活性炭吸附脱附及附属设备选型详细计算

1、I 目录 1.绪论 . 1 1.1 概述 . 1. 1.1.1有机废气的来源 . 1. 1.1.2有机物对大气的破坏和对人类的危害 . 1. 1.2有机废气治理技术现状及进展 . 2. 1.2.1各种净化方法的分析比较 . 3. 2设计任务说明 . 4 2.1设计任务 . 4. 2.2设计进气指标 . .4. 2.3设计出气指标 . 4. 2.4设计目标 . 4. 3工艺流程说明 . 6 3.1工艺选择 . 6. 3.2工艺流程 . 6. 4设计与计算 . 8 4.1基本原理 . 8. 4.1.1吸附原理 . 8. 4.1.2吸附机理 . 9. 4.1.3吸附等温线与吸附等温方程式 . 9.

2、4.1.4吸附量 . 1.2 4.1.5吸附速率 . 1.2 4.2吸附器选择的设计计算 . 13 4.2.1吸附器的确定 . 13 4.2.2 吸附剂的选择 . 14 4.2.3空塔气速和横截面积的确定 . 16 4.2.4固定床吸附层高度的计算 .17 II 4.2.5吸附剂（活性炭）用量的计算 .18 4.2.6床层压降的计算15 . 1.9 4.2.7活性炭再生的计算 . 1.9 4.3集气罩的设计计算 . 21 4.3.1集气罩气流的流动特性 .21 4.3.2集气罩的分类及设计原则 . 2.1 4.3.3集气罩的选型 .22 4.4吸附前的预处理 .24 4.5管道系统设计计算.2

3、4 4.5.1管道系统的配置 .25 4.5.2管道内流体流速的选择 .26 4.5.3管道直径的确定 .26 4.5.4管道内流体的压力损失 .27 4.5.5风机和电机的选择 . 27 5工程核算 . 30 5.1工程造价 . 3Q 5.2运行费用核算 . 31. 5.2.1价格标准 .31 5.2.2运行费用 .31 6结论与建议 . 32 6.1结论 .32 6.2建议 .32 参考文献 . 34 致谢 . 35- 1 1.绪论 1.1概述 1.1.11.1.1 有机废气的来源 有机废气的来源主要有固定源和移动源两种。移动源主要有汽车、轮船和飞机等以 石油产品为燃料的交通工具的排放气；

4、 固定源的种类极多，主要为石油化工工艺过程 和储存设备等的排出物及各种使用有机溶剂的场合 ,如喷漆、印刷、金届除油和脱脂、 粘合剂、制药、塑料、涂料和橡胶加工等。 1.1.21.1.2 有机物对大气的破坏和对人类的危害 有机废气中的挥发性有机物称为 VOCs ( Volatile organic compounds),在涂装、印 刷、制鞋和化工生产的许多行业中，一些工业产品的生产工艺过程都伴有大量的挥发性 有机化合物(VOCs)废气的排出。VOCs废气排入大气环境中会产生以下几个方面的影 响：VOCs是光化学反应的前体，有阳光照射时，在合适的条件下VOCs与NOx及其 它悬浮化学物质发生一系列

5、光化学反应，主要生成臭氧，形成光化学烟雾，从而发生光化 学污染；光化学烟雾会刺激人的眼睛和呼吸系统，有些VOCs还具有强烈刺激气味， 空气中达到一定浓度时则产生令人不适的感觉，影响空气质量；有些有蠹的VOCs(如 芳香轻等)气体在环境中存在会损害人们的健康，长时间暴露在污染空气中会引发癌变 或引起其它严重疾病，如苯对骨髓的造血机能造成破坏，是一种致癌物；甲苯和二甲 苯对中枢神经具有强的麻醉作用； 氯 乙 烯为致癌物。在制鞋业，由于“三苯”中蠹而 导致工人致死事件已发生过多起，而涂料工业使用的溶剂中，主要是甲苯、二甲苯和其 它蠹性有机物。光化学烟雾也会危害人的健康和植物的生长， 1965年日本各

6、大城市频 繁发生的光化学烟雾，1966年美国洛杉矶的光化学烟雾均对人类健康造成危害。 VOCs对环境的极大危害和对人体健康的严重威胁，引起了世界各国政府的高度重视。 美国环保署EPA (Environmental Protection Agency)定义的污染物中 VOCs占了 300多 种，而美国1990年的活洁空气法(Clean Air Act)要求减少90如E放量的189种蠹 性化学物中，70湖于VOCs。 我国在1997年1月1日开始实施的中华人民共和国国家标准大气污染物综合排 放标准(GB 16297- 1996)也规定了苯、甲苯、二甲苯、氯乙烯等 VOCs排放较为严 格的标准，如表

