活性炭吸附法凈化包裝印刷油墨廢氣-環(huán)境工程畢業(yè)設計

1、活性炭吸附法凈化包裝印刷油墨廢氣摘要：本畢業(yè)設計的對象是廣東某鋼板廠生產各種鋼板，在涂布和烘干過程中揮發(fā)出來低 濃度，大氣量的含有“三苯物”的有機廢氣?？紤]到有機廢氣的凈化率和工程實際經濟可行 性本畢業(yè)設計決定采用活性炭吸附跟催化燃燒組合工藝。有機廢氣經過吸附濃縮和催化燃燒三個過程：首先利用活性炭的多孔性和空隙表 面的張力把有機廢氣中的溶劑吸附在活性炭的空隙中，使所排廢氣得到凈化；當活性炭吸附 飽和時，再用熱風脫附再生：被脫附出來的有機物在催化劑的作用下，在較低的溫度轉化成 無毒無害的二氧化碳和水。關鍵詞：有機廢乞 活性炭 吸附 催化燃燒abstract:the target of this

2、graduation design is that one stencil plate factory in guangdong produces various kinds of stenc訂 plates , volatilize out low density in the coating and course of drying, the organic waste gas with benzene of atmospheric quantity considering the purification rate of the organic waste gas and actual

3、economic foasibi 1 ity of project, this gradualion design decision adopts the active charcoal to absorb and burn the craft of making with the catalysis up.the organic waste gas burn three pieces of course through absorbing , concentrat ing and cat al ysi s: util ize tension on porous and space surfa

4、ce of active charcoal to absorb the solvent in the organic waste gas in the space of the active charcoal at first, make the waste gas arrangcd puri fied; whe n the active charcoal absorbs the saturation , and then take off the regeneration of enclosing with the hot wind; taken off the organic matter

5、 enclosed out under the function of the catalyst, transform into non-poisonous and harmless carbon dioxide and water in lower temperaturekey words : organism waste gas, activity carb on, adsorbs , the catalyst burns第一章概述1.1含苯有機廢氣污染與控制現狀1.1.1苯的特性苯及其同系物-甲苯和二甲苯都為無色、有芳香氣味的，沸點為so. rco 是揮發(fā)性有機物，都具有易揮發(fā)、易燃的特

6、點。苯主要用作油、脂、橡膠、對脂、 油漆、噴漆，和氯丁橡膠等溶劑及稀薄劑，制造多種化工產品。1. 1. 2苯對人體健康的危害苯被質量衛(wèi)生組織（wii0）國際癌癥研究屮心（iarc）確認為高毒致癌物 質。急性毒作用，主要對中樞神經系統(tǒng)，慢性主要作用于造血組織及神經系統(tǒng)， 但若造血功能完全破壞，可發(fā)牛致命的顆粒性白細胞消失癥，并引起白血病。對 皮膚也有刺激作用。苯、甲苯和二甲苯是以蒸氣狀態(tài)存在于空氣中，中毒作用一 般是由于吸入蒸氣或皮膚吸收所致。由于苯屈芳香炷類，使人一時不易警覺其毒 性。如果長期接觸-定濃度的甲苯、二甲苯會引起慢性中毒，可出現頭痛、失眠、 精神萎靡、記憶力減退等神經衰弱癥。甲苯、

7、二甲苯對生殖功能亦有一定影響， 并導致胎兒先天性缺陷（即畸形）。對皮膚和粘膜刺激性大，對神經系統(tǒng)損害比苯 強，長期接觸還有引起膀胱癌的可能。1. 1. 3含苯有機廢氣污染現狀隨著我國汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，相關的汽車零部件配套企業(yè)，維修工廠 增多，油漆作業(yè)吋散發(fā)的漆霧和“三苯”（苯，甲苯，二甲苯）廢氣對環(huán)境 影響很大。目前，各中小型企業(yè)及汽車維修廠家由于受生產規(guī)模的限制，油 漆作業(yè)多采用手動噴漆，噴漆時油漆的附著率僅達30%250%,大量的油漆以 霧狀擴散，同時作為溶劑的苯，甲苯，二甲苯以氣體狀態(tài)揮發(fā)，在工作間形 成氣相非均系統(tǒng)，給漆霧治理，廢氣吸收帶來很大困難。油漆的粘附性，如 高濃度的漆霧如不

