二甲苯吸附法废气处理.zip

大气污染控制工程 课程设计说明书 环境学院 2016 年 1 月 姓 名：武剑峰 班 级：环工1302 学 号： 3403130223 指导老师:赵贤广 目录目录 一、设计目的 .1 二、设计条件 .1 2.1 设计原则 .1 2.2 设计任务 .1 2.3 原始材料 .2 2.4 排放标准 .2 2.5 处理方法的确定.3 三、工艺流程 .4 3.1 主要设计参数.4 3.2 工艺流程计算.4 3.2.1 工艺流程框图.4 3.2.2 吸附剂筛选.4 3.2.3 吸附塔设计.6 3.3 确定工艺流程.9 3.4 管道计算及选材.9 3.4.1 管道选材 .9 3.4.2 管道气速计算.10 3.5 排风筒高度.10 3.6 系统阻力计算.10 3.7 风机选型 .13 3.8 吸附塔气速的校核.13 四、绘图及说明.13 4.1 工艺流程图.13 4.2 平面布置图.13 4.3 设备结构图.14 五、结束语 .14 六、参考书籍 .14 0 一、设计目的一、设计目的 1 通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统 化，培养运用所学理论知识进行工业废气处理系统设计的初步能力。 2 通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养确定大气污染控制 系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、查找与使用技术资料、编写设 计说明书的能力。 二、设计条件二、设计条件 2.1 设计原则设计原则 1、严格执行环境保护的各项规定，按新建企业要求，确保经处理后废气达 到大气污染物综合排放标准(GB 16297-1996)中规定的二级排放标准和天津 市工业企业挥发性有机物排放控制标准(DB 12/524-2014)中的VOC排放标准， 根据江苏省重点行业挥发性有机物污染控制指南，废气处理效率不低于 90%。 2、采用国内技术成熟，运行可靠，操作管理简单的工艺，尽量降低工程投 资和运行费用。 3、平面布置和工程设计时，布局力求合理，尽量节省占地。 4、尽量使操作运行与维护管理简单方便。 2.2 设计任务设计任务 1、根据工艺废气相关资料，确定废气处理流程； 2、对废气处理流程中相关设备进行工艺计算，确定其形式、数目与尺寸； 3、根据处理要求进行非标设备的结构设计，确定非标设备的尺寸、材质等； 4、管网布置及计算：设计各设备的位置及管道布置，并计算各管段的管径、 长度及系统总阻力（即压降），并确定材质； 5、风机及电机的选择设计：根据净化系统所处理废气量、系统总阻力等计 1 算风机运行参数，确定风机种类、型号及配置的电动机种类、型号和功率； 6、 进行各设备的总体布置，绘制高程图、设备结构图与平面布置图。 2.3 原始材料原始材料 某涂料企业生产装置布置在 15m50m 车间，生产过程中需使用二甲苯、环 己酮、正丁醇等有机溶剂，存在有组织和无组织废气排放，经收集后集中送至 车间外处理达标排放。 相关数据: 气体流量：16200Nm3/h 温度：30； 出车间废气压力：-1.0kPa 废气特征污染物浓度： (1) 二甲苯：1680mg/m3 ； （2）：2628mg/m3；sVOC （3）其它：空气 2.4 排放标准排放标准 大气污染物综合排放标准(GB 16297-1996)二甲苯排放标准 最高允许排放速率 （kg/h） 无组织排放监控浓度限值 污染物 最高允许排放浓 度（mg/m3） 排气 筒 （m） 一级二级三级监控点浓度(mg/m ) 151.01.5 201.72.6 305.98.8 二甲苯 70 40 禁排 1015 周界外浓 度最高点 1.2 3 2 2016 年 1 月 1 日起企业执行规定的污染物排放限制值 最高允许排放速度（kg/h）污染物最高允许排放浓度 （mg/m3） 15m20m30m40m50m sVOC 802.0 3.4 11.9 18.7 32.3 2.5 处理方法的确定处理方法的确定 1、吸收法 即采用适当的吸收剂（如柴油、煤油、水等介质）在吸收塔内 进行吸收，吸收到一定浓度后进行溶剂与吸收液的分离，溶剂回收，吸收液重 新使用或另行处理，采用这种方法的关键是吸收剂的选择。