7、2 1.1所小。 表1. 1几种VOCs排放的国家标准 VOCs 最高允许排放浓度(mg/m3) 苯 12 甲苯 40 二甲苯 70 氯乙烯 36 注：这是对新污染源的排放标准。 1.2有机废气治理技术现状及进展 有机废气的来源多种多样，其产生方式及排放方式也不尽相同。因此，有机废气的 治理技术也多种多样，各种治理技术也存在自己不同的优缺点。在实际生产过程中，根 据不同的情况，选择合适的方法是有机废气治理的关键。有机废气治理的方法主要有回 收法和消除法两类。有机废气主要回收技术有：吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离技术 及变压吸附技术等；有机废气消除技术可分为物理一化学法和生物法两类。物理一化学

8、法包括热破坏法、光分解法、电晕法、臭氧分解法等 ；生物法包括生物过滤器，生物滴 滤器，生物冲刷塔，膜生物反应器，活性污泥法等。活性炭吸附法净化率可达 95恕上， 若无再生装置，则运行费用太高，若用蒸汽回收，则工艺流程过长，操作费用高，回收 的溶剂和水的混合物利用价值也不高；再生时需要有稳定的蒸汽源，且活性炭经反复吸 附脱附后吸附能力会逐渐降低，一般使用二三年后就得更换。液体吸收法净化率只有60% 80%而且存在着二次污染问题。催化燃烧法净化率可达 95%但适合丁处理高浓度、 小风量且废气温度较高的有机废气，而且要求气体的温度较高，为了提高废气温度，要 消耗大量的能源。目前应用最多的方法是吸附一

9、催化燃烧法，它主要以颗粒炭或蜂窝炭 为吸附剂，为了保证生产的连续性，一般设置两个吸附床交替使用，由丁切换的周期至 少为1d,因此吸附床体积大，吸附剂用量多，设备笨重，投资大，操作麻烦；由丁床层 体积大，容易出现因吸附热的积蓄引起的燃烧爆炸等现象。针对这些问题，现有新型装 置的吸附器采用一种多单元分流组合结构，并以新型材料一一活性炭纤维作为吸附剂， 采用PLCfe脑来实现整个系统的连续运行 1.2.11.2.1 各种净化方法的分析比较 3 解决有机废气的污染，最根本的方法是工艺改革。采用无害涂料、无害溶剂在现阶 段生产中是不能马上实现的，苯类溶剂使用量仍然很大。所以必须解决废气净化问题。 目前国

10、内常采用的三种净化方法分析比较见表 1.2。 表1.2国内外有机废气常用处理方法的优缺点比较 净化类别 优 点 缺 点 活性炭 吸附法 1、可处理大风量、低浓度的有机废气。 2、 可回收溶剂。 3、 不需要加热。 4、 净化效率局，运转费用低。 1、 废气净化前要进行预处理。 2、 仅限于低浓度。 3、 设备庞大，占地面积多。 催化 燃烧法 1、设备简单、投资少、操作方便、 占地面积小。 2、 热量可以循环利用。 3、 有利于净化高浓度废气。 1、 催化剂成本高。 2、 要考虑催化剂中毒和表面异 物附着，易失效。 液体 吸收法 1、 流程较简单，吸收剂价格便宜。 2、 废气净化不需预处理。 3

11、、 建造快、占地少。 1、 后处理投资大，费用局。 2、 对溶剂成份选择性人。 - 4 2设计任务说明 2.1设计任务 设计内容为20000 m3/h活性炭吸附工业有机废气的工程设计， 主要内容包括：废气 治理工艺、主体设备选型和非标准设备设计，管道输送系统设计及吸附剂再生系统设计 等，应完成工作： (1) 纸质设计说明书及其电子版本； (2) 译文及原文影印件。 (3) 设计图纸(平面布置图、工艺流程图、主要构筑物图、管道布置图等) 2.2设计进气指标 风量为20000m3/h，温度为35 C, 排气压力为101.325 kpa, 苯浓度为100mg/m3。 甲苯浓度为80mg/m3, 二甲

12、苯浓度为100mg/m3, 2.3设计出气指标 依据广东省地方标准大气污染物排放限值 (DB44/27-2001) 一级排放标准3, 具体数据见表2-1: 表2-1.设计出气指标 单位mg/m 指标 苯 甲苯 二甲苯 出气浓度 12 40 70 2.4设计目标 (1) 严格执行国家有关环境保护的各项规定，确保各项污染指标达到国家及地区有 5 关污染物排放标准。 (2) 经本处理工艺处理后的废气，将不会产生二次污染物。 (3) 本处理工艺运行可靠，处理效果好，维护管理方便。 (4) 采用低能耗、低运行费用、基建投资省、占地少、操作管理简便 (5) 工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的

