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1、活性炭吸附脱附及设备选型详细计算名目1 .绪论11.1 概述1有机废气的来源1有机物对大气的破坏和对人类的危害11.2 有机废气治理技术现状及进展21.2.1 各种净化方法的分析比拟32设计任务说明42.1 设计任务42.2 设计进气指标42.3 设计出气指标42.4 设计目标43工艺流程说明63.1 工艺选择63.2 工艺流程64设计与计算84. 1基本原理8吸附原理84.1.2 吸附机理94.1.3 吸附等温线与吸附等温方程式94.1.4 吸附量124.1.5 吸附速率124.2吸附器选择的设计计算134.2.1 吸附器确实定134.2.2 吸附剂的选择144.2.3 空塔气速和横截面积确
2、实定164设计与计算4. 1基本原理吸附原理在用多孔性固体物质处理流体混合物时，流体中的某一些组分或某些组分可被吸引 到固体外表并浓集其上，此现象称为吸附。吸附处理废气时，吸附的对象是气态污染 物，被吸附的气体组分称为吸附质，多孔性物质称为吸附剂。固体外表吸附了吸附质后，一局部被吸附的吸附质可从吸附剂外表脱离，此现象称 为脱附。而当吸附进行一段时间后，由于外表吸附质的浓集，使其吸附力量明显下降而 不能满意吸附净化的要求，此时需要采纳肯定的措施使吸附剂上已吸附的吸附质脱附， 已恢复吸附剂的吸附力量，这个过程称为吸附剂的再生。因此，在实际工作中，正是采 用吸附剂的吸附一再生一吸附的循环过程，到达除
3、去废气中污染物质并回收废气中有用 组分的目的。由于多孔性固体吸附剂外表存在着剩余吸引力，固外表具有吸附力。依据吸附剂表 面与被吸附物质之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附，但同一污染物可 在较低温度下发生物理吸附，而在较高温度下发生化学吸附，或者两种吸附同时发生， 两者之间没有严格的界限。两者的主要区分见表4-1表4T物理吸附与化学吸附的区分性质物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力吸附层数单层活多层单层吸附热小（近于液化热）大（近于反响热）选择性无或很差较强可逆性可逆不行逆吸附平衡易到达不易到达吸附剂与吸附质间的吸附力不强，当气体中吸附质分压降低或温度提升时，简洁发生脱附。工业上的
4、吸附操作正是采用这种可逆进行吸附剂的再生及吸附质的回收采用 的。吸附机理吸附和脱附互为可逆过程。当用新奇的吸附剂吸附气体中的吸附质时，由于吸附剂 外表没有吸附质，因此也就没有吸附质的脱附。但随着吸附的进行，吸附剂外表上的吸 附质量渐渐增多，也就消失了吸附质的脱附，且随时间的推移，脱附速度不断增大。但 从宏观上看，同一时间内吸附质的吸附量仍大于脱附量，所以过程的总趋势认为吸附。 当同一时间内吸附质的吸附量与脱附量相等时，吸附和脱附到达动态平衡，此时称为达 到吸附平衡。平衡时，吸附质再在流体中的浓度和在吸附剂外表上的浓度不再变化，从 宏观上看，吸附过程停止。平衡时的吸附质在流体中的浓度称为平衡浓度
5、，在吸附剂中 的浓度称为平衡吸附量。当吸附质与吸附剂长时间接触后，终将到达吸附平衡。吸附平衡量是吸附剂对吸附 质的极限吸附量，亦称静吸附量分数或静活性分数，用xt表示，无量纲。它是设计和生 产中特别重要的参数。吸附平衡时，吸附质在气、固两相中的浓度关系，一般用吸附等 温线表示。吸附等温线通常依据试验数据绘制，也常用各种阅历方程式来表示。吸附等温线与吸附等温方程式平衡吸附量表示的是吸附剂对吸附质吸附数量的极限，其数值对吸附造作，设计和 过程掌握有着重要的意义。到达吸附平衡时，平衡吸附量与吸附质在流体中的浓度与吸 附温度间存在着肯定的函数关系，此关系即为吸附平衡关系，其一般都是依据试验测得 的，也
