活性炭吸附脫附及附屬設備選型詳細計算

1、I 目錄 1.緒論 . 1 1.1 概述 . 1. 1.1.1有機廢氣的來源 . 1. 1.1.2有機物對大氣的破壞和對人類的危害 . 1. 1.2有機廢氣治理技術現(xiàn)狀及進展 . 2. 1.2.1各種凈化方法的分析比較 . 3. 2設計任務說明 . 4 2.1設計任務 . 4. 2.2設計進氣指標 . .4. 2.3設計出氣指標 . 4. 2.4設計目標 . 4. 3工藝流程說明 . 6 3.1工藝選擇 . 6. 3.2工藝流程 . 6. 4設計與計算 . 8 4.1基本原理 . 8. 4.1.1吸附原理 . 8. 4.1.2吸附機理 . 9. 4.1.3吸附等溫線與吸附等溫方程式 . 9.

2、4.1.4吸附量 . 1.2 4.1.5吸附速率 . 1.2 4.2吸附器選擇的設計計算 . 13 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算 .17 II 4.2.5吸附劑（活性炭）用量的計算 .18 4.2.6床層壓降的計算15 . 1.9 4.2.7活性炭再生的計算 . 1.9 4.3集氣罩的設計計算 . 21 4.3.1集氣罩氣流的流動特性 .21 4.3.2集氣罩的分類及設計原則 . 2.1 4.3.3集氣罩的選型 .22 4.4吸附前的預處理 .24 4.5管道系統(tǒng)設計計算.2

3、4 4.5.1管道系統(tǒng)的配置 .25 4.5.2管道內流體流速的選擇 .26 4.5.3管道直徑的確定 .26 4.5.4管道內流體的壓力損失 .27 4.5.5風機和電機的選擇 . 27 5工程核算 . 30 5.1工程造價 . 3Q 5.2運行費用核算 . 31. 5.2.1價格標準 .31 5.2.2運行費用 .31 6結論與建議 . 32 6.1結論 .32 6.2建議 .32 參考文獻 . 34 致謝 . 35- 1 1.緒論 1.1概述 1.1.11.1.1 有機廢氣的來源 有機廢氣的來源主要有固定源和移動源兩種。移動源主要有汽車、輪船和飛機等以 石油產品為燃料的交通工具的排放氣；

4、 固定源的種類極多，主要為石油化工工藝過程 和儲存設備等的排出物及各種使用有機溶劑的場合 ,如噴漆、印刷、金屆除油和脫脂、 粘合劑、制藥、塑料、涂料和橡膠加工等。 1.1.21.1.2 有機物對大氣的破壞和對人類的危害 有機廢氣中的揮發(fā)性有機物稱為 VOCs ( Volatile organic compounds),在涂裝、印 刷、制鞋和化工生產的許多行業(yè)中，一些工業(yè)產品的生產工藝過程都伴有大量的揮發(fā)性 有機化合物(VOCs)廢氣的排出。VOCs廢氣排入大氣環(huán)境中會產生以下幾個方面的影 響：VOCs是光化學反應的前體，有陽光照射時，在合適的條件下VOCs與NOx及其 它懸浮化學物質發(fā)生一系列

5、光化學反應，主要生成臭氧，形成光化學煙霧，從而發(fā)生光化 學污染；光化學煙霧會刺激人的眼睛和呼吸系統(tǒng)，有些VOCs還具有強烈刺激氣味， 空氣中達到一定濃度時則產生令人不適的感覺，影響空氣質量；有些有蠹的VOCs(如 芳香輕等)氣體在環(huán)境中存在會損害人們的健康，長時間暴露在污染空氣中會引發(fā)癌變 或引起其它嚴重疾病，如苯對骨髓的造血機能造成破壞，是一種致癌物；甲苯和二甲 苯對中樞神經具有強的麻醉作用； 氯 乙 烯為致癌物。在制鞋業(yè)，由于“三苯”中蠹而 導致工人致死事件已發(fā)生過多起，而涂料工業(yè)使用的溶劑中，主要是甲苯、二甲苯和其 它蠹性有機物。光化學煙霧也會危害人的健康和植物的生長， 1965年日本各

6、大城市頻 繁發(fā)生的光化學煙霧，1966年美國洛杉磯的光化學煙霧均對人類健康造成危害。 VOCs對環(huán)境的極大危害和對人體健康的嚴重威脅，引起了世界各國政府的高度重視。 美國環(huán)保署EPA (Environmental Protection Agency)定義的污染物中 VOCs占了 300多 種，而美國1990年的活潔空氣法(Clean Air Act)要求減少90如E放量的189種蠹 性化學物中，70湖于VOCs。 我國在1997年1月1日開始實施的中華人民共和國國家標準大氣污染物綜合排 放標準(GB 16297- 1996)也規(guī)定了苯、甲苯、二甲苯、氯乙烯等 VOCs排放較為嚴 格的標準，如表

