【文章內(nèi)容簡介】 甲苯 40 二甲苯 70 氯乙烯 36 注：這是對新污染 源的排放標(biāo)準。 有機廢氣治理技術(shù)現(xiàn)狀及進展 有機廢氣的來源多種多樣，其產(chǎn)生方式及排放方式也不盡相同。因此，有機廢氣的治理技術(shù)也多種多樣，各種治理技術(shù)也存在自己不同的優(yōu)缺點。在實際生產(chǎn)過程中，根據(jù)不同的情況，選擇合適的方法是有機廢氣治理的關(guān)鍵。有機廢氣治理的方法主要有回收法和消除法兩類。有機廢氣主要回收技術(shù)有：吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離技術(shù)及變壓吸附技術(shù)等； 有機廢氣消除技術(shù)可分為物理一化學(xué)法和生物法兩類。物理一化學(xué)法包括熱破壞法、光分解法、電暈法、臭氧分解法等 。生物法包括生物過濾器，生物滴濾器， 生物沖刷塔，膜生物反應(yīng)器，活性污泥法等。 活性炭吸附法凈化率可達 95%以上，若無再生裝置，則運行費用太高，若用蒸汽回收，則工藝流程過長，操作費用高，回收的溶劑和水的混合物利用價值也不高； 再生時需要有穩(wěn)定的蒸汽源，且活性炭經(jīng)反復(fù)吸附脫附后吸附能力會逐漸降低，一般使用二三年后就得更換 。液體吸收法凈化率只有 6O% － 8O%，而且 存在著二次污染問題。 催化燃燒法凈化率可達 95%，但適合于處理高濃度、小風(fēng)量且廢氣溫度較高的有機廢氣，而且要求氣體的溫度較高，為了提高廢氣溫度，要消耗大量的能源 。目前應(yīng)用最多的方法是吸附一催 化燃燒法，它主要以顆粒炭或 蜂窩炭為吸附劑，為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性，一般設(shè)置兩個吸附床交替使用，由于切換的周期至少為 1d，因此吸附床體積大，吸附劑用量多，設(shè)備笨重，投資大，操作麻煩；由于床層體積大，容易出現(xiàn)因吸附熱的積蓄引起的燃燒爆炸等現(xiàn)象。針對這些問題，現(xiàn)有新型裝置的吸附器采用一種多單元分流組合結(jié)構(gòu)，并以新型材料――活性炭纖維作為吸附劑， 3 采用 PLC電腦來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的連續(xù)運行。 各種凈化方法的分析比較 解決有機 廢氣 的污染 , 最根本的方法是工藝改革。采用無害涂料、無害溶劑在現(xiàn)階段生產(chǎn)中是不能馬上實現(xiàn) 的 , 苯類溶劑使用量仍然很大。所以必須解決廢氣凈化問題。目前國內(nèi)常采用的三種凈化方法分析比較見表 。 表 ]2[ 凈化類別 優(yōu) 點 缺 點 活性炭 吸附法 可處理大風(fēng)量、低濃度的有機廢氣。 可回收溶劑。 不需要加熱。 凈化效率高 , 運轉(zhuǎn)費用低。 廢氣凈化前要進行預(yù)處理。 僅限于低濃度。 設(shè)備龐大 , 占地面積多。 催化 燃燒法 設(shè)備簡單、投資少、操作方便、 占地面積小。 熱量可以循環(huán)利用。 有利于凈化高濃度廢氣。 催化劑成本高。 要考慮催化劑中毒和表面異物附著 , 易失效。 液體 吸收法 流程較簡單 ,吸收劑價格便宜。 廢氣凈化不需預(yù)處理。 建造快、占地少。 后處理投資大 , 費用高。 對溶劑成份選擇性大。 4 2 設(shè)計任務(wù)說明 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計內(nèi)容為 20210 m3/h活性炭吸附工業(yè)有機廢氣的工程設(shè)計 ，主要內(nèi)容包括：廢氣治理工藝、主體設(shè)備選型和非標(biāo)準設(shè)備設(shè)計，管道輸送系統(tǒng)設(shè)計及吸附劑再生系統(tǒng)設(shè)計等，應(yīng)完成 工作： （ 1）紙質(zhì)設(shè)計說明書及其電子版本； （ 2）譯文及原文影印件。 （ 3）設(shè)計圖紙（平面布置圖、工藝流程圖、主要構(gòu)筑物圖、管道布置圖等） 設(shè)計進氣指標(biāo) 風(fēng)量為 20210 hm/3 ，溫度為 35℃ ， 排氣壓力為 kpa， 苯濃度為 100 3/mmg 。 甲苯濃度為 80 3/mmg , 二甲苯濃度為 100 3/mmg ， 設(shè)計出氣指標(biāo) 依據(jù)廣東省地 方標(biāo)準《大氣污染物排放限值》（ DB44/272021）一級排放標(biāo)準 ]3[ , 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)計目標(biāo) （ 1） 嚴格執(zhí)行國家有關(guān)環(huán)境保護的各項規(guī)定，確保各項污染指標(biāo)達到國家及地區(qū)有 5 關(guān)污染物排放標(biāo)準。 （ 2）經(jīng)本處理工藝處理后的廢氣，將不會產(chǎn)生二次污染物。 （ 3）本處理工藝運行 可靠，處理效果好，維護管理方便。 （ 4）采用低能耗、低運行費用、基建投資省、占地少、操作管理簡便。 （ 5）工藝設(shè)計與設(shè)備選型能夠在生產(chǎn)運行過程中具有較大的調(diào)節(jié)余地。 6 3 工藝流程說明 工藝選擇 處理工藝的選擇 , 應(yīng)根據(jù)氣量大小、凈化要求、回收的可能性、設(shè)備建造和運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性等條件全面考慮 , 實際工作中應(yīng)特別注意與工藝密切配合 , 盡可能做到綜合利用。 目前 ]4[ ,國內(nèi)外對有機廢氣治理的常用方法有三種 :液體吸收法、活性炭吸附法及催化燃燒法 。 液體吸收法凈化效率為 60%～ 80% ,適合處理低濃度 ,大風(fēng)量的有機廢氣 ,但存在著二次污染；催化燃燒法凈化率為 95% ,適合處理高濃度 ,小風(fēng)量的有機廢氣，缺點是對處理對象要求苛刻 ,要求氣體的溫度較高 ,為了提高廢氣溫度 ,要消耗大量的燃料 ,所以運行費用很高 ；活性炭吸附法凈化效率為 %～ % ,對于處理大風(fēng)量、低濃度的有機廢氣 ,國內(nèi)外一致認為該法是最為成熟和可靠的技術(shù) ,但該工藝流程過長 ,操作費用高 ,另外需要穩(wěn)定的蒸氣源也常常是比較困難的事情。 針對這些問題 ,結(jié)合本畢業(yè)設(shè)計特點和具體要求，采用 利用活性炭固定床吸附系統(tǒng)對工業(yè)有機 廢氣進行凈化， 選用蜂窩狀活性炭做為吸附劑 。 工藝流程 注： 1 集氣罩 。 2 除霧過濾器 。3 活性炭固定吸附床 。 4 提供蒸汽的風(fēng)機 。5 離心風(fēng)機 。 6 排氣罩 . 圖 有機廢氣工藝流程圖 7 該處理工藝系統(tǒng)組合十分緊湊 ,集吸附 脫附于一體。 在生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的廢氣主要為苯、甲苯、二甲苯等，根據(jù)苯類性質(zhì)，本方案采用活性炭作為吸附劑對廢氣進行吸收處理， 吸附床一般配置 2 臺以上 ,輪換使用 ,當(dāng) 1 臺吸附床吸附的有機物達到規(guī)定的吸附量時 ,換到另 1 臺吸附床進行吸附凈化操作 ,同時對前面 1 臺吸附床進行脫附再生。脫附是在 外 加蒸汽 的 作用 下 通過加溫進行的 ,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 ,達到余熱的利用。 