【正文】 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。 [關(guān)鍵詞] 漆包線；二甲苯；甲酚；白礦油；廢氣回收2 / 48Enameled wire production volatile anic solvent recovery processLiMingxuThe institute of chemistry and chemical engineering of Hunan University of Chemical engineering and process engineeringTeacher: GeHongguangAbstract: This design is the design of anic solvent recovery process,in the treatmenting section of waste gas for a 500 t/year enameled wire production. It mainly includes 4parts:A, the introduction. Second, the parison and selection of process method , the technical process described and discussed. Three, the calculation,argumentation and selection of main equipment. Five, the requirements of process. This design using the process flow of three parts: cooling and condensation part, absorption and separation part and purification of adsorption part. Condensation and cooling using cold air and cold water for medium, made the waste gas39。 dimethylbenzene。 white mineral oil。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。整體生產(chǎn)由漆包機(jī)完成。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]。其中與有機(jī)溶劑回收有直接關(guān)系的是烘焙過(guò)程。在漆包線的烘焙過(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。對(duì)溶劑蒸氣的回收處理也在排廢過(guò)程中完成。漆包線排廢廢氣處理常用催化燃燒法，排廢量取決于溶劑使用量，空氣濕度烘爐熱量等，每使用 1Kg 溶劑，約需排廢 40~50m179。 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)。線形聚酯樹脂：由飽和二元酸與二元醇制得的聚酯樹脂屬于線型聚酯，聚酯漆包線漆 ：用甘油（丙三醇）代替部分乙二醇 [3]。 我國(guó)有機(jī)溶劑使用現(xiàn)狀 工業(yè)有機(jī)溶劑的分類 隨著涂料工業(yè)的快速發(fā)展，油漆種類不斷增多，溶劑也被越來(lái)越廣泛地使用。 工業(yè)有機(jī)溶劑的特性 幾種常用油漆溶劑的特性如表 11 所示：表11 常用油漆溶劑特性表名稱 類別 沸程 閃點(diǎn) 自燃點(diǎn) 使用品種200號(hào)汽油 脂肪烴 150～190 33 — 油脂類、醇調(diào)、醇酸甲苯 芳香烴 109～112 536 硝基、聚酯二甲苯 芳香烴 135～145 10 490～550 醇酸、氨基、丙烯酸松節(jié)油 植物性烴類 150～170 30～37 253 清漆、醇酸漆丁醇 醇類 115～119 37 340～420 氨基醋酸乙酯 酯類 70～85 72 485 硝基、丙烯酸從表 11 可以看出，雖然有機(jī)溶劑種類繁多，但是應(yīng)用于各類溶漆以及洗漆的溶劑一般具有以下特征：(1) 溶解力強(qiáng) 溶解度是一種液體溶解某種物質(zhì)的能力。有機(jī)溶劑能降低物質(zhì)的粘度和增加物質(zhì)的流變性，防止沉淀或以固體形式分解。(2) 沸點(diǎn)及餾程范圍、揮發(fā)程度適中一般溶劑油的沸點(diǎn)在 100~200℃即可滿足使用需要，而高沸點(diǎn)溶劑油需要較高的生產(chǎn)成本，價(jià)格昂貴。油品餾程大致如下：煤油 200~300℃；航空煤油 130~250℃；輕柴油 250~350℃；潤(rùn)滑油 350~520℃；重質(zhì)燃料油520℃；汽油 40~200℃。 (4) 閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高，毒性小 閃點(diǎn)是在規(guī)定條件下，油品加熱后所逸出的蒸氣與火焰接觸發(fā)生瞬間閃火時(shí)的最低溫度。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。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。腐蝕產(chǎn)物可進(jìn)一步加速油品的老化，油品深度氧化的結(jié)果是生成縮合物，其中包括膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、油泥及其它沉淀物。