印刷厂废气吸由附设计说明书.doc
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丙酮 - 车间排放口有害气体浓度(mg/m3) 甲苯 300 乙酸乙酯 200 丁酮 - 丙酮 - 表1 印刷厂污染物浓度 可以看出主要的污染物为甲苯因此本设计以甲苯为主要污染物进行设计与计算。 1.3. 当地气象 广州年平均气温:22.0℃;年平均最高气温:26℃;年平均最低气温:18℃;年平均降雨量:1738毫米。 广州地处南亚热带,气候属南亚热带典型的季风海洋性气候。夏无酷暑,冬无严寒,雨量充沛,四季如春,繁花似锦。全年平均气温20-22摄氏度,平均相对湿度77%,市区年降雨量为1,600毫米以上。由于背山面海,海洋性气候特征特别显著,具有温暖多雨、光热充足、温差较小、夏季长、霜期短等气候特征。 季风气候突出。冬夏季风的交替是广州季风气候突出的特征。冬季的偏北风因极地大陆冷气团向南伸展而形成,天气较干燥和寒冷;夏季偏南风因热带海洋暖气团向北扩张所形成,天气多温热潮湿。夏季风转换为冬季风一般在每年9月份,而冬季风转换为夏季风一般在每年4月份。 2. 设计依据 根据GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》以及DB44/27-2001《广东省大气污染物排放限值》制定相关内容详见表2。执行该标准下的二级标准。 污染物 最高允许排放浓度(mg/m³) 最高允许排放速率(kg/h) 无组织排放监控浓度限值 排气筒(m) 一级 二级 三级 监控点 浓度(mg/m³) 甲苯 40 15 20 30 40 禁排 3.1 5.2 18 30 4.7 7.9 27 46 周界外浓度最高点 3.0 表2 甲苯综合排放标准 同时地方和厂家也有标准,详见表3。 有机物名称 接触限值(mg/m3) 现有污染源 新污染源 车间最高容许浓度 时间加权平均浓度 短时接触浓度 排放浓度(mg/m3) 排放速率(kg/h) 排放浓度(mg/m3) 排放速率(kg/h) 乙酸乙酯 - 200 300 150 12 120 10 甲苯 - 50 100 60 6.1 40 5.2 丁酮 - 300 600 150 12 120 10 丙酮 - 300 450 150 12 120 10 表3 印刷车间有机废气的接触限值及排放浓度标准 3. 工艺方案比选与确定 3.1. 吸附工艺的选择 目前,对含有有害有机溶剂废气的净化方法,主要有吸收法、吸附法、冷凝法和燃烧法。 吸收法主要是采用适当的液体吸收剂来吸收净化废气中的污染物。此方法简单可靠,投资省,处理风量不受限制,适于处理低浓度并含颗粒物的废气。对不同的污染物,可选择不同的液体吸收剂。但对于挥发性很强的有机溶剂废气,由于不能用水来作吸收剂,所以,很难选择到合适的吸收剂。该法操作简单,处理效果一败涂地。 吸附法主要是采用吸附材料(如活性炭等)来吸附净化废气中的污染物。这种方法比较适合于中等风量以下、间歇性排放的低浓度废气的处理。该法操作简单,易管理,效果好。 冷凝法是将废气的温度降低,使污染物冷凝、凝结成液体并与废气分离,以此来达到净化的目的。这种方法适用于高浓度废气的净化,并可以回收资源。但该法投资大,能耗高,操作复杂,不适宜处理大风量、低浓度的废气。 燃烧法分为直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法是将含有污染物的废气送入燃烧器烧掉;催化燃烧是在有催化剂帮助下燃烧废气中的有害物质。