【正文】 烘焙過(guò)程中產(chǎn)生的溶劑蒸發(fā)和裂解的低分子物必須及時(shí)排出爐膛，溶劑蒸氣的濃度和氣體濕度都影響烘焙過(guò)程的蒸發(fā)和固化，低分子物對(duì)漆膜的光潔光亮都有影響。其中涂漆烘焙冷卻裝置是漆包機(jī)的重要組成部分，它又分為涂漆室、烘爐和冷卻架三部分構(gòu)成 [1]。由于漆包線(xiàn)對(duì)絕緣性能有特殊要求，生產(chǎn)漆包線(xiàn)的絕緣漆通常都要使用二甲苯和甲酚等溶劑或稀釋劑。 dimethylbenzene。吸收分離部分，以白礦油為介質(zhì)，回收廢氣中含有的揮發(fā)性有機(jī)溶劑，達(dá)到回收目的。三 、主要設(shè)備的計(jì)算， 論證和選型(空氣冷卻器，水冷凝器，吸收塔，膜蒸發(fā)器，吸附器等等)。作者: 李明旭 漆包線(xiàn)生產(chǎn)中揮發(fā)性有機(jī)溶劑回收工藝學(xué) 士 學(xué) 位 論 文指導(dǎo)教師：葛紅光專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：化學(xué)工程與工藝 2022 年 6 月 8 日1 / 48漆包線(xiàn)生產(chǎn)中揮發(fā)性有機(jī)溶劑回收工藝?yán)蠲餍瘢兾骼砉W(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)081班，陜西 漢中 723001）指導(dǎo)教師：葛紅光 [摘要] 本設(shè)計(jì)是 500t/年漆包線(xiàn)生產(chǎn)中廢氣處理工段有機(jī)溶劑回收的工藝設(shè)計(jì)。四 、非工 藝部分要求（防火防爆，給水排水，供電，土建，安全與勞保等）。吸附凈化部分是以活性碳為吸附劑，對(duì)已經(jīng)過(guò)吸收的廢氣進(jìn)行進(jìn)一步的凈化處理，以達(dá)到排 廢要求，減少 環(huán) 境污染。 cresol。漆包線(xiàn)生產(chǎn)是在已拉制成的導(dǎo)線(xiàn)外涂以相應(yīng)的絕緣漆溶液，在烘焙中首先將溶劑和稀釋劑蒸發(fā)，再經(jīng)過(guò)漆膜固化、冷卻而制成。傳統(tǒng)漆包工藝如圖 11 所示：傳統(tǒng)漆包工藝流程：放線(xiàn)－退火－涂漆－烘培－冷卻－收線(xiàn)。溶劑蒸氣的濃度關(guān)系到安全，所以及時(shí)排廢對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)安全，熱能消耗都很重要。（室溫） [2]。 由于漆包線(xiàn)對(duì)絕緣性能有特殊要求，生產(chǎn)漆包線(xiàn)的絕緣漆通常要適應(yīng)二甲苯，苯酚，甲酚等熔劑或稀釋劑，絕緣漆涂覆在導(dǎo)體上經(jīng)蒸發(fā)和烘烙后，剩下極少量殘留在漆包線(xiàn)的漆膜中。 KauriButanol 實(shí)驗(yàn)所得到的溶解度標(biāo)準(zhǔn)，是溶解度的測(cè)量單位。油品從初餾點(diǎn)到干點(diǎn)這一溫度范圍稱(chēng)為餾程或沸程，溫度范圍窄的稱(chēng)為窄餾分，溫度范圍寬的稱(chēng)為寬餾分。溶劑油的閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高，其在運(yùn)輸、使用過(guò)程中更難因產(chǎn)生閃火而發(fā)生燃燒。溶劑油氧化過(guò)程中首先生成酮、醇、醚等含氧有機(jī)物，繼而生成有機(jī)酸（包括溶于水的低分子有機(jī)酸和溶于油的高9 / 48分子有機(jī)酸） 。有機(jī)溶劑進(jìn)入環(huán)境中能大量殺死土壤中的微生物及其它有益生物，造成土壤板結(jié)，肥力下降；亦能進(jìn)入大氣圈和水體，殘留時(shí)間長(zhǎng)，污染環(huán)境 [6]。長(zhǎng)時(shí)間處于高濃度二甲苯環(huán)境會(huì)對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，如記憶喪失和腎功能改變，并產(chǎn)生內(nèi)出血現(xiàn)象和神經(jīng)系統(tǒng)紊亂。漆包線(xiàn)生產(chǎn)中使用的絕緣漆,二甲苯和甲酚等溶劑的含量達(dá) 70%，在烘焙過(guò)程中揮發(fā)出來(lái)，而一般空氣過(guò)量系數(shù)為理論量的 ~ 倍。