活性炭吸附脫附及附屬設(shè)備選型詳細(xì)計(jì)算

1、目錄1 .緒論11.1 概述1.1.1.1 有機(jī)廢氣的來源1.1.1.2 有機(jī)物對(duì)大氣的破壞和對(duì)人類的危害1.1.2 有機(jī)廢氣治理技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展2.1.2.1 各種凈化方法的分析比較3.2設(shè)計(jì)任務(wù)說明42.1 設(shè)計(jì)任務(wù)4.2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)氣指標(biāo)4.2.3 設(shè)計(jì)出氣指標(biāo)4.2.4 設(shè)計(jì)目標(biāo)4.3工藝流程說明63.1 工藝選擇6.3.2 工藝流程6.4設(shè)計(jì)與計(jì)算84.1 基本原理&.4.1.1 吸附原理8.4.1.2 吸附機(jī)理9.4.1.3 吸附等溫線與吸附等溫方程式9.4.1.4 吸附量1.24.1.5 吸附速率1.24.2 吸附器選擇的設(shè)計(jì)計(jì)算134.2.1 吸附器的確定134.2.2

2、吸附劑的選擇144.2.3 空塔氣速和橫截面積的確定164.2.4 固定床吸附層高度的計(jì)算1.74.2.5 吸附劑（活性炭）用量的計(jì)算184.2.6 床層壓降的計(jì)算151.94.2.7 活性炭再生的計(jì)算1.94.3 集氣罩的設(shè)計(jì)計(jì)算214.3.1 集氣罩氣流的流動(dòng)特性214.3.2 集氣罩的分類及設(shè)計(jì)原則2.14.3.3 集氣罩的選型224.4 吸附前的預(yù)處理244.5 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算244.5.1 管道系統(tǒng)的配置254.5.2 管道內(nèi)流體流速的選擇264.5.3 管道直徑的確定264.5.4 管道內(nèi)流體的壓力損失274.5.5 風(fēng)機(jī)和電機(jī)的選擇275工程核算305.1 工程造價(jià)305.2

3、運(yùn)行費(fèi)用核算315.2.1 價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)315.2.2 運(yùn)行費(fèi)用316結(jié)論與建議326.1 結(jié)論326.2 建議32參考文獻(xiàn)34致謝351 .緒論1.1 概述1.1.1 有機(jī)廢氣的來源有機(jī)廢氣的來源主要有固定源和移動(dòng)源兩種。移動(dòng)源主要有汽車、輪船和飛機(jī)等以石油產(chǎn)品為燃料的交通工具的排放氣；固定源的種類極多，主要為石油化工工藝過程和儲(chǔ)存設(shè)備等的排出物及各種使用有機(jī)溶劑的場(chǎng)合，如噴漆、印刷、金屬除油和脫脂、粘合劑、制藥、塑料、涂料和橡膠加工等。1.1.2 有機(jī)物對(duì)大氣的破壞和對(duì)人類的危害有機(jī)廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物稱為VOCs(Volatileorganiccompounds),在涂裝、Bp刷、制鞋和化工

4、生產(chǎn)的許多行業(yè)中，一些工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過程都伴有大量的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)廢氣的排出。VOCs廢氣排入大氣環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生以下幾個(gè)方面的影響：VOCs是光化學(xué)反應(yīng)的前體，有陽光照射時(shí)，在合適的條件下VOCs與NOx及其它懸浮化學(xué)物質(zhì)發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，主要生成臭氧，形成光化學(xué)煙霧，從而發(fā)生光化學(xué)污染；光化學(xué)煙霧會(huì)刺激人的眼睛和呼吸系統(tǒng)，有些VOCs還具有強(qiáng)烈刺激氣味，空氣中達(dá)到一定濃度時(shí)則產(chǎn)生令人不適的感覺，影響空氣質(zhì)量；有些有毒的VOCs(如芳香煌等)氣體在環(huán)境中存在會(huì)損害人們的健康，長(zhǎng)時(shí)間暴露在污染空氣中會(huì)引發(fā)癌變或引起其它嚴(yán)重疾病，如苯對(duì)骨髓的造血機(jī)能造成破壞，是一種致癌物；甲苯

5、和二甲苯對(duì)中樞神經(jīng)具有強(qiáng)的麻醉作用；氯乙烯為致癌物。在制鞋業(yè)，由于“三苯”中毒而導(dǎo)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、二甲苯和其它毒性有機(jī)物。光化學(xué)煙霧也會(huì)危害人的健康和植物的生長(zhǎng)，1965年日本各大城市頻繁發(fā)生的光化學(xué)煙霧，1966年美國(guó)洛杉磯的光化學(xué)煙霧均對(duì)人類健康造成危害。VOCs對(duì)環(huán)境的極大危害和對(duì)人體健康的嚴(yán)重威脅，引起了世界各國(guó)政府的高度重視。美國(guó)環(huán)保署EPA(EnvironmentalProtectionAgency)定義的污染物中VOCs占了300多種，而美國(guó)1990年的清潔空氣法(CleanAirAct)要求減少90%)E放量的189種毒性化學(xué)物中

6、，70%S于VOCs1。我國(guó)在1997年1月1日開始實(shí)施的中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297-1996)也規(guī)定了苯、甲苯、二甲苯、氯乙烯等VOCs排放較為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，如表1.1所小。表1.1幾種VOCs排放的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)VOCs最高允許排放濃度(mg/m3)S12甲苯40二甲苯70氯乙烯361.2 有機(jī)廢氣治理技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展有機(jī)廢氣的來源多種多樣，其產(chǎn)生方式及排放方式也不盡相同。因此，有機(jī)廢氣的治理技術(shù)也多種多樣，各種治理技術(shù)也存在自己不同的優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，根據(jù)不同的情況，選擇合適的方法是有機(jī)廢氣治理的關(guān)鍵。有機(jī)廢氣治理的方法主要有回收法和消除法兩類。有機(jī)廢氣主

7、要回收技術(shù)有：吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離技術(shù)及變壓吸附技術(shù)等；有機(jī)廢氣消除技術(shù)可分為物理一化學(xué)法和生物法兩類。物理一化學(xué)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(yīng)器，活性污泥法等?；钚蕴课椒▋艋士蛇_(dá)95犯上，若無再生裝置，則運(yùn)行費(fèi)用太高，若用蒸汽回收，則工藝流程過長(zhǎng)，操作費(fèi)用高，回收的溶劑和水的混合物利用價(jià)值也不高；再生時(shí)需要有穩(wěn)定的蒸汽源，且活性炭經(jīng)反復(fù)吸附脫附后吸附能力會(huì)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6O%-8O%而且存在著二次污染問題。催化燃燒法凈化率可達(dá)95%但適合于處理高濃度、小風(fēng)量且廢氣