7、2 1.1所小。 表1. 1幾種VOCs排放的國家標準 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：這是對新污染源的排放標準。 1.2有機廢氣治理技術現(xiàn)狀及進展 有機廢氣的來源多種多樣，其產生方式及排放方式也不盡相同。因此，有機廢氣的 治理技術也多種多樣，各種治理技術也存在自己不同的優(yōu)缺點。在實際生產過程中，根 據(jù)不同的情況，選擇合適的方法是有機廢氣治理的關鍵。有機廢氣治理的方法主要有回 收法和消除法兩類。有機廢氣主要回收技術有：吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離技術 及變壓吸附技術等；有機廢氣消除技術可分為物理一化學法和生物法兩類。物理一化學

8、法包括熱破壞法、光分解法、電暈法、臭氧分解法等 ；生物法包括生物過濾器，生物滴 濾器，生物沖刷塔，膜生物反應器，活性污泥法等?；钚蕴课椒▋艋士蛇_ 95恕上， 若無再生裝置，則運行費用太高，若用蒸汽回收，則工藝流程過長，操作費用高，回收 的溶劑和水的混合物利用價值也不高；再生時需要有穩(wěn)定的蒸汽源，且活性炭經反復吸 附脫附后吸附能力會逐漸降低，一般使用二三年后就得更換。液體吸收法凈化率只有60% 80%而且存在著二次污染問題。催化燃燒法凈化率可達 95%但適合丁處理高濃度、 小風量且廢氣溫度較高的有機廢氣，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。目前應用最多的方法是吸附一

9、催化燃燒法，它主要以顆粒炭或蜂窩炭 為吸附劑，為了保證生產的連續(xù)性，一般設置兩個吸附床交替使用，由丁切換的周期至 少為1d,因此吸附床體積大，吸附劑用量多，設備笨重，投資大，操作麻煩；由丁床層 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)象。針對這些問題，現(xiàn)有新型裝 置的吸附器采用一種多單元分流組合結構，并以新型材料一一活性炭纖維作為吸附劑， 采用PLCfe腦來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的連續(xù)運行 1.2.11.2.1 各種凈化方法的分析比較 3 解決有機廢氣的污染，最根本的方法是工藝改革。采用無害涂料、無害溶劑在現(xiàn)階 段生產中是不能馬上實現(xiàn)的，苯類溶劑使用量仍然很大。所以必須解決廢氣凈化問題。 目前國

10、內常采用的三種凈化方法分析比較見表 1.2。 表1.2國內外有機廢氣常用處理方法的優(yōu)缺點比較 凈化類別 優(yōu) 點 缺 點 活性炭 吸附法 1、可處理大風量、低濃度的有機廢氣。 2、 可回收溶劑。 3、 不需要加熱。 4、 凈化效率局，運轉費用低。 1、 廢氣凈化前要進行預處理。 2、 僅限于低濃度。 3、 設備龐大，占地面積多。 催化 燃燒法 1、設備簡單、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、 流程較簡單，吸收劑價格便宜。 2、 廢氣凈化不需預處理。 3

11、、 建造快、占地少。 1、 后處理投資大，費用局。 2、 對溶劑成份選擇性人。 - 4 2設計任務說明 2.1設計任務 設計內容為20000 m3/h活性炭吸附工業(yè)有機廢氣的工程設計， 主要內容包括：廢氣 治理工藝、主體設備選型和非標準設備設計，管道輸送系統(tǒng)設計及吸附劑再生系統(tǒng)設計 等，應完成工作： (1) 紙質設計說明書及其電子版本； (2) 譯文及原文影印件。 (3) 設計圖紙(平面布置圖、工藝流程圖、主要構筑物圖、管道布置圖等) 2.2設計進氣指標 風量為20000m3/h，溫度為35 C, 排氣壓力為101.325 kpa, 苯濃度為100mg/m3。 甲苯濃度為80mg/m3, 二甲

12、苯濃度為100mg/m3, 2.3設計出氣指標 依據(jù)廣東省地方標準大氣污染物排放限值 (DB44/27-2001) 一級排放標準3, 具體數(shù)據(jù)見表2-1: 表2-1.設計出氣指標 單位mg/m 指標 苯 甲苯 二甲苯 出氣濃度 12 40 70 2.4設計目標 (1) 嚴格執(zhí)行國家有關環(huán)境保護的各項規(guī)定，確保各項污染指標達到國家及地區(qū)有 5 關污染物排放標準。 (2) 經本處理工藝處理后的廢氣，將不會產生二次污染物。 (3) 本處理工藝運行可靠，處理效果好，維護管理方便。 (4) 采用低能耗、低運行費用、基建投資省、占地少、操作管理簡便 (5) 工藝設計與設備選型能夠在生產運行過程中具有較大的