6、可以用阅历方程式表示。.1吸附等温线在气体吸附中，其平衡关系可表示为：A= f(p,T)式中A平衡吸附量；p吸附平衡时吸附质在气相中的分压力；T吸附温度依据需要。对肯定的吸附体系可测得如下关系： 当保持T不变，可测得A与P的变化关系当保持P不变，可测得A与T的变化关系当保持A不变，可测得P与T的变化关系依据上述变化关系，可分别绘出相应的关系曲线，分别为吸附等温线，吸附等压线 和吸附等量线。由于吸附过程中，吸附温度一般变化不大，因此吸附等温线最为常用。吸附等温线描述的是在吸附温度不变的状况下，平衡时，吸附剂的吸附量随气相中 组分压力的不同而变化的状况。依据对大量的不同气体与蒸气的吸附测定，吸附等
7、温线 形式可归纳为六种基本类型。.2吸附等温方程式依据大量的吸附等温线整理出描述吸附平衡状态的阅历方程式，即为吸附等温方程 式，其中有的完全依据试验数据所表现的规律整理而得，肯定条件范围内具有应用意义, 但不具有理论指导意义，如弗罗因德利希(Freundlich)吸附等温方程式；有些是以肯 定的理论假设为前提得出的方程式，如朗格谬尔(Langmuir)吸附等温方程式和BET 方程，后者应用较多。(1)朗格谬尔方程式朗格谬尔吸附理论假定：吸附仅是单分子层的；气体分子在吸附剂外表上吸附 与脱附呈动态平衡；吸附剂外表性质是均一的，被吸附的分子之间相互不受影响； 气体的吸附速率与该气体在气相的分压成正
8、比。依据上述假设，可推导出朗格谬尔等温 式： + ap式中9吸附剂外表被吸附分子掩盖的百分数；a吸附系数，是吸附作用的平衡常数；p气相分压。朗格谬尔等温式的另一表现形式为：V apV =1 + ap式中V 单分子层掩盖满时(夕=1)的吸附量； V mV 在气相分压p下的吸附量。在压力很低时，或者吸附很假设时，apgl,上式变成：V=Vmap由朗格谬尔等温式得到的结果与很多试验现象相符合，能够解释很多试验结果，因此，它目前仍是常用的、基本的等温式。在很多体系中，朗格谬尔等温式不能在较大的 0范围内与试验结果相吻合。（2）弗罗因德利希方程式q = = kPnm式中q固体吸附气体的量，kg/kg吸附
9、剂；P平衡时气体分压；k , n阅历常数。在肯定温度下，对肯定体系而言是常数，k和n随温度变化 而变化；m吸附质质量，kg；%被吸附气体的质量。弗罗因德利希等温方程式只是一个阅历式，它所适用的。范围比朗格谬尔式要大些, 可用于未知组成物质的吸附，如有机物或矿物油的脱色，通过试验来确定k与n。有资 料认为它在高压范围内不能很好地吻合试验值。（3） B-E-T方程由于朗格谬尔的单分子层吸附理论及其等温方程对中压合高压物理吸附不能很好 地吻合，在此基础上进展了 BET理论。它除了接受朗格谬尔理论地几条假定，即固体 外表是匀称的，被吸附分子不受其它分子的影响，吸附与脱附在吸附剂外表到达动态平 衡以外，
10、还认为在吸附剂外表吸附了一层分子以后，由于范德华力地作用还可以吸附多 层分子，而第一层与以后的各层有所不同。吸附达平衡后，吸附总数（V）为：（Po P）1 +（C-1）L 0p平衡时气体分压；V 压力为p时的吸附总量；匕,一吸附剂外表为单分子层铺满时的吸附量；Po实际温度下气体的饱和蒸气压；C与气体有关的常数。很多试验证明，当比压p/p0在0.05 - 0.35范围内时，BET公式是比拟精确的，在低压下可以与朗格谬尔等温式全都。吸附量吸附量是指在肯定条件下单位质量地吸附剂上所吸附的吸附质的量，通常以kg吸 附质/kg吸附剂或质量百分数表示，它是吸附剂所具有吸附力量的标志。在工业上将吸附 量称为