8、溫度較高的有機(jī)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(yīng)用最多的方法是吸附一催化燃燒法，它主要以顆粒炭或蜂窩炭為吸附劑，為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性，一般設(shè)置兩個(gè)吸附床交替使用，由于切換的周期至少為1d,因此吸附床體積大，吸附劑用量多，設(shè)備笨重，投資大，操作麻煩；由于床層體積大，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(duì)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(jié)構(gòu)，并以新型材料一一活性炭纖維作為吸附劑，采用PLCfe腦來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。1.2.1 各種凈化方法的分析比較解決有機(jī)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(chǎn)

9、中是不能馬上實(shí)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(guó)內(nèi)常采用的三種凈化方法分析比較見表1.2。表1.2國(guó)內(nèi)外有機(jī)廢氣常用處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較2凈化類別優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)活性炭吸附法1、可處理大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣。2、可回收溶劑。3、不需要加熱。4、凈化效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。1、廢氣凈化前要進(jìn)行預(yù)處理。2、僅限于低濃度。3、設(shè)備龐大，占地面積多。催化燃燒法1、設(shè)備簡(jiǎn)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向異物附著，易失效。液體吸收法1、流程較簡(jiǎn)單，吸收劑價(jià)格便宜。2、廢氣凈化/、需預(yù)處理。3、建

10、造快、占地少。1、后處理投資大，費(fèi)用高。2、對(duì)溶劑成份選擇性大。2設(shè)計(jì)任務(wù)說明2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容為20000m3/h活性炭吸附工業(yè)有機(jī)廢氣的工程設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括：廢氣治理工藝、主體設(shè)備選型和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)，管道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)及吸附劑再生系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，應(yīng)完成工作：(1)紙質(zhì)設(shè)計(jì)說明書及其電子版本；(2)譯文及原文影印件。(3)設(shè)計(jì)圖紙(平面布置圖、工藝流程圖、主要構(gòu)筑物圖、管道布置圖等)2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)氣指標(biāo)風(fēng)量為20000m3/h,溫度為35C,排氣壓力為101.325kpa,苯濃度為100mg/m3。甲苯濃度為80mg/m3,二甲苯濃度為100mg/m3,2.3 設(shè)計(jì)出氣指標(biāo)依據(jù)廣東省地方

11、標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物排放限值(DB44/27-2001)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)3,具體數(shù)據(jù)見表2-1：表2-1.設(shè)計(jì)出氣指標(biāo)單位mg/m指標(biāo)苯二甲苯出氣濃度<12<40<702.4 設(shè)計(jì)目標(biāo)(1)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)環(huán)境保護(hù)的各項(xiàng)規(guī)定，確保各項(xiàng)污染指標(biāo)達(dá)到國(guó)家及地區(qū)有關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(2)經(jīng)本處理工藝處理后的廢氣，將不會(huì)產(chǎn)生二次污染物。(3)本處理工藝運(yùn)行可靠，處理效果好，維護(hù)管理方便。(4)采用低能耗、低運(yùn)行費(fèi)用、基建投資省、占地少、操作管理簡(jiǎn)便(5)工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備選型能夠在生產(chǎn)運(yùn)行過程中具有較大的調(diào)節(jié)余地3工藝流程說明3.1 工藝選擇處理工藝的選擇，應(yīng)根據(jù)氣量大小、凈化要求、回收的可能性、設(shè)

12、備建造和運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性等條件全面考慮，實(shí)際工作中應(yīng)特別注意與工藝密切配合，盡可能做到綜合利用。目前4,國(guó)內(nèi)外對(duì)有機(jī)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(fēng)量的有機(jī)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(fēng)量的有機(jī)廢氣，缺點(diǎn)是對(duì)處理對(duì)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(yùn)行費(fèi)用很高；活性炭吸附法凈化效率為99.2%99.3%，對(duì)于處理大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣，國(guó)內(nèi)外一致認(rèn)為該法是最為成熟和可靠的技術(shù)，但該工藝流程過長(zhǎng)，操作費(fèi)用高，另外需要穩(wěn)定的蒸氣源也常常是

13、比較困難的事情。針對(duì)這些問題，結(jié)合本畢業(yè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和具體要求，采用利用活性炭固定床吸附系統(tǒng)對(duì)工業(yè)有機(jī)廢氣進(jìn)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(fēng)機(jī);5離心風(fēng)機(jī)；6排氣罩.圖2.3有機(jī)廢氣工藝流程圖該處理工藝系統(tǒng)組合十分緊湊，集吸附-脫附于一體。在生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的廢氣主要為苯、甲苯、二甲苯等，根據(jù)苯類性質(zhì)，本方案采用活性炭作為吸附劑對(duì)廢氣進(jìn)行吸收處理，吸附床一般配置2臺(tái)以上，輪換使用，當(dāng)1臺(tái)吸附床吸附的有機(jī)物達(dá)到規(guī)定的吸附量時(shí),換到另1臺(tái)吸附床進(jìn)行吸附凈化操作，同時(shí)對(duì)前面1臺(tái)吸附床進(jìn)行脫附再生。脫附是在外加蒸汽的作用下通過

14、加溫進(jìn)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(dá)到余熱的利用。生產(chǎn)中揮發(fā)出來的廢氣，通過離心風(fēng)機(jī)將其送至吸附塔以活性炭作為吸附劑，在塔內(nèi)的氣體從右到左，從下到上通過活性炭過濾層對(duì)氣體進(jìn)行處理，凈化后的氣體通過排氣管排入大氣。如附圖1所示4設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 基本原理4.1.1 吸附原理在用多孔性固體物質(zhì)處理流體混合物時(shí)，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。吸附處理廢氣時(shí)，吸附的對(duì)象是氣態(tài)污染物，被吸附的氣體組分稱為吸附質(zhì)，多孔性物質(zhì)稱為吸附劑。固體表面吸附了吸附質(zhì)后，一部分被吸附的吸附質(zhì)可從吸附劑表面脫離，此現(xiàn)象稱為脫附。而當(dāng)吸附進(jìn)行一段