8、加以治理，隨風擴散，粘附在建筑物上，影響其美觀，沉 降在花草樹木中，將影響植物的光合作用，同時，“三苯”廢氣毒性強，危 害性大，被人群通過呼吸系統(tǒng)或皮膚吸收后在人體富集，引起呼吸系統(tǒng)損傷, 甚至會造成肝脾損傷，影響人體造血功能的疾病。1. 2含苯有機廢氣治理的技術發(fā)展1.2. 1國內研究動態(tài)1冷凝回收法：把有機廢氣直接導入冷凝器經吸附、吸收、解析、分 離，可回收有價值的有機物，該法適用于有機廢氣濃度高、溫度低、風量小 的工況，需要附屬冷凍設備，主要應用于制藥、化工行業(yè)，印刷企業(yè)較少采 用。2. 吸收法：一般采用物理吸收，即將廢氣引人吸收液進行凈化，待吸 收液飽和后經加熱、解析、冷凝回收；本法適

9、用于大氣量、低溫度、低濃度 的廢氣，但需配備加熱解析回收裝置，設備體積大、投資較高。3. 直接燃燒法：利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒，將混合氣體加熱， 使有害物質在高溫作用下分解為無害物質；本法工藝簡單、投資小，適用于 高濃度、小風量的廢氣，但對安全技術、操作要求較高。4. 催化燃燒法：把廢氣加熱經催化燃燒轉化成無害無臭的二氧化碳和 水；本法起燃溫度低、節(jié)能、凈化率高、操作方便、占地而積少、設備投資 較大，適用于高溫或高濃度的有機廢氣。5. 吸附法：（1）直接吸附法：有機廢氣經活性炭吸附，可達95%以上的凈化率， 設備簡單、投資小，但活性炭更換頻繁，增加了裝卸、運輸、更換等工作程 序，導致運行費

10、用增加。（2）吸附一回收法：利用纖維活性炭吸附有機廢氣，在接近飽和后用 過熱水蒸汽反吹，進行脫附再生；本法要求提供必要的蒸汽量。（3）新型吸附一催化燃燒法：此法綜合了吸附法及催化燃燒法的優(yōu)點, 采用新型吸附材料（蜂窩狀活性炭）吸附，在接近飽和后引入熱空氣進行脫 附、解析，脫附后廢氣引人催化燃燒床無焰燃燒，將其徹底凈化，熱氣體在 系統(tǒng)屮循環(huán)使用，大大降低能耗。本法具有運行穩(wěn)定可靠、投資省、運行成 本低、維修方便等特點，適用于大風量、低濃度的廢氣治理，是目前國內治 理有機廢氣較成熟、實用的方法。1.2.2國外研究動態(tài)我們統(tǒng)計了一些國家在選用直燃法、催化法的情況屮得知，像美國、加拿大、澳大利亞等發(fā)達

11、國家選用催化燃燒的95%,而像韓國、墨西哥等發(fā) 展中國家選直接燃燒的80%,由此可見：發(fā)達國家很重視環(huán)保，采用高技術 的催化法。雖然外催燃法比直燃法相對貴些。1. 2. 3.燃燒法處理vocs運行性能表1燃燒工藝直接燃燒法熱力燃燒法催化燃燒法濃度范圍/mg/n?>5000>5000>5000處理效率>95>95>95最終產物c02, h20c02, h20c02, h20投資較低低高運行費用低高較低燃燒溫度/° c>1100700870300450其他易爆炸，熱能浪費 且易產生二次污染回收熱能要防止催化劑中 毒，預處理要求較 嚴格。結合該廠的

12、實際情況，決定選用吸附-催化燃燒法處理該廠房屮產生的有機廢氣。1.3吸附一催化燃燒法的工藝特點吸附一催化燃燒法將活性炭吸附法和催化燃燒法結合在一起，是一種 結構緊湊，適合處理低濃度，大風量廢氣的聯合系統(tǒng)。該工藝充分利用了 活性炭吸附法和催化燃燒法的優(yōu)點，克服其缺點，進一步提高凈化效率， 降低運行費用。由活性炭捕獲廢氣中的有機物，使該工藝具有活性炭吸附工藝的安全可靠、凈化效率高、適應范圍廣等優(yōu)點。該工藝釆用吸附-濃縮-催化燃燒組合工藝，整個系統(tǒng)實現了凈化過 程閉環(huán)操作，有機物一次處理徹底，無二次污染。該系統(tǒng)組合緊湊，充分利用熱源，節(jié)省設備投資和操作費用。首先 有機物經脫附后被濃縮（用熱風脫附出來

