【正文】 蒸發(fā)，可很容易將二甲苯，甲酚蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)分離?？煞譃槿缦聨追N類(lèi)型： ① 固定管板式 ：用于冷熱流體溫差不大時(shí)，其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，但清洗困難，要求管外流體清潔不易結(jié)垢。在化工生產(chǎn)中，水使常用的冷凝劑，飽和水蒸氣是常用的加熱劑。塔內(nèi)填料了用木格，鋼板網(wǎng)，金屬螺旋，帖拉累托填料，鮑爾環(huán)，鞍形填料以及塑料花環(huán)填料等。17 / 48通常支撐板有篩板和各種具有升氣管結(jié)構(gòu)的支撐板。主要特點(diǎn)是借外強(qiáng)制料液呈膜狀流動(dòng)，可適用于高粘度、易結(jié)晶、易結(jié)垢的濃溶液蒸發(fā)。由于它的毛細(xì)孔通道表面具有較高的活性，故又稱(chēng)活性氧化鋁。 　　以煤為原料制取碳分子篩的方法有碳化法、氣體活化法、碳沉積法和浸漬法。.℃) 可取 K=100W/(m178。t?? 管子排列 傳熱管在管板上的排列有三種基本形式，即正三角形、正四邊形和同心圓排列，本設(shè)計(jì)換熱管采用正三角形排列。因此選用的固定管板式換熱器基本參數(shù)如表 46 所示：表 46 換熱器基本參數(shù)工程直徑 DN/mm 219換熱管 Φ/mm 192管程數(shù) N/根 6管子根數(shù) n/根 60換熱管長(zhǎng)度/mm 202228 / 48 吸收塔設(shè)計(jì)計(jì)算 填料的特性 由各填料性質(zhì)，價(jià)格等對(duì)比，本設(shè)計(jì)選用的是 25mm 塑料亂堆鮑爾環(huán)，查《常見(jiàn)填料特性數(shù)據(jù)表》 ，可得所用填料的特性表如表 47 所示：表 47 填料特性表填料名稱(chēng)尺寸mm材質(zhì)及堆積方式比表面積ɑ/（ )32m空隙率ε/(m179。2LV????gu經(jīng)查相關(guān)數(shù)據(jù)得，填料因 Ф=170；密度之比 ； ??????????水吸收劑白礦油的粘度 。 折流板有橫向折流板和縱向折流板兩種，單殼程的換熱器僅需設(shè)置橫向折流板，多殼程換熱器不但需要設(shè)置橫向折流板，而且需要設(shè)置縱向折流板將換熱器分為多殼程結(jié)構(gòu)。這種情況下的平均傳熱溫差需要校正計(jì)算。 水冷凝器 1 計(jì)算 求總的熱交換量 Q 水冷凝工藝如圖 42 所示： 由圖 42 可知廢氣冷卻降溫 △t： ℃2753021????T 廢氣降溫放出熱量 ：.??tGC 查《溶劑手冊(cè)》 ，得二甲苯的汽化潛熱 r=350kJ/kg。它已廣泛用于氣體吸附分離、氣體和液體干燥以及正異烷烴的分離。它是用硫酸處理硅酸鈉的水溶液，生成凝膠，并將其水洗除去硫酸鈉后經(jīng)干燥，便得到玻璃狀的硅膠，它主要用于干燥、氣體混合物及石油組分的分離等。 單程型蒸發(fā)器 (1) 升膜式蒸發(fā)器 這種蒸發(fā)器的加熱管長(zhǎng)可達(dá) 310m，設(shè)計(jì)和操作時(shí)要有較大的溫差。 根據(jù)以上的論述，本設(shè)計(jì)采用塑料亂對(duì)面鮑爾環(huán)填料吸收塔。該塔容易實(shí)現(xiàn)最佳流體力學(xué)條件，即增加氣液兩相的接觸面積，提高兩相的湍流程度，迅速更改兩相界面以減小其擴(kuò)散阻力。 (6) 粘度大的流體應(yīng)走殼程，因?yàn)闅こ虄?nèi)的流體在折流板的作用下，流通截面和方向都不斷變化，在較低的雷諾數(shù)下就可達(dá)湍流狀態(tài)。其傳熱效果較沉浸式大有改善。白礦油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下表 21 所示：表 21 白油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì) 　量　 指 　標(biāo)項(xiàng) 目 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)5＃ 7＃ 10＃運(yùn)動(dòng)粘度（40℃） m2/s 14 / 48 白礦油對(duì)甲酚和二甲苯有極好的溶解性，可完全互溶，因而采用白礦油為吸收劑非常容易吸收甲酚和二甲苯，吸收率可達(dá) 96%以上。 