13、調節(jié)余地6 3工藝流程說明 3.1工藝選擇 處理工藝的選擇，應根據(jù)氣量大小、凈化要求、回收的可能性、設備建造和運轉的 經濟性等條件全面考慮，實際工作中應特別注意與工藝密切配合 ，盡可能做到綜合利 用。 目前4,國內外對有機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，大風量的有機廢氣，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，小風量的有機廢氣，缺點是對 處理對象要求苛刻，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 行費用很高；活性炭吸附法凈化效率為 99.2% 99.3%，對丁處理

14、大風量、低濃度的有機 廢氣，國內外一致認為該法是最為成熟和可靠的技術，但該工藝流程過長，操作費用高，另 外需要穩(wěn)定的蒸氣源也常常是比較困難的事情。 針對這些問題，結合本畢業(yè)設計特點和具 體要求，采用利用活性炭固定床吸附系統(tǒng)對工業(yè)有機廢氣進行凈化，選用蜂窩狀活性炭 做為吸附劑。 3.2工藝流程 注：1 集氣罩；2 除霧過濾器;3 活性炭固定吸附床；4 提供蒸汽的風機;5 離心風機；6 排氣罩. 圖2.3有機廢氣工藝流程圖 7 該處理工藝系統(tǒng)組合十分緊湊，集吸附-脫附于一體。在生產過程所產生的廢氣主要 為苯、甲苯、二甲苯等，根據(jù)苯類性質，本方案采用活性炭作為吸附劑對廢氣進行吸收 處理，吸附床一般配

15、置2臺以上，輪換使用，當1臺吸附床吸附的有機物達到規(guī)定的吸附 量時,換到另1臺吸附床進行吸附凈化操作，同時對前面1臺吸附床進行脫附再生。脫附 是在外加蒸汽的作用下通過加溫進行的，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，達到余熱的利用。生產中揮發(fā)出來的廢氣，通過離心風機將其送至吸附塔以 活性炭作為吸附劑，在塔內的氣體從右到左，從下到上通過活性炭過濾層對氣體進行處 理，凈化后的氣體通過排氣管排入大氣。如 附圖1所示8 4設計與計算 4.1 基本原理 4.1.1吸附原理 在用多孔性固體物質處理流體混合物時， 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)象稱為吸附4。

16、吸附處理廢氣時，吸附的對象是氣態(tài)污染 物，被吸附的氣體組分稱為吸附質，多孔性物質稱為吸附劑。 固體表面吸附了吸附質后，一部分被吸附的吸附質可從吸附劑表面脫離，此現(xiàn)象稱 為脫附。而當吸附進行一段時間后，由丁表面吸附質的濃集，使其吸附能力明顯下降而 不能滿足吸附凈化的要求，此時需要采用一定的措施使吸附劑上已吸附的吸附質脫附， 已恢復吸附劑的吸附能力，這個過程稱為吸附劑的再生。因此，在實際工作中，正是利 用吸附劑的吸附一再生一吸附的循環(huán)過程， 達到除去廢氣中污染物質并回收廢氣中有用 組分的目的。 由丁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 面與被吸附物質之間作用力的不同

17、，吸附可分為物理吸附和化學吸附，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)生化學吸附，或者兩種吸附同時發(fā)生， 兩者之間沒有嚴格的界限。兩者的主要區(qū)別見表 4-1 5 表4-1物理吸附與化學吸附的區(qū)別 物理吸附 吸附力 范德華力 化學鍵力 吸附層數(shù) 單層活多層 單層 吸附熱 ?。ń谝夯療幔?大（近于反應熱） 選擇性 無或很差 較強 可逆性 可逆 不RJ逆 吸附平衡 易達到 不易達到 吸附劑與吸附質問的吸附力不強，當氣體中吸附質分壓降低或溫度升高時，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行吸附劑的再生及吸附質的回收利用 的。 4.1.2吸附機理 - 9 吸附和脫附互為