13、的有機物濃度比原來提高十幾倍 到兒十倍），其濃度接近自然狀態(tài)，在催化燃燒階段不需要外加熱源就可 以分解為水和二氧化碳。其次該工藝設備在運行過程中最大限度的利用了 有機廢氣中有機成分的熱值。1. 4吸附一催化燃燒法的反應機理1. 4.1活性炭吸附機理活性炭吸附的實質是利用活性炭吸附的特性把低濃度大風量廢氣中 的有機溶劑吸附到活性炭中并濃縮，經活性炭吸附凈化后的氣體直接排 空，其實質是一個吸附濃縮的過程。并沒有把有機溶劑處理掉。是一個 物理過程。1. 4. 2催化燃燒反應機理催化燃燒脫附的實質是利用催化燃燒的熱空氣加熱活性炭中被吸 附的有機溶劑，使之達到溶劑的沸點，使有機溶劑從活性炭中脫附出來,

14、并且把這高濃度的廢氣引入到催化燃燒反應器中。在25ctc的催化起燃 溫度下，通過催化劑的作用進行氧化反應轉化為無害的水和二氣化碳排 入大氣。是一個化學反應過程。并非明火的燃燒，且能徹底解決脫附時 的二次污染?！叭轿铩痹趐t、pd催化劑的作用下被氧化生成低分子物質c02、 也0等。主要反應：c”弘+ ¥）。2 p p" 咤咄c、nco? +號比0 +熱量p + 0）> pto?pto2 +污染物t pf +氧化物pd + o? t pdo2pdo2 +污染物t pd +氧化物其原理是利用催化劑的晶格氧將污染因子氧化，利用氣相氧將催 化劑重新活化。同時，由于生成活性屮間

15、體pto2、pdo2,使氧化反應活 化能降低。污染因子可以在較低溫度迅速氧化，從而使三苯等物質轉化 成 co2、h20o1. 4. 3總括活性炭吸附一催化燃燒脫附是把活性炭吸附法和催化燃燒法兩者 的優(yōu)點有效地結合起來。即先利用活性炭進行吸附濃縮，當活性炭吸附 達到飽和時，利用電加熱啟動催化燃燒設備，并利用熱空氣局部加熱活 性炭吸附床，當催化燃燒反應床加熱到250°c,活性炭吸附床局部達到 60110°c時，從吸附床解吸出來的高濃度廢氣就可以在催化反應床中進 行氧化反應。反應后的高溫氣體經換熱器的換熱，換熱后的氣體一部分 冋用送入活性炭吸附床進行脫附，另一部分排入大氣。脫附出

16、來的廢氣 經換熱器換熱后溫度迅速提高了。這樣能使催化燃燒裝置及脫附達到小 功率或無功率運行。在涂裝行業(yè)中，噴漆線上，大風量低濃度的有機廢氣的處理一直困 擾著人們。釆用傳統(tǒng)的吸附裝置，占地面積z大，裝置重量z大，還有蒸 汽鍋爐投資和蒸汽的輸送，什么壓縮空氣、油水分離等輔助投資，總之， 投資比例也不令人輕松。而現在選用濃縮裝置和催化裝置組合使用，解決 了涂裝固化裝備、噴漆室、整個車間的環(huán)保供熱問題，其他也不耍相關輔 助投資。在生產管理也達到了統(tǒng)一化，節(jié)省了管理費用。所以催化燃燒裝 置在處理涂裝行業(yè)屮固化裝置、噴漆線等車間的有機廢氣有著廣泛的應用 和前景。木設計采用了吸附濃縮和催化燃燒結合的方式，還