15、時(shí)間后，由于表面吸附質(zhì)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(shí)需要采用一定的措施使吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)脫附，已恢復(fù)吸附劑的吸附能力，這個(gè)過程稱為吸附劑的再生。因此，在實(shí)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(dá)到除去廢氣中污染物質(zhì)并回收廢氣中有用組分的目的。由于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(zhì)之間作用力的不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)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(xué)吸附，或者兩種吸附同時(shí)發(fā)生，兩者之間沒有嚴(yán)格的界限。兩者的主要區(qū)別見表4-15表4-1物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別物

16、理吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力吸附層數(shù)單層活多層單層吸附熱小（近于液化熱）大（近于反應(yīng)熱）選擇性無或很差較強(qiáng)可逆性可逆/、可逆吸附平衡易達(dá)到不易達(dá)到吸附劑與吸附質(zhì)問的吸附力不強(qiáng)，當(dāng)氣體中吸附質(zhì)分壓降低或溫度升高時(shí)，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(jìn)行吸附劑的再生及吸附質(zhì)的回收利用的。4.1.2 吸附機(jī)理吸附和脫附互為可逆過程。當(dāng)用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質(zhì)時(shí)，由于吸附劑表面沒有吸附質(zhì)，因此也就沒有吸附質(zhì)的脫附。但隨著吸附的進(jìn)行，吸附劑表面上的吸附質(zhì)量逐漸增多，也就出現(xiàn)了吸附質(zhì)的脫附，且隨時(shí)間的推移，脫附速度不斷增大。但從宏觀上看，同一時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)的吸附量仍大于脫附量，所以過程的

17、總趨勢(shì)認(rèn)為吸附。當(dāng)同一時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)的吸附量與脫附量相等時(shí)，吸附和脫附達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)稱為達(dá)到吸附平衡。平衡時(shí)，吸附質(zhì)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(shí)的吸附質(zhì)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(dāng)吸附質(zhì)與吸附劑長(zhǎng)時(shí)間接觸后，終將達(dá)到吸附平衡。吸附平衡量是吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的極限吸附量，亦稱靜吸附量分?jǐn)?shù)或靜活性分?jǐn)?shù)，用Xt表示，無量綱。它是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中十分重要的參數(shù)。吸附平衡時(shí)，吸附質(zhì)在氣、周兩相中的濃度關(guān)系，一般用吸附等溫線表示。吸附等溫線通常根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制，也常用各種經(jīng)驗(yàn)方程式來表示。4.1.3 吸附等溫線與吸附等溫方程式

18、平衡吸附量表示的是吸附劑對(duì)吸附質(zhì)吸附數(shù)量的極限，其數(shù)值對(duì)吸附造作，設(shè)計(jì)和過程控制有著重要的意義。達(dá)到吸附平衡時(shí)，平衡吸附量與吸附質(zhì)在流體中的濃度與吸附溫度間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，此關(guān)系即為吸附平衡關(guān)系，其一般都是根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，也可以用經(jīng)驗(yàn)方程式表示。4.1.3.1 吸附等溫線在氣體吸附中，其平衡關(guān)系可表示為：A=f(p,T)式中A平衡吸附量；p吸附平衡時(shí)吸附質(zhì)在氣相中的分壓力；T吸附溫度根據(jù)需要。對(duì)一定的吸附體系可測(cè)得如下關(guān)系：當(dāng)保持T不變，可測(cè)得A與P的變化關(guān)系當(dāng)保持P不變，可測(cè)得A與T的變化關(guān)系當(dāng)保持A不變，可測(cè)得P與T的變化關(guān)系依據(jù)上述變化關(guān)系，可分別繪出相應(yīng)的關(guān)系曲線，分別為吸附等溫

19、線，吸附等壓線和吸附等量線。由于吸附過程中，吸附溫度一般變化不大，因此吸附等溫線最為常用。吸附等溫線描述的是在吸附溫度不變的情況下，平衡時(shí)，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(duì)大量的不同氣體與蒸氣的吸附測(cè)定，吸附等溫線形式可歸納為六種基本類型。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(jīng)驗(yàn)方程式，即為吸附等溫方程式，其中有的完全依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的規(guī)律整理而得，一定條件范圍內(nèi)具有應(yīng)用意義，但不具有理論指導(dǎo)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(shè)為前提得出的方程式，如朗格謬爾(Langmuir)吸附等溫

20、方程式和BET方程，后者應(yīng)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(dòng)態(tài)平衡；吸附劑表面性質(zhì)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比。根據(jù)上述假設(shè)，可推導(dǎo)出朗格謬爾等溫式：1ap式中9一蝕附劑表面被吸附分子覆蓋的百分?jǐn)?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 =3V 1ap式中Vm單分子層覆蓋滿時(shí)(8=1)的吸附量；V 在氣相分壓p下的吸附量。在壓力很低時(shí)，或者吸附很若時(shí)，ap&m：式變成：V=Vmap由朗格謬爾等溫式得到的結(jié)果與許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相

21、符合，能夠解釋很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此，它目前仍是常用的、基本的等溫式。在很多體系中，朗格謬爾等溫式不能在較大的8范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。(2)弗羅因德利希方程式iXnq=一二kPnm式中q固體吸附氣體的量，kg/kg吸附劑；P平衡時(shí)氣體分壓；k,n經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。在一定溫度下，對(duì)一定體系而言是常數(shù)，k和n隨溫度變化而變化；m吸附質(zhì)質(zhì)量，kg；x被吸附氣體的質(zhì)量。弗羅因德利希等溫方程式只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)式，它所適用的8范圍比朗格謬爾式要大些，可用于未知組成物質(zhì)的吸附，如有機(jī)物或礦物油的脫色，通過實(shí)驗(yàn)來確定k與n。有資料認(rèn)為它在高壓范圍內(nèi)不能很好地吻合實(shí)驗(yàn)值。(3)BET方程由于朗格謬爾的單分子層吸附理論及其等溫

