，則管數(shù) 253根管長l10.9m因此，取管程數(shù)為2，管長為6m，總管數(shù)為2532506根。殼體的公稱直徑DN800mm，公稱壓力為10kgf/cm2。采用正三角形

9、排列換熱管，管子與管板采用焊接法連接。綜上，列管式冷凝器_1的主要參數(shù)是：選用6m長的252.5mm鋼管（材質(zhì)20號鋼）共506根；殼體直徑800mm；換熱面積216m2；冷卻水用量為143t/h；甲苯回收率為90.7；廢氣由80降至24，冷卻水由20升至23。3. 列管式冷凝器_2根據(jù)廢氣性質(zhì)和氣量，本項目選用固定板式換熱器對甲苯和水蒸氣進行冷凝以回收脫附所得甲苯。為了便于排出冷凝液，流動路徑按甲苯和水蒸氣走管間（即殼程）、冷卻水走管內(nèi)考慮。另外，為達(dá)到一定的回收效率，且兼顧冷卻水成本，確定冷卻水進口溫度為20，出口溫度為25，蒸汽進口溫度為120，經(jīng)冷凝后降至30以下。具體計算如下：（1）

10、確定所需蒸汽量脫附時甲苯回收率95.6需吹脫甲苯量為25.195.624.0 kg/h。一般取蒸汽量：吹脫溶劑量（410）：1，確定蒸汽量為150 kg/h。（2）冷凝甲苯回收率計算甲苯的Antoine常數(shù)為A=16.0137, B=3096.52, C=53.67。由Antoine方程 （p為溫度T時的飽和蒸汽壓，mmHg）120時p984.7mmHg；30時p36.67mmHg因此，80降溫至30的回收率為97.3，即甲苯基本上全部冷凝下來。（3）計算換熱器的面積A120時甲苯質(zhì)量流量為24kg/h，水蒸氣質(zhì)量流量為150 kg/h。 蒸汽從120降低至30，冷卻水從20升高至25。熱負(fù)荷

11、Q1甲苯降溫傳熱量蒸汽傳熱量蒸汽冷凝潛熱24 1.7 (120 - 30) + 150 4.2 (120 - 30)150 22320.395106 kJ/h冷卻水用量W18.8t/h先按單殼程考慮：對數(shù)平均溫差37.76K18 根據(jù)R、P的值查溫度校正系數(shù)圖可得，溫差修正系數(shù)0.930.8，可見用單殼程合適，因此有效溫差35K假定換熱器總傳熱系數(shù)為，則所需傳熱面積為: 9m2（4）主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的計算選用252.5mm鋼管，材質(zhì)20號鋼。 取管內(nèi)冷卻水的流速為0. 5 m/s，則管數(shù)34根管長l3.4m因此，換熱器管程數(shù)為2，管長為2m，總管數(shù)34268根。殼體的公稱直徑DN400m

12、m，公稱壓力為16kgf/cm2。采用正三角形排列換熱管，管子與管板采用焊接法連接。綜上，列管式冷凝器_2的主要參數(shù)是：選用2m長的252.5mm鋼管（材質(zhì)20號鋼）共68根；換熱面積9m2；殼體直徑400mm；冷卻水用量為18.8t/h；蒸汽由120降至30，冷卻水由20升至25。4. 活性炭吸附裝置及附屬設(shè)備（1）根據(jù)廢氣性質(zhì)和氣量，本項目采用低壓蒸汽再生的固定床活性炭吸附系統(tǒng)進一步回收廢氣中的甲苯。廢氣氣量為33000m3/h，溫度24，廢氣中含有904mg/m3的甲苯，要求出口甲苯濃度為40 mg/m3，即凈化率達(dá)到95.6。（2）活性炭對甲苯的飽和吸附量計算選用某種活性炭的參數(shù)如下：

13、堆積密度450kg/m3，5mm，空隙率0.40。甲苯在該活性炭上的吸附等溫線方程為 式中：a氣相濃度為時的平衡吸附量，kg/kgAC；氣相中甲苯的濃度，g/m3。由廢氣中甲苯濃度為0.904 g/m3可得，活性炭吸附甲苯的靜態(tài)飽和吸附容量a0.330kg/kgAC。（3）固定床吸附器主要參數(shù)計算選定吸附器中的氣速為0.4m/s，此時吸附帶長度為0.3m，吸附帶中活性炭的動態(tài)吸附容量按靜態(tài)飽和吸附容量的35計，則 吸附帶中活性炭所吸附的甲苯為0.116 kg/kg。吸附帶外已經(jīng)動態(tài)飽和的活性炭吸附容量按靜態(tài)飽和吸附容量的90計，則吸附飽和后活性炭所吸附的甲苯為0.297 kg/kg。吸附器直徑

14、為 吸附帶內(nèi)的活性炭量為 吸附帶內(nèi)的活性炭可吸附的甲苯量為 吸附工作周期按2天（16h）計，則每一周期的吸附量為 吸附帶外所需的活性炭用量為 吸附器總高為 活性炭總用量為 氣流穿過固定床層的壓降估算式為： 式中：壓降，Pa； 空隙率，m3空隙/m3吸附床； 吸附劑顆粒直徑，m； 氣體密度，kg/m3； G氣體表現(xiàn)質(zhì)量通量，； D床深，m； 氣體黏度，。30下氣體密度為，黏度為， 而，因此經(jīng)計算可得壓降為 理論功率消耗，風(fēng)機效率以0.70計，則實際功率消耗 綜上，選用固定床活性炭吸附器兩臺，交替使用，其主要參數(shù)為：活性炭堆積密度450kg/m3，5mm，空隙率0.40；活性炭總用量為7.77m3