由于受其用途的影響，各種廢有機(jī)溶劑又具有不同的特性。 國(guó)內(nèi)外處理現(xiàn)狀 鑒于廢溶劑油的諸多特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外通常處理廢溶劑油的方法是將其作為燃料焚燒以獲取其熱能。對(duì)于比較昂貴的廢溶劑油，廠家比較重視其中的甲醇、丙酮、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、四氯乙烯的回收。在熱分解技術(shù)中，燃燒罐技術(shù)和接觸濕式氧化是兩種可供選擇的新技術(shù)，但接觸濕式氧化需在高壓下運(yùn)行，不僅裝置成本較高，而且對(duì)操作要求也較高。 處理方法分析 國(guó)內(nèi)普遍采用的廢溶劑油處置方法有稀釋法、焚燒法和減壓蒸餾法等，其中以焚燒方法最為普遍。這種做法浪費(fèi)大量的水資源并且容易造成嚴(yán)重的水體污染?；鹁娣ǔＴ谑突S使用，處理熱值高、能維持高溫燃燒的廢氣，廢氣在高空大氣中燃燒。 由于廢氣組成復(fù)雜多變，且多數(shù) VOC 氣體易爆，在處理時(shí)要考慮廢氣與空氣的混合方式，一般空氣過(guò)量系數(shù)為理論量的 ~ 倍。 回收方法的分析 VOC 的主要回收技術(shù)有冷凝法、吸附法、吸收法和膜分離法。該技術(shù)僅用于 VOC 含量高氣體量小的有機(jī)廢氣回收處理。吸附法分為固定床吸附法、流動(dòng)床吸附法和濃縮輪吸附法。是很細(xì)的纖維狀物質(zhì)，具有巨大的比表面積、外表面積和微孔結(jié)構(gòu)，纖維上很多微孔可直接與有機(jī)物接觸，更易于吸附低濃度 VOC。在脫附單元內(nèi)加熱吸附劑使有機(jī)物脫附，將氣體引入冷凝單元去回收郵寄溶劑。 (3) 吸收技術(shù) 吸收技術(shù)是一種成熟的化工單元操作過(guò)程，適用于大氣量，中濃度的含 VOC 廢氣處理。 (4) 膜分離 膜分離技術(shù)是采用對(duì)有機(jī)物有選擇性透過(guò)的高分子膜，在一定壓力下是 VOC 滲透而分離。但該技術(shù)減少二次污染，前景廣闊。 由于碳吸收技術(shù)簡(jiǎn)單有效，使其成為 VOC 回收的首選技術(shù)，當(dāng)此法不合適時(shí)，可考慮采用冷凝、膜分離、吸收技術(shù)。活性炭纖維和沸石擴(kuò)大了吸附法的應(yīng)用范圍。廠址：漢中市郊區(qū)，東經(jīng) 117176。海拔高度 34 米本地具有大陸性氣候特點(diǎn)。由于處理量較少，吸收劑的解吸采用間隙處理，待一段時(shí)間，吸收劑中有機(jī)溶劑含量達(dá)到一定程度的時(shí)候，通入薄膜蒸發(fā)器分離，薄膜蒸發(fā)器的熱量可由經(jīng)空氣冷凝后的高溫廢氣提供。 漆包機(jī)頂部排出的廢氣溫度約為 600℃，首先以空氣作為冷卻介質(zhì)、逆流換熱對(duì)其進(jìn)行冷卻，可將含甲酚和二甲苯的廢氣溫度降低到 325℃左右。另外經(jīng)過(guò)降溫后的 325℃左右的廢氣可通過(guò)間隙處理膜蒸發(fā)器，為二甲苯甲酚在回收劑中蒸發(fā)分離提供熱量?？刹捎糜袡C(jī)溶劑進(jìn)行吸收處理。二甲苯的沸點(diǎn)為 ℃、甲酚的沸點(diǎn)為 191℃，而白礦油的沸點(diǎn)為 ℃，白礦油與甲酚和二甲苯的沸點(diǎn)相差較大，因而白礦油易與二甲苯和甲酚進(jìn)行分離。然后再將分離后的吸收劑白礦油送回儲(chǔ)罐，繼續(xù)吸收。閃點(diǎn)（開(kāi)口）不低于 ℃ 110 130 140 傾點(diǎn)，不高于 ℃ 5 5 5 顏色，不低于 賽氏號(hào) +25 +25 +25腐蝕試驗(yàn)（級(jí)） 100℃、3H 1 1 1水 份 %　 無(wú) 無(wú) 無(wú)15 / 483 主要設(shè)備論證及選型 換熱器 換熱器是石油，化工，食品等其他工業(yè)必備通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器，冷卻器，冷凝器，蒸發(fā)器和再沸器。 (2) 沉浸式蛇管換熱器 這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體。 (4) 套管式換熱器 套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由 U 形彎頭連接而成，次換熱器一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，另一種走環(huán)隙。 ② 浮頭式換熱器 ：這種換熱器兩端的固定板又一端尅軸向自由浮動(dòng)，不但完全消除了熱應(yīng)力，還可將整個(gè)管束抽出，便于清洗，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)也高。對(duì)于固定管板式、浮頭式換熱器，一般應(yīng)使易結(jié)垢流體流經(jīng)管程，而對(duì)于 U 型管換熱器，易結(jié)垢流體應(yīng)走殼程。 (4) 壓力高的流體應(yīng)走管程。 應(yīng)該說(shuō)明的是，上述要求常常不能同時(shí)滿(mǎn)足，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮其中的主要問(wèn)題，首先滿(mǎn)足其中較為重要的要求 [14]。 本設(shè)計(jì)中空氣冷凝器采用空氣做冷凝劑，其他兩個(gè)誰(shuí)冷凝器，顧名思義，以水作為冷凝劑 [15]。另外還得考慮到溫度對(duì)污垢的影響，比如未處理的河水做冷去劑時(shí)，其出口溫度一般不得超過(guò) 50℃，否則積垢明顯增多，會(huì)大大增加傳熱阻力。 用空噴塔洗苯具有以下優(yōu)點(diǎn)：投資省，處 理能力大，阻力小，不堵塞等。 這種塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，生產(chǎn)能力大，投資省，節(jié)約金屬材料，且安裝和維修簡(jiǎn)便。本設(shè)計(jì)選用填料塔。 (2) 鋼板網(wǎng)填料塔 該塔型在國(guó)內(nèi)已被采用。這種填料在蘇、美應(yīng)用較多。 填料塔附屬結(jié)構(gòu) (1) 支撐板 支撐板主要用途是支持填料，同時(shí)又能保證氣液兩相流動(dòng)順利。 (2) 液體分布器 液體分布器對(duì)填料塔性能影響極大。 ③ 孔板式分布器 對(duì)液體的分布情況于槽式的相同，但對(duì)氣體阻力較大。管束中央有一根直徑較大的中央循環(huán)管，流體的兩部分受熱不同發(fā)生熱虹吸，中央循環(huán)管科促進(jìn)流體的熱虹吸。 (2) 降膜式蒸發(fā)器 料液有加熱室頂部進(jìn)入，經(jīng)液體分布器后呈膜狀向下流動(dòng)，蒸發(fā)溫和，液體滯留量小，過(guò)程反應(yīng)靈敏易控制，有利于提高產(chǎn)物質(zhì)量。缺點(diǎn)是結(jié)垢復(fù)雜，制造要求高，加熱面積不大，且消耗動(dòng)力。吸附劑可按孔徑大小、顆粒形狀、化學(xué)成分、表面極性等分類(lèi)，如粗孔和細(xì)孔吸附劑，粉狀、粒狀、條狀吸附劑，碳質(zhì)和氧化物吸附劑，極性和非極性吸附劑等。 吸附劑的種類(lèi) 工業(yè)上常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對(duì)某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。工業(yè)上用的硅膠分成粗孔和細(xì)孔兩種。它對(duì)水有較強(qiáng)的親和力，是一種對(duì)微量水深度干燥用的吸附劑。藥劑活化法就是在原料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學(xué)藥品，在非活性氣氛中加熱進(jìn)行炭化和活化。 (4) 沸石分子篩　　又稱(chēng)合成沸石或分子篩，其化學(xué)組成通式為： 　　[M 2(Ⅰ)M( Ⅱ)] . mH2O 　　式中 M2(Ⅰ)和 M(Ⅱ)分別為為一價(jià)和二價(jià)金屬離子，多半是鈉和鈣，n 稱(chēng)為沸石的硅鋁比，硅主要來(lái)自于硅酸鈉和硅膠，鋁則來(lái)自于鋁酸鈉和 Al(HO)3 等，它們與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)制得的膠體物，經(jīng)干燥后便成沸石，一般 n=2~10,m=0~9。 (5) 碳分子篩　　實(shí)際上也是一種活性炭，它與一般的碳質(zhì)吸附劑不同之處，在于其微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內(nèi)，微孔孔徑大小與被分離的氣體分子直徑相當(dāng)，微孔的比表面積一般占碳分子篩所有表面積的 90%以上。