17、因為考慮到 該鋼鐵廠的有兩個不同的有機廢氣污染源，它們性質有點不同，特別是溫 度，所以采用催化燃燒處理烘漆房的廢氣，同時廢氣處理后由于溫度也還 是比較高，可以把凈化后氣體重新回流到烘漆房，從而降低了烘漆房的運 作成本，減少燃料的用量，真正的實現熱量的回收利用。使得整個工廠的 運作更加暢順有效！第二章設計依據2.1設計目的本設計著眼對汽車某零配件生產過程屮的噴漆和烘干兩個工藝屮揮 發(fā)出來的有機廢氣的凈化，力求滿足實現技術上先進，經濟上合理，設計 岀適合的脫除含苯有機廢氣的新工藝和新設備。2. 2設計依據2. 2.1.執(zhí)行標準及規(guī)范 廣東省地方標準db44/27-2001 （大氣污染排放限值）j

18、大氣污染物綜合排放標準gb16297-19962. 2. 2.設計依據丿建設項目環(huán)境保護管理條例宀 廣東省建設項目環(huán)境保護條例2. 2. 3.污染因子分析主耍是涂布及烘干過程中揮發(fā)岀來的“三苯物”工況溫度：噴漆工序常溫烘干工序150-200°c2. 2. 4.治理前的濃度：噴漆：“三苯物” <400mg/m3烘干：“三苯物” 600mg/m32. 2. 5.治理后執(zhí)行標準據廣東省地方標準db44/27-2001第二時限、二級標準：苯 w12mg/m3甲苯 40mg/m3二甲苯 w70mg/m2. 2. 6. 排風量qa =17500 m7hqb =5000m3/h2. 3系統(tǒng)方

19、案確定地點污染源廢氣控制方式系統(tǒng)劃分備注烘爐車間涂布工序通風柜兩個涂布工序劃分為一個治理系統(tǒng)稱a系統(tǒng)采用b系統(tǒng)尾氣對a系統(tǒng)活性炭進行再生烘爐車間烘爐上部排風通風柜式三臺烘爐廢氣劃分為一個治理系統(tǒng)稱b系統(tǒng)第三章排風量的確定3. 1.系統(tǒng)a的風量采用通風柜控制方式，操作門尺寸為2x2 m2,根據 qa =3600xvxax排風量t7hv1吸入風速，取0.5 m/s幻敞開面積，0泄漏安全系數，取12qa, = 3600x vx ax0 = 3600x0.5x4x 1.2 = 8640/n3 !h 共兩個涂布室，故系統(tǒng)排風量為：qa =2xqa =2x8640 = 17280m3 !h設計時取 0 =

20、17500/?i3/?3. 2系統(tǒng)b風量原有系統(tǒng)最大排風量為12636x3=37908m7h,采用稀釋方法排放，現采用催 化方法處理廢氣，宜減小排風量，提高廢氣濃度。根據烘爐的總體積為70x1. 5x1. 5 160m3,釆用爐內換氣次數為30次/小時。系統(tǒng)排風量為30x 160=4800,設計時取qb=5000m7ho第四章工藝流程41 前言對于常溫下的“三苯物”等有機廢氣的治理方法有：柴油吸收法、活性碳吸 附法、催化燃燒法及冷凝法，柴油吸收法效果差，作為一種過渡性工藝已不準采 用了。因此，本方法設計時根據業(yè)主操作模式、排風量及污染因子工況等因素， 擬采用活性碳吸附法治理a系統(tǒng)廢氣，并由b系

21、統(tǒng)提供熱氣對a系統(tǒng)活性碳進行 再生，采用催化燃燒法治理b系統(tǒng)廢氣；廠去b系統(tǒng)催化燃燒a系統(tǒng)：噴油機上漳活性碳吸附器排煙筒(水簾機)t定期再生b系統(tǒng)熱氣b系統(tǒng)：通風柜 竺 催化燃燒器 斗 排煙筒4. 2.系統(tǒng)a設計計算采用固定床活性炭吸附，活性炭的規(guī)格為44x6fi-4x20冃?；钚蕴?裝填厚度為心0.8m ,活性炭對含苯廢氣吸附的平衡靜活性值為a = 25% , 其堆積密度為pb= 450kg/m并假定其“死層”厚度為h = 0.2m ,氣體通 過吸附器床層的速度為v = 0.4/77/5 ,廢氣含苯，甲苯，二甲苯的混合濃 c() =400mg/m3廢氣量為0 = 17500m3/?,每天工作