13、调节余地6 3工艺流程说明 3.1工艺选择 处理工艺的选择，应根据气量大小、净化要求、回收的可能性、设备建造和运转的 经济性等条件全面考虑，实际工作中应特别注意与工艺密切配合 ，尽可能做到综合利 用。 目前4,国内外对有机废气治理的常用方法有三种：液体吸收法、活性炭吸附法及催化 燃烧法。液体吸收法净化效率为60% 80%，适合处理低浓度，大风量的有机废气，但存在 着二次污染；催化燃烧法净化率为 95%，适合处理高浓度，小风量的有机废气，缺点是对 处理对象要求苛刻，要求气体的温度较高，为了提高废气温度，要消耗大量的燃料，所以运 行费用很高；活性炭吸附法净化效率为 99.2% 99.3%，对丁处理

14、大风量、低浓度的有机 废气，国内外一致认为该法是最为成熟和可靠的技术，但该工艺流程过长，操作费用高，另 外需要稳定的蒸气源也常常是比较困难的事情。 针对这些问题，结合本毕业设计特点和具 体要求，采用利用活性炭固定床吸附系统对工业有机废气进行净化，选用蜂窝状活性炭 做为吸附剂。 3.2工艺流程 注：1 集气罩；2 除雾过滤器;3 活性炭固定吸附床；4 提供蒸汽的风机;5 离心风机；6 排气罩. 图2.3有机废气工艺流程图 7 该处理工艺系统组合十分紧凑，集吸附-脱附于一体。在生产过程所产生的废气主要 为苯、甲苯、二甲苯等，根据苯类性质，本方案采用活性炭作为吸附剂对废气进行吸收 处理，吸附床一般配

15、置2台以上，轮换使用，当1台吸附床吸附的有机物达到规定的吸附 量时,换到另1台吸附床进行吸附净化操作，同时对前面1台吸附床进行脱附再生。脱附 是在外加蒸汽的作用下通过加温进行的，由尾气放出的热气流大部分用于吸附床吸附剂 的脱附再生，达到余热的利用。生产中挥发出来的废气，通过离心风机将其送至吸附塔以 活性炭作为吸附剂，在塔内的气体从右到左，从下到上通过活性炭过滤层对气体进行处 理，净化后的气体通过排气管排入大气。如 附图1所示8 4设计与计算 4.1 基本原理 4.1.1吸附原理 在用多孔性固体物质处理流体混合物时， 流体中的某一些组分或某些组分可被吸引 到固体表面并浓集其上，此现象称为吸附4。

16、吸附处理废气时，吸附的对象是气态污染 物，被吸附的气体组分称为吸附质，多孔性物质称为吸附剂。 固体表面吸附了吸附质后，一部分被吸附的吸附质可从吸附剂表面脱离，此现象称 为脱附。而当吸附进行一段时间后，由丁表面吸附质的浓集，使其吸附能力明显下降而 不能满足吸附净化的要求，此时需要采用一定的措施使吸附剂上已吸附的吸附质脱附， 已恢复吸附剂的吸附能力，这个过程称为吸附剂的再生。因此，在实际工作中，正是利 用吸附剂的吸附一再生一吸附的循环过程， 达到除去废气中污染物质并回收废气中有用 组分的目的。 由丁多孔性固体吸附剂表面存在着剩余吸引力，固表面具有吸附力。根据吸附剂表 面与被吸附物质之间作用力的不同

17、，吸附可分为物理吸附和化学吸附，但同一污染物可 在较低温度下发生物理吸附，而在较高温度下发生化学吸附，或者两种吸附同时发生， 两者之间没有严格的界限。两者的主要区别见表 4-1 5 表4-1物理吸附与化学吸附的区别 物理吸附 吸附力 范德华力 化学键力 吸附层数 单层活多层 单层 吸附热 小（近于液化热） 大（近于反应热） 选择性 无或很差 较强 可逆性 可逆 不RJ逆 吸附平衡 易达到 不易达到 吸附剂与吸附质问的吸附力不强，当气体中吸附质分压降低或温度升高时，容易发 生脱附。工业上的吸附操作正是利用这种可逆进行吸附剂的再生及吸附质的回收利用 的。 4.1.2吸附机理 - 9 吸附和脱附互为

18、可逆过程。当用新鲜的吸附剂吸附气体中的吸附质时，由丁吸附剂 表面没有吸附质，因此也就没有吸附质的脱附。但随着吸附的进行，吸附剂表面上的吸 附质量逐渐增多，也就出现了吸附质的脱附，且随时间的推移，脱附速度不断增大。但 从宏观上看，同一时间内吸附质的吸附量仍大丁脱附量，所以过程的总趋势认为吸附。 当同一时间内吸附质的吸附量与脱附量相等时，吸附和脱附达到动态平衡，此时称为达 到吸附平衡。平衡时，吸附质再在流体中的浓度和在吸附剂表面上的浓度不再变化，从 宏观上看，吸附过程停止。平衡时的吸附质在流体中的浓度称为平衡浓度，在吸附剂中 的浓度称为平衡吸附量。 当吸附质与吸附剂长时间接触后，终将达到吸附平衡。