18、可逆過程。當用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質時，由丁吸附劑 表面沒有吸附質，因此也就沒有吸附質的脫附。但隨著吸附的進行，吸附劑表面上的吸 附質量逐漸增多，也就出現(xiàn)了吸附質的脫附，且隨時間的推移，脫附速度不斷增大。但 從宏觀上看，同一時間內吸附質的吸附量仍大丁脫附量，所以過程的總趨勢認為吸附。 當同一時間內吸附質的吸附量與脫附量相等時，吸附和脫附達到動態(tài)平衡，此時稱為達 到吸附平衡。平衡時，吸附質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，吸附過程停止。平衡時的吸附質在流體中的濃度稱為平衡濃度，在吸附劑中 的濃度稱為平衡吸附量。 當吸附質與吸附劑長時間接觸后，終將達到吸附平衡。

19、吸附平衡量是吸附劑對吸附 質的極限吸附量，亦稱靜吸附量分數(shù)或靜活性分數(shù)，用 Xt表示，無量綱。它是設計和生 產中十分重要的參數(shù)。吸附平衡時，吸附質在氣、固兩相中的濃度關系，一般用吸附等 溫線表示。吸附等溫線通常根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制，也常用各種經驗方程式來表示。 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吸附質吸附數(shù)量的極限，其數(shù)值對吸附造作，設計和 過程控制有著重要的意義。達到吸附平衡時，平衡吸附量與吸附質在流體中的濃度與吸 附溫度問存在著一定的函數(shù)關系，此關系即為吸附平衡關系，其一般都是根據(jù)實驗測得 的，也可以用經驗方程式表示。 4.1.3.1吸附等溫線 在氣體吸附中，其平

20、衡關系可表示為： A = f(p,T) 式中A平衡吸附量； p吸附平衡時吸附質在氣相中的分壓力； T吸附溫度 根據(jù)需要。對一定的吸附體系可測得如下關系： 當保持T不變，可測得A與P的變化關系 當保持P不變，可測得A與T的變化關系 當保持A不變，可測得P與T的變化關系 依據(jù)上述變化關系，可分別繪出相應的關系曲線，分別為吸附等溫線，吸附等壓線 和吸附等量線。由丁吸附過程中，吸附溫度一般變化不大，因此吸附等溫線最為常用。 10 吸附等溫線描述的是在吸附溫度不變的情況下，平衡時，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)對大量的不同氣體與蒸氣的吸附測定，吸附等溫線 形式可歸納為六種基本類

21、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)的經驗方程式， 即為吸附等溫方程 式，其中有的完全依據(jù)實驗數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的規(guī)律整理而得， 一定條件范圍內具有應用意義， 但不具有理論指導意義，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 與脫附呈動態(tài)平衡；吸附劑表面性質是均一的，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

22、比。根據(jù)上述假設，可推導出朗格謬爾等溫 式： ap 1 ap 式中9 一戕附劑表面被吸附分子覆蓋的白分數(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 =妃 V 1 ap 式中 Vm單分子層覆蓋滿時(8=1)的吸附量； V 在氣相分壓p下的吸附量。 在壓力很低時，或者吸附很若時，ap50 X00 孔數(shù)Zcm-2 16 孔壁厚/mm 0.5 止面：7.07 壓碎強度ZMpa 側面：0.3 體積密度Zg.au-3 0.4 0.5 幾何外表面積Zm2 .g1 0.32 比表面積Zm2 .g 1 700 著火點ZC 550 苯吸附率Z% 0.2 其吸附性能

23、主要取決丁它的幾個主要材料參數(shù)和過程參數(shù) 8。材料參數(shù)包括炭的 吸附孔隙率、蜂窩結構的壁厚和炭的含量；過程參數(shù)包括流體流速、吸附質的濃度、吸 附能(吸附能取決丁碳結構和吸附質的特征如分子量)。穿透曲線是表征材料吸附性能的 主要性能之一，是吸附前后吸附質濃度比值隨時間變化的一個函數(shù) 9。此比值達到0.95 時,所吸附的吸附質的總量就稱為穿透容量。穿透容量取決丁流體流速、吸附質濃度和蜂 窩炭組分含量等因素10。對蜂窩狀活性炭來說，壁厚是一個非常重要的參數(shù)，可以通過改 變壁厚來提高它的吸附效率。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。這是因為壁厚增

24、加，蜂窩中流體通道的截面積減 少，這樣真實的表面或體積流速也會增大。同時，吸附質與炭之間的接觸效率也會提高，這 兩者之間存在一個平衡關系。在給定的條件下，這個平衡關系將決定吸附增加還是減少。 如果吸附質以較高的擴散速度擴散到蜂窩壁的內部，由此空出來的吸附位乂可連續(xù)吸附， 因此厚壁蜂窩應該具有更好的吸附效率和吸附容量 11。 16 4.2.3空塔氣速和橫截面積的確定 空塔氣速為氣體通過吸附器整個橫截面的速度。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，而且還會影響吸附效率。氣速很小，則吸附器尺寸很大，不 經濟；氣速過大，則壓降會增大，使吸附效率受到影響。通過實驗確定最佳氣速。吸附設