生產(chǎn)中揮發(fā)出來的廢氣，通過離心風(fēng)機將其送至吸附塔以活性炭作為吸附劑，在塔內(nèi)的氣體從右到左，從下到上通過活性炭過濾層對氣體進行處理，凈化后的氣體通過排氣管排入大氣。 如 附圖 1 所示 8 4 設(shè)計 與 計算 基本原理 吸附原理 在用多孔性固體物質(zhì)處理流體混合物時，流體 中 的某一些 組 分或某些組分可被吸引到固體表面并濃集其上，此現(xiàn)象稱為吸附 ]4[ 。吸附處 理廢氣時，吸附的對象是氣態(tài)污染物，被吸附的氣體組分稱為吸附質(zhì)，多孔性物質(zhì)稱為吸附劑。 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。而當(dāng)吸附進行一段時間后，由于表面吸附質(zhì)的濃集，使其吸附能力明顯下降而不能滿足吸附凈化的要求，此時需要采用一定的措施使吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)脫附，已恢復(fù)吸附劑的吸附能力，這個過程稱為吸附劑的再生。因此，在實際工作中，正是利用吸附劑的吸附－再生－吸附的循環(huán)過程，達到除去廢氣中污染物質(zhì)并回收廢氣中有用組分的目的。 由于多孔性固體吸附劑表面存在著剩余吸 引力，固表面具有吸附力。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，或者兩種吸附同時發(fā)生，兩者之間沒有嚴格的界限。兩者的主要區(qū)別見表 41 ]5[ 表 41 物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別 性質(zhì) 物理吸附 化學(xué)吸附 吸附力 范德華力 化學(xué)鍵力 吸附層數(shù) 單層活多層 單層 吸附熱 ?。ń谝夯療幔? 大（近于反應(yīng)熱） 選擇性 無或很差 較強 可逆性 可逆 不可逆 吸 附平衡 易達到 不易達到 吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強，當(dāng)氣體中吸附質(zhì)分壓降低或溫度升高時，容易發(fā)生脫附。工業(yè)上的吸附操作正是利用這種可逆進行吸附劑的再生及吸附質(zhì)的回收利用的。 9 吸附機理 吸附和脫附互為可逆過程。當(dāng)用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質(zhì)時，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。但隨著吸附的進行，吸附劑表面上的吸附質(zhì)量逐漸增多，也就出現(xiàn)了吸附質(zhì)的脫附，且隨時間的推移，脫附速度不斷增大。但從宏觀上看，同一時間內(nèi)吸附質(zhì)的吸附量仍大于脫附量，所以過程的總趨勢認為吸附。當(dāng)同一時 間內(nèi)吸附質(zhì)的吸附量與脫附量相等時，吸附和脫附達到動態(tài)平衡，此時稱為達到吸附平衡。平衡時，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。平衡時的吸附質(zhì)在流體中的濃度稱為平衡濃度，在吸附劑中的濃度稱為平衡吸附量。 當(dāng)吸附質(zhì)與吸附劑長時間接觸后，終將達到吸附平衡。吸附平衡量是吸附劑對吸附質(zhì)的極限吸附量，亦稱靜吸附量分數(shù)或靜活性分數(shù)，用 Xt表示，無量綱。它是設(shè)計和生產(chǎn)中十分重要的參數(shù)。吸附平衡時，吸附質(zhì)在氣、固兩相中的濃度關(guān)系，一般用吸附等溫線表示。