本設(shè)計(jì)工藝路線祥述 如附圖 A1 工藝流程圖所示，首先將排出的高溫廢氣經(jīng)過(guò)一個(gè)空氣冷凝換熱器，與冷空氣進(jìn)行熱交換，將被加熱的冷空氣通入焙爐，并將繼續(xù)通過(guò)水冷凝器，由冷水冷卻到 30℃左右，實(shí)現(xiàn)廢氣中大部分有機(jī)溶劑的液化，收集并儲(chǔ)存；再將未冷凝的廢氣通入填料吸收塔，由吸收劑（白礦油）吸收后，有機(jī)溶劑的含量已經(jīng)極少，再通過(guò)吸附器完成凈化。 回收技術(shù)的選擇 回收技術(shù)選擇主要取決于 VOC 的無(wú)理和化學(xué)性質(zhì)、廢氣流量、濃度、溫度、使用溶劑企業(yè)經(jīng)濟(jì)條件等。廢氣有吸附床底部進(jìn)入向上流動(dòng)使吸附劑流態(tài)化，VOC 與吸附劑接觸后吸附，凈化的廢氣由頂部排出，進(jìn)入脫附單元。盡量要采用清潔生產(chǎn)技術(shù)，避免二次污染 [10]。因此我國(guó)正加強(qiáng)完善法律、法規(guī)，對(duì)于各類(lèi)污染物處理作出相應(yīng)的規(guī)定，并制定各類(lèi)污染物的限制排放標(biāo)準(zhǔn) [9]。廢有機(jī)溶劑作為各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的生產(chǎn)附帶產(chǎn)品，其種類(lèi)繁多。溶劑油在儲(chǔ)存及使用過(guò)程中難免會(huì)與空氣中的氧氣接觸，特別是在高溫且有金屬催化作用時(shí)，更容易被氧化。線形聚酯樹(shù)脂：由飽和二元酸與二元醇制得的聚酯樹(shù)脂屬于線型聚酯，聚酯漆包線漆 ：用甘油（丙三醇）代替部分乙二醇 [3]。由于漆包線對(duì)絕緣性能有特殊要求，生產(chǎn)漆包線的絕緣漆通常都要使用二甲苯和甲酚等溶劑或稀釋劑。作者: 李明旭 漆包線生產(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/年漆包線生產(chǎn)中廢氣處理工段有機(jī)溶劑回收的工藝設(shè)計(jì)。漆包線生產(chǎn)是在已拉制成的導(dǎo)線外涂以相應(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。 由于漆包線對(duì)絕緣性能有特殊要求，生產(chǎn)漆包線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的漆膜中。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） 。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。 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。 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。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。 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)。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。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。 (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。 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]。 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。 