25、 計中不能追求過高的吸附效率，把空塔速度取值降小，那樣會使吸附床體積、吸附劑用 量和設備造價大為增高；反之也不宜取過大的空塔氣速那樣設備費用雖低，但吸附效率 下降很多，且體系壓降會隨空塔速率的增大上升很快，造成動力消耗過大，因此因選取 合適的空塔氣速，最適宜空塔氣速為 0.8 1.2m/s12,依此經驗結論，本設計確定 空塔氣速：U = 1.0 m/s. 原始條件： 處理風量：Q = 20000m3/h , 設計溫度為35C, 壓力為1.01325X 105Pa 由丁廢氣中，空氣所占的比例遠遠大丁污染物所占比例，因此，廢氣性質可以近似 看作為干空氣的熱物理性質，查化學原理附錄 9得以下數(shù)據(jù)：

26、空氣混和物性質： 流體密度 f =1.147kg/m3，黏度為 f =1.94X 1。 Pa.S,比熱容為 Cp =1.005kJ/(kg.0C) 吸附得粒狀活性炭顆粒性質： 平均直徑dp =0.003m, 表觀密度也=670kg/m3, 堆積密度 陽=470 kg/m3 固定床空隙率& f= 0.5 橫截面積：S =里200000 = 5.56肘 U 3600 1.0 4 x 20000 =2.66 m 3.14 1.0 3600 4.2.4固定床吸附層高度的計算 采用透過曲線計算法，通過實驗將含有一定濃度污染物的氣流連續(xù)通過固定床吸附 器，在不同時間內，確定確定吸附床不同截面處氣流

27、中污染物的濃度分布，當吸附床使 用一段時間后，出口氣體污染物濃度達到某一允許最大濃度時，認為吸附床失效。從氣 流開始通入至吸附床失效這段時間稱為穿透時間，或保護作用時間。表示吸附床處理氣 體量與出氣口污染物濃度之間的關系的曲線稱為穿透曲線。 穿透曲線的形狀和穿透時間 取決與固定床的操作方法。操作過程的實際速率和機理、吸附平衡性質、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，此過程比較復雜，目前仍是只 是近似過程的計算。 17 假定吸附床到達穿透時間時全部處丁飽和狀態(tài)，即達到它的平衡吸附量 a也稱a為 靜活度，同時根據(jù)朗格謬爾等溫線假定靜活度不在與氣象濃度有關。在吸附作用時間

28、 ： 內，所吸附污染物的量為13 X= aSL 式中：X在時間，內的吸附量； a 靜活度，重量，%; S 吸附層的截面積，m2; L吸附層高度，m； G吸附劑的堆積密度，設計為470 kg/m3 固定床雖然結構簡單，但由丁污染物在床層內濃度分布是隨時間變化，計算比較復雜, 因此目前工程上都是采用近似計算，通過算活性炭的作用時間進行后處理的計算?；钚?8 炭的作用時間由下式算出14: V= C x 10 -9 Wd 式中：V活性炭的裝填量，m3 C進口氣污染物的濃度，mg/m3 Q氣流量，m3/h t活性炭的使用時間，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 /m3

29、20000 3 =20m 1000 算出三苯每小時的排放量: 蘭苯”的濃度：卬=( 100+ 80+ 100) X 20000X 10 艄=5.6kg/h 假設吸附器的吸附器的吸附效率為 85%,則達標排放時需要吸附總的污染物的量 為：5.6 X 85% = 4.76 kg/h 則在吸附作用時間內的吸附量: X=4.76 X 285=1356.6 kg 根據(jù)X= aSL R得： X OS； 根據(jù)活性炭的吸附能力，設靜活度為 16kg甲苯/100kg活性炭 所以，L=一冬一=3.24m 0.16 5.56 470 4.2.5吸附劑（活性炭）用量的計算 吸附劑的用量M:Q V= vsp x VWd

30、 t= - CQ 20 10% 0.8 280 20000 109 = 285h 19 M = LS pb =3.24 )5.56 470 = 8600kg 吸附劑本身占據(jù)體積： V = LS= 3.24X 5.56= 18.1 m3 吸附劑床層體積: V=號=守=25.8m3 設計吸附床層尺寸為L X B = 6600mm X 3200mm,則每塊塔板的截面積 A3 = 21.12m3。 取板上固定床周度H = 0.35m, 貝U吸附器 中塔板數(shù)： n= V = - 258 - =3.5=4 塊 A3 H 21.12 0.35 考慮安裝的實際情況，得到固定床吸附裝置的實際尺寸取為: L X

