【文章內容簡介】 ) 吸附法 吸附法去除 VOC 的原理是利用比表面積非常大的活性炭、碳纖維、沸石等吸附劑的多孔結構將 VOC 分子截留，是氣體凈化。吸附法分為固定床吸附法、流動床吸附法和濃縮輪吸附法。 ① 固定床吸附法 固定床吸附法的特點是吸附于脫附在同一床層上實現，為保證吸附過程的連續(xù)性，需 2 臺及以上的吸附器同時工作，其中一些吸附器進行吸附同時，另一些進行再生?；钚蕴康膽米顬閺V泛，由于其易吸附水，不實用于溫度高于 40℃，氣體相對濕度超過 50%的氣體吸附處理，也不適用于活性大的熔劑的吸附，該類有機物在活性炭表面反應而堵塞碳孔?；钚蕴坷w維是以有機化合纖維為原料經特殊加工制成。是很細的纖維狀物質，具有巨大的比表面積、外表面積和微孔結構，纖維上很多微孔可直接與有機物接觸，更易于吸附低濃度 VOC。由于吸附能力強，吸附裝置小，吸附劑用量低，處理費用低。 ② 流動床吸附法 陜西理工學院畢業(yè)設計第 8 頁 共 47 頁 流動床吸附系統有吸附單元和脫附單元組成。廢氣有吸附床底部進入向上流動使吸附劑流態(tài)化，VOC 與吸附劑接觸后吸附，凈化的廢氣由頂部排出，進入脫附單元。在脫附單元內加熱吸附劑使有機物脫附，將氣體引入冷凝單元去回收郵寄溶劑。再生后的吸附劑送回吸附單元頂部繼續(xù)吸附操作。 ③ 濃縮輪法 濃縮輪是一個裝滿吸附劑的旋轉輪，廢氣由輪上游側進入濃縮輪的吸附區(qū)，凈化后的廢氣由下游排出；同時另一股流量較小，溫度較高的脫附氣超廢氣反方向進入脫附區(qū)，將已吸附的 VOC 脫附出來。濃縮輪以一定的速度緩慢旋轉，在一個系統內就可以完成吸附脫附操作，降低了設備投資費用。 (3) 吸收技術 吸收技術是一種成熟的化工單元操作過程，適用于大氣量，中濃度的含 VOC 廢氣處理。該技術是利用液體吸收劑與廢氣直接接觸而將 VOC 吸收，按機理分為物理吸收和化學吸收，通常為物理吸收，使用的吸收劑有柴油、煤油、水和其他熔劑。任何可溶解于吸收劑的有機物都可以從氣相轉移到液相中，然后對吸收液處理。當吸收液為水是采用精餾處理就可以回收有機溶劑；為非水時，需進行吸收劑再生。 (4) 膜分離 膜分離技術是采用對有機物有選擇性透過的高分子膜，在一定壓力下是 VOC 滲透而分離。當廢氣進去系統后，膜選擇性的讓 VOC 氣體通過而被富集，凈化氣體在另一側可排放，VOC 富集氣提去冷凝回收系統回收，此法可分離 90%的 VOC。 膜分離適用于中高濃度（VOC 含量高于 1103）的廢氣處理。系統費用與進口氣流速成正比而與濃度關系不大，最好用于高濃度小流量，有較高回收價值的有機溶劑回收，設備投資較高。但該技術減少二次污染，前景廣闊。 (5) 減壓蒸餾 減壓蒸餾法采取減壓蒸餾塔來回收廢溶劑油中的主要成分，其工藝通過降低塔釜內壓強來降低溶劑揮發(fā)溫度，回收效果較好，但是減壓蒸餾設備要求氣密性高，生產時能耗大，投入較大，該方法存在缺點較為明顯。前兩種處理方法浪費了廢溶劑油中具有經濟價值的二甲苯，第三種方法則浪費了大量的能源，均無法有效地實現節(jié)能、環(huán)保、安全的目的，因此尋找一種合理有效的方法來回收工業(yè)廢溶劑油中的二甲苯是一個亟待解決的問題 [11]。 回收技術的選擇 回收技術選擇主要取決于 VOC 的無理和化學性質、廢氣流量、濃度、溫度、使用溶劑企業(yè)經濟條件等。 由于碳吸收技術簡單有效，使其成為 VOC 回收的首選技術，當此法不合適時，可考慮采用冷凝、膜分離、吸收技術。一般來講，當 VOC 含量為 5%~10%時，首選冷凝法；當 VOC 含量為%~5%時，選用膜分離技術；當 VOC 含量低于 %時，首選選吸附技術。從流量方面考慮，處理大流量廢氣優(yōu)先考慮吸附法；小流量時用膜分離和冷凝法。 碳吸收技術適用于氣量大、VOC 濃度不超過 5103 的有機廢氣處理，含量太高設備不安全，需在吸附前進行稀釋，且顆粒碳不適于處理含酮、酯的氣體。活性炭纖維和沸石擴大了吸附法的應用范圍。碳吸附技術也受某些限制，如廢氣濕度不超過 50%，使用時溫度不高于 40℃.對于過低濃度 VOC 廢氣處理可用濃縮輪技術再結合其他方法進行有機溶劑回收 [12]。 設計任務 本設計為年產 500t 漆包線生產中的廢氣回收工段設計。本設計是參考漢中市漢中厚華電工材料有限公司的廢氣回收工段設計。廠址：漢中市郊區(qū)，東經 117176。18180。