11、吸附剂的活性。吸附剂的活性有两种表示方法：(1)吸附剂的静活性在肯定条件下，到达平衡时吸附剂的平衡吸附量即为其静活性。对肯定的吸附体 系，静活性只取决于吸附温度和吸附质的浓度或分压。(2)吸附剂的动活性在肯定的操作条件下，将气体混合物通过吸附床层，吸附质被吸附，当吸附一段 时间后，从吸附剂层流出的的气体中开头觉察吸附质(或其浓度到达一规定的允许值) 时，认为床层失效，此时吸附剂吸附的吸附质的量称为吸附剂的动活性。动活性除与 吸附剂和吸附质的特性有关外，还与温度、浓度及操作条件有关。吸附剂的动活性值 是吸附系统设计的主要依据。吸附速率吸附过程常需要较长时间才能到达平衡，而在实际生产过程中，两项接
12、触时间是有 限的。因此，吸附量取决与吸附速率，而吸附速率与吸附过程有关，吸附过程可分为以 下几步：(1)外集中，吸附质从气流主体穿过颗粒物四周气膜集中至吸附剂的外外表(2)内集中，吸附质由外外表经微孔集中至吸附剂微孔外表(3)吸附，到达吸附剂微孔外表的吸附质被吸附(4)脱附的吸附质再经内外集中至气相主体物理吸附过程一般为内外集中掌握，化学吸附既有外表动力学掌握，又有内外集中 掌握。由于吸附过程简单，影响因素多，从理论上推导速率很难，因此一般是凭阅历或 依据模式试验来确定。4.2吸附器选择的设计计算吸附器的设计计算应包括确定吸附器的形式，吸附剂的种类，吸附剂的需要量，吸 附床高度，吸附周期等，这
13、些参数的选择应从吸附平衡，吸附传质速率及压降来考虑。4.2.1 吸附器确实定对吸附器的基本要求：(1)具有足够的过气断面和停留时间；(2)良好的气流分布；(3)预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质；(4)能够有效地掌握和调整吸附操作温度(5)易于更换吸附剂。吸附工艺依据吸附剂在吸附器上的工作状态，可将吸附器分为固定床、移动床和 流化床过程，相应的三种吸附器的主要特点比拟见表4-2类型类型表4-2三种吸附器主要特点比拟主要特点比拟固 定床吸 附器1 .结构简洁、制造简洁、价格低廉2 .适用于小型、分散、间歇性的污染源治理3 .吸附和脱附交替进行、间歇操作4 .应用广泛移动床吸 附器1 .处理气体量
14、大，吸附剂可循环使用，适用于稳定、连续、量大的气体净化2 .吸附和脱附连续完成3 .动力和热力消耗较大，吸附剂磨损较为严峻流化床1 .结构简单，造价昂贵2 .气体和固体接触相当充分3 .生产力量大，适合治理连续性、大气量的污染源吸4 .吸附剂和容器的磨损严峻附器结合工艺特点和经济技术可行性分析，本设计吸附器采纳卧式圆锥形固定床吸附 器，壳体为圆形，封头为椭圆形，其优点是流体阻力小，可以削减气体流经吸附床层的 动力消耗，易产生气流安排不均运现象，故吸附质以整砌形式放在抽屉式的净化单元中, 抽屉间设有防治气体短路的挡板，在气体入口的吸附剂之间装有气体整流装置，力求气 体匀称。抽屉式的装卸吸附剂方式