22、方程對(duì)中壓合高壓物理吸附不能很好地吻合，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了BET理論。它除了接受朗格謬爾理論地幾條假定，即固體表面是均勻的，被吸附分子不受其它分子的影響，吸附與脫附在吸附劑表面達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡以外，還認(rèn)為在吸附劑表面吸附了一層分子以后，由于范德華力地作用還可以吸附多層分子，而第一層與以后的各層有所不同。吸附達(dá)平衡后，吸附總數(shù)(V)為：Cp(P0p)1+(C-1)JP0一P平衡時(shí)氣體分壓;V壓力為p時(shí)的吸附總量；Vm吸附劑表面為單分子層鋪滿時(shí)的吸附量;P0實(shí)際溫度下氣體的飽和蒸氣壓;C與氣體有關(guān)的常數(shù)。很多實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)比壓P/P0在0.05-0.35范圍內(nèi)時(shí)，BET公式是比較準(zhǔn)確的，在低壓下可以與朗格

23、謬爾等溫式一致4.1.4 吸附量吸附量是指在一定條件下單位質(zhì)量地吸附劑上所吸附的吸附質(zhì)的量，通常以kg吸附質(zhì)/kg吸附劑或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示，它是吸附劑所具有吸附能力的標(biāo)志。在工業(yè)上將吸附量稱為吸附劑的活性。吸附劑的活性有兩種表示方法：(1)吸附劑的靜活性在一定條件下，達(dá)到平衡時(shí)吸附劑的平衡吸附量即為其靜活性。對(duì)一定的吸附體系，靜活性只取決于吸附溫度和吸附質(zhì)的濃度或分壓。(2)吸附劑的動(dòng)活性在一定的操作條件下，將氣體混合物通過吸附床層，吸附質(zhì)被吸附，當(dāng)吸附一段時(shí)間后，從吸附劑層流出的的氣體中開始發(fā)現(xiàn)吸附質(zhì)(或其濃度達(dá)到一規(guī)定的允許值)時(shí)，認(rèn)為床層失效，此時(shí)吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量稱為吸附劑的動(dòng)活性。

24、動(dòng)活性除與吸附劑和吸附質(zhì)的特性有關(guān)外，還與溫度、濃度及操作條件有關(guān)。吸附劑的動(dòng)活性值是吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。4.1.5 吸附速率吸附過程常需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡，而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，兩項(xiàng)接觸時(shí)間是有限的。因此，吸附量取決與吸附速率，而吸附速率與吸附過程有關(guān)，吸附過程可分為以下幾步：(1)外擴(kuò)散，吸附質(zhì)從氣流主體穿過顆粒物周圍氣膜擴(kuò)散至吸附劑的外表面(2)內(nèi)擴(kuò)散，吸附質(zhì)由外表面經(jīng)微孔擴(kuò)散至吸附劑微孔表面(3)吸附，到達(dá)吸附劑微孔表面的吸附質(zhì)被吸附(4)脫附的吸附質(zhì)再經(jīng)內(nèi)外擴(kuò)散至氣相主體物理吸附過程一般為內(nèi)外擴(kuò)散控制，化學(xué)吸附既有表面動(dòng)力學(xué)控制，又有內(nèi)外擴(kuò)散控制。由于吸附過程復(fù)雜，影響因素多，

25、從理論上推導(dǎo)速率很難，因此一般是憑經(jīng)驗(yàn)或根據(jù)模式實(shí)驗(yàn)來確定。4.2吸附器選擇的設(shè)計(jì)計(jì)算吸附器的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)包括確定吸附器的形式，吸附劑的種類，吸附劑的需要量，吸附床高度，吸附周期等，這些參數(shù)的選擇應(yīng)從吸附平衡，吸附傳質(zhì)速率及壓降來考慮。4.2.1 吸附器的確定對(duì)吸附器的基本要求：(1)具有足夠的過氣斷面和停留時(shí)間；(2)良好的氣流分布；(3)預(yù)先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質(zhì)；(4)能夠有效地控制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度(5)易于更換吸附劑。吸附工藝根據(jù)吸附劑在吸附器上的工作狀態(tài)，可將吸附器分為固定床、移動(dòng)床和流化床過程，相應(yīng)的三種吸附器的主要特點(diǎn)比較見表4-26表4-2三種吸附器主要特點(diǎn)比較類型主要

26、特點(diǎn)比較固定床吸附器1 .結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉2 .適用于小型、分散、間歇性的污染源治理3 .吸附和脫附交替進(jìn)行、間歇操作4 .應(yīng)用廣泛動(dòng)床附器化床1 .處理氣體量大，吸附劑可循環(huán)使用，適用于穩(wěn)定、連續(xù)、量大的氣體凈化2 .吸附和脫附連續(xù)完成3 .動(dòng)力和熱力消耗較大，吸附劑磨損較為嚴(yán)重1 .結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴2 .氣體和固體接觸相當(dāng)充分3 .生產(chǎn)能力大，適合治理連續(xù)性、大氣量的污染源4.吸附劑和容器的磨損嚴(yán)重附器結(jié)合工藝特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性分析，本設(shè)計(jì)吸附器采用臥式圓錐形固定床吸附器，殼體為圓形，封頭為橢圓形，其優(yōu)點(diǎn)是流體阻力小，可以減少氣體流經(jīng)吸附床層的動(dòng)力消耗，易產(chǎn)生氣流分配不均運(yùn)

27、現(xiàn)象，故吸附質(zhì)以整砌形式放在抽屜式的凈化單元中，抽屜間設(shè)有防治氣體短路的擋板，在氣體入口的吸附劑之間裝有氣體整流裝置，力求氣體均勻。抽屜式的裝卸吸附劑方式非常方便，利于操作，其具體結(jié)構(gòu)見附圖2,基本運(yùn)行參數(shù)如下：處理風(fēng)量：20000m3/h吸附器外觀尺寸：LXBXH=7000毛300>000mm材料：鋼板6=4壓降：_1000Pa數(shù)量：兩臺(tái)并聯(lián)，脫附吸附交替運(yùn)行4.2.2吸附劑的選擇如何選擇、使用和評(píng)價(jià)吸附劑，是吸附操作中必須解決的首要問題。一切固體物質(zhì)的表面，對(duì)于流體的表面都具有物理吸附的作用，但合乎工業(yè)要求的吸附劑則應(yīng)具備以下一些要求：(1)具有大的比表面積(2)具有良好的選擇性吸附