吸附等溫線通常根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制， 也常用各種經(jīng)驗方程式來表示。 吸附等溫線與吸附等溫方程式 平衡吸附量表示的是吸附劑對吸附質(zhì)吸附數(shù)量的極限，其數(shù)值對吸附造作，設(shè)計和過程控制有著重要的意義。達到吸附平衡時，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)實驗測得的，也可以用經(jīng)驗方程式表示。 吸附等溫線 在氣體吸附中，其平衡 關(guān)系 可表示為： A＝ ? ??,pf 式中 A——平衡吸附 量； p——吸附平衡時吸附質(zhì)在氣相中的分壓力； T——吸附溫度 根據(jù)需要。對一定的吸附體系可測得如下關(guān)系： ① 當(dāng)保持 T 不變，可測得 A 與 P 的變化關(guān)系 ② 當(dāng)保持 P 不變，可測得 A 與 T 的變化關(guān)系 10 ③ 當(dāng)保持 A 不變，可測得 P 與 T 的變化關(guān)系 依據(jù)上述變化關(guān)系，可分別繪出相應(yīng)的關(guān)系曲線，分別為吸附等溫線，吸附等壓線和吸附等量線。由于吸附過程中，吸附溫度一般變化不大，因此吸附等溫線最為常用。 吸附等溫線描述的是在吸附溫度不變的情況下，平衡時，吸附劑的吸附量隨氣相中組分壓力的 不同而變化的情況。 根據(jù)對大量的不同氣體與蒸氣的吸附測定，吸附等溫線形式可歸納為六種基本類型。 吸附等溫方程式 根據(jù)大量的吸附等溫線整理出描述吸附平衡狀態(tài)的經(jīng)驗方程式，即為吸附等溫方程式，其中有的完全依據(jù)實驗數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的規(guī)律整理而得，一定條件范圍內(nèi)具有應(yīng)用意義，但不具有理論指導(dǎo)意義，如弗羅 因 德 利 希（ Freundlich）吸附等溫方程式；有些是以一定的理論假設(shè)為前提得出的方程式，如朗格謬爾（ Langmuir）吸附等溫方程式和 BET方程，后者應(yīng)用較多。 （ 1）朗格謬爾方程式 朗格謬爾吸附理 論假定： ① 吸附僅是單分子層的； ② 氣體分子在吸附劑表面上吸附與脫附呈動態(tài)平衡； ③ 吸附劑表面性質(zhì)是均一的，被吸附的分子之間相互不受影響； ④氣體的吸附速率與該氣體在氣相的分壓成正比。根據(jù)上述假設(shè)，可推導(dǎo)出朗格謬爾等溫式： apap??1? 式中 θ ——吸附劑表面被吸附分子覆蓋的百分數(shù) ； a ——吸附系數(shù) ，是吸附作用的平衡常數(shù)； p ——氣 相 分壓 。 朗格謬爾等溫式 的 另一表現(xiàn)形式為： V = apapVm?1 式中 Vm ——單分子層覆蓋滿時（ 1?? ）的吸附量 ； V —— 在氣相分壓 p 下的吸附量 。 在壓力很低時，或者吸附很若時， ap≤1,上式變成 ： V=Vmap 由朗格謬爾等溫式得到的結(jié)果與許多實驗現(xiàn)象相符合，能夠解釋很多實驗結(jié)果，因 11 此，它目前仍是常用的、基本的 等 溫式。在很多體系中，朗格謬爾等溫式不能在較大的θ 范圍內(nèi)與 實 驗 結(jié)果相吻合。 （ 2）弗羅 因 德 利 希方程式 nkPmxq 1?? 式中 q ——固體吸附氣體的量，㎏ /㎏吸附劑 ； P ——平衡時氣體分壓 ； k ， n ——經(jīng)驗常數(shù) 。在一定溫度下，對一定體系而言是常數(shù)， k 和 n 隨溫度變化而變化； m ——吸附質(zhì)質(zhì)量，㎏ ； x ——被吸附氣體的質(zhì)量 。 弗羅 因 德 利 希