15、；吸附器總高0.339m，直徑5.4m；吸附工作周期為2天（16小時）；凈化效率95.6；實際消耗功率3.876kW。（4）引風(fēng)機活性炭吸附器組進口總管處配B472型防爆離心通風(fēng)機一臺，風(fēng)量Q=33000m3/h，風(fēng)壓671Pa，電機功率35kw。（5）溶劑水分離器水蒸氣用量為150kg/h（即150m3/h），甲苯為24kg/h（即7 m3/h），兩天脫附一次，每次脫附兩個小時，因此確定溶劑水分離器的容積為350m3。在此溶劑水分離器上設(shè)置安全排氣管，每兩天排空一次。（6）甲苯貯槽2由于甲苯脫附量為24kg/h（即7 m3/h），且兩天脫附一次，每次脫附兩個小時，故兩天有14m3的甲苯產(chǎn)生。

16、因此，可采用直徑為3m，高為2m的儲罐貯藏。在儲罐上要設(shè)置安全排氣管。（7）液泵選用一臺50SGB10-8型防爆管道泵將甲苯從溶劑水分離器中分離出來，其主要參數(shù)為口徑為50mm，額定流量10 m3/h，揚程8m，轉(zhuǎn)速2900 r.p.m，功率為7.5kW。選用兩臺4B15A型離心水泵將冷凝水從溶劑水分離器中分離出來，其主要參數(shù)為額定流量86 m3/h，揚程8.5m，轉(zhuǎn)速2900 r.p.m，功率為2.78kW。5.3 其他1. 電氣及自控系統(tǒng)處理系統(tǒng)總裝機容量為36.9kW，由集中安裝的電控柜進行控制。為了提高回收率，降低能耗，設(shè)備的運行采用自動化控制。參數(shù)設(shè)置和監(jiān)控由上位工控機完成，設(shè)備運行

17、由PLC控制。PLC安裝在電控柜中，與工控機一起放置于便于操作的防爆隔離控制室中。整個裝置的溫度、壓力及管道靜電等參數(shù)均由傳感器采集，傳輸至集中控制室進行自動化控制。2. 供汽 為降低設(shè)備投資，節(jié)約成本，吸附飽和的活性炭再生時使用低壓蒸汽，直接由廠內(nèi)鍋爐供給。鍋爐出口壓力為0.2Mpa，蒸汽溫度約120。根據(jù)工程經(jīng)驗，蒸汽與吸附的溶劑量之比約為410，需用蒸汽總共150kg/h。供氣周期為2天。3. 供水根據(jù)兩個列管式冷凝器計算，循環(huán)水用水量為14318.8161.8t/h，即161.8m3/h，由泵輸送至冷凝器循環(huán)使用。冷凝器_1的循環(huán)水泵使用2臺4B15A型離心清水泵，設(shè)計參數(shù)為Q = 7

18、2m3/h，H =11m，轉(zhuǎn)速2900r.p.m，功率為2.87kW。冷凝器_2的循環(huán)水泵使用1臺2B19B型離心清水泵，設(shè)計參數(shù)為Q = 20m3/h，H =10.3m，轉(zhuǎn)速2900r.p.m，功率為2.41kW。由于揮發(fā)造成損耗，循環(huán)水需定期補充，補充量約8m3/d。5.4 主要設(shè)備表主要設(shè)備見表5-3。表5-3 主要設(shè)備表序號設(shè)備名稱型號或規(guī)格數(shù)量功率（kw）備注冷凝系統(tǒng)1除塵器XCX型1300mm四管12阻火器ZHQ型250101.53列管式冷凝器_1單殼程雙管程殼體8001換熱面積216m24列管式冷凝器_2單殼程雙管程殼體4001換熱面積9m25混合溶劑分層器350m316冷卻水循

19、環(huán)泵_1Q=72m3/h，H=11m22.877冷卻水循環(huán)泵_2Q=20m3/h，H=10.3m12.418冷凝甲苯泵Q=10m3/h，H=8m17.5防爆管道泵9冷凝水泵Q=86m3/h，H=8.5m22.78活性炭吸附系統(tǒng)10引風(fēng)機Q=33000m3/h135防爆風(fēng)機11活性炭吸附罐5400*33923.8812溫度測量系統(tǒng)613壓力測量系統(tǒng)914火災(zāi)報警系統(tǒng)315管道及閥門1套16電控柜1含PLC及強電17上位工控機1其他輔助材料6. 勞動定員設(shè)備運行每班1人：四班共4人；化驗計量工兼職1名；管理人員兼職1名。合計4人。7. 投資估算見表7-1。表7-1 投資估算表序號設(shè)備名稱主要技術(shù)參

20、數(shù)數(shù)量(臺套)價格(萬元)總價(萬元)備注1除塵器XCX型1300mm 177.002阻火器ZHQ型250100.88.003列管式冷凝器_1單殼程雙管程殼體80011.208.00換熱面積216m24列管式冷凝器_2單殼程雙管程殼體40011.205.00換熱面積9m25防爆風(fēng)機33000m3/h14.801.80消聲器、減振座6活性炭吸附器1400*38002816.00含活性炭及附件7混合溶劑分層器350m311.651.658循環(huán)水泵_172m3/h20.501.009循環(huán)水泵_220m3/h10.500.5010冷凝甲苯泵Q=10m3/h10.60.60用于氣動閥與活性炭再生11冷凝水泵Q=86m3/h20.51.00用于氣動閥與活性炭再生9管道及閥門各種規(guī)格18.008.00廢氣管路及自動閥、冷卻水管及閥門10自控系統(tǒng)112.0012.00含PLC、工控機、儀表11其他輔