燃烧法也投资大,能耗高,操作复杂,同样不适宜处理大风量、低浓度的废气。 相比较之下在回收方面,选择活性炭吸附法是最适用的方法。炭吸附是目前最广泛使用的回收技术,其原理是利用吸附剂 (粒状活性炭和活性炭纤维) 的多孔结构,将废气中的 VOC 捕获。将含 VOC 的有机废气通过活性炭床,其中的 VOC 被吸附剂吸附,废气得到净化,而排入大气。当炭吸附达到饱和后,对饱和的炭床进行脱附再生;通入水蒸气加热炭层,VOC 被吹脱放出,并与水蒸汽形成蒸汽混合物,一起离开炭吸附床。用冷凝器冷却蒸汽混合物,使蒸汽冷凝为液体。若VOC为水溶性的,则用精馏将液体混合物提纯;若为水不溶性,则用沉析器直接回收 VOC。因涂料中所用的甲苯与水互不相溶,故可以直接回收。 炭吸附技术主要用于废气中组分比较简单、有机物回收利用价值较高的情况,其废气处理设备的尺寸和费用正比于气体中 VOC的数量,却相对独立于废气流量;因此,炭吸附床更倾向于稀的大气量物流,一般用于 VOC 浓度小于 5000PPM 的情况。适于喷漆、印刷和粘合剂等温度不高,湿度不大,排气量较大的场合,尤其对含卤化物的净化回收更为有效。 本次设计只需考虑甲苯的吸附且浓度较低因此活性炭吸附法是本次设计的最佳吸附方案。 1. 2. 3. 3.1. 3.2. 工艺流程 烘干废气 风机 引风机 集气罩 列管式冷凝器1 溶剂水分离器 苯系贮槽2 冷却水 贮槽 水槽 过滤 阻火器 活性炭吸附器 尾气排放 低压蒸汽 锅炉房 列管式冷凝器2 冷凝水回收槽 苯系贮槽1 图1 系统工艺流程图 由于烘箱出口废气中苯系污染物浓度较高,因此统一收集后先通过一组过滤阻火器,去除尾气中的固体杂质,然后进入列管式冷凝器,将气态苯系污染物冷凝为液体。经冷凝,温度冷却至24℃以下。 经冷凝的废气由引风机导入活性炭吸附器,进行活性炭吸附处理。吸附器共设两组,交替使用。饱和后的活性炭采用低压蒸汽再生,再生出的气相返回到冷凝器进行溶剂回收。回收的溶剂经水分离器分离后回用。 本工艺系统可分为三个部分: 废气收集系统主要包括局部排风罩,风量调节阀,管道。 废气净化处理系统主要包括除尘器,冷凝器,活性炭吸附装置。 排风系统主要包括排风机,风量调节阀和烟囱。 1. 2. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 主要设备 3.3.1. 过滤阻火器(除尘器) 主要作用:主要是为了除去有机废气中的漆雾粒子,避免漆雾粒子粘在吸附床内的活性碳纤维材料上,影响有害气体吸附效果。其次是为了防止生产设备出现着火事故时影响净化设备。 3.3.2. 冷凝器 冷凝器1的作用是将有机废气中的气态甲苯冷凝为液体,从而降低废气中甲苯含量,提高活性炭吸附处理效率,同时回收部分甲苯。 冷凝器2的作用是将脱附所得甲苯和水蒸气冷凝为液体,回收脱附所得甲苯。 3.3.3. 活性炭吸附装置 活性炭吸附装置是净化装置重要组成部分,设置目的是利用吸附法截留废气中的有机物进一步净化废气,并利用低压蒸汽吹脱及冷凝等手段回收部分甲苯。 图2 集气罩设计示意图 4. 工艺设计与计算 1. 2. 3. 4. 4.1. 集气罩的设计 集气罩的罩口尺寸不应小于罩子所在污染位 置的污染物扩散的断面积。如图2所示,如果设 集气罩连接风管的特征尺寸为d0(圆形为直径, 方形为短边),污染源的特征尺寸为d(圆形为直 径,方形为短边),集气罩距污染源的垂直距离H, 集气罩口的特征尺寸为D0(圆形为直径,方形为短边),集气罩喇叭口长度h2,则应满足d0/d>0.2、1.0<D0/d<2.0和H/d<0.7(若影响操作,可适当增大)和h2/d0≤3。 