28、作用(3)吸附容量大(4)具有良好的的機(jī)械強(qiáng)度和均勻的顆粒尺寸。(5)有足夠的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性(6)有良好的再生性能(7)吸附劑的來源廣泛、造價(jià)低廉實(shí)際中，很難找到一種吸附劑能同時(shí)滿足上述要求，因而在選擇吸附劑時(shí)要權(quán)衡多方面的因素。同時(shí)，目前對(duì)吸附過程的實(shí)質(zhì)還了解得不十分清楚，因而鑒別吸附劑吸附性能，還只能依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)定和從生產(chǎn)中考察，尚不能從理論上推出。常用的吸附劑主要有：活性炭、硅膠、分子篩沸石、活性氧化鋁與氧化鋁。其中活性炭是應(yīng)用最早、用途較廣的一種優(yōu)良吸附劑。它是一種具有非極性表面，為疏水性和親有機(jī)物的吸附劑，故活性炭常常被用來吸附回收空氣中的有機(jī)溶劑和惡臭物質(zhì)，在環(huán)境保護(hù)方面用來處

29、理工業(yè)廢水和治理某些氣態(tài)污染物。活性炭的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展很快，目前應(yīng)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，通過將優(yōu)質(zhì)活性炭和輔助材料制成蜂窩狀方孔的過濾柱，達(dá)到產(chǎn)品體積密度小、比表面積大的目的，目前已經(jīng)大量應(yīng)用在低濃度、大風(fēng)量的各類有機(jī)廢氣凈化系統(tǒng)中。被處理廢氣在通過蜂窩活性炭方孔時(shí)能充分與活性碳接觸，吸附效率高，風(fēng)阻系數(shù)小，具有優(yōu)良的吸附、脫附性能和氣體動(dòng)力學(xué)性能，可廣泛用于凈化處理含有甲苯、二甲苯、苯、等苯類、酚類、酯類、醇類、醛類等有機(jī)氣體、惡臭味氣體和含有微量重金屬的

30、各類氣體。采用蜂窩狀活性炭的環(huán)保設(shè)備廢氣處理凈化效率高，吸附床體積小，設(shè)備能耗低，能夠降低造價(jià)和運(yùn)行成本，凈化后的氣體完全滿足環(huán)保排放要求。綜合衡量各方面因素，如果企業(yè)經(jīng)濟(jì)允許的話，建議吸附劑選用蜂窩狀活性炭纖維能較好的滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，其物理性能參數(shù)見表4-3:表4-3蜂窩狀活性炭的物理性能7項(xiàng)目性能指標(biāo)外形尺寸/咖50>50M00孔數(shù)/cm-216孔壁厚/mm0.5止面：7.07壓碎弓雖度/Mpa側(cè)面：0.3體積密度/g.cm-30.40.5兒何外表面積/m2.g10.32比表面積/m2.g1700著火點(diǎn)/c550苯吸附率/%0.2其吸附性能主要取決于它的幾個(gè)主要材料參數(shù)和過程參數(shù)網(wǎng)

31、。材料參數(shù)包括炭的吸附孔隙率、蜂窩結(jié)構(gòu)的壁厚和炭的含量；過程參數(shù)包括流體流速、吸附質(zhì)的濃度、吸附能(吸附能取決于碳結(jié)構(gòu)和吸附質(zhì)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(zhì)濃度比值隨時(shí)間變化的一個(gè)函數(shù)。此比值達(dá)到0.95時(shí),所吸附的吸附質(zhì)的總量就稱為穿透容量。穿透容量取決于流體流速、吸附質(zhì)濃度和蜂窩炭組分含量等因素10。對(duì)蜂窩狀活性炭來說，壁厚是一個(gè)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?yàn)楸诤裨黾?，蜂窩中流體通道的截面積減少，這樣真實(shí)的表面或體積流速也會(huì)增大

32、。同時(shí)，吸附質(zhì)與炭之間的接觸效率也會(huì)提高，這兩者之間存在一個(gè)平衡關(guān)系。在給定的條件下，這個(gè)平衡關(guān)系將決定吸附增加還是減少。如果吸附質(zhì)以較高的擴(kuò)散速度擴(kuò)散到蜂窩壁的內(nèi)部，由此空出來的吸附位又可連續(xù)吸附，因此厚壁蜂窩應(yīng)該具有更好的吸附效率和吸附容量1104.2.3 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(gè)橫截面的速度?？账馑俚倪x擇，不僅直接決定了吸附器的尺寸和壓降的大小，而且還會(huì)影響吸附效率。氣速很小，則吸附器尺寸很大，不經(jīng)濟(jì)；氣速過大，則壓降會(huì)增大，使吸附效率受到影響。通過實(shí)驗(yàn)確定最佳氣速。吸附設(shè)計(jì)中不能追求過高的吸附效率，把空塔速度取值降小，那樣會(huì)使吸附床體積、吸附劑用量和設(shè)備造

33、價(jià)大為增高；反之也不宜取過大的空塔氣速那樣設(shè)備費(fèi)用雖低，但吸附效率下降很多，且體系壓降會(huì)隨空塔速率的增大上升很快，造成動(dòng)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0.81.2m/s12,依此經(jīng)驗(yàn)結(jié)論，本設(shè)計(jì)確定空塔氣速:U=1.0m/s.原始條件：處理風(fēng)量：Q=20000m3/h,設(shè)計(jì)溫度為35°C,壓力為1.01325X105Pa由于廢氣中，空氣所占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于污染物所占比例，因此，廢氣性質(zhì)可以近似看作為干空氣的熱物理性質(zhì)，查化學(xué)原理附錄9得以下數(shù)據(jù)：空氣混和物性質(zhì)：流體密度f=1.147kg/m3,黏度為邛=1.94X10*Pa.S,比熱容為Cp=1.005kJ/(

34、kg.0C)吸附得粒狀活性炭顆粒性質(zhì)：平均直徑dp=0.003m,表觀密度作=670kg/m3,堆積密度田=470kg/m3固定床空隙率-=0.5橫截面積：S=Q=200000=5.561rfU36001.04"=2.66m3.141.036004.2.4 固定床吸附層高度的計(jì)算采用透過曲線計(jì)算法，通過實(shí)驗(yàn)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(shí)間內(nèi)，確定確定吸附床不同截面處氣流中污染物的濃度分布，當(dāng)吸附床使用一段時(shí)間后，出口氣體污染物濃度達(dá)到某一允許最大濃度時(shí)，認(rèn)為吸附床失效。從氣流開始通入至吸附床失效這段時(shí)間稱為穿透時(shí)間，或保護(hù)作用時(shí)間。表示吸附床處理氣體量與出氣

