活性炭吸附脱附及附属设备选型详细计算

活性炭吸附脱附及附属设备选型详细计算 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 4.1.4 吸附量 .12 4.1.5 吸附速率 .12 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 活性炭吸附脱附及附属设备选型详细计算 4.2.4 固定床吸附层高度的计算 .17 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] 19 4.2.7 活性炭再生的计算 .19 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 21 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 24 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 30 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. 绪绪 论论 1.11.1 概述概述 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； 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、金属除油和脱脂、 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: ①VOCs 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； ②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；③有些有毒的VOCs (如 芳香烃等) 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”中毒而 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 它毒性有机物。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《清洁空气法》 （Clean Air Act）要求减少 90%排放量的 189 种毒 性化学物中，70%属于 VOCs[1]。 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 1.1 所示。 表表 1. 11. 1 几种几种 VOCsVOCs 排放的国家标准排放的国家标准 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。 1.21.2 有机废气治理技术现状及进展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 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%以上， 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6O% －8O%，而且存在着二次污染问题。催化燃烧法净化率可达95%，但适合于处理高浓度、 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，由于切换的周期至 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；由于床层 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――活性炭纤维作为吸附剂， -- 采用PLC电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 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。 目前国内常采用的三种净化方法分析比较见表 1.2。 表表 1.2 1.2国内外有机废气常用处理方法的优缺点比较国内外有机废气常用处理方法的优缺点比较 净化类别 活性炭 吸附法 优点 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、净化效率高, 运转费用低。 催化 燃烧法 液体 吸收法 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。