19、吸附平衡量是吸附剂对吸附 质的极限吸附量，亦称静吸附量分数或静活性分数，用 Xt表示，无量纲。它是设计和生 产中十分重要的参数。吸附平衡时，吸附质在气、固两相中的浓度关系，一般用吸附等 温线表示。吸附等温线通常根据实验数据绘制，也常用各种经验方程式来表示。 4.1.3吸附等温线与吸附等温方程式 平衡吸附量表示的是吸附剂对吸附质吸附数量的极限，其数值对吸附造作，设计和 过程控制有着重要的意义。达到吸附平衡时，平衡吸附量与吸附质在流体中的浓度与吸 附温度问存在着一定的函数关系，此关系即为吸附平衡关系，其一般都是根据实验测得 的，也可以用经验方程式表示。 4.1.3.1吸附等温线 在气体吸附中，其平

20、衡关系可表示为： A = f(p,T) 式中A平衡吸附量； p吸附平衡时吸附质在气相中的分压力； T吸附温度 根据需要。对一定的吸附体系可测得如下关系： 当保持T不变，可测得A与P的变化关系 当保持P不变，可测得A与T的变化关系 当保持A不变，可测得P与T的变化关系 依据上述变化关系，可分别绘出相应的关系曲线，分别为吸附等温线，吸附等压线 和吸附等量线。由丁吸附过程中，吸附温度一般变化不大，因此吸附等温线最为常用。 10 吸附等温线描述的是在吸附温度不变的情况下，平衡时，吸附剂的吸附量随气相中 组分压力的不同而变化的情况。根据对大量的不同气体与蒸气的吸附测定，吸附等温线 形式可归纳为六种基本类

21、型。 4.1.3.2吸附等温方程式 根据大量的吸附等温线整理出描述吸附平衡状态的经验方程式， 即为吸附等温方程 式，其中有的完全依据实验数据所表现的规律整理而得， 一定条件范围内具有应用意义， 但不具有理论指导意义，如弗罗因德利希(Freundlich)吸附等温方程式；有些是以一 定的理论假设为前提得出的方程式，如朗格谬尔(Langmuir)吸附等温方程式和B E T 方程，后者应用较多。 (1) 朗格谬尔方程式 朗格谬尔吸附理论假定：吸附仅是单分子层的；气体分子在吸附剂表面上吸附 与脱附呈动态平衡；吸附剂表面性质是均一的，被吸附的分子之间相互不受影响； 气体的吸附速率与该气体在气相的分压成正

22、比。根据上述假设，可推导出朗格谬尔等温 式： ap 1 ap 式中9 一戕附剂表面被吸附分子覆盖的白分数; a吸附系数，是吸附作用的平衡常数； p 气相分压。 朗格谬尔等温式的另一表现形式为： V =妃 V 1 ap 式中 Vm单分子层覆盖满时(8=1)的吸附量； V 在气相分压p下的吸附量。 在压力很低时，或者吸附很若时，ap50 X00 孔数Zcm-2 16 孔壁厚/mm 0.5 止面：7.07 压碎强度ZMpa 侧面：0.3 体积密度Zg.au-3 0.4 0.5 几何外表面积Zm2 .g1 0.32 比表面积Zm2 .g 1 700 着火点ZC 550 苯吸附率Z% 0.2 其吸附性能

23、主要取决丁它的几个主要材料参数和过程参数 8。材料参数包括炭的 吸附孔隙率、蜂窝结构的壁厚和炭的含量；过程参数包括流体流速、吸附质的浓度、吸 附能(吸附能取决丁碳结构和吸附质的特征如分子量)。穿透曲线是表征材料吸附性能的 主要性能之一，是吸附前后吸附质浓度比值随时间变化的一个函数 9。此比值达到0.95 时,所吸附的吸附质的总量就称为穿透容量。穿透容量取决丁流体流速、吸附质浓度和蜂 窝炭组分含量等因素10。对蜂窝状活性炭来说，壁厚是一个非常重要的参数，可以通过改 变壁厚来提高它的吸附效率。在孔隙率相同的情况下 ，壁厚增加，则单位体积蜂窝的炭含 量也随之增加，从而可以提高吸附容量。这是因为壁厚增

