印刷廠廢氣吸附設(shè)計說明書

年4月19日印刷廠廢氣吸附設(shè)計說明書文檔僅供參考課程設(shè)計報告書廣州某包裝印刷廠廢氣的吸附設(shè)計學(xué)院環(huán)境與能源學(xué)院專業(yè)環(huán)境工程學(xué)生姓名趙宇庭學(xué)生學(xué)號36720460學(xué)生電話指導(dǎo)教師吳軍良課程編號課程學(xué)分起始日期12月20日

教師評語教師簽名：日期：成績評定備注目錄1. 項目概況 61.1. 工廠概況 61.2. 產(chǎn)污與排放 61.3. 當(dāng)?shù)貧庀?72. 設(shè)計依據(jù) 73. 工藝方案比選與確定 83.1. 吸附工藝的選擇 83.2. 工藝流程 93.3. 主要設(shè)備 103.3.1. 過濾阻火器（除塵器） 103.3.2. 冷凝器 103.3.3. 活性炭吸附裝置 104. 工藝設(shè)計與計算 114.1. 集氣罩的設(shè)計 114.2. 集氣罩入口風(fēng)量的確定 114.3. 列管式冷凝器1 124.3.1. 甲苯回收率計算 134.3.2. 換熱器面積 134.3.3. 主要工藝的計算 144.4. 列管式冷凝器2 154.4.1. 確定所需蒸汽量 154.4.2. 冷凝甲苯回收率計算 154.4.3. 計算換熱器的面積A 154.4.4. 主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的計算 164.5. 吸附設(shè)備的設(shè)計 174.5.1. 凈化效率 174.5.2. 活性炭對甲苯的飽和吸附量計算 174.5.3. 固定床吸附器主要參數(shù)計算 184.5.4. 固定床吸附器直徑 184.5.5. 氣流穿過固定床層的壓降估算式為： 194.6. 引風(fēng)機和排風(fēng)機 204.7. 溶劑水分離器 204.8. 液泵 204.9. 供汽 205. 設(shè)計圖紙（見附頁） 216. 參考文獻(xiàn) 217. 互校說明 21項目概況工廠概況廣州市某包裝印刷廠坐落于廣州市南沙區(qū)，主營業(yè)務(wù)為各種塑料薄膜的印刷制品。該印刷廠印刷工藝為凹印工藝，該工藝具有印刷速度快、印刷色彩飽滿等特點，是現(xiàn)在主要的軟包裝、煙包、彩盒、鋁箔材料的印刷手段，該工廠共有七臺凹版印刷機，其中六臺作為日常運作使用，剩余一臺備用。產(chǎn)污與排放該印刷廠運行的六臺印刷機，沒有專門的廢氣收集系統(tǒng)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的VOC氣體全部由車間頂部的通風(fēng)窗以及車間墻上的風(fēng)機進(jìn)行換氣，廢氣排放手機的方法都極不合理，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中的大量廢氣直接從印刷機頂和四周排放，車間內(nèi)空氣十分惡劣，對廠區(qū)周圍的環(huán)境也造成了即為嚴(yán)重的影響，當(dāng)?shù)鼐用窦碍h(huán)保局一致要求其對廢氣進(jìn)行治理。經(jīng)過測量，該廠產(chǎn)出的VOC氣體主要為甲苯、乙酸乙酯、丁酮、丙酮，但因為丁酮及丙酮用量少難以檢測，主要測量了其甲苯及乙酸乙酯的濃度。該廠每天車間溶劑消耗量為14噸，而按照物料衡算揮發(fā)量也就是沒有進(jìn)行回收造成浪費的資源足有10噸。車間污染物濃度見表1。項目數(shù)值車間有害氣體濃度（mg/m3）甲苯300乙酸乙酯200丁酮-丙酮-車間排放口有害氣體濃度（mg/m3）甲苯300乙酸乙酯200丁酮-丙酮-表1印刷廠污染物濃度能夠看出主要的污染物為甲苯因此本設(shè)計以甲苯為主要污染物進(jìn)行設(shè)計與計算。當(dāng)?shù)貧庀髲V州年平均氣溫：22.0℃；年平均最高氣溫：26℃；年平均最低氣溫：18℃；年平均降雨量：1738毫米。廣州地處南亞熱帶，氣候?qū)倌蟻啛釒У湫偷募撅L(fēng)海洋性氣候。夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，雨量充沛，四季如春，繁花似錦。全年平均氣溫20-22攝氏度，平均相對濕度77%，市區(qū)年降雨量為1，600毫米以上。由于背山面海，海洋性氣候特征特別顯著，具有溫暖多雨、光熱充分、溫差較小、夏季長、霜期短等氣候特征。季風(fēng)氣候突出。冬夏季風(fēng)的交替是廣州季風(fēng)氣候突出的特征。冬季的偏北風(fēng)因極地大陸冷氣團(tuán)向南伸展而形成，天氣較干燥和寒冷；夏季偏南風(fēng)因熱帶海洋暖氣團(tuán)向北擴(kuò)張所形成，天氣多溫?zé)岢睗?。夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換為冬季風(fēng)一般在每年9月份，而冬季風(fēng)轉(zhuǎn)換為夏季風(fēng)一般在每年4月份。設(shè)計依據(jù)根據(jù)GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》以及DB44/27-《廣東省大氣污染物排放限值》制定相關(guān)內(nèi)容詳見表2。執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)下的二級標(biāo)準(zhǔn)。污染物最高允許排放濃度（mg/m3）最高允許排放速率（kg/h）無組織排放監(jiān)控濃度限值排氣筒（m）一級二級三級監(jiān)控點濃度（mg/m3）甲苯4015203040禁排3.15.218304.77.92746周界外濃度最高點3.0表2甲苯綜合排放標(biāo)準(zhǔn)同時地方和廠家也有標(biāo)準(zhǔn)，詳見表3。有機物名稱接觸限值（mg/m3）現(xiàn)有污染源新污染源車間最高容許濃度時間加權(quán)平均濃度短時接觸濃度排放濃度（mg/m3）排放速率（kg/h）排放濃度（mg/m3）排放速率（kg/h）乙酸乙酯-2003001501212010甲苯-50100606.1405.2丁酮-3006001501212010丙酮-3004501501212010表3印刷車間有機廢氣的接觸限值及排放濃度標(biāo)準(zhǔn)工藝方案比選與確定吸附工藝的選擇當(dāng)前，對含有有害有機溶劑廢氣的凈化方法，主要有吸收法、吸附法、冷凝法和燃燒法。吸收法主要是采用適當(dāng)?shù)囊后w吸收劑來吸收凈化廢氣中的污染物。此方法簡單可靠，投資省，處理風(fēng)量不受限制，適于處理低濃度并含顆粒物的廢氣。對不同的污染物，可選擇不同的液體吸收劑。但對于揮發(fā)性很強的有機溶劑廢氣，由于不能用水來作吸收劑，因此，很難選擇到合適的吸收劑。該法操作簡單，處理效果一敗涂地。吸附法主要是采用吸附材料（如活性炭等）來吸附凈化廢氣中的污染物。這種方法比較適合于中等風(fēng)量以下、間歇性排放的低濃度廢氣的處理。該法操作簡單，易管理，效果好。冷凝法是將廢氣的溫度降低，使污染物冷凝、凝結(jié)成液體并與廢氣分離，以此來達(dá)到凈化的目的。這種方法適用于高濃度廢氣的凈化，并能夠回收資源。但該法投資大，能耗高，操作復(fù)雜，不適宜處理大風(fēng)量、低濃度的廢氣。燃燒法分為直接燃燒法和催化燃燒法。直接燃燒法是將含有污染物的廢氣送入燃燒器燒掉；催化燃燒是在有催化劑幫助下燃燒廢氣中的有害物質(zhì)。燃燒法也投資大，能耗高，操作復(fù)雜，同樣不適宜處理大風(fēng)量、低濃度的廢氣。相比較之下在回收方面，選擇活性炭吸附法是最適用的方法。炭吸附是當(dāng)前最廣泛使用的回收技術(shù)，其原理是利用吸附劑(粒狀活性炭和活性炭纖維)的多孔結(jié)構(gòu)，將廢氣中的VOC捕獲。將含VOC的有機廢氣經(jīng)過活性炭床，其中的VOC被吸附劑吸附，廢氣得到凈化，而排入大氣。當(dāng)炭吸附達(dá)到飽和后，對飽和的炭床進(jìn)行脫附再生；通入水蒸氣加熱炭層，VOC被吹脫放出，并與水蒸汽形成蒸汽混合物，一起離開炭吸附床。用冷凝器冷卻蒸汽混合物，使蒸汽冷凝為液體。若VOC為水溶性的，則用精餾將液體混合物提純;若為水不溶性，則用沉析器直接回收VOC。因涂料中所用的甲苯與水互不相溶，故能夠直接回收。炭吸附技術(shù)主要用于廢氣中組分比較簡單、有機物回收利用價值較高的情況，其廢氣處理設(shè)備的尺寸和費用正比于氣體中VOC的數(shù)量，卻相對獨立于廢氣流量；因此，炭吸附床更傾向于稀的大氣量物流，一般用于VOC濃度小于5000PPM的情況。適于噴漆、印刷和粘合劑等溫度不高，濕度不大，排氣量較大的場合，特別對含鹵化物的凈化回收更為有效。本次設(shè)計只需考慮甲苯的吸附且濃度較低因此活性炭吸附法是本次設(shè)計的最佳吸附方案。工藝流程烘干廢氣烘干廢氣風(fēng)機引風(fēng)機集氣罩列管式冷凝器1溶劑水分離器苯系貯槽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冷凝水回收槽苯系貯槽1圖1系統(tǒng)工藝流程圖由于烘箱出口廢氣中苯系污染物濃度較高，因此統(tǒng)一收集后先經(jīng)過一組過濾阻火器，去除尾氣中的固體雜質(zhì)，然后進(jìn)入列管式冷凝器，將氣態(tài)苯系污染物冷凝為液體。經(jīng)冷凝，溫度冷卻至24℃以下。經(jīng)冷凝的廢氣由引風(fēng)機導(dǎo)入活性炭吸附器，進(jìn)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(jìn)行溶劑回收?