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) 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。工業(yè)上用的硅膠分成粗孔和細(xì)孔兩種。 (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。 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。其中校正系數(shù) 與流體的進(jìn)出口溫度有關(guān)。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。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 其中 為廢氣的體積流量， 則塔徑 mS ????uD? 計(jì)算每米填料的壓降△P。 選擇換熱器的型號(hào) 由計(jì)算已知的數(shù)據(jù)查《化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》中《管殼式熱交換器系列標(biāo)準(zhǔn)》 。 查圖 43 得 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 ，所以此換熱器為單管程換熱器。 溶劑冷凝放熱 ：rQskJr .????G總的換熱量 Q： ?圖 42 水冷凝工藝 122 / 48 確定換熱器的總傳熱系數(shù) K 查表 11 ，可知該換熱器的傳熱系數(shù) K=17280W/(m178。在分離過(guò)程中，大孔主要起運(yùn)輸通道作用，微孔則起分子篩的作用。 (2) 氧化鋁 活性氧化鋁是由鋁的水合物加熱脫水制成，它的性質(zhì)取決于最初氫氧化物的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，一般都不是純粹的 Al2O3,而是部分水合無(wú)定形的多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其中不僅有無(wú)定形的凝膠，還有氫氧化物的晶體。 (3) 旋轉(zhuǎn)刮板式蒸發(fā)器 此種蒸發(fā)器專(zhuān)為高粘度溶液和 漿狀物料的蒸發(fā)而設(shè)計(jì)。對(duì)于普通填料，支撐板的自由截面積不低于全塔面積的 50%，應(yīng)大于填料層的自由截面積。 (3) 填料塔 填料洗苯塔是應(yīng)用較早，較廣的一種塔。16 / 48在選用加熱劑或冷凝劑時(shí)，首先應(yīng)滿(mǎn)足所能達(dá)到的加熱或冷卻溫度外，還應(yīng)考慮其來(lái)源方便，價(jià)格低廉，使用方便。 (5) 管殼式（列管式）換熱器是最經(jīng)典的間壁式換熱器，其應(yīng)用歷史悠久，至今仍占換熱器主導(dǎo)地位。 蒸發(fā)分離工藝 吸收劑白礦油與廢氣經(jīng)過(guò)充分接觸后，可將廢氣中 96%溶劑回收至吸收劑中，但是由于處理量較少，故采用間隙生產(chǎn)。本工藝很好的利用了廢氣攜帶的大量熱量，為之后蒸發(fā)提供熱量，并使進(jìn)入焙爐內(nèi)的空氣穩(wěn)定到 300℃左右，保證漆包線質(zhì)量。從流量方面考慮，處理大流量廢氣優(yōu)先考慮吸附法；小流量時(shí)用膜分離和冷凝法。 ③ 濃縮輪法 濃縮輪是一個(gè)裝滿(mǎn)吸附劑的旋轉(zhuǎn)輪，廢氣由輪上游側(cè)進(jìn)入濃縮輪的吸附區(qū)，凈化后的廢氣由下游排出；同時(shí)另一股流量較小，溫度較高的脫附氣超廢氣反方向進(jìn)入脫附區(qū)，將已吸附的 VOC 脫附出來(lái)。(1) 冷凝法冷凝法是將廢氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下，使有機(jī)物冷凝成液滴而分離出來(lái)的簡(jiǎn)單回收方法。催化燃燒溫度相對(duì)低，節(jié)省燃料，但催化劑的價(jià)格高，且不能處理含塵氣體，使用一段時(shí)間后要進(jìn)行清理，出去表面附著物，延長(zhǎng)使用壽命。其他的廢油即溶劑在進(jìn)行回收時(shí)，需嚴(yán)格標(biāo)注廢溶劑產(chǎn)品種類(lèi)，不可混放。