其中炭化法最為簡(jiǎn)單，但要制取高質(zhì)量的碳分子篩必須綜合使用這幾種方法。/kg； 所以每年溶劑的使用量 m=Ma70% m=500100=35000kg； 每年的總生產(chǎn)時(shí)間為 t：t=200243600= 710 溶劑的使用率 G： ????t 進(jìn)風(fēng)量 V： ??V 進(jìn)風(fēng)量的質(zhì)量流量 ：G? .????? （其中 ρ 為空氣在 25℃下的密度） 由于焙爐中進(jìn)風(fēng)量等于排廢量 G： ??G 則排廢質(zhì)量流量量 ：?????? 空氣冷凝器計(jì)算 求總熱交換量 Q 由圖 41 空氣冷卻工藝圖可知廢氣降溫 △t：圖 41 空氣冷卻工藝20 / 48℃27536021????Tt 由于廢氣和冷空氣的比熱容 C 大致相同，忽略換熱器的熱損失，則可近似認(rèn)為冷空氣也升溫275℃。.℃) 取 K=100W/(m178。 由于溶劑中主要成份為二甲苯和苯酚，則可以近似的取溶劑的汽化潛熱為二甲苯的汽化潛熱r。.℃) 確定冷卻水的用量 L忽略換熱器的熱損失，冷卻水升溫吸熱 ?QL則 ?????ttCQL可得 s37??kg取 ；℃251t2t則 1051???所以冷卻水用量 L： ??t 廢氣的冷凝量 ?查《溶劑手冊(cè)》可知，30℃下二甲苯的飽和蒸汽壓 P=由于 , 且0VP?????又由于 ,即MmnGN所以 0000 .?????則 （其中 為溶劑二甲苯的總使用量）?0所以不凝溶劑（二甲苯）的量 ：? ???????P 由物料衡算， GL???0 可得冷能量 ：? skg3330 . ???????? 求平均傳熱溫差 mt?由已知條件可得 ℃265321???tTt23 / 48℃523012????tTt則平均傳熱溫差 ：m ℃????ttm 求總傳熱面積 A傳熱面積 ????tKQ 選擇管徑及管速 列管換熱器中常見(jiàn)的流速范圍見(jiàn)表 43表 43 列管中換熱器中不同粘度的最大流速液體粘度/ (p a/s) 最大流速/ /s（ ） 液體粘度/ (p a/s) 最大流速/ /s（ ）＞ ~ ~ ＜ 烴類(lèi) 3 根據(jù)工藝要求，所選管為 GB2770 的 252 的不銹鋼管，其中管內(nèi)走冷水，水的粘度為＜10 3pa 300℃下水的密度為 ???3℃10.???? 選用 Ф192 的換熱管，管內(nèi)流速選為 24 / 48 則 4????udVn2is? 換熱管數(shù)取 =10s 以此可計(jì)算出單管程換熱器計(jì)算所得的管子長(zhǎng)度 L0dnA?s? 式中 ——管子外徑，m。~~~ 宗上所述應(yīng)選用 的每程管長(zhǎng)度。其中校正系數(shù) 與流體的進(jìn)出口溫度有關(guān)。管子排列面積是一個(gè)正六邊形，排在六變形內(nèi)的傳熱管數(shù)為 ：TN 1)(3??aNT 若設(shè) b 為正六邊形對(duì)角上管子數(shù)目，則 2b 式中 ——排列的管子數(shù)目；TN ——正六邊形的個(gè)數(shù)。27 / 48一般情況下，脹接時(shí)，取管心距 ；焊接時(shí)，取 （ 為管子外徑） 。對(duì)于單管程換熱器，殼體內(nèi)徑由下式確定 0(1)23Dtbd???式中 t——管心距，mm； ——傳熱管外徑，mm。對(duì)于多殼程換熱器，設(shè)置縱向折流板的目的不僅在于提高殼程流體的流速，而且是為了實(shí)現(xiàn)多殼程結(jié)構(gòu)，減小多管程結(jié)構(gòu)造成的溫差損失。/m179。 則實(shí)際氣液比 5..)(.min??GL 可得液相摩爾流量 L：kmol/. ????? 液相質(zhì)量流量 ：L kmol/????MG 其中白礦油的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù) M=350。；?， ——?dú)怏w和液體的質(zhì)量流量，kg/s；VWL， ——?dú)怏w和液體的體積流量，m 179。smPa???則可知泛點(diǎn)氣速 ：fu smVLf )(. . ???????????gu設(shè)計(jì)氣速取泛點(diǎn)氣速的 70%，則吸收塔設(shè)計(jì)氣速 u： .%??fu 求吸收塔的塔徑 D 由于塔徑計(jì)算式為 VS???4