31、B X H = 7000mm X 3300mm X 3000mm 4.2.6床層壓降的計算15 流體通過固定床吸附器時，由丁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，會產生一定的壓降。在設計固定床吸附器時多采用流路模型估算床 層壓力降，若對壓力降計算有更高的要求，則可直接用實驗測得的數(shù)據(jù)。本設計的床層 壓力降用下式計算: 旦=150胃2 xhfU + 1.75牛 x2 L 3 d； 3 dp p p 根據(jù)活性炭的性能: P1 = 220.76X 0.35= 77.27Pa 4.2.7活性炭再生的計算16 吸附劑的吸附容量有限，一般在1% 40% （質量分數(shù)）之間。要增大吸附

32、裝置的處 理能力，吸附劑一般都循環(huán)使用，即當吸附劑達到飽和或接近飽和是，使其轉入脫附和 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 轉化再生法、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。至丁工業(yè)上到底采用哪種操作方法，應視具體情況 選用既經濟乂有效的方法。生產實際中，常常是幾種方法結合使用。如活性炭吸附有機 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，可用加熱氮氣的辦法再生。 P (10.5) 1.9U10 5乂0.1 一 =150 3 口 0.35 0.53 0.

33、0032 1-0.5 1.147 0.12 + 1.75 乂乂 - = 220.76 0.53 0.003 20 本設計采用升溫脫附，即在等壓下升高吸附床層溫度，進行脫附，然后降溫冷卻， 重新吸附。吸附床的操作溫度為 ，原料中吸附質的分壓為 P”當吸附床達飽和后， 吸附劑吸附容量為xl0假定吸附階段終了時，允許吸附后氣體中的吸附容量低丁 x20 升溫脫附可將吸附劑從升溫到丁2,這是吸附劑容量可以低丁 X2。 1、 干燥吸附劑時空氣消耗量： 1 L= W = - W X2 - Xi 式中：L干燥吸附劑時空氣的消耗量，kg l空氣的單位消耗量，即干空氣/H2O,無量綱 x i、X2分別為離開、進入

34、吸附劑層時空氣的含濕量即 JO/十空氣 W干燥時驅走的水分，kg 由化工原理查表得，350C時飽和水蒸氣蒸氣密度為0.03960kg/m3,貝U L = (0.03960 X 20000) = 931.76kg 85% 2、 加熱空氣所消耗得空氣熱含量： Q =l (I 2 I 1) W 式中：I 2 由加熱器進入吸附器的空氣熱含量， J/kg I 1 - 進入加熱器的空氣熱含量，J/kg 設利用1200C的熱風進行脫附，查得350C寸干空氣的熱含量為1.005KJ/ (kg. C), 1200C 時為 1.009 KJ/ (kg. 0C),則: Q=- (1.009 1.005) X ( 1

35、20 35) X ( 0.03960 X 20000) =316.8 KJ 85%- 21 4.3集氣罩的設計計算 在工業(yè)生產中，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在發(fā)生源 收集起來，經過凈化設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 要的風量最小，效果好，能耗也少，是生產車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、風管、凈化設備、風機、煙囪等組成。局部排氣 凈化系統(tǒng)的設計主要包括污染物的捕集裝置、管道系統(tǒng)、凈化設備設計等幾個部分。 該系統(tǒng)用以捕集污染物的裝置大多數(shù)呈罩子形狀，通常稱為集氣罩。它是氣體凈化 系統(tǒng)的關鍵部件，它可將粉塵及氣

36、態(tài)污染物導入凈化系統(tǒng)，同時防止污染物向生產車間 及大氣擴散。集氣罩的性能對整個氣體凈化系統(tǒng)的技術經濟效果有很大的影響。設計完 善的集氣罩能在不影響生產工藝和生產操作的前提下， 用較小的排風量獲得最佳的控制 效果;而設計不良的集氣罩即使用很大的排風量也達不到預期的目的。 在控制氣體中擴散 效果相同的前提下，排風量越大，則整個凈化系統(tǒng)也越大，投資與運行費用也相應增加。 因此，集氣罩的設計是氣體凈化系統(tǒng)設計的重要環(huán)節(jié)。 4.3.1集氣罩氣流的流動特性 研究集氣罩罩口氣流運動的規(guī)律對于有效捕集污染物是十分重要的。 集氣罩罩口氣 流運動方式有兩種：一種是吸氣口氣流的吸入流動；另一種是吹氣口氣流的吹出流動