24、加，蜂窝中流体通道的截面积减 少，这样真实的表面或体积流速也会增大。同时，吸附质与炭之间的接触效率也会提高，这 两者之间存在一个平衡关系。在给定的条件下，这个平衡关系将决定吸附增加还是减少。 如果吸附质以较高的扩散速度扩散到蜂窝壁的内部，由此空出来的吸附位乂可连续吸附， 因此厚壁蜂窝应该具有更好的吸附效率和吸附容量 11。 16 4.2.3空塔气速和横截面积的确定 空塔气速为气体通过吸附器整个横截面的速度。空塔气速的选择，不仅直接决定了 吸附器的尺寸和压降的大小，而且还会影响吸附效率。气速很小，则吸附器尺寸很大，不 经济；气速过大，则压降会增大，使吸附效率受到影响。通过实验确定最佳气速。吸附设

25、 计中不能追求过高的吸附效率，把空塔速度取值降小，那样会使吸附床体积、吸附剂用 量和设备造价大为增高；反之也不宜取过大的空塔气速那样设备费用虽低，但吸附效率 下降很多，且体系压降会随空塔速率的增大上升很快，造成动力消耗过大，因此因选取 合适的空塔气速，最适宜空塔气速为 0.8 1.2m/s12,依此经验结论，本设计确定 空塔气速：U = 1.0 m/s. 原始条件： 处理风量：Q = 20000m3/h , 设计温度为35C, 压力为1.01325X 105Pa 由丁废气中，空气所占的比例远远大丁污染物所占比例，因此，废气性质可以近似 看作为干空气的热物理性质，查化学原理附录 9得以下数据：

26、空气混和物性质： 流体密度 f =1.147kg/m3，黏度为 f =1.94X 1。 Pa.S,比热容为 Cp =1.005kJ/(kg.0C) 吸附得粒状活性炭颗粒性质： 平均直径dp =0.003m, 表观密度也=670kg/m3, 堆积密度 阳=470 kg/m3 固定床空隙率& f= 0.5 横截面积：S =里200000 = 5.56肘 U 3600 1.0 4 x 20000 =2.66 m 3.14 1.0 3600 4.2.4固定床吸附层高度的计算 采用透过曲线计算法，通过实验将含有一定浓度污染物的气流连续通过固定床吸附 器，在不同时间内，确定确定吸附床不同截面处气流

27、中污染物的浓度分布，当吸附床使 用一段时间后，出口气体污染物浓度达到某一允许最大浓度时，认为吸附床失效。从气 流开始通入至吸附床失效这段时间称为穿透时间，或保护作用时间。表示吸附床处理气 体量与出气口污染物浓度之间的关系的曲线称为穿透曲线。 穿透曲线的形状和穿透时间 取决与固定床的操作方法。操作过程的实际速率和机理、吸附平衡性质、气流速度、污 染物入口浓度，以及床层厚度等都影响穿透曲线的形状，此过程比较复杂，目前仍是只 是近似过程的计算。 17 假定吸附床到达穿透时间时全部处丁饱和状态，即达到它的平衡吸附量 a也称a为 静活度，同时根据朗格谬尔等温线假定静活度不在与气象浓度有关。在吸附作用时间

28、 ： 内，所吸附污染物的量为13 X= aSL 式中：X在时间，内的吸附量； a 静活度，重量，%; S 吸附层的截面积，m2; L吸附层高度，m； G吸附剂的堆积密度，设计为470 kg/m3 固定床虽然结构简单，但由丁污染物在床层内浓度分布是随时间变化，计算比较复杂, 因此目前工程上都是采用近似计算，通过算活性炭的作用时间进行后处理的计算。活性18 炭的作用时间由下式算出14: V= C x 10 -9 Wd 式中：V活性炭的装填量，m3 C进口气污染物的浓度，mg/m3 Q气流量，m3/h t活性炭的使用时间，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 算出三苯每小时的排放量: 兰苯”的浓度：卬=( 100+ 80+ 100) X 20000X 10 艄=5.6kg/h 假设吸附器的吸附器的吸附效率为 85%,则达标排放时需要吸附总的污染物的量 为：5.6 X 85% = 4.76 kg/h 则在吸附作用时间内的吸附量: X=4.76 X 285=1356.6 kg 根据X= aSL R得： X OS； 根据活性炭的吸附能力，设静活度为 16kg甲苯/100kg活性炭 所以，L=一冬一=3.24m 0.16 5.56 470 4.2.5吸附剂（活性炭）用量的计算 吸附剂的用量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 吸附剂本身占据体积： V = LS= 3.24X 5.56= 18.1 m3 吸附剂床层体积: V=号=守=25.8m3 设计吸附床层尺寸为L X B = 6600mm X 3200mm,则每块塔板的截面积 A3 = 21.12m3。 取板上固定床周度H = 0.35m, 贝U吸附器 中塔板数： n= V = - 258 - =3.5=4 块 A3 H 21.12 0.35 考虑安装的实际情况，得到固定床吸附装置的实际尺寸取为: L X