35、口污染物濃度之間的關(guān)系的曲線稱為穿透曲線。穿透曲線的形狀和穿透時(shí)間取決與固定床的操作方法。操作過程的實(shí)際速率和機(jī)理、吸附平衡性質(zhì)、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(fù)雜，目前仍是只是近似過程的計(jì)算。假定吸附床到達(dá)穿透時(shí)間時(shí)全部處于飽和狀態(tài)，即達(dá)到它的平衡吸附量a也稱a為靜活度，同時(shí)根據(jù)朗格謬爾等溫線假定靜活度不在與氣象濃度有關(guān)。在吸附作用時(shí)間1內(nèi)，所吸附污染物的量為13X=aSL7b式中：X在時(shí)間（內(nèi)的吸附量；a靜活度，重量，;S吸附層的截面積，m2;L吸附層圖度，m；6吸附劑的堆積密度，設(shè)計(jì)為470kg/m3固定床雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于污染物在床層內(nèi)濃度分

36、布是隨時(shí)間變化，計(jì)算比較復(fù)雜，因此目前工程上都是采用近似計(jì)算，通過算活性炭的作用時(shí)間進(jìn)行后處理的計(jì)算?；钚蕴康淖饔脮r(shí)間由下式算出14v=CQtx10Wd式中：V活性炭白裝填量，m3C進(jìn)口氣污染物的濃度，mg/m3Q氣流量，m3/ht活性炭的使用時(shí)間，hW活性炭原粒度的中重量穿透炭容，d活性炭的堆密度0.8t/m3V=vsp二20000一1000=20m3算出三苯每小時(shí)的排放量:三苯”的濃度：(100+80+100)X20000X10"=5.6kg/h假設(shè)吸附器的吸附器的吸附效率為85%,則達(dá)標(biāo)排放時(shí)需要吸附總的污染物的量為：5.6X85%=4.76kg/ht=VWdx10，=2010

37、%0.8109=285hCQ28020000則在吸附作用時(shí)間內(nèi)的吸附量:X=4.76X285=1356.6kg根據(jù)X=aSL凡得：XL=0S7根據(jù)活性炭的吸附能力，設(shè)靜活度為16kg甲苯/100kg活性炭所以，L=13566=3.24m0.165.564704.2.5 吸附劑（活性炭）用量的計(jì)算吸附劑的用量M:M=LS8=3.24添56470=8600kg吸附劑本身占據(jù)體積：V=LS=3.24X5.56=18.1m3吸附劑床層體積：_VPs18.1670Pb470=25.8m3設(shè)計(jì)吸附床層尺寸為L(zhǎng)XB=6600mmX3200mm,則每塊塔板的截面積A3=21.12m3取板上固定床高度H=0.3

38、5m,則吸附器中塔板數(shù)：n=25至一=3.5=4塊A3H21.120.35考慮安裝的實(shí)際情況，得到固定床吸附裝置的實(shí)際尺寸取為:LXBXH=7000mmX3300mmX3000mm4.2.6 床層壓降的計(jì)算15流體通過固定床吸附器時(shí)，由于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(huì)產(chǎn)生一定的壓降。在設(shè)計(jì)固定床吸附器時(shí)多采用流路模型估算床層壓力降，若對(duì)壓力降計(jì)算有更高的要求，則可直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)的床層壓力降用下式計(jì)算：AP=150與7+1.75上L£3d2£3dppp根據(jù)活性炭的性能:=220.76*二150mB5)2必23+175M3M/回0.

39、350.530.00320.530.003P1=220.76X0.35=77.27Pa4.2.7 活性炭再生的計(jì)算16吸附劑的吸附容量有限，一般在1%40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）之間。要增大吸附裝置的處理能力，吸附劑一般都循環(huán)使用，即當(dāng)吸附劑達(dá)到飽和或接近飽和是，使其轉(zhuǎn)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(xué)轉(zhuǎn)化再生法、溶劑萃取。止匕外，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。至于工業(yè)上到底采用哪種操作方法，應(yīng)視具體情況選用既經(jīng)濟(jì)又有效的方法。生產(chǎn)實(shí)際中，常常是幾種方法結(jié)合使用。如活性炭吸附有機(jī)蒸氣后，可用通入高溫蒸氣再

40、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?dú)獾霓k法再生。本設(shè)計(jì)采用升溫脫附，即在等壓下升高吸附床層溫度，進(jìn)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(zhì)的分壓為P當(dāng)吸附床達(dá)飽和后，吸附劑吸附容量為xl0假定吸附階段終了時(shí)，允許吸附后氣體中的吸附容量低于x20升溫脫附可將吸附劑從升溫到T2,這是吸附劑容量可以低于X2。1、干燥吸附劑時(shí)空氣消耗量：1L=W=WX2-Xi式中：L干燥吸附劑時(shí)空氣的消耗量，kgl空氣的單位消耗量，即干空氣/H2O,無量綱x1、X2分別為離開、進(jìn)入吸附劑層時(shí)空氣的含濕量即兒0/干空氣W-干燥時(shí)驅(qū)走的水分，kg由化工原理查表得，35

41、0C時(shí)飽和水蒸氣蒸氣密度為0.03960kg/m3,則L=(0.03960X20000)=931.76kg85%2、加熱空氣所消耗得空氣熱含量：Q=l(I2I1)W式中：I2由加熱器進(jìn)入吸監(jiān)器的空氣熱含量，J/kgI1進(jìn)入加熱器白空氣熱含量，J/kg設(shè)利用1200c的熱風(fēng)進(jìn)行脫附，查得350C寸干空氣的熱含量為1.005KJ/(kg.°C),1200c時(shí)為1.009KJ/(kg.0C),則:Q=(1.009-1.005)X(12035)乂(0.03960X20000)=316.8KJ85%4.3集氣罩的設(shè)計(jì)計(jì)算在工業(yè)生產(chǎn)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(zhì)在發(fā)生源收

42、集起來，經(jīng)過凈化設(shè)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(fēng)量最小，效果好，能耗也少，是生產(chǎn)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(fēng)管、凈化設(shè)備、風(fēng)機(jī)、煙囪等組成。局部排氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括污染物的捕集裝置、管道系統(tǒng)、凈化設(shè)備設(shè)計(jì)等幾個(gè)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(guān)鍵部件，它可將粉塵及氣態(tài)污染物導(dǎo)入凈化系統(tǒng)，同時(shí)防止污染物向生產(chǎn)車問及大氣擴(kuò)散。集氣罩的性能對(duì)整個(gè)氣體凈化系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果有很大的影響。設(shè)計(jì)完善的集氣罩能在不影響生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)操作的前提下，用較小的排風(fēng)量獲得最佳的控制效果