有機(jī)溶劑在乳油制劑中的含量高達(dá) 50~90%。 二甲苯苯酚等物質(zhì)的危害及國(guó)家規(guī)定 本次設(shè)計(jì)中需要回收的是漆包線漆漆溶劑中的二甲苯，因此以下主要討論以二甲苯為主要構(gòu)成的洗漆廢溶劑油。工業(yè)用二甲苯三種異構(gòu)體的毒性略有差異，均屬低毒類。二甲苯作為有機(jī)溶劑產(chǎn)生大量的二甲苯氣體，嚴(yán)重影響周圍大氣環(huán)境質(zhì)量，國(guó)內(nèi)已在研究其水溶性環(huán)保替代產(chǎn)品。 漆包線生產(chǎn)中所用的溶劑或稀釋劑甲酚、二甲苯屬于一級(jí)毒性的化工材料，對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)、攝食系統(tǒng)、眼睛和皮膚等都會(huì)造成嚴(yán)重的損害，對(duì)水質(zhì)、空氣會(huì)造成嚴(yán)重的污染，影響動(dòng)植物的正常生長(zhǎng)。因此，廢氣直接排放既不符合政策，又浪費(fèi)資源 [7]。廢有機(jī)溶劑作為各類工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的生產(chǎn)附帶產(chǎn)品，其種類繁多。對(duì)某些閃點(diǎn)較低的溶劑和混合有銀粉類的溶劑不適宜進(jìn)行回收處理。對(duì)于所有種類的廢溶劑油都需要注意防止靜電，以防火防爆 [8]。普通焚燒的技術(shù)含量不高，方便簡(jiǎn)易，但在處理時(shí)需防火防爆，焚燒產(chǎn)生的廢氣需達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，否則將產(chǎn)生大氣污染上世紀(jì) 70 年代之前，美國(guó)曾經(jīng)簡(jiǎn)單地將工業(yè)廢油、廢溶劑倒置山洞、坑道或加土掩埋，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)這樣處理可能會(huì)危害周圍環(huán)境，引發(fā)生態(tài)問(wèn)題?，F(xiàn)在，國(guó)外大多數(shù)行業(yè)的廢溶劑油一般采取某一特定的精餾工藝回收再利用。 廢溶劑的回收一般都采用蒸餾法，而且通常采用蒸汽間接加熱，蒸餾 65~100℃，采用工藝如下：廢溶劑→接收槽→蒸餾工序→冷凝器→潷析器。對(duì)于一些毒性大，含有重金屬的有機(jī)溶劑的處理規(guī)定非常嚴(yán)格，目前這些廢溶劑的處理以熱分解為主。 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。因此我國(guó)正加強(qiáng)完善法律、法規(guī)，對(duì)于各類污染物處理作出相應(yīng)的規(guī)定，并制定各類污染物的限制排放標(biāo)準(zhǔn) [9]。 (1) 催化燃燒是以 Pt , Pd , CuO , NiO 等作為催化劑，在較低溫度(150~600℃)下使 VOC 氧化分10 / 48解為 CO2 和 H2O，溫度選擇與氣體量、組成和停留時(shí)間有關(guān)，如某漆包線廠的含苯系物的烘干廢氣通過(guò) Pt 催化劑床層，在 580℃、停留時(shí)間 1s 的條件下，被氧化成 CO2 和 H2O，出口氣中 VOC 可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 (2) 稀釋法將少量的廢溶劑油用大量的廢水稀釋，在達(dá)到污水生化指標(biāo)后排放到污水處理廠或者直接排入地表水體，由于大部分有機(jī)溶劑均不同程度地含有毒性，導(dǎo)致地表水體生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重，更有甚者破壞地表水體附近的土壤生態(tài)系統(tǒng)。水是人類不可或缺的資源，我國(guó)北方多數(shù)為缺水或極為缺水區(qū)，水資源的合理有效利用關(guān)系到人民群眾的生計(jì)，因此稀釋法不可取。焚燒爐法是將廢氣通入焚燒爐內(nèi)燃燒，惡臭氣體采用此法處理，其焚燒溫度不高，停留時(shí)間不超 1s，焚燒后高溫?zé)煔饨?jīng)廢熱鍋爐回收熱量產(chǎn)生蒸汽。為了減少污染節(jié)約能源，火炬法逐步被氣柜回收代之。對(duì)于 98%去除率，未鹵代物在 900℃時(shí)停留時(shí)間為 ，鹵代物在 1100℃時(shí)需要停留時(shí)間 1s，對(duì)于 99%去除率，未鹵代物，如停留時(shí)間為 則要求燃燒溫度 980℃，鹵代物如控制停留時(shí)間 1s 則需要 1200℃，有些廢溶劑油中的復(fù)雜有機(jī)物需要焚燒溫度達(dá)到 1300℃以上才能完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，且燃燒氣體需要洗滌處理；焚燒工藝不達(dá)標(biāo)將產(chǎn)生更為嚴(yán)重的二惡英污染以及煙塵粉塵污染，這給周圍環(huán)境帶來(lái)巨大壓力，而目前國(guó)內(nèi)出于經(jīng)濟(jì)考慮，大部分焚燒爐都不達(dá)標(biāo)，因此該方法不可取。 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。