，北緯 34176。17180。，海拔高度 34 米本地具有大陸性氣候特點。氣候特征如表 12 所示： 陜西理工學院畢業(yè)設計第 9 頁 共 47 頁表 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 –℃（）最大風速 最大平均風速 全年風向 東、東北夏季風向 東、東南 陜西理工學院畢業(yè)設計第 10 頁 共 47 頁2 廢氣回收工段的工藝過程及工藝選擇 漆包線涂漆后經過焙爐烘烤，溶劑蒸發(fā)，然后排出廢氣，廢氣回收處理工段主要任務是將廢氣中含有的有機溶劑冷凝成液體或通過吸收劑和吸附設備從廢氣中分離，而達到凈化的目的。下面分別對其中工藝進行論證。 本設計工藝路線祥述 如附圖 A1 工藝流程圖所示，首先將排出的高溫廢氣經過一個空氣冷凝換熱器，與冷空氣進行熱交換，將被加熱的冷空氣通入焙爐，并將繼續(xù)通過水冷凝器，由冷水冷卻到 30℃左右，實現廢氣中大部分有機溶劑的液化，收集并儲存；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，有機溶劑的含量已經極少，再通過吸附器完成凈化。由于處理量較少，吸收劑的解吸采用間隙處理，待一段時間，吸收劑中有機溶劑含量達到一定程度的時候，通入薄膜蒸發(fā)器分離，薄膜蒸發(fā)器的熱量可由經空氣冷凝后的高溫廢氣提供。溶劑蒸氣再通過水冷凝器冷凝回收后，再通入吸附器排廢。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，并使進入焙爐內的空氣穩(wěn)定到 300℃左右，保證漆包線質量。 廢氣空氣冷凝工藝 漆包線生產中蒸發(fā)出的溶劑為甲酚（沸點 191℃）和二甲苯（沸點 ℃） ，沸點較高，其蒸氣易冷凝，因此，可采用空氣冷卻和水冷凝的方法回收大部分漆包線加工中蒸發(fā)出的甲酚和二甲苯。 漆包機頂部排出的廢氣溫度約為 600℃，首先以空氣作為冷卻介質、逆流換熱對其進行冷卻，可將含甲酚和二甲苯的廢氣溫度降低到 325℃左右。熱交換后冷空氣溫度可升至 300℃左右，該熱空氣直接通入漆包機的蒸發(fā)段用于涂漆烘焙，可替代部分電加熱，使熱量得到大量回收利用。這部分熱氣流進入烘膛后，使烘膛中熱對流加劇，溫度則更加趨于均勻一致。同時，由于該熱空氣的溫度在 300℃左右，比漆包機中心溫度 600℃要低，就使得漆包機的蒸發(fā)Ⅰ區(qū)更加平穩(wěn)，由于蒸發(fā)速度有所減慢，防止了漆包線由于蒸發(fā)過快而產生針孔等不良現象，對進一步提高產品質量起到重要作用。另外經過降溫后的 325℃左右的廢氣可通過間隙處理膜蒸發(fā)器，為二甲苯甲酚在回收劑中蒸發(fā)分離提供熱量。 廢氣水冷凝工藝 經空氣預冷后的廢氣進一步用水進行冷卻，可將溫度降低至約 35～45℃，因為甲酚和二甲苯的沸點都比較高，在此過程中，大部分甲酚和二甲苯氣體將被冷凝而得到回收。處理后廢氣含有極少量的二甲苯，甲酚。 吸收工藝經空氣預冷和水冷后的廢氣中仍含有部分未被冷凝的甲酚和二甲苯氣體，仍不能直接排放?？刹捎糜袡C溶劑進行吸收處理。經大量實驗研究，選用 5白礦油（沸點 ℃）作為吸收劑。白礦油(white oil；white mineral oil)，為經高度精煉及純化之產品，具有良好的氧化安定性，化學穩(wěn)定性，光安定性，無色、無味，不腐蝕纖維紡織物。白礦油的質量標準如下表 21 所示：表 21 白油質量標準質 　量　 指 　標項 目 計量標準5＃ 7＃ 10＃運動粘度（40℃） m2/s 陜西理工學院畢業(yè)設計第 11 頁 共 47 頁 白礦油對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 96%以上。二甲苯的沸點為 ℃、甲酚的沸點為 191℃，而白礦油的沸點為 ℃，白礦油與甲酚和二甲苯的沸點相差較大，因而白礦油易與二甲苯和甲酚進行分離。白礦油循環(huán)吸收一定時間后，不需精餾，使用薄膜蒸發(fā)器蒸餾即可將白礦油與二甲苯和甲酚進行分離。 蒸發(fā)分離工藝 吸收劑白礦油與廢氣經過充分接觸后，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。