31、B X H = 7000mm X 3300mm X 3000mm 4.2.6床层压降的计算15 流体通过固定床吸附器时，由丁流体不断地分流和回合，以及流体与吸附剂颗粒 和器壁的摩擦阻力，会产生一定的压降。在设计固定床吸附器时多采用流路模型估算床 层压力降，若对压力降计算有更高的要求，则可直接用实验测得的数据。本设计的床层 压力降用下式计算: 旦=150胃2 xhfU + 1.75牛 x2 L 3 d； 3 dp p p 根据活性炭的性能: P1 = 220.76X 0.35= 77.27Pa 4.2.7活性炭再生的计算16 吸附剂的吸附容量有限，一般在1% 40% （质量分数）之间。要增大吸附

32、装置的处 理能力，吸附剂一般都循环使用，即当吸附剂达到饱和或接近饱和是，使其转入脱附和 再生操作。一般常用的再生方法有：升温脱附、降压脱附、置换脱附、吹打脱附、化学 转化再生法、溶剂萃取。此外，还有一些其他的吸附剂脱附再生方法，如电解氧化再生 法、微生物再生法和药物再生法等。至丁工业上到底采用哪种操作方法，应视具体情况 选用既经济乂有效的方法。生产实际中，常常是几种方法结合使用。如活性炭吸附有机 蒸气后，可用通入高温蒸气再生，也可用加热和抽真空的方法再生；沸石分子筛吸附水 分后，可用加热氮气的办法再生。 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 本设计采用升温脱附，即在等压下升高吸附床层温度，进行脱附，然后降温冷却， 重新吸附。吸附床的操作温度为 ，原料中吸附质的分压为 P”当吸附床达饱和后， 吸附剂吸附容量为xl0假定吸附阶段终了时，允许吸附后气体中的吸附容量低丁 x20 升温脱附可将吸附剂从升温到丁2,这是吸附剂容量可以低丁 X2。 1、 干燥吸附剂时空气消耗量： 1 L= W = - W X2 - Xi 式中：L干燥吸附剂时空气的消耗量，kg l空气的单位消耗量，即干空气/H2O,无量纲 x i、X2分别为离开、进入

34、吸附剂层时空气的含湿量即 JO/十空气 W干燥时驱走的水分，kg 由化工原理查表得，350C时饱和水蒸气蒸气密度为0.03960kg/m3,贝U L = (0.03960 X 20000) = 931.76kg 85% 2、 加热空气所消耗得空气热含量： Q =l (I 2 I 1) W 式中：I 2 由加热器进入吸附器的空气热含量， J/kg I 1 - 进入加热器的空气热含量，J/kg 设利用1200C的热风进行脱附，查得350C寸干空气的热含量为1.005KJ/ (kg. C), 1200C 时为 1.009 KJ/ (kg. 0C),则: Q=- (1.009 1.005) X ( 1

35、20 35) X ( 0.03960 X 20000) =316.8 KJ 85%- 21 4.3集气罩的设计计算 在工业生产中，常用于控制各种颗粒物和气态污染物的方法是将有害物质在发生源 收集起来，经过净化设备净化后排到大气中，这就是局部排气净化系统，这种系统所需 要的风量最小，效果好，能耗也少，是生产车间控制空气污染最有效、最常用的方法。 局部排气净化系统主要由集气罩、风管、净化设备、风机、烟囱等组成。局部排气 净化系统的设计主要包括污染物的捕集装置、管道系统、净化设备设计等几个部分。 该系统用以捕集污染物的装置大多数呈罩子形状，通常称为集气罩。它是气体净化 系统的关键部件，它可将粉尘及气

36、态污染物导入净化系统，同时防止污染物向生产车间 及大气扩散。集气罩的性能对整个气体净化系统的技术经济效果有很大的影响。设计完 善的集气罩能在不影响生产工艺和生产操作的前提下， 用较小的排风量获得最佳的控制 效果;而设计不良的集气罩即使用很大的排风量也达不到预期的目的。 在控制气体中扩散 效果相同的前提下，排风量越大，则整个净化系统也越大，投资与运行费用也相应增加。 因此，集气罩的设计是气体净化系统设计的重要环节。 4.3.1集气罩气流的流动特性 研究集气罩罩口气流运动的规律对于有效捕集污染物是十分重要的。 集气罩罩口气 流运动方式有两种：一种是吸气口气流的吸入流动；另一种是吹气口气流的吹出流动