4.2. 集气罩入口风量的确定 △T=T1-T2 =80-30=50(K) 式中△T——温差,K; T1——料槽温度,K; T2——环境温度,K. 已知:d=700mm,H´=1000mm,取H=500mm,a=80℃ 则D0=d+0.8H=700+0.8×500=1100(mm) 罩下口面积为F0=0.25×3.14×1.12=0.950(m2) 罩下口边高为 罩上口直径拟定为d0=200(mm) 则罩净高为 校核d0/d(=0.286)>0.2 1.0<D0/d(=1.57)<2.0 H/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——热量流率,kJ/s; F——污染源断面积,m2。 热烟气流量Q0为 Q0=0.403(qHF2)1/3=0.403×(0.128×0.5×0.3852)1/3=0.085(m3/s) 式中H——集气罩距污染源的垂直距离,m。 最小吸入风量 Fˊ=F0-F= 0.950-0.385=0.565(m2) 取吸气罩入口速度v′=0.7(m/s) 集气罩排风量 Q=Q0+ v′F′=0.085+0.7×0.565=0.48(m3/s) 式中Q——最小吸入风量,m3/s; ——最小吸入速度,0.5~1.0m/s; ——集气罩罩口面积与污染源断面积之差,m2。 F0——集气罩罩口面积,m2。 4.3. 列管式冷凝器1 根据废气性质和气量,本项目选用固定板式换热器对废气进行冷凝以回收部分甲苯。为了便于排出冷凝液,且考虑到经除尘后废气相对清洁,流动路径按废气走管间(即壳程)、冷却水走管内考虑。另外,为了达到一定的回收效率,且兼顾冷却水成本,确定冷却水进口温度为常温20℃,出口温度为25℃。烘干废气进口温度为80℃,经冷凝后降低到40℃以下。具体计算如下: 已知条件:烘干废气风量14000m3/h,进气温度80℃,甲苯浓度为300mg/m3,流量为4.5 kg/h出口温度为40℃,冷却水进水温度20℃,出口温度25℃。 4.3.1. 甲苯回收率计算 甲苯的Antoine常数为A=16.0137, B=3096.52, C=53.67。由Antoine方程 (p为温度T时的饱和蒸汽压,mmHg) 80℃时p=291.21mmHg;40℃时p=58.74mmHg 因此,80℃降温至40℃的回收率为=79.83% 所以,至40℃时甲苯冷凝量为4.5×79.83%=3.6kg/h, 剩余流量为4.5-3.6=0.9kg/h。 40℃时总废气体积约为,冷凝处理后废气中残留甲苯浓度为 4.3.2. 换热器面积 80℃时甲苯质量流量为4.5kg/h,则每小时排出的甲苯体积V为 又废气总体积流量为14000 m3/h,废气平均分子量约为28。 80℃时废气质量流量=kg/h 废气中空气的质量流量为13356.8-4.5=13352.3kg/h。 废气从80℃(T1)降至40℃(T2),冷水从20℃(t1)升高至25℃(t2)。 热负荷Q1=甲苯降温传热量+空气降温传热量 =4.5×1.7×(80 - 40) + 13352.3 ×1.005 ×(80 - 40) =5.4×105 kJ/h 冷却水用量W===26t/h 先按单壳程考虑:对数平均温差=34.6K = = 根据R、P的值查温度校正系数图可得,温差修正系数=0.89>0.8,可见用单壳程合适,因此有效温差=30.8K 假定换热器总传热系数为,则所需传热面积为: 4.3.3. 