15、特别便利，利于操作，其详细结构见附图2,基本运行参数如下：处理风量：20000 m3/h吸附器外观尺寸：LxBxH=7000x3300x3000mm材料：钢板8 4压降： 1000 Pa数量：两台并联，脱附吸附交替运行吸附剂的选择如何选择、使用和评价吸附剂，是吸附操作中必需解决的首要问题。一切固体物质 的外表，对于流体的外表都具有物理吸附的作用，但合乎工业要求的吸附剂那么应具备以 下一些要求：（1）具有大的比外表积（2）具有良好的选择性吸附作用（3）吸附容量大（4）具有良好的的机械强度和匀称的颗粒尺寸。（5）有足够的热稳定性及化学稳定性（6）有良好的再生性能（7）吸附剂的来源广泛、造价低廉实际
16、中，很难找到一种吸附剂能同时满意上述要求，因而在选择吸附剂时要权衡多 方面的因素。同时，目前对吸附过程的实质还了解得不特别清晰，因而鉴别吸附剂吸附性能，还只能依靠试验测定和从生产中考察，尚不能从理论上推出。常用的吸附剂主要有：活性炭、硅胶、分子筛沸石、活性氧化铝与氧化铝。其中活 性炭是应用最早、用途较广的一种优良吸附剂。它是一种具有非极性外表，为疏水性和 亲有机物的吸附剂，故活性炭经常被用来吸附回收空气中的有机溶剂和恶臭物质，在环 境保护方面用来处理工业废水和治理某些气态污染物。活性炭的讨论、生产和应用进展很快，目前应用较多的主要是粉末状、颗粒状的活性 炭和活性炭纤维。除此之外，新型的活性炭也
17、在乐观开发之中，蜂窝状活性炭便是其中的 一种。蜂窝状活性炭为一种新型环保吸附材料，通过将优质活性炭和帮助材料制成蜂窝状 方孔的过滤柱，到达产品体积密度小、比外表积大的目的，目前已经大量应用在低浓度、 大风量的各类有机废气净化系统中。被处理废气在通过蜂窝活性炭方孔时能充分与活性 碳接触，吸附效率高，风阻系数小，具有优良的吸附、脱附性能和气体动力学性能，可 广泛用于净化处理含有甲苯、二甲苯、苯、等苯类、酚类、酯类、醇类、醛类等有机气 体、恶臭味气体和含有微量重金属的各类气体。采纳蜂窝状活性炭的环保设施废气处理 净化效率高，吸附床体积小，设施能耗低，能够降低造价和运行本钱，净化后的气体完 全满意环保
18、排放要求。综合衡量各方面因素，假如企业经济允许的话，建议吸附剂选用蜂窝状活性炭纤维 能较好的满意技术经济要求，其物理性能参数见表4-3：工程外形尺寸/mm孔数/cm。孔壁厚/mm压碎强度/Mpa表4-3蜂窝状活性炭的物理性能性能指标50 x50xl00160.5正面：7.07侧面：。.30.40.50.327005500.2体积密度/g -3几何外外表积/nf.g-i比外表积/itfgi着火点/苯吸附率/%其吸附性能主要取决于它的几个主要材料参数和过程参数网。材料参数包括炭的 吸附孔隙率、蜂窝结构的壁厚和炭的含量；过程参数包括流体流速、吸附质的浓度、吸 附能(吸附能取决于碳结构和吸附质的特征如
19、分子量)。穿透曲线是表征材料吸附性能的 主要性能之一，是吸附前后吸附质浓度比值随时间变化的一个函数。此比值到达0.95 时,所吸附的吸附质的总量就称为穿透容量。穿透容量取决于流体流速、吸附质浓度和蜂 窝炭组分含量等因素的。对蜂窝状活性炭来说,壁厚是一个特别重要的参数，可以通过转 变壁厚来提高它的吸附效率。在孔隙率相同的状况下，壁厚增加，那么单位体积蜂窝的炭含 量也随之增加，从而可以提高吸附容量。这是由于壁厚增加,蜂窝中流体通道的截面积削 减，这样真实的外表或体积流速也会增大。同时，吸附质与炭之间的接触效率也会提高，这 两者之间存在一个平衡关系。在给定的条件下,这个平衡关系将打算吸附增加还是削减