；厥盏娜軇┙?jīng)水分離器分離后回用。本工藝系統(tǒng)可分為三個部分：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。主要設(shè)備過濾阻火器（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，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。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?；钚蕴课窖b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(jìn)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。圖2集氣罩設(shè)計示意圖工藝設(shè)計與計算圖2集氣罩設(shè)計示意圖集氣罩的設(shè)計集氣罩的罩口尺寸不應(yīng)小于罩子所在污染位置的污染物擴(kuò)散的斷面積。如圖2所示，如果設(shè)集氣罩連接風(fēng)管的特征尺寸為d0（圓形為直徑，方形為短邊），污染源的特征尺寸為d（圓形為直徑，方形為短邊），集氣罩距污染源的垂直距離H，集氣罩口的特征尺寸為D0（圓形為直徑，方形為短邊），集氣罩喇叭口長度h2，則應(yīng)滿足d0/d＞0.2、1.0＜D0/d＜2.0和H/d＜0.7(若影響操作，可適當(dāng)增大)和h2/d0≤3。集氣罩入口風(fēng)量的確定△T＝T1－T2=80-30=50（K）式中△T——溫差，K；T1——料槽溫度，K；T2——環(huán)境溫度，K.已知：d=700mm，H′=1000mm，取H=500mm，a=8則D0=d+0.8H=700+0.8×500=1100（mm）罩下口面積為F0=0.25×3.14×1.12=0.950（m2）罩下口邊高為罩上口直徑擬定為d0=200（mm）則罩凈高為校核d0/d（=0.286）＞0.21.0＜D0/d（=1.57）＜2.0H/d（=0.71）和h2/d0（=2.25）＜3，基本符合要求。F＝0.25×3.14×0.72＝0.385（m2）式中q——熱量流率，kJ/s；F——污染源斷面積，m2。熱煙氣流量Q0為Q0＝0.403（qHF2）1/3=0.403×（0.128×0.5×0.3852）1/3=0.085（m3/s）式中H——集氣罩距污染源的垂直距離，m。最小吸入風(fēng)量Fˊ＝F0-F=0.950-0.385＝0.565（m2）取吸氣罩入口速度v′＝0.7（m/s）集氣罩排風(fēng)量Q＝Q0+v′F′＝0.085+0.7×0.565＝0.48（m3/s）式中Q——最小吸入風(fēng)量，m3/s；——最小吸入速度，0.5～1.0m/s；——集氣罩罩口面積與污染源斷面積之差，m2。F0——集氣罩罩口面積，m2。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(jìn)行冷凝以回收部分甲苯。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(jìn)口溫度為常溫20℃，出口溫度為25℃。烘干廢氣進(jìn)口溫度為80℃，經(jīng)冷凝后降低到已知條件：烘干廢氣風(fēng)量14000m3/h，進(jìn)氣溫度80℃，甲苯濃度為300mg/m3，流量為4.5kg/h出口溫度為40℃，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p＝291.21mmHg；40因此，80℃降溫至40℃的回收率為因此，至40℃時甲苯冷凝量為4.5×79.83%=3.6kg剩余流量為4.5－3.6＝0.9kg/h。40℃時總廢氣體積約為，冷凝處理后廢氣中殘留甲苯濃度為換熱器面積80℃時甲苯質(zhì)量流量為4.5kg又廢氣總體積流量為14000m380℃時廢氣質(zhì)量流量＝kg/h廢氣中空氣的質(zhì)量流量為13356.8－4.5＝13352.3kg/h。廢氣從80℃(T1)降至40℃(T2)，冷水從20℃熱負(fù)荷Q1＝甲苯降溫傳熱量＋空氣降溫傳熱量＝4.5×1.7×(80-40)+13352.3×1.005×(80-40)＝5.4×105kJ/h冷卻水用量W＝＝＝26t/h先按單殼程考慮：對數(shù)平均溫差＝34.6K＝＝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)＝0.89>0.8，可見用單殼程合適，因此有效溫差＝30.8K假定換熱器總傳熱系數(shù)為，則所需傳熱面積為:主要工藝的計算選用Φ25×2.5mm鋼管，材質(zhì)20號鋼。