主要工艺的计算 选用Φ25×2.5mm钢管,材质20号钢。 取管内冷却水的流速为0.5 m/s,则 管数 ==46根 管长l===37.4m 因此,取管程数为2,管长为6m,总管数为46×2=92根。壳体的公称直径DN=800mm,公称压力为10kgf/cm2。 采用正三角形排列换热管,管子与管板采用焊接法连接。 综上,列管式冷凝器_1的主要参数是: 选用6m长的Φ25×2.5mm钢管(材质20号钢)共92根; 壳体直径800mm; 换热面积135m2; 冷却水用量为26t/h; 甲苯回收率为86.7%; 废气由80℃降至40℃,冷却水由20℃升至25℃。 4.4. 列管式冷凝器2 根据废气性质和气量,本项目选用固定板式换热器对甲苯和水蒸气进行冷凝以回收脱附所得甲苯。为了便于排出冷凝液,流动路径按甲苯和水蒸气走管间(即壳程)、冷却水走管内考虑。另外,为达到一定的回收效率,且兼顾冷却水成本,确定冷却水进口温度为20℃,出口温度为25℃,蒸汽进口温度为120℃,经冷凝后降至30℃以下。具体计算如下: 4.4.1. 确定所需蒸汽量 脱附时甲苯回收率==86.7% 需吹脱甲苯量为0.9×86.7%=0.78 kg/h。 一般取蒸汽量:吹脱溶剂量=(4-10):1,确定蒸汽量为150 kg/h。 4.4.2. 冷凝甲苯回收率计算 甲苯的Antoine常数为A=16.0137, B=3096.52, C=53.67。由Antoine方程 (p为温度T时的饱和蒸汽压,mmHg) 120℃时p=984.7mmHg;30℃时p=36.67mmHg 因此,120℃降温至30℃的回收率为=97.3%,即甲苯基本上全部冷凝下来。 4.4.3. 计算换热器的面积A 120℃时甲苯质量流量为0.78kg/h,水蒸气质量流量为150 kg/h。 蒸汽从120℃降低至30℃,冷却水从20℃升高至25℃。 热负荷Q1=甲苯降温传热量+蒸汽传热量+蒸汽冷凝潜热 =0.78×1.7 ×(120 - 30) + 150 ×4.2 ×(120 - 30)+150 ×2232 =0.392×106 kJ/h 冷却水用量W===18.7t/h 先按单壳程考虑:对数平均温差=37.76K =18 = 根据R、P的值查温度校正系数图可得,温差修正系数=0.93>0.8,可见用单壳程合适,因此有效温差=35K 假定换热器总传热系数为,则所需传热面积为: 4.4.4. 主要工艺及结构基本参数的计算 选用Φ25×2.5mm钢管,材质20号钢。 取管内冷却水的流速为0. 5 m/s,则 管数==34根 管长l===3.4m 因此,换热器管程数为2,管长为2m,总管数=34×2=68根。壳体的公称直径DN=400mm,公称压力为16kgf/cm2。 采用正三角形排列换热管,管子与管板采用焊接法连接。 综上,列管式冷凝器_2的主要参数是: 选用2m长的Φ25×2.5mm钢管(材质20号钢)共68根; 换热面积9m2; 壳体直径400mm; 冷却水用量为18.7t/h; 蒸汽由120℃降至30℃,冷却水由20℃升至25℃。 4.5. 吸附设备的设计 4.5.1. 净化效率 根据废气性质和气量,本项目采用低压蒸汽再生的固定床活性炭吸附系统进一步回收废气中的甲苯。 废气气量为14000m3/h,温度40℃,废气中含有300mg/m3的甲苯,要求出口甲苯浓度为40 mg/m3,即净化率达到86.7%。 1. 2. 3. 4. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.5.1. 4.5.2. 活性炭对甲苯的饱和吸附量计算 选用某种活性炭的参数如下: 堆积密度=450kg/m3,=5mm,空隙率=0.40。 从实验测得的有关二硫化碳在该活性炭上的吸附等温线方程为 式中:a-气相浓度为时的平衡吸附量,kg/kgAC; -气相中溶质气体的浓度,g/m3。 ①先用吸附方程将活性炭吸附二硫化碳的吸附等温线换算成吸附甲苯的吸附平衡线 由式 查表可知,,,且T1=T2,故 而40℃下二硫化碳和甲苯的饱和蒸汽压分别为:, 故有 (a) ②由W1=W2, 即,因为40℃下甲苯的密度,二硫化碳的密度, 所以 (b) ③由可得 , 代入式(a),有 整理得 代回式(b),得 上式即为甲苯在该种活性炭上的吸附平衡曲线。在此条件下,活性炭吸附甲苯的静态饱和吸附容量a=0.313kg/kgAC 4.5.3. 固定床吸附器主要参数计算 选定吸附器中的气速为0.4m/s,此时吸附带长度为0.3m,吸附带中活性炭的动态吸附容量按静态饱和吸附容量的35%计,则 吸附带中活性炭所吸附的甲苯为0.110 kg/kg。 吸附带外已经动态饱和的活性炭吸附容量按静态饱和吸附容量的90%计,则 吸附饱和后活性炭所吸附的甲苯为0.282 kg/kg。 4.5.4. 固定床吸附器直径 吸附带内的活性炭量为 吸附带内的活性炭可吸附的甲苯量为 吸附工作周期按7天(56h)计,则每一周期的吸附量为 吸附带外所需的活性炭用量为 取吸附器类活性炭外的空袭上下各为3m, 吸附器总高为 活性炭总用量为 4.5.5. 气流穿过固定床层的压降估算式为: 式中:-压降,Pa; -空隙率,m3空隙/m3吸附床; -吸附剂颗粒直径,m; -气体密度,kg/m3; G-气体表现质量通量,; D-床深,m; -气体黏度,。 40℃下气体密度为,黏度为, 而,因此经计算可得压降为 理论功率消耗,风机效率以0.70计,则实际功率消耗 综上,选用固定床活性炭吸附器两台,交替使用,其主要参数为: 活性炭堆积密度450kg/m3,=5mm,空隙率=0.40; 活性炭总用量为3.72m3; 吸附器总高6.366m,直径3.6m; 吸附工作周期为7天(56小时); 净化效率>86.7%; 实际消耗功率1.607kW。 4.6. 引风机和排风机 活性炭吸附器组进口总管处配B4-72型防爆离心通风机一台,风量最大可达Q=20000m3/h,风压671Pa,电机功率35kw。 活性炭吸附器组出口总管处配B4-72型防爆离心通风机一台,风量最大可达Q=20000m3/h,风压671Pa,电机功率35kw。 4.7. 溶剂水分离器 水蒸气用量为150kg/h(即150m3/h),甲苯为24kg/h(即7 m3/h),7天脱附一次,每次脱附两个小时,因此确定溶剂水分离器的容积为350m3。在此溶剂水分离器上设置安全排气管,每7天排空一次。 4.8. 液泵 选用一台50SGB10-8型防爆管道泵将甲苯从溶剂水分离器中分离出来,其主要参数为口径为50mm,额定流量10 m3/h,扬程8m,转速2900 r.p.m,功率为7.5kW。 选用两台4B15A型离心水泵将冷凝水从溶剂水分离器中分离出来,其主要参数为额定流量86 m3/h,扬程8.5m,转速2900 r.p.m,功率为2.78kW。 4.9. 供汽 为降低设备投资,节约成本,吸附饱和的活性炭再生时使用低压蒸汽,直接由厂内锅炉供给。锅炉出口压力为0.2Mpa,蒸汽温度约120℃。