22、8小時。4. 2. 1.確定保護作用系數(k)k =絲旦=°25x45°= 703125v-c0-0.4 x 400 x io-64. 2. 2.根據希洛夫方程來確定保護時間t = k(l-h) = 703125x(0.8-0.2) = 421875秒=117小時4. 2. 3.確定吸附床層的斷面積"幺7500山00十曲 v0.44. 2. 4.確定吸附床的結構采用臥式吸附床，塔內徑為d二2000mm,活性炭吸附床長l=6000mm.4. 2. 5確定吸附劑的總重量=3276rgti7 qxcqxt 17500x0.4x117w =a0.254. 2. 6確定停留

23、時間t丄v 0.54. 2. 7.活性炭的再生活性碳使用一段時間后，因吸附容量的限制會飽和，應進行再生使用,否則會浪費。根據催化燃燒原理，采用b系統(tǒng)催化燃燒機尾氣對吸附裝置的活性碳進行再生，再生風量為5000m7h o再生時間約為15小時，再牛溫度控制在100140°c之間，溫度則通過補冷風機及溫控器來控制再生周期驗算活性炭吸附飽和時3276x10x 25%17500x(400-122)x10_3x8=21天t yt所以符合要求，一般15天左右進行一次活性炭再生處理。4. 3.系統(tǒng)b設計計算催化反應器包括預熱器（換熱器），電熱啟動器，催化床，溫度監(jiān)控器等結構。催化反應器采用方形截面結

24、構，其長度與當量直徑之比一般為0. 51。本系統(tǒng)采用的催化劑中的活性組分用pt、pd合金，采用金屬氧化物 aid制成的多孔性惰性材料作為載體，并將其制成篩網結構，催化劑的厚 度力一般為50100mm木系統(tǒng)的廢氣量為qb二5000ni：7h“三苯物” p 600mg/m1 2 3 4 5 64. 3. 1 確定空速根據經驗值一般取5000looooh'1,該設計取10000 h_14. 3. 2.確定停時間廠r = - = !x3600 = 0.36s-13100004. 3. 3.確定催化劑的填充體積yq 5000 八“ 3v = 一 = 0.50/nco 100004. 3. 4.確

25、定催化劑截面積aa亠耳 h 0.1本設計采用類似boc型系列有機氣體催化凈化裝置，它可用于各行業(yè)的有 機溶劑、有機廢氣的凈化處理；各種烘道、烘干流水線各工序產生的有機廢氣的 凈化處理。其特點就是：表3產品 型號處理廢 氣量(m3/h)預熱溫 度(°c)功率(kw)l(mm)w (mm)h (mm)a (mm)b (mm)c(mm)d (mm)e(mm)b 0 c5-5005 0 0 0200-30030-1202 5 0 0170027601665110028105 0 06704. 4.換熱器的設計計算:本設計中催化燃燒需要較高的起燃溫度，而催化燃燒后的凈化氣體溫度也較 高，可達到

26、280°c350°c。通過熱交換裝置，提高進入催化燃燒系統(tǒng)系統(tǒng)的廢 氣的溫度，同時降低排氣溫度，從而降低成木。木設計采用的列管式換熱器，它結構簡單，堅固，制造容易，處理能力大， 適應性強，操作彈性較大，尤其在高壓，高溫和大型裝置中使用更為普遍。固定列管式換熱器主要由殼體管束管板，封頭和折流擋板等部件組成。管 束兩端用脹接法或焊接法固定在管板上。廢氣溫度高于400°c的管段應選用耐熱合金鋼或不銹鋼，400°c以下的管段, 應選用低合金鋼或鍋爐用鋼。木設計采用低和金鋼。4. 4.1. 計算散熱量燃燒后凈化氣量為qb =5000m7h表4熱流體進口 t.(&#

27、176; c)300a7 = 75 jar60熱流體出ut2(° c)225冷流體進口 t,(° c)140&加逆- 75 + 60 _675冷流體出口 t2(° c)200= 602通過r和p的值查化工原理pa的圖4-22a得溫差校正系數© = 0.90 » 0.8az/w逆=0.9x67.5 = 60.75°c查化工原理p308得300°c時干空氣的熱物理參數：比熱容 cp=1.047kj/(kg °c)密度 p =0. 615kg/m3熱流體的質量流量為g=qb" = 5000x0.615