37、。 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動規(guī)律，是合理設計和使用 集氣罩的基礎。吸入氣流和吹出氣流的流動特性是不同的。吹出氣流在較遠處仍能保持 其能量密度，吸入氣流則在離吸氣口不遠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、控制污染物的擴散。 4.3.2集氣罩的分類及設計原則 集氣罩的種類繁多，應用廣泛。按其氣流流動的方式可分為兩大類：吸氣式集氣罩 和吹氣式集氣罩。按集氣罩與污染源的相對位置及密閉情況， 還可將吸氣式集氣罩分為: 密閉罩、排氣柜、外部集氣罩、接

38、受式集氣罩等。其集氣罩的設計原則為： (1) 集氣罩應盡可能包圍或靠近污染源，使污染物的擴散限制在最小的范圍內，盡 可能減少氣吸氣范圍，防止橫向氣流的干擾，減少排風量。 22 (2) 集氣罩的吸氣氣流盡可能與污染氣流運動方向一致，以充分利用污染氣流的初 始動能。 (3) 在保證控制污染的條件下，盡量減少集氣罩的開口面積，使排風量最小。 (4) 集氣罩的吸氣氣流不允許通過人的呼吸區(qū)再進入罩內。設計時要充分考慮操作 人員的位置和活動范圍。 (5) 集氣罩的配置應與生產工藝協(xié)調一致，力求不影響工藝操作和設備維修。 (6) 集氣罩應力求結構簡單、堅固耐用而造價低，并便丁制作安裝和拆卸維修。 (7) 要

39、盡可能避免或減弱干擾氣流辱穿堂風、送風氣流等對吸氣氣流的影響； 雖然集氣罩的結構不十分復雜，但由丁各種因素的相互制約，要同時滿足上述要求 并非易事，應充分了解生產工藝、操作特點和現(xiàn)場實際。 4.3.3集氣罩的選型 由丁受工藝條件限制，一般產生有機廢氣的車間無法進行密閉，且噴氣車間室內橫 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： 排風量：Q = 20000 m3/h 鋼板制圓形風管，取風速12 m/s 風管直徑：d=,陟壬W = 0.77 m圓整為800質 二u 3.14 12 3600 規(guī)格為 800 mm 1.0 mm 風管橫截面積：f =1 兀d2 =

40、【X3.1U0.82 = 0.50 m2 4 4 則實際風管氣速:u*00%。I m/s23 罩口速度：對照表 4-4，確定v = 0.8n/s Q 20000 卓口面積：A0 = - =6.9 5 m 、 3600 0.8 - 4 A。 4 6.95 卓口直徑：D 2.98 m i 二 3.14 罩口直邊長度：L2=0.2 m (減少周圍空氣混入排風系統(tǒng)) 罩口敞開面周長：L =七秒 =3.14、您西5 =9.34 m - 3.14 罩口喇叭口長度：L0 9 3d 取 L0 =1.5d =1.5乂0.8 = 1.2 m 罩的擴張角角：a =90 - arc tan 42.3 0.2 1.2

41、必=縫 =1.98 2.0 （設計符合要求） d0 1.5 do 1.5 污染源至至罩口高度:H S= 700 x2000 x2000mm 設備阻力：.P23300 3000 臺 2 50000 100000 鋼板a= 4 2 干式除塵過濾器 700 2000 2000 臺 1 10000 10000 鋼板a= 4 3 排風機 4- 72 NO.8 功率：22kw 臺 1 8000 8000 4 活性炭 ()3.0 碘值 850mg/g T 3 4000 72000 5 減震接頭 個 2 200 400 6 風管 d=800 mm m 5 120 600 鍍鋅板A 1.0 風管 d=300 m

42、m m 10 80 800 鍍鋅板A 1.0 7 三通 800 400 個 2 250 500 鍍鋅板A 0.8 8 彎頭 800 400 個 4 150 600 鍍鋅板A 0.8 9 火煙濾清器 個 1 6000 6000 鍍鋅板A 0.8 10 設備及風管支架 套 1 1800 1800 鍍鋅板A 0.8 11 電器裝置 套 1 3500 3500 12 五金雜件 批 1 2500 2500 13 (1 12)小計(T1): 206700 (二)、費用部分 14 安裝費 T2=X10% 20670 15 不可預見、運雜費 T3= (T1+T2 ) X 3% 6821 16 稅金 T4=(T

43、 1 + -T 3) 5.86% 13724 17 總計：工程總造價(T1+T4) 247915 5.2運行費用核算 5.2.1價格標準 1、 地價：準建面積：3.5 5.8萬元/畝(包辦國土使用證)；不準建面積：1.65萬元/ 畝 32 2、 基礎設施費：按工程總造價收 3-5%;按建筑面積125元/平方米計算 3、 平整費用：土方：9元/平方米；沙;15元/平方米。 4、 構筑物：鐵皮：165元/平方米；鋼構：300元/平方米；混凝土： 420元/平方米 5、 電價：按工業(yè)用電綜合電價： 0.65元/ (kw.h) 5.2.2運行費用 (1) 電費：運行功率為 22kw/h,以0.65元/