43、;而設(shè)計(jì)不良的集氣罩即使用很大的排風(fēng)量也達(dá)不到預(yù)期的目的。在控制氣體中擴(kuò)散效果相同的前提下，排風(fēng)量越大，則整個(gè)凈化系統(tǒng)也越大，投資與運(yùn)行費(fèi)用也相應(yīng)增加。因此，集氣罩的設(shè)計(jì)是氣體凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。4.3.1 集氣罩氣流的流動(dòng)特性研究集氣罩罩口氣流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律對(duì)于有效捕集污染物是十分重要的。集氣罩罩口氣流運(yùn)動(dòng)方式有兩種：一種是吸氣口氣流的吸入流動(dòng)；另一種是吹氣口氣流的吹出流動(dòng)。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(yùn)動(dòng)規(guī)律，是合理設(shè)計(jì)和使用集氣罩的基礎(chǔ)。吸入氣流和吹出氣流的流動(dòng)特性是不同的。吹出氣流在較遠(yuǎn)處仍能保持其能量密度，吸入氣流則在離吸氣口不遠(yuǎn)處其能量密度急劇下降。這亦表明，

44、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(dòng)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(kuò)散。4.3.2 集氣罩的分類及設(shè)計(jì)原則集氣罩的種類繁多，應(yīng)用廣泛。按其氣流流動(dòng)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(duì)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、接受式集氣罩等。具集氣罩的設(shè)計(jì)原則為：(1)集氣罩應(yīng)盡可能包圍或靠近污染源，使污染物的擴(kuò)散限制在最小的范圍內(nèi)，盡可能減少氣吸氣范圍，防止橫向氣流的干擾，減少排風(fēng)量。(2)集氣罩的吸氣氣流盡可能與污染氣流運(yùn)動(dòng)方向一致，以充分利用污染氣流的初始動(dòng)

45、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(fēng)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(jìn)入罩內(nèi)。設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮操作人員的位置和活動(dòng)范圍。(5)集氣罩的配置應(yīng)與生產(chǎn)工藝協(xié)調(diào)一致，力求不影響工藝操作和設(shè)備維修。(6)集氣罩應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用而造價(jià)低，并便于制作安裝和拆卸維修。(7)要盡可能避免或減弱干擾氣流辱穿堂風(fēng)、送風(fēng)氣流等對(duì)吸氣氣流的影響；雖然集氣罩的結(jié)構(gòu)不十分復(fù)雜，但由于各種因素的相互制約，要同時(shí)滿足上述要求并非易事，應(yīng)充分了解生產(chǎn)工藝、操作特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。4.3.3集氣罩的選型由于受工藝條件限制，一般產(chǎn)生有機(jī)廢氣的車間無法進(jìn)行密閉，且噴氣車間室內(nèi)橫向

46、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(fēng)量：Q=20000m3/h鋼板制圓形風(fēng)管，取風(fēng)速12m/s風(fēng)管直徑：d=J4*a=J4M20000一=0.77m圓整為800mm,二u3.14123600規(guī)格為800mm1.0mm風(fēng)管橫截面積：f=1叼2=父3.14父0.82=0.50m244則實(shí)際風(fēng)管氣速：u="=4"=11.1m/s二d23.140.83600表4-4集氣罩罩口速度12條件舉例卓口速度，m/s揚(yáng)塵速度極低，(1)煙塵從敞口容器外溢0.250.5沒后干擾氣流(2)液面蒸發(fā)(3)浸槽揚(yáng)塵低速飛散，(1)噴漆0.51.0無干擾氣流(2

47、)酸洗(3)焊接揚(yáng)塵較局速飛散，(1)開煉機(jī)、密煉機(jī)1.02.5有較小干擾氣流(2)裝袋、裝桶(3)解包車揚(yáng)塵高速飛散，(1)噴砂2.510有干擾氣流(2)粉磨機(jī)(3)砂輪機(jī)罩口速度：對(duì)照表4-4確定V=0.8n/sQ20000卓口面積：A0=6.95m、36000.8c4A046.95卓口直徑：D2.98m二3.14罩口直邊長(zhǎng)度：L2=0.2m(減少周圍空氣混入排風(fēng)系統(tǒng))罩口敞開面周長(zhǎng)：L=%曰&=3.141區(qū)亟5=9.34m.二3.14罩口喇叭口長(zhǎng)度：L0<3d取L0=1.5d=1.5父0.8=1.2m罩的擴(kuò)張角角：口=90°-arctan上工=，工一=42.3&#

48、176;<60°(在允許的范圍內(nèi))D-d2.98-0.8圓形工作臺(tái)特征尺寸：d0=1.5工作臺(tái)至地面局度：H0=d0=1.5m又_d_=08=0.53>0.21.2<2=298=1.98<2.0（設(shè)計(jì)符合要求）do1.5d01.5污染源至至罩口高度:H<0.7d0=0.7父1.5=1.05取H=1m4.4 吸附前的預(yù)處理對(duì)于一般的有機(jī)廢氣的工藝過程所產(chǎn)生的塵霧在高速噴出時(shí)，誘導(dǎo)周圍的空氣流動(dòng)，加上工作點(diǎn)的不斷變換，又與工件周圍的空氣大量混合，在反彈氣流及車間內(nèi)橫向氣流作用下，塵霧呈無序發(fā)散。這些粉塵含量不高，粒徑較小，絕大部分在10um以下,若未經(jīng)處理，

49、將很快堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)這些塵霧特別是噴漆污染的治理非常重視，凈化方式多種多樣，有干式過濾法、濕式過濾法、燃燒法、催化燃燒法、吸附法、蒸儲(chǔ)析法等，根據(jù)不同產(chǎn)品的特性、產(chǎn)品生產(chǎn)狀況以及經(jīng)濟(jì)性、場(chǎng)地情況進(jìn)行選擇。本設(shè)計(jì)除霧處理采用前置式干式除塵過濾器，具體運(yùn)行參數(shù)如下：處理風(fēng)量：Q=20000m3/h過濾速度：u=1.21.5m/s過濾面積：S=二”=4.0m236001.4過濾器的尺寸：長(zhǎng)儂=700X2000>2000mm設(shè)備阻力：.P2<350Pa數(shù)量：一臺(tái)；采用鋼板進(jìn)行燒焊，過濾箱采用抽屜方式放置雙層進(jìn)口干式除塵和除霧過濾材料，容塵量大、凈化效率高、阻力