取管內(nèi)冷卻水的流速為0.5m/s，則管數(shù)＝＝46根管長l＝＝＝37.4m因此，取管程數(shù)為2，管長為6m，總管數(shù)為46×2＝92根。殼體的公稱直徑DN＝800mm，公稱壓力為10kgf/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_1的主要參數(shù)是：選用6m長的Φ25×2.5mm鋼管（材質(zhì)20號鋼）共92根；殼體直徑800mm；換熱面積135m2冷卻水用量為26t/h；甲苯回收率為86.7％；廢氣由80℃降至40℃，冷卻水由20℃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(jìn)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(jìn)口溫度為20℃，出口溫度為25℃，蒸汽進(jìn)口溫度為120℃，經(jīng)冷凝后降至確定所需蒸汽量脫附時甲苯回收率＝＝86.7％需吹脫甲苯量為0.9×86.7％＝0.78kg/h。一般取蒸汽量：吹脫溶劑量＝（4－10）：1，確定蒸汽量為150kg/h。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p＝984.7mmHg；30因此，120℃降溫至30℃的回收率為計算換熱器的面積A120℃時甲苯質(zhì)量流量為0.78kg/h，水蒸氣質(zhì)量流量為150kg蒸汽從120℃降低至30℃，冷卻水從20℃熱負(fù)荷Q1＝甲苯降溫傳熱量＋蒸汽傳熱量＋蒸汽冷凝潛熱＝0.78×1.7×(120-30)+150×4.2×(120-30)＋150×2232＝0.392×106kJ/h冷卻水用量W＝＝＝18.7t/h先按單殼程考慮：對數(shù)平均溫差＝37.76K＝18＝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)＝0.93>0.8，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:主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的計算選用Φ25×2.5mm鋼管，材質(zhì)20號鋼。取管內(nèi)冷卻水的流速為0.5m/s，則管數(shù)＝＝34根管長l＝＝＝3.4m因此，換熱器管程數(shù)為2，管長為2m，總管數(shù)＝34×2＝68根。殼體的公稱直徑DN＝400mm，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Φ25×2.5mm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18.7t/h；蒸汽由120℃降至30℃，冷卻水由20℃升至吸附設(shè)備的設(shè)計凈化效率根據(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(jìn)一步回收廢氣中的甲苯。廢氣氣量為14000m3/h，溫度40℃，廢氣中含有300mg/m3的甲苯，要求出口甲苯濃度為40mg/m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：堆積密度＝450kg/m3，＝5mm，空隙率＝0.40。從實驗測得的有關(guān)二硫化碳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；－氣相中溶質(zhì)氣體的濃度，g/m3。①先用吸附方程將活性炭吸附二硫化碳的吸附等溫線換算成吸附甲苯的吸附平衡線由式查表可知，，，且T1=T2，故而40℃下二硫化碳和甲苯的飽和蒸汽壓分別為：，故有(a)②由W1=W2,即,因為40℃下甲苯的密度，二硫化碳的密度，因此(b)③由可得,代入式（a），有整理得代回式（b），得上式即為甲苯在該種活性炭上的吸附平衡曲線。在此條件下，活性炭吸附甲苯的靜態(tài)飽和吸附容量a＝0.313kg/kgAC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0.110kg/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0.282kg/kg。固定床吸附器直徑吸附帶內(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7天（56h）計，則每一周期的吸附量為吸附帶外所需的活性炭用量為取吸附器類活性炭外的空襲上下各為3m，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，。40℃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3