20、。 假如吸附质以较高的集中速度集中到蜂窝壁的内部，由此空出来的吸附位又可连续吸附, 因此厚壁蜂窝应当具有更好的吸附效率和吸附容量口”。4.2.2 空塔气速和横截面积确实定空塔气速为气体通过吸附器整个横截面的速度。空塔气速的选择，不仅直接打算了 吸附器的尺寸和压降的大小，而且还会影响吸附效率。气速很小，那么吸附器尺寸很大，不 经济；气速过大，那么压降会增大，使吸附效率受到影响。通过试验确定最正确气速。吸附设 计中不能追求过高的吸附效率，把空塔速度取值降小，那样会使吸附床体积、吸附剂用 量和设施造价大为增高；反之也不宜取过大的空塔气速那样设施费用虽低，但吸附效率 下降很多，且体系压降会随空塔速率的
21、增大提升很快，造成动力消耗过大，因此因选取 合适的空塔气速，最相宜空塔气速为0.81.2m/s,依此阅历结论，本设计确定空塔气速:U = 1.0 m/s.原始条件：处理风量：Q=20000m3/h , 设计温度为35C,压力为L01325X l()5pa由于废气中，空气所占的比例远远大于污染物所占比例，因此，废气性质可以近似 看作为干空气的热物理性质，查化学原理附录9得以下数据：空气混和物性质：流体密度Pf=1.147kg/机3,黏度为 Rf =1.94X10-5 Pa.S,比热容为Cp=L005kJ/(kg.C)吸附得粒状活性炭颗粒性质：平均直径dp=0.003m,表观密度ps =670kg
22、/m3,积累密度pB =470 kg/m3固定床空隙率f =0.5快.HE o Q 2000002横截面积：S =5.56 m2U 3600x1.04V I4 x 20000“D= J二 J2.66 m” U固定床吸附层高度的计算采纳透过曲线计算法，通过试验将含有肯定浓度污染物的气流连续通过固定床吸附 器，在不同时间内，确定确定吸附床不同截面处气流中污染物的浓度分布，当吸附床使 用一段时间后，出口气体污染物浓度到达某一允许最大浓度时，认为吸附床失效。从气 流开头通入至吸附床失效这段时间称为穿透时间，或保护作用时间。表示吸附床处理气 体量与出气口污染物浓度之间的关系的曲线称为穿透曲线。穿透曲线的
23、外形和穿透时间 取决与固定床的操作方法。操作过程的实际速率和机理、吸附平衡性质、气流速度、污 染物入口浓度，以及床层厚度等都影响穿透曲线的外形，此过程比拟简单，目前仍是只 是近似过程的计算。假定吸附床到达穿透时间时全部处于饱和状态，即到达它的平衡吸附量a,也称a为 静活度，同时依据朗格谬尔等温线假定静活度不在与气象浓度有关。在吸附作用时间； 内，所吸附污染物的量为回X= aSL pb式中：X在时间，内的吸附量；a静活度，重量，%；S吸附层的截面积，n?；L吸附层高度，m；Pb吸附剂的积累密度，设计为470kg/m3固定床虽然结构简洁，但由于污染物在床层内浓度分布是随时间变化，计算比拟简单, 因
24、此目前工程上都是采纳近似计算，通过算活性炭的作用时间进行后处理的计算。活性1.1.4 固定床吸附层高度的计算17吸附剂（活性炭）用量的计算181.1.6 床层压降的计算”191.1.7 活性炭再生的计算194.3 集气罩的设计计算21集气罩气流的流淌特性21集气罩的分类及设计原那么21集气罩的选型224.4 吸附前的预处理244.5 管道系统设计计算244.5.1 管道系统的配置254.5.2 管道内流体流速的选择26管道直径确实定26管道内流体的压力损失27风机和电机的选择275工程核算305.1 工程造价305.2 运行费用核算31价格标准31运行费用316结论与建议326.1 结论326
