【正文】 具體數(shù)據(jù)見表 21: 表 單位 mg/m3 指 標(biāo) 苯 甲苯 二甲苯 出氣濃度 ≤12 ≤40 ≤70 設(shè)計(jì)目標(biāo) （ 1） 嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(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)到國家及地區(qū)有 5 關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。 （ 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。 針對這些問題 ,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 。 4提供蒸汽的風(fēng)機(jī) 。脫附是在 外加蒸汽 的 作用 下 通過加溫 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。 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 。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。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。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。它是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中十分重要的參數(shù)。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)測得的，也可以用經(jīng)驗(yàn)方程式表示。 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。T方程，后者應(yīng)用較多。 在壓力很低時(shí)，或者吸附很若時(shí)， ap≤1,上式變成 ： 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)象相符合，能夠解釋很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因 11 此，它目前仍是常用的、基本的 等 溫式。 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 θ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。T 方程 由于朗格謬爾的單分子 層吸附理論及其等溫方程對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 B 吸附 達(dá) 平衡后，吸附總數(shù) （ V） 為： ? ? ? ? ?????? ????00 11 ppCppCpVmV P ——平衡時(shí)氣體分壓 ； V—— 壓力為 p 時(shí) 的吸附 總 量 ； mV ——吸附劑表面為單分子層鋪滿時(shí)的吸附量； 0p ——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)。 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㎏吸附質(zhì) /㎏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。 （ 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。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。 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 42 ]6[ 表 42 三種吸附器主要特點(diǎn)比較 類型 主要特點(diǎn)比較 固定床 吸附器 1．結(jié)構(gòu)簡單、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 移動(dòng)床 吸附器 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 流化床 吸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 14 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)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。同時(shí)，目前對吸附過程的實(shí)質(zhì)還了解得不十分 清楚 ，因而鑒別吸附劑吸附 15 性能，還只能依靠實(shí)驗(yàn)測定和從生產(chǎn)中考察，尚不能從理論上推出。 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。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。此比值達(dá)到 時(shí) ,所吸附的吸附質(zhì)的總量就稱為穿透容量。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。 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。通過實(shí)驗(yàn)確定最佳氣速。穿透曲線的形狀和穿透時(shí)間取決與固定床的操作方法?；钚? 18 炭的作用時(shí)間由下式算出 ]14[ ： V=WdCQt 10 9? 式中： V―― 活性炭 的裝填量， 3m C――進(jìn)口氣污染物的濃度， mg/ 3m Q――氣流量， 3m /h t――活性炭的使用時(shí)間， h W―― 活性炭原粒度的中重量穿透炭容，％ d――活性炭的堆密度 / 3m V=spvQ = 100020200 =20 3m 算出三苯每小時(shí)的排放量： “三苯 ”的濃度： ρ0＝ （ 100＋ 80＋ 100） 20200 10 6? ＝ 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： 85%＝ kg/h t＝CQVWd 10 9? ＝ 91020202080 %1020 ?? ?? ＝ 285h 則在吸附作用時(shí)間內(nèi)的吸附量： X= 285＝ ㎏ 根據(jù) X= aSL b? 得： L＝baSX? 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＝ 47 56 ?? ＝ 吸附劑（ 活性炭 ） 用量的計(jì)算 吸附劑的用量 M： 19 M = LSρb = 4 70 = 8600kg 吸附劑本身占據(jù)體積： V＝ LS＝ ＝ 3m 吸附劑床層體積： V39。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，若對壓力降計(jì)算 有 更高的要求，則可直接用實(shí)驗(yàn)測得 的 數(shù)據(jù)。此外，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。 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。 干燥吸附劑時(shí)空氣消耗量： L＝ Wl ＝ ? ? Wxx ?? 12 1 式中： L――干燥吸附劑時(shí)空氣的消耗量， kg l ――空氣的單位消耗量，即干空氣 /H2 O，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 H2 O/干空氣 W――干燥時(shí)驅(qū)走的水分， kg 由《化工原理》查表得， 350 C 時(shí)飽和水蒸氣蒸氣密度為 ，則 L＝ %851 （ 20200）＝ 加熱空氣所消耗得空氣熱含量： Q＝ l （ I2 － I1 ） W 式中： I2 ――由加熱器進(jìn)入吸附器的空氣熱含量， J/kg I1 ――進(jìn)入加熱器的空氣熱含量， J/kg 設(shè)利用 1200 C的熱風(fēng)進(jìn)行脫附，查得 350 C時(shí)干空氣的熱含量為 （ kg. 0 C）， 1200 C時(shí)為 KJ/（ kg. 0 C），則： Q= %851 （ － ）（ 120－ 35）（ 20200）＝ KJ 21 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。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)車間及大氣擴(kuò)散。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。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)。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。其集氣罩的設(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 22 可能減少氣吸氣范圍，防止橫向氣流的干擾，減少排風(fēng)量。設(shè)計(jì)時(shí)要 充分考慮操作人員的位置和活動(dòng)范圍 。 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 = 20200 m3/h 鋼板制圓形風(fēng)管，取風(fēng)速 12 m/s 風(fēng)管直徑： 2020204 ??????? uQd ? m 圓整為 800 ㎜ 規(guī)格為 800 ㎜ ? ㎜ 風(fēng)管橫截面積： ????? 22 df ? ㎡ 則實(shí)際風(fēng)管氣速： 20202042 ????? dQu ? ＝ m/s 23 表 44 集氣罩罩口速度 ]12[ 條件舉例 罩口速度， m/s 揚(yáng)塵速度極低， （ 1）煙塵從敞口容器外溢 ～ 沒有干擾氣流 （ 2）液面蒸發(fā) （ 3）浸槽 揚(yáng)塵低速飛散， （ 1）噴漆 ～ 無干擾氣流 （ 2）酸洗 （ 3）焊接 揚(yáng)塵較高速飛散， （ 1）開煉機(jī)、密煉機(jī) ～ 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 ～ 10 有干擾氣流 （ 2）粉磨機(jī) （ 3）砂輪機(jī) 罩口速度：對照表 44,確定 ν = m/s 罩口面積 : 0 ???? ?QA5 ㎡ 罩口直徑： 0 ????? ? AD m 罩口直邊長度： ?L m （減少周圍空氣混入排風(fēng)系統(tǒng)） 罩口敞開面周長： 0 ???? ?? AL m 罩口喇叭口長度： dL 30? 取 ???? dL m 罩的擴(kuò)張角角： arc?? 090? tan ????? 0dD L 00 ? （在允許的范圍內(nèi)） 圓形工作臺(tái)特征尺寸： ?d 24 工作臺(tái)至地面高度 : ?? dH m 又 ???dd 0 ???? dD (設(shè)計(jì)符合要求 ) 污染源至至罩口 高度 : 0 ???? dH 取 H ＝ 1 m 吸附前的預(yù) 處理 對于一般的有機(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。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。 （ 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。 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。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。 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措