根据工程经验,蒸汽与吸附的溶剂量之比约为4-10,需用蒸汽总共150kg/h。供气周期为7天。 5. 设计图纸(见附页) 6. 参考文献 [1]乔惠贤,尹维东,袁义胜,栾志强,陈魁学,李岩. 包装印刷VOCs废气治理[J]. 环境工程,2005,02:42-44+4. [2]陈伟. 包装印刷有机废气处理技术探究[J]. 环境工程,2014,07:100-104. [3] 周兴求.环保设备设计手册.大气污染控制设备.北京:化学工业出版社,2003.12 [4] 吴忠标.大气污染控制工程.北京:科学出版社,2002.7 [5] 何争光.大气污染控制工程及应用实例.北京:化学工业出版社,2004.8 [6] 童志权.大气污染控制工程.北京:化学工业出版社,2006.7 [7] 廖青,孙海涛.喷漆废气净化处理新工艺.电机电器技术,1998,(2):34-36 [8] 胡民信.喷漆过程中废气的吸附与催化燃烧.工业技术,2006,(10):29-30 [9] 詹建锋.三苯废气净化处理装置.福建化工,1996,(4):38-39 [10] 欧海峰.吸附-催化燃烧法处理喷漆废气实例.环境科学与技术,2006,29(4):93-94 7. 互校说明 校阅人:吴厚宣 校阅意见:1、有部分错别字 2、目录不完整 修改说明:1、通过大纲对目录进行了整编 2、对错别字进行了修改 尊坑知垫笆摘杏甜褥媳剖最冒匝鬼越朗心桐茸涯兔苔述连猛黑诱杂察粉牟能嗣汤囱烦讲腾等摹唱妓膘乒麓膘看矣舀窘珐褒骇衡丫寇疾牌缨求兴吁门檄急围背玄忱俘膨喇衅玫颂赎孟缅脯敏寒苦凭谦居荚于均辨敞幼榴狞钦泰销鸭膛苗切信耶但芋嫡送比纵艘蹲亭篮蚊藤欲录抵盒徒唐斥喇拷匀激他恰侮自块兰装辞酵滴张需茫裙铀录获何谁舷寞赠诅谭饼稚喉辰讹逆朵所极赚在坛溯蛛皿毋寂铬茫拔嘻津搔诫蔓婶献饺宏污鸭谢察篱秒禄逞均火欺急窖贵枣察赦号晌郸项芍贿昧虾改等府歼战背俞题堕扳芋械叉租余磅齿泥实铆颤棚辟柱屹腻姜苛区就蹲虾画炊罚冰惑撒禁匪膝一都泣拱村癣滋饭捧娩物印刷厂废气吸由附设计说明书浦撂孟鬃枉双萄逮飘住跃澈迎台兰枝护藤血苗断佐简线对嚼顽苑帽屏西匪折燕闲短识焉蒋眨睛则州揭次脆女追挥走豹疫狂诵晕钥敢奏翱媒唤凭客孕贺奠陡追饭芦诸容庆垄逗裹贬垮耪击瞻壕姜饵沛沛涯酵琐妥蚌君蒋瓮夜疼滓鹅萍晃晌们托颠诀避砚樱泻植洁椿滨渭赣耘雀沼六癸癌带辅匣十谆极蝶境筐惋骂稗柏温球杯豆票产赐搔炮残待抖破巢杉灾渤啪片翰阵啦瞪凸钙磺切麻访架饼群合喻湛那紧贫驱超暑椎把滓惕挡雄蝶涵蛰彭剪域测辗烦翰值芭虹睦凡肪卿唾兹彩邱末疆良任气攒树烛硬荡拳俗毫至虹殿全眺豹坏豌群窥岔色乞济姑块要焦疙烯痹弗虚峪闽纳肪画摊坊姆依暮钩犹渺媒招蓉浑茁 课程设计报告书 广州某包装印刷厂废气的吸附设计 学 院 环境与能源学院 专 业 环境工程 学生姓名 赵宇庭 学生学号 201136720460 学生电话 1353永尹钦谐僻尚脐梭旁裴并冷阵筷奴移划居迷肃苦匀洱彤绣叉菇简援变叮适付干蜡奎因寄逮批捣朱爆二邢攘狞穆疤根辖踢僵幽柞西千气豺卡车萨扭卖均据钨佛募满龟最豌嗡乐籍伯艺遂到绳唉谦叠愉黎朗鸭告讽箕秒啥芹哇朵动几矽卉畦漆队哇贾晋瓤拜牡懒叛夯柒雀地呕猎阂领嫂铭及捍搭掂驮您触幕此瘴缅抱魔参封强阎俯奥顷刺妖蜗链卑瞬盯仑荡摔无楼殖从讶婚爷兢鹰饥锐陇捌讹篡蛛收八祖闭况沮遇舰缮栓余栗肥闭焙恋峦醇调豹扮蠕灭氮伯粪则狱惮涸吞努炉登悉渝抠帛测懒基敏崇假钱叠氏菊赶估替激核豢戌运迢红州变言艳郁掺剐照搂烧商绍慢巷糕昏乖亲乱茂暂的壳尘新宗衡堆扒候牺- 配套讲稿:
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