28、= 3075/?3075散熱量 q嘶二 g® 一 3)二丄二 x1047x(300 一 225)二 67073w36004. 4. 2.管徑耳管數fi前我國試行的系列標準屮，管徑有0 = 19mm x 2mm , 0 = 25mm x 2mm和 0 = 25/7?mx 2.5mm 等規(guī)格。管長的選用應考慮管材的合理使用及便于清洗。系列標準中推薦換熱管的長 度(m)為 1.5, 2, 3, 4.5, 6, 9。管板上管子的排列方法常用的有等邊三角形，正方形直列和正方形錯列等。 本設計采用正方形直列排管。查換熱器設計手冊pi?表1-2-7選擇單殼程，單管程換熱器采用0 = 25mmx 2

29、.5mm的換熱管了換熱管內氣體平均流速一般為530m/s,取18m/so所以管程流通面積a = 5000 *3600 =0077加218表5公稱直徑dn mm公稱壓力pnmpa管子根數n屮心排管 數n，管程流通面積m2換熱管長度l mm換熱面積a m26001.60245170. 0769300055.84. 2. 3.折流擋板換熱器內安裝折流扌肖板是為了提高殼程流體的對流傳熱系數。為了獲得 良好效果，折流擋板的尺寸和間距必須適當。對于常用的圓缺型擋板，弓形 切口或太小，都會產生流動“死區(qū)”，不利于傳熱，而且增加流體阻力。一 般切口高度與直徑z比為0. 150. 45,常見的是0.20和0.2

30、5兩種。本設 計采用0. 20o即切 口高度 h = 0.20x600 = 120mm扌當板的間距一般為殼體內徑0. 21. 0倍，通常的扌當板間距為50mm的倍 數，但不少于100mm。木設計選用扌當板間距為600 mmo共5塊擋板。4. 3. 4. 驗算k = °熱雖二67073 = 19 855.8x60.75而列管式換熱器中當為氣體與氣體交換熱吋傳熱系數k = 1040（w丿礦嘆-|）所以以上選擇的參數符合要求。4.5壓力損失計算以及風機選擇4. 5. 1吸附系統(tǒng)根據 qa = 17500/?3 / h , v = 12771/5 ,查“計算表”的 a = 0.407m2 ,

31、進=700加加，久/ = 0.03 ,實際流速v = 11.94m/5,動壓為p = = s6ap（l/ = 9m則摩擦壓力損失為= 25幾 d 2活性炭吸附塔的壓力損失為1000pa吸附風機應選擇b4-72n06c型4. 5.2脫附系統(tǒng)根據 q = 5000m3 /h , v = 20m/s ,查“計算表”的 a = 0.071m2 , cl = 30qmm , a/d = 0.03, 實 際流速 v = i9.56m/s , 動壓為n pv2 1.494x19.562（小仆 z 3 x 7“p = =2= 285 幾，（pa怙k蒸氣=1494畑 / m）心 432 2則摩擦壓力損失為p =

32、 gh = 350幾d 2脫附風機選擇：4-72n03. 6a4. 5.3催化燃燒系統(tǒng)根據 qb = 5000m3/h,v = lm/s ,查“計算表”的 a = 0.08m2, d 進=300mm,1.124x17.3622a/d = 0.03, 實際流速 v = 1736m/s, 動壓為169.37幾，（pm。水蒸氣混合有機廢氣=124畑/加）i = 25m則摩擦壓力損失為宀弓¥=% 風機型號：yx9-35-6. 3c第五章主要設備及參數5. 1.系統(tǒng)a1、活性碳吸附器規(guī)格：02000x6000空速：0. 4m/s單層高：800mm上入風，下出風 阻損：p二 looopa 材質：a3數量：1臺2、吸附風機（防爆）型號：b4-72n06c風量：q=13008m3/h全壓：p=1542pa功率:n二75kw 數量：1臺3、活性碳型號：zk-40比表而積：1200m7g碘值：900數量：3280m35.2.系統(tǒng)b1、催化裝置型號：bc0-5-5000 風量：5000m3/h 駐留時間：0. 60s 超動總功率：84kw 配備催化劑：pt-pd臺數：1臺2、催化風機型號：yx9-35-6. 3c風量：5737in7h全壓：1783pa功率：5. 5kw臺數：1臺3、脫附風機