44、度計，電費為0.65X 22= 14.3元/小時。 (2) 活性炭費用： 活性炭損耗費：活性炭每半年更換一次，活性炭用量約 9噸，按活性炭 4000元/噸計，貝U 18 X 4000士 12= 6000元/月，每月運行285小時，貝U 6000士 285=21.05 元 / 小時。 (3) 活性炭再生費用： 活性炭每2天再生一次，再生一次用電9小時，電費0.65X 9X 2.2 = 12.87元/次, 一年共再生180次，則再生費用為17.26180 = 0.27元/小時 360 24 (4) 人工：2人輪班，每班8小時，工資共2400元/月，則人工費為5元/小時 綜上得， 處理每立方米廢氣的

45、運行費用為=14.3 + 21.0527*5=0.002元 2000033 6結論與建議 6.1結論 1、 本設計工程系統(tǒng)工藝先進、設計合理，控制風速、凈化風量及噪聲強度等技術參數(shù) 均達到或接近設計標準，同時通風凈化效果顯著，工人在活潔區(qū)作業(yè)，可有效地保 護身體健康，特別是系統(tǒng)節(jié)能效果顯著、初投資和運行費用均較低，具有投資少、 運行成本低、操作簡單、使用方便和廢氣處理效果好的特點，具有一定范圍的推廣 價值。 2、 設計從技術經濟指標可看是較好的，能達到國家的相關規(guī)范、標準的要求，對工 業(yè)產生的有機廢氣危害與污染控制是行之有效的。 3、 由丁缺乏資料，未對凈化系統(tǒng)的總平面布置作出論述 ，同時優(yōu)化

46、工作車間通風設 計可進一步削減污染物排放量，本文也未作論述。 4、 本設計為末端治理方法，本著可持續(xù)發(fā)展和活潔生產的發(fā)展戰(zhàn)略，應從源頭上和 生產過程中控制污染的產生，少用或使用無污染的替代原料，改進相關工藝以進 一步防止和控制污染。 6.2建議 目前有機廢氣通常地處理方法均具有不徹底，成本高，存在二次污染或普適性差地 問題，其中包含許多需要改進的地方和很大的技術發(fā)展空間。在這里，主要談有關活性 炭性能的改進： 1、提高活性炭脫附效能 除了前文所介紹的活性炭升溫脫附的方法以外，這一過程還可以通過降壓脫附來完 成。這種方法是使吸附器在較高的壓力下進行吸附操作，然后降低壓力使吸附質脫附， 用部分產品

47、氣作為沖洗氣。吸附床的操作溫度為 T1 ,原料中吸附質的分壓為P1 ,當吸 附床達飽和后，吸附劑吸附容量為xi。降壓脫附沿著等溫線進行，需使吸附質分壓下降 到P2以下，才能使吸附容量低丁 X2。吸附過程是在較高壓力下進行，再生沖洗一般是 在常壓下進行。通常把采用降壓脫附的整個吸附操作工藝稱為變壓吸附，乂稱等溫吸附。 變壓吸附具有能耗低，脫附時間斷，一次能出去多種雜質、操作方便等優(yōu)點。 除此之外，還有置換脫附、吹打脫附、化學轉化再生法、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。 2、 提高活性炭的吸附性能 34 活性炭的研究、生產和應用發(fā)展

48、很快，目前應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，被處理廢氣在通過蜂窩活性炭方孔時能充 分與活性碳接觸，吸附效率高，風阻系數(shù)小，具有優(yōu)良的吸附、脫附性能和氣體動力學 性能，采用蜂窩狀活性炭的環(huán)保設備廢氣處理凈化效率高， 吸附床體積小，設備能耗低, 能夠降低造價和運行成本。 3、 光催化凈化技術 因為活性炭再生目前沒有達到完全無害化的效果，會產生二次污染。而光催化可以 在常溫或者接近常溫的條件下把污染物氧化成無蠹無害的物質， 同時對光催化劑的脫附 也較為簡單，這樣就避免了活性炭脫附時必須的熱量或者壓力條件，同時也避免了脫附 時產生的二次污染。 其次，光催化利用的是電能，是活潔能源。光催化劑反應器的安裝和更換也比較容 易簡單。 最后，半導體多相光催化法所用的二氧化鈦無蠹、耐光腐蝕和化學腐蝕，光活性較 強。在適宜的條件下，可將 蘭致”有機物徹底礦化為CO?、達到殺菌等作用。35 參考文獻 1 Tay