吸收劑白礦油儲存在吸收劑灌內，經循環(huán)多次使用后，吸收劑白礦油內有機溶劑（二甲苯，甲酚）的含量達一定程度時，將其通過減壓降膜蒸發(fā)器，二甲苯的沸點為℃、甲酚的沸點為 191℃，而白礦油的沸點為 ℃，白礦油與甲酚和二甲苯的沸點相差較大，將空氣冷凝后 325℃左右廢氣作為熱源，通過減壓蒸發(fā)，可很容易將二甲苯，甲酚蒸發(fā)，實現分離。然后再將分離后的吸收劑白礦油送回儲罐，繼續(xù)吸收。而蒸發(fā)的有機溶劑（二甲苯，甲酚）蒸氣再通入水冷凝器，用冷水將其冷凝成液體，實現回收。 吸附排廢工藝 經白礦油吸收后的尾氣中甲酚和二甲苯已近微量，由于活性碳適合吸附低濃度廢氣，故將此尾氣再通過活性碳吸附器后可達標排放。定期對吸附器中的活性碳進行更換，以保證廢氣質量 。閃點（開口）不低于 ℃ 110 130 140 傾點，不高于 ℃ 5 5 5 顏色，不低于 賽氏號 +25 +25 +25腐蝕試驗（級） 100℃、3H 1 1 1水 份 %　 無 無 無 陜西理工學院畢業(yè)設計第 12 頁 共 47 頁3 主要設備論證及選型 換熱器 換熱器是石油，化工，食品等其他工業(yè)必備通用設備，在生產中占有重要地位化工生產中換熱器可作為加熱器，冷卻器，冷凝器，蒸發(fā)器和再沸器。根據熱量交換原理可分為間壁式，混合式和蓄熱式，間壁式換熱器應用最多，本設計采用間壁式換熱器。 換熱器類型 (1) 夾套式換熱器 這種類型的換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結構簡單，但是傳熱系數不高。夾套式換熱器廣泛應用于反應過程的加熱和冷卻。 (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的形狀，并沉浸在容器內的液體。蛇管換熱器的優(yōu)點是結構簡單，能承受高壓，可耐腐蝕材料制造；其缺點是容器內液體湍動程度低，管外給熱系數小。 (3) 噴淋式換熱器 這種換熱器是將換熱管成排的固定在鋼架上，熱流體在關內流動，冷卻水從上方噴淋而下。其傳熱效果較沉浸式大有改善。 (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流動，另一種走環(huán)隙。其結構簡單，傳熱系數大，推動力大，能承受高壓，應用亦方便。 (5) 管殼式（列管式）換熱器是最經典的間壁式換熱器，其應用歷史悠久，至今仍占換熱器主導地位?？煞譃槿缦聨追N類型： ① 固定管板式 ：用于冷熱流體溫差不大時，其機構簡單成本低，但清洗困難，要求管外流體清潔不易結垢。 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，不但完全消除了熱應力，還可將整個管束抽出，便于清洗，但其結構比較復雜，造價也高。 ③ U 形管式換熱器 ：其每根換熱管都彎成 U 形，進出口按章在同一個管板兩側，以隔板分開，每根管子可自由伸縮，結構上比浮頭式簡單，但管程不易清洗，只用于清潔不易結垢流體。 本設計工藝中含有三個換熱器，其中一個空氣冷凝器，兩個水冷凝器，綜上比較，三個換熱器均采用固定管板式換熱器 [13]。 流程安排 在列管式換熱器中，冷、熱流體的流程，需進行合理安排，一般應考慮以下原則：(1) 易結垢流體應走易于清洗的一側。對于固定管板式、浮頭式換熱器，一般應使易結垢流體流經管程，而對于 U 型管換熱器，易結垢流體應走殼程。 (2) 有時在設計上需要提高流體的速度，以提高其表面?zhèn)鳠嵯禂担谶@種情況下，應將需要調高流速的流體放在管程。這是因為管程流通截面積一般較小，而且易于采用多管程結構提高流速。 (3) 具有腐蝕性的流體應走管程，這樣可以節(jié)約耐腐蝕材料用量，降低換熱器成本。 (4) 壓力高的流體應走管程。這是因為管子直徑小，承壓能力強，能夠避免采用耐壓的殼體和密封措施。 (5) 具有飽和蒸汽冷凝的換熱器，應使飽和蒸汽走殼程，便于排出冷凝液。 (6) 粘度大的流體應走殼程，因為殼程內的流體在折流板的作用下，流通截面和方向都不斷變化，在較低的雷諾數下就可達湍流狀態(tài)。 應該說明的是，上述要求常常不能同時滿足，在設計中應考慮其中的主要問題，首先滿足其中較為重要的要求 [14]。 加熱劑和冷卻劑的選擇一般情況下，用作加熱或冷卻的流體是由實際情況決定的，但有些時候則需要設計者自行選擇。 陜西理工學院畢業(yè)設計第 13 頁 共 47 頁在選用加熱劑或冷凝劑時，首先應滿足所