50、低、過濾風(fēng)速大、阻燃。干式過濾材料使霧狀物變成松散粉塵狀，材料飽和后可取出拍打、抖落，或用吸塵器吸塵后重復(fù)使用多次。4.5 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算只有通過各種管道把各種凈裝置連接在一起才能組合成完整的凈化系統(tǒng)，因此，管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)是凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的組成部分，合理地設(shè)計(jì)、施工和使用管道系統(tǒng),不僅能充分發(fā)揮凈化裝置的能效，而且直接關(guān)系到設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)合理性。管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常是在凈化系統(tǒng)中的各種裝置選定之后進(jìn)行的，主要包括管道系統(tǒng)的配置和管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算等兩個(gè)方面的內(nèi)容。4.5.1 管道系統(tǒng)的配置(1)配置的一般原則從總體布局考慮，統(tǒng)一規(guī)劃，力求簡(jiǎn)單、緊湊、適用、美觀，而且安裝、操作、維修方便

51、，并盡可能縮短管線長(zhǎng)度，減少占地與空間，節(jié)省投資。(2)管網(wǎng)的布置方式為了便于管理和運(yùn)行調(diào)節(jié)，管網(wǎng)系統(tǒng)不宜過大。同一系統(tǒng)的吸氣(塵)點(diǎn)不宜過多。同一系統(tǒng)有多個(gè)分支管時(shí)，應(yīng)將這些分支管分組控制。在進(jìn)行管網(wǎng)配置時(shí)，主要考慮的一個(gè)重要問題就是要實(shí)現(xiàn)各支管間的壓力平衡，以保證各吸氣點(diǎn)達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)控制污染物擴(kuò)散的目的。為保證多分支管網(wǎng)中各支管間的壓力平衡，常用的管網(wǎng)配置方式有以下三種：干管配管方式、個(gè)別配管方式和環(huán)狀配管方式。(3)管道熱補(bǔ)償為了保證管道系統(tǒng)在熱狀態(tài)下的穩(wěn)定和安全，吸收管道熱脹冷縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，管道系統(tǒng)每隔一段距離應(yīng)裝固定支架和熱補(bǔ)償裝置。管道熱伸長(zhǎng)補(bǔ)償方法有自然補(bǔ)償和補(bǔ)償器補(bǔ)償兩

52、類。由于本設(shè)計(jì)管道線較短，管內(nèi)介質(zhì)溫度不是很高，管徑小于1000mm,可采用自然補(bǔ)償法，利用管道自然轉(zhuǎn)彎管段(L形或Z形)來吸收管道熱身長(zhǎng)形變，既經(jīng)濟(jì)有合乎安全穩(wěn)定要求。常用的補(bǔ)償器有柔性材料套管式補(bǔ)償器和波形補(bǔ)償器等。(4)管道系統(tǒng)的保溫及防爆措施在管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為減少輸送過程中熱量損耗或防止煙氣結(jié)露而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，則需要對(duì)管道和設(shè)備進(jìn)行保溫。所謂保溫是對(duì)設(shè)備、管道表面貼覆絕熱材料，以減少熱傳遞，維持管道或設(shè)備在一定的溫度范圍內(nèi)工作。管道系統(tǒng)保溫設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括保溫材料選擇、保溫層厚度計(jì)算和保溫層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)管道輸送介質(zhì)中含有可燃?xì)怏w或易燃易爆粉塵時(shí)，管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮必要的防爆

53、措施。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取以下防爆措施：加強(qiáng)可燃物濃度的檢測(cè)與控制；消除火源；阻火與泄爆措施；設(shè)備密閉和廠房通風(fēng)；對(duì)管道系統(tǒng)的布置必須將有可能蓄積靜電的風(fēng)管和設(shè)備可靠地接地。4.5.2 管道內(nèi)流體流速的選擇管道內(nèi)流體的選擇涉及到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的問題。當(dāng)流量確定后，若選擇較低的流速，管道斷面積較大，管徑大，材料耗費(fèi)多，基建投資高，但系統(tǒng)壓力損失小，噪聲小，動(dòng)力消耗低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，且對(duì)于含塵煙氣，則易造成粉塵沉積而堵塞管道。反之,若選擇較高流速，則管徑小，材料消耗少，基建投資少，但系統(tǒng)壓力損失大，噪聲大，動(dòng)力消耗大，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。因此，要使管道設(shè)計(jì)計(jì)算經(jīng)濟(jì)合理，必須選擇適當(dāng)?shù)牧魉伲雇顿Y和運(yùn)行費(fèi)用的總和為

54、最小。表4-5,使投資和運(yùn)行費(fèi)用總和最小綜合衡量。表4-5風(fēng)管最小風(fēng)速17垂直水平垂直水平粉塵性質(zhì)風(fēng)管風(fēng)管粉塵性質(zhì)風(fēng)管風(fēng)管粉狀粘土和砂1113鐵和鋼1923水泥粉塵1218鋼鐵粉塵1315重礦物粉塵1416灰土、砂塵1618焦炭粉塵1418輕礦物粉塵1214煤塵1113炭黑1012染料粉塵1517棉絮810石棉粉塵1218短纖維粉塵8124.5.3 管道直徑的確定在已知流量和確定流速后，管道直徑可按下式計(jì)算：鋼板制圓形風(fēng)管，取風(fēng)速12m/s一，4父Q44黑20000風(fēng)管直徑：d=J±Q-=.420000-0.77m圓整為800mm3600u36003.1412查18規(guī)格為800mmx1.0mm1c1c風(fēng)管橫截面積：f=叼2=一父3.14父0.82=0.50m244則實(shí)際風(fēng)管氣速：u-4"4X202000=11.1m/s二d23.140.8236004.5.4管道內(nèi)流體的壓力損失(1)摩擦阻力的計(jì)算對(duì)于直徑為d的圓形風(fēng)管，摩擦阻力計(jì)算公式為:摩擦阻力系數(shù)v風(fēng)管內(nèi)氣體的平均流速,m/sP氣體白密度，kg/m31風(fēng)管長(zhǎng)