但吸收处理后一般 尚有挥发气体残余，因有机溶剂本身易挥发，因此不能使 VOC 降为零，若遇高 温，则吸收率更低。 2、燃烧法 包括高温燃烧和催化燃烧，前者需要附加燃料燃烧，因此，使 用该法时要考虑回收利用热能；催化燃烧能耗低，但在工作初期，需用电加热 将废气加热到起燃温度，故对于频繁开停车的场合不合适。考虑到高温燃烧法 回收的热量超过生产所需的热能，故并不合适。而直接采用催化燃烧投资太大。 3、吸附法 采用吸附剂吸附有机废气，饱和后用低压蒸汽再生，再生时排 出溶剂废气经冷凝、水分离后回收溶剂，适用于不连续的处理过程，特别对低 浓度有机废气中的溶剂回收有很好的效果。 4、冷凝法 主要利用冷介质对高温有机废气蒸汽进行处理，可有效回收溶 剂。处理效果的好坏与冷媒的温度有关，处理效率较其他方法相对较低，适用 高浓度废气的处理。 5、生物法 生物法控制污染是近年发展起来的污染控制技术，主要针sVOC 对既无回收价值又严重污染环境的工业废气研究开发的。该技术已在德国、荷 兰得到规模化应用，有机物去除率大都在 90%以上。与常规处理法相比，生物 法具有设备简单，运行费用低，较少形成二次污染等优点，尤其在处理低浓度、 生物降解性好的气态污染物时更显经济。生物法适合处理气量在 800-20000Nm /h 左右的废气，废气的浓度一定要小，设备的占地面积很大。 3 3 根据本项目情况，采活性炭吸附法较好。 三、工艺流程三、工艺流程 3.1 主要设计参数主要设计参数 主要设计参数及要求处理效果主要设计参数及要求处理效果 污染物 风量 （m3/h） 入口浓度 (mg/m3 (mg/m3) 处理后浓度 (mg/m3) 处理效率(%) 二甲苯 16807095.83 sVOC 16200 26288096.96 3.2 工艺流程计算工艺流程计算 3.2.1 工艺流程框图工艺流程框图 废气经收集后到达吸附塔，经过活性炭吸附后，废气达到排放标准，再通过风 机排出 3.2.2 吸附剂筛选吸附剂筛选 合乎工业要求的吸附剂应该具备如下一些要求（1）具有大的比表面积 （2）具有良好的选择性吸附作用（3）吸附容量大（4）具有良好的机械强度和 均匀的颗粒尺寸（5）有足够的热稳定性和化学稳定性（6）有良好的再生性能 （7）吸附剂的来源广泛、价格低廉。 废气 吸附塔 风机 排气 废气 除尘器 吸附塔 风机 排气 4 本工艺采用煤质柱状活性炭，煤质活性炭选用优质无烟煤为原料，采用先 进工艺精制加工而成，外观呈黑色圆柱状颗粒；具有合理的孔隙结构，良好的 吸附性能，机械强度高，易反复再生，造价低等特点；用于有毒气体的净化， 废气处理，工业和生活用水的净化处理，溶剂回收等方面。 参数如下： 性质白土 活性氧化 铝 硅胶活性炭 沸石分子 筛 真密度（g/ ） 3 cm 2.42. 6 3.03.3 2.12. 3 1.92.22.02.5 表观密（g/ ） 3 cm 0.81. 2 0.81.9 0.71. 3 0.710.91.3 填充密（g/ ） 3 cm 0.40. 56 0.491. 00 0.450 .85 0.350. 55 0.600. 75 孔隙率 0.10. 55 0.400. 50 0.100 .50 0.330. 55 0.300. 70 比表面 (m /g) 2 10035 0 95350 30083 0 600140 0 600100 0 微孔体积 (m /g) 3 0.60. 8 0.30.8 0.31. 2 0.51.40.40.6 平均微孔径 (10m) 10 8020010120101102050 比热容 (J/(gk) 0.84 0.881. 30 0.92 0.841. 