盡量要采用清潔生產(chǎn)技術(shù)，避免二次污染 [10]。通過(guò)采用選擇性吸附劑、選擇性膜滲透來(lái)分離回收有機(jī)溶劑的。常用冷卻介質(zhì)有冷水、冷凍鹽水和液氮?；厥章逝c有機(jī)物的沸點(diǎn)有關(guān)，沸點(diǎn)越高，回收率越高。(2) 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(jié)構(gòu)將 VOC 分子截留，是氣體凈化。 ① 固定床吸附法 固定床吸附法的特點(diǎn)是吸附于脫附在同一床層上實(shí)現(xiàn)，為保證吸附過(guò)程的連續(xù)性，需 2 臺(tái)及以上的吸附器同時(shí)工作，其中一些吸附器進(jìn)行吸附同時(shí)，另一些進(jìn)行再生?；钚蕴坷w維是以有機(jī)化合纖維為原料經(jīng)特殊加工制成。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。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。再生后的吸附劑送回吸附單元頂部繼續(xù)吸附操作。濃縮輪以一定的速度緩慢旋轉(zhuǎn)，在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)就可以完成吸附脫附操作，降低了設(shè)備投資費(fèi)用。該技術(shù)是利用液體吸收劑與廢氣直接接觸而將 VOC 吸收，按機(jī)理分為物理吸收和化學(xué)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。當(dāng)吸收液為水是采用精餾處理就可以回收有機(jī)溶劑；為非水時(shí)，需進(jìn)行吸收劑再生。當(dāng)廢氣進(jìn)去系統(tǒng)后，膜選擇性的讓 VOC 氣體通過(guò)而被富集，凈化氣體在另一側(cè)可排放，VOC 富集氣提去冷凝回收系統(tǒng)回收，此法可分離 90%的 VOC。系統(tǒng)費(fèi)用與進(jìn)口氣流速成正比而與濃度關(guān)系不大，最好用于高濃度小流量，有較高回收價(jià)值的有機(jī)溶劑回收，設(shè)備投資較高。 (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。 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。一般來(lái)講，當(dāng) VOC 含量為 5%~10%時(shí)，首選冷凝法；當(dāng) VOC 含量為%~5%時(shí)，選用膜分離技術(shù)；當(dāng) VOC 含量低于 %時(shí)，首選選吸附技術(shù)。 碳吸收技術(shù)適用于氣量大、VOC 濃度不超過(guò) 5103 的有機(jī)廢氣處理，含量太高設(shè)備不安全，需在吸附前進(jìn)行稀釋，且顆粒碳不適于處理含酮、酯的氣體。碳吸附技術(shù)也受某些限制，如廢氣濕度不超過(guò) 50%，使用時(shí)溫度不高于 40℃.對(duì)于過(guò)低濃度 VOC 廢氣處理可用濃縮輪技術(shù)再結(jié)合其他方法進(jìn)行有機(jī)溶劑回收 [12]。本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。18180。17180。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。 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。溶劑蒸氣再通過(guò)水冷凝器冷凝回收后，再通入吸附器排廢。 廢氣空氣冷凝工藝 漆包線生產(chǎn)中蒸發(fā)出的溶劑為甲酚（沸點(diǎn) 191℃）和二甲苯（沸點(diǎn) ℃） ，沸點(diǎn)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。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(jī)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。同時(shí)，由于該熱空氣的溫度在 300℃左右，比漆包機(jī)中心溫度 600℃要低，就使得漆包機(jī)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(guò)快而產(chǎn)生針孔等不良現(xiàn)象，對(duì)進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量起到重要作用。 廢氣水冷凝工藝 經(jīng)空氣預(yù)冷后的廢氣進(jìn)一步用水進(jìn)行冷卻，可將溫度降低至約 35～45℃，因?yàn)榧追雍投妆降姆悬c(diǎn)都比較高，在此過(guò)程中，大部分甲酚和二甲苯氣體將被冷凝而得到回收。 吸收工藝經(jīng)空氣預(yù)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。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)研究，選用 5白礦油（沸點(diǎn) ℃）作為吸收劑。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＃