37、。 了解吸入气流、吹出气流以及两种气流合成的吹吸气流的运动规律，是合理设计和使用 集气罩的基础。吸入气流和吹出气流的流动特性是不同的。吹出气流在较远处仍能保持 其能量密度，吸入气流则在离吸气口不远处其能量密度急剧下降。这亦表明，吹出气流 的控制能力大，而吸入气流则有利于接受。因此，可以利用吹出气流作为动力，把污染 物输送到吸气口再捕集，或者利用吹出气流阻挡、控制污染物的扩散。 4.3.2集气罩的分类及设计原则 集气罩的种类繁多，应用广泛。按其气流流动的方式可分为两大类：吸气式集气罩 和吹气式集气罩。按集气罩与污染源的相对位置及密闭情况， 还可将吸气式集气罩分为: 密闭罩、排气柜、外部集气罩、接

38、受式集气罩等。其集气罩的设计原则为： (1) 集气罩应尽可能包围或靠近污染源，使污染物的扩散限制在最小的范围内，尽 可能减少气吸气范围，防止横向气流的干扰，减少排风量。 22 (2) 集气罩的吸气气流尽可能与污染气流运动方向一致，以充分利用污染气流的初 始动能。 (3) 在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的开口面积，使排风量最小。 (4) 集气罩的吸气气流不允许通过人的呼吸区再进入罩内。设计时要充分考虑操作 人员的位置和活动范围。 (5) 集气罩的配置应与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作和设备维修。 (6) 集气罩应力求结构简单、坚固耐用而造价低，并便丁制作安装和拆卸维修。 (7) 要

39、尽可能避免或减弱干扰气流辱穿堂风、送风气流等对吸气气流的影响； 虽然集气罩的结构不十分复杂，但由丁各种因素的相互制约，要同时满足上述要求 并非易事，应充分了解生产工艺、操作特点和现场实际。 4.3.3集气罩的选型 由丁受工艺条件限制，一般产生有机废气的车间无法进行密闭，且喷气车间室内横 向气流干扰较小，可采用外部集气罩的上部伞形罩，如 附图5所示 其基本参数如下： 排风量：Q = 20000 m3/h 钢板制圆形风管，取风速12 m/s 风管直径：d=,陟壬W = 0.77 m圆整为800质 二u 3.14 12 3600 规格为 800 mm 1.0 mm 风管横截面积：f =1 兀d2 =

40、【X3.1U0.82 = 0.50 m2 4 4 则实际风管气速:u*00%。I m/s23 罩口速度：对照表 4-4，确定v = 0.8n/s Q 20000 卓口面积：A0 = - =6.9 5 m 、 3600 0.8 - 4 A。 4 6.95 卓口直径：D 2.98 m i 二 3.14 罩口直边长度：L2=0.2 m (减少周围空气混入排风系统) 罩口敞开面周长：L =七秒 =3.14、您西5 =9.34 m - 3.14 罩口喇叭口长度：L0 9 3d 取 L0 =1.5d =1.5乂0.8 = 1.2 m 罩的扩张角角：a =90 - arc tan 42.3 0.2 1.2

41、必=缝 =1.98 2.0 （设计符合要求） d0 1.5 do 1.5 污染源至至罩口高度:H S= 700 x2000 x2000mm 设备阻力：.P23300 3000 台 2 50000 100000 钢板a= 4 2 干式除尘过滤器 700 2000 2000 台 1 10000 10000 钢板a= 4 3 排风机 4- 72 NO.8 功率：22kw 台 1 8000 8000 4 活性炭 ()3.0 碘值 850mg/g T 3 4000 72000 5 减震接头 个 2 200 400 6 风管 d=800 mm m 5 120 600 镀锌板A 1.0 风管 d=300 m

42、m m 10 80 800 镀锌板A 1.0 7 三通 800 400 个 2 250 500 镀锌板A 0.8 8 弯头 800 400 个 4 150 600 镀锌板A 0.8 9 火烟滤清器 个 1 6000 6000 镀锌板A 0.8 10 设备及风管支架 套 1 1800 1800 镀锌板A 0.8 11 电器装置 套 1 3500 3500 12 五金杂件 批 1 2500 2500 13 (1 12)小计(T1): 206700 (二)、费用部分 14 安装费 T2=X10% 20670 15 不可预见、运杂费 T3= (T1+T2 ) X 3% 6821 16 税金 T4=(T

43、 1 + -T 3) 5.86% 13724 17 总计：工程总造价(T1+T4) 247915 5.2运行费用核算 5.2.1价格标准 1、 地价：准建面积：3.5 5.8万元/亩(包办国土使用证)；不准建面积：1.65万元/ 亩 32 2、 基础设施费：按工程总造价收 3-5%;按建筑面积125元/平方米计算 3、 平整费用：土方：9元/平方米；沙;15元/平方米。 4、 构筑物：铁皮：165元/平方米；钢构：300元/平方米；混凝土： 420元/平方米 5、 电价：按工业用电综合电价： 0.65元/ (kw.h) 5.2.2运行费用 (1) 电费：运行功率为 22kw/h,以0.65元/