國(guó)內(nèi)大部分乳油中的溶劑是甲苯和二甲苯，以及甲醇和乙醇等。工業(yè)溶劑的分類(lèi)依據(jù)主要有： (1) 按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)，有烴類(lèi)溶劑、醇、酯、酮、醚類(lèi)溶劑、縮醛類(lèi)等； (2) 按溶劑沸點(diǎn)分類(lèi)，可分為高、中、低沸點(diǎn)溶劑；圖11 傳統(tǒng)漆包工藝8 / 48 (3) 按溶劑極性分類(lèi)，可分為極性溶劑和非極性溶劑； (4) 按溶解能力分類(lèi)，即根據(jù)對(duì)成膜物的溶解力，可分為真溶劑、助溶劑、稀釋劑； (5) 按溶劑的特殊作用分類(lèi)，可分為流平劑、增塑劑、軟化劑等，這類(lèi)溶劑大多也稱(chēng)為助劑，用量很小，但不可缺少 [4]。漆包機(jī)由放線裝置、收線裝置、退火裝置、涂漆烘焙冷卻裝置和控制柜五大部分組成。二 、工藝方法的論證及選擇(廢氣的冷凝，吸收及吸收劑解吸等工藝), 工藝流程詳述和說(shuō)明。 white mineral oil。 目前我國(guó)產(chǎn)量大、使用廣的漆包線漆主要是：聚酯漆，聚氨酯漆，聚酯亞胺漆，油性漆、縮醛漆、聚酰亞胺漆、聚酰胺酰亞胺漆等以及水性漆也有生產(chǎn)。大多數(shù)有機(jī)溶劑含有毒性，而作為溶漆的溶劑一般毒性很小，但是溶劑油中混入其他有機(jī)物會(huì)使餾程不合格并增加毒性。因此，廢氣直接排放既不符合政策，又浪費(fèi)資源 [7]。 相對(duì)于國(guó)外污染物處置，國(guó)內(nèi)對(duì)于廢溶劑油的處理無(wú)論是從觀念上還是從技術(shù)方法上都比較滯后，仍處于國(guó)外上世紀(jì)三十、四十年代的水平，亂排放現(xiàn)象比較嚴(yán)重。 根據(jù)廢氣的物理化學(xué)性質(zhì)選擇不同方法或幾種方法的組合來(lái)回收 VOC 廢氣中的有機(jī)溶劑，可減少污染并有一定的經(jīng)濟(jì)效益。由于吸附能力強(qiáng)，吸附裝置小，吸附劑用量低，處理費(fèi)用低。 (5) 減壓蒸餾 減壓蒸餾法采取減壓蒸餾塔來(lái)回收廢溶劑油中的主要成分，其工藝通過(guò)降低塔釜內(nèi)壓強(qiáng)來(lái)降低溶劑揮發(fā)溫度，回收效果較好，但是減壓蒸餾設(shè)備要求氣密性高，生產(chǎn)時(shí)能耗大，投入較大，該方法存在缺點(diǎn)較為明顯。氣候特征如表 12 所示：12 / 48表 12 漢中市郊區(qū)氣候特征年平均氣溫 25℃極端最高氣溫 ℃（）極端最底氣溫 –℃（）最大風(fēng)速 最大平均風(fēng)速 全年風(fēng)向 東、東北夏季風(fēng)向 東、東南13 / 482 廢氣回收工段的工藝過(guò)程及工藝選擇 漆包線涂漆后經(jīng)過(guò)焙爐烘烤，溶劑蒸發(fā)，然后排出廢氣，廢氣回收處理工段主要任務(wù)是將廢氣中含有的有機(jī)溶劑冷凝成液體或通過(guò)吸收劑和吸附設(shè)備從廢氣中分離，而達(dá)到凈化的目的。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)研究，選用 5白礦油（沸點(diǎn) ℃）作為吸收劑。蛇管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，可耐腐蝕材料制造；其缺點(diǎn)是容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低，管外給熱系數(shù)小。這是因?yàn)楣茏又睆叫?，承壓能力?qiáng)，能夠避免采用耐壓的殼體和密封措施。缺點(diǎn)：洗苯效率低，塔后煤氣含苯量高，洗油循環(huán)量大，動(dòng)力消耗大。 (4) 塑料鮑爾環(huán)環(huán)填料塔 塑料花環(huán)填料是近年來(lái)又國(guó)外引進(jìn)的高效填料，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)證明，花環(huán)填料是一種具有比表面大，空隙來(lái)率高，阻力小，處理能力大，液