05 0.8 热导率 (kJ/(mhk ) 0.3550.500.50 0.500. 81 0.18 下面对几种常用的吸附剂特性进行比较： 5 1、 硅胶 硅胶是一种坚硬无定形链状或网状结构的硅酸聚合物颗粒，由水玻璃溶 液甲酸得到的凝胶经老化、水洗、干燥后制成。亲水性是硅胶的特性，难于 吸附非极性物质，硅胶吸附水分后吸附其他有害气体或蒸气的能力下降，硅 胶若吸附上了有机蒸气也会被空气中的水分所置换。因此在此处使用硅胶作 为吸附剂不适宜。 2、 活性氧化铝 活性氧化铝是由含水氧化铝加热脱水制成的一种极性吸附剂。活性氧化铝 对水分有极强的吸附能力，主要用于气体和液体的干燥，石油气的浓缩与脱硫。 由于活性氧化铝的干燥能力很强，但对挥发性有机污染物的吸附效果并不理想， 所以不宜作为 VOCS的吸附剂。 3、 活性炭 活性炭是一种具有非极性表面，为疏水性和亲有机物的吸附剂，故活性炭 常常被用来吸附回收空气中的有机溶剂和恶臭物质。活性炭吸附剂具有巨大的 内表面积，其比表面积较大，具有优异的吸附能力。孔径分布均一，一般为 0.05nm 以下，具有良好的选择吸附能力。活性炭不溶于水和其他溶剂，具有良 好的物理和化学上稳定性，除了高温下同氧接触、同臭氧、氯、重铬酸盐等强 氧化剂反应外，在实际使用条件下都极为稳定。 经过以上的比较，选择活性炭作为吸附剂目前阶段较为合适，因此确定活 性炭为吸附剂。 3.2.3 吸附塔设计吸附塔设计 1、吸附塔塔径计算 （1）空塔气速： 根据文献 1 气速范围为 0.2-0.6，所以选定空塔气速为 u=0.3m/s， （2）塔径计算 根据理想气体状态方程： 6 ，在一定时，有nRTpV nRp, ， T T V V N s Nm T T V V 1 所以smsm K K V T T V N s /99 . 4 / 3600 16200 273 303 33 依体积流量公式得： =4.6m u V D S 4 D 塔的内径，m； Vs 气体的体积流量，m3/s; u 空塔气速，m/s。 根据压力容器公称直径标准进行圆整取塔径D=4.6m 塔径为 4.6m 时 u=Vs/(D)=4.99/（4.6）=0.3m/s 4 4 2、吸附剂床层高度计算 （1）吸附周期确定: : T=10 天（ 10*24=240(h)）根据文献 2 一文，得活性炭对二甲苯的动态饱 和吸附量为 299.27mg/g,为保证在吸附周期内活性炭不会穿透应留有一定的余 量，将活性炭对二甲苯的动态饱和吸附量确定为 0.2990.9=0.26kg/kg。 （2）吸附剂用量计算 的质量浓度为 Co=2628mg/m sVOC 则=42417.15kg qm CCoT m 610 Vs）（ 0.2610 7026283600241099 . 4 6 ）（ 式中： m吸附剂(活性炭)用量，kg Vs气量，/s 3 m T吸附周期，s Co净化前气体的二甲苯浓度，mg/ 3 m C净化后气体的二甲苯浓度，mg/ 3 m 7 qm活性炭对二甲苯的饱和吸附量，kg/kg 由活性炭吸附量不能达到 100%，故需将理论活性炭用量放大，规定将理论 活性炭用量放大 10%。 放大 10%后活性炭质量M=42417.151.1=46658.86kg （3）吸附剂高度计算 H= =6.24m 22 4.6 4 450 86.46658 D 4 m 式中，H吸附剂床层高度，m m吸附剂用量,kg 活性炭的填充密度,约为 0.45g/cm3，即 450kg/m3 D吸附塔塔径，m 根据欧刚（Ergun）公式得： 2 21 uu p H 式中，p吸附床层的压力降,Pa H吸附剂床层高度,m 气体粘度,Pas 气体密度,kg/ m3 u气速,m/s p 3 2 2 p 3 2 1 d 15.71 d 1150 ）（ ； ）（ 式中：压降，Pa； p 活性炭空隙率； dp活性炭粒径，m； g气体密度，kg/m3； 选择典型的粒状活性炭作为为吸附剂，其孔隙率为 0.330.55,粒径约在 35mm，因此将孔隙率记为 0.44，粒