44、度计，电费为0.65X 22= 14.3元/小时。 (2) 活性炭费用： 活性炭损耗费：活性炭每半年更换一次，活性炭用量约 9吨，按活性炭 4000元/吨计，贝U 18 X 4000士 12= 6000元/月，每月运行285小时，贝U 6000士 285=21.05 元 / 小时。 (3) 活性炭再生费用： 活性炭每2天再生一次，再生一次用电9小时，电费0.65X 9X 2.2 = 12.87元/次, 一年共再生180次，则再生费用为17.26180 = 0.27元/小时 360 24 (4) 人工：2人轮班，每班8小时，工资共2400元/月，则人工费为5元/小时 综上得， 处理每立方米废气的

45、运行费用为=14.3 + 21.0527*5=0.002元 2000033 6结论与建议 6.1结论 1、 本设计工程系统工艺先进、设计合理，控制风速、净化风量及噪声强度等技术参数 均达到或接近设计标准，同时通风净化效果显著，工人在活洁区作业，可有效地保 护身体健康，特别是系统节能效果显著、初投资和运行费用均较低，具有投资少、 运行成本低、操作简单、使用方便和废气处理效果好的特点，具有一定范围的推广 价值。 2、 设计从技术经济指标可看是较好的，能达到国家的相关规范、标准的要求，对工 业产生的有机废气危害与污染控制是行之有效的。 3、 由丁缺乏资料，未对净化系统的总平面布置作出论述 ，同时优化

46、工作车间通风设 计可进一步削减污染物排放量，本文也未作论述。 4、 本设计为末端治理方法，本着可持续发展和活洁生产的发展战略，应从源头上和 生产过程中控制污染的产生，少用或使用无污染的替代原料，改进相关工艺以进 一步防止和控制污染。 6.2建议 目前有机废气通常地处理方法均具有不彻底，成本高，存在二次污染或普适性差地 问题，其中包含许多需要改进的地方和很大的技术发展空间。在这里，主要谈有关活性 炭性能的改进： 1、提高活性炭脱附效能 除了前文所介绍的活性炭升温脱附的方法以外，这一过程还可以通过降压脱附来完 成。这种方法是使吸附器在较高的压力下进行吸附操作，然后降低压力使吸附质脱附， 用部分产品

47、气作为冲洗气。吸附床的操作温度为 T1 ,原料中吸附质的分压为P1 ,当吸 附床达饱和后，吸附剂吸附容量为xi。降压脱附沿着等温线进行，需使吸附质分压下降 到P2以下，才能使吸附容量低丁 X2。吸附过程是在较高压力下进行，再生冲洗一般是 在常压下进行。通常把采用降压脱附的整个吸附操作工艺称为变压吸附，乂称等温吸附。 变压吸附具有能耗低，脱附时间断，一次能出去多种杂质、操作方便等优点。 除此之外，还有置换脱附、吹打脱附、化学转化再生法、溶剂萃取。此外，还有一 些其他的吸附剂脱附再生方法，如电解氧化再生法、微生物再生法和药物再生法等。 2、 提高活性炭的吸附性能 34 活性炭的研究、生产和应用发展

48、很快，目前应用较多的主要是粉末状、颗粒状的活性 炭和活性炭纤维。除此之外，新型的活性炭也在积极开发之中，蜂窝状活性炭便是其中的 一种。 蜂窝状活性炭为一种新型环保吸附材料，被处理废气在通过蜂窝活性炭方孔时能充 分与活性碳接触，吸附效率高，风阻系数小，具有优良的吸附、脱附性能和气体动力学 性能，采用蜂窝状活性炭的环保设备废气处理净化效率高， 吸附床体积小，设备能耗低, 能够降低造价和运行成本。 3、 光催化净化技术 因为活性炭再生目前没有达到完全无害化的效果，会产生二次污染。而光催化可以 在常温或者接近常温的条件下把污染物氧化成无蠹无害的物质， 同时对光催化剂的脱附 也较为简单，这样就避免了活性炭脱附时必须的热量或者压力条件，同时也避免了脱附 时产生的二次污染。 其次，光催化利用的是电能，是活洁能源。光催化剂反应器的安装和更换也比较容 易简单。 最后，半导体多相光催化法所用的二氧化钛无蠹、耐光腐蚀和化学腐蚀，光活性较 强。在适宜的条件下，可将 兰致”有机物彻底矿化为CO?、达到杀菌等作用。35 参考文献 1 Tay