25、.2 建议32参考文献34致谢36炭的作用时间由下式算出v二丝 X 10-9Wd式中：V活性炭的装填量，m3C进口气污染物的浓度，mg/m3Q气流量，m3 /ht活性炭的使用时间，hw活性炭原粒度的中重量穿透炭容，d 一 活性炭的堆密度0.8t / m3v Q 20000 _ 3V=20 m匕 1000算出三苯每小时的排放量：“三苯”的浓度:po= (100+80+100) X20000X 10-6 =5.6kg/h假设吸附器的吸附器的吸附效率为85%,那么达标排放时需要吸附总的污染物的量 为：5.6X85%=4.76 kg/ht=Xl =迎玲 xl()9=285hCQ280x20000那么在
26、吸附作用时间内的吸附量：X=4.76X 285 = 1356.6 kg依据X=aSL0得：XL = aSpb依据活性炭的吸附力量，设静活度为16kg甲苯/100kg活性炭所以，L=四竺=3.24m425吸附剂(活性炭)用量的计算吸附剂的用量M：M = LSph=3.24x5.56 x470 = 8600kg 吸附剂本身占据体积：V=L5=3.24X 5.56= 18.1m3吸附剂床层体积：V上Pb18.1x670-470= 25.8 m3设计吸附床层尺寸为LXB = 6600mmX3200mm,那么每块塔板的截面积A3 =21.12根3。取板上固定床高度H = 0.35m,那么吸附器中塔板数:
27、工=25.8与5=4块A3xH考虑安装的实际状况，得到固定床吸附装置的实际尺寸取为:LXBXH = 7000mm X 3300mm X 3000mm床层压降的计算,流体通过固定床吸附器时，由于流体不断地分流和回合，以及流体与吸附剂颗粒 和器壁的摩擦阻力，会产生肯定的压降。在设计固定床吸附器时多采纳流路模型估算床 层压力降，假设对压力降计算有更高的要求，那么可直接用试验测得的数据。本设计的床层 压力降用下式计算：PLUfU I 1 rJ PfU X+1.75X d2 e3 d pp依据活性炭的性能:= 220.76P 八（1 0.5） 1.94x10 5 xO.l1-0.5 1.147 xO.l
28、2= 150x x+1.75 x-x0.350.530.00320.530.003AP, = 220.76 X 0.35 = 77.27Pa4.2.6 活性炭再生的计算他吸附剂的吸附容量有限，一般在1 %40% （质量分数）之间。要增大吸附装置的处 理力量，吸附剂一般都循环使用，即当吸附剂到达饱和或接近饱和是，使其转入脱附和 再生操作。一般常用的再生方法有：升温脱附、降压脱附、置换脱附、吹打脱附、化学 转化再生法、溶剂萃取。此外，还有一些其他的吸附剂脱附再生方法，如电解氧化再生 法、微生物再生法和药物再生法等。至于工业上究竟采纳哪种操作方法，应视详细状况 选用既经济又有效的方法。生产实际中，经
29、常是几种方法结合使用。如活性炭吸附有机 蒸气后，可用通入高温蒸气再生，也可用加热和抽真空的方法再生；沸石分子筛吸附水 分后，可用加热氮气的方法再生。本设计采纳升温脱附，即在等压下提升吸附床层温度，进行脱附，然后降温冷却， 重新吸附。吸附床的操作温度为T1,原料中吸附质的分压为当吸附床达饱和后， 吸附剂吸附容量为。假定吸附阶段终了时，允许吸附后气体中的吸附容量低于X2。 升温脱附可将吸附剂从升温到T2 ,这是吸附剂容量可以低于x2O 1、干燥吸附剂时空气消耗量：式中：L干燥吸附剂时空气的消耗量，kgI 一 一空气的单位消耗量，即干空气/九0,无量纲x9分别为离开、进入吸附剂层时空气的含湿量即九0
30、/干空气W干燥时驱走的水分，kg由化工原理查表得，35C时饱和水蒸气蒸气密度为0.03960kg/m3,那么L=(0. 03960X20000) =931. 76kg 85%2、加热空气所消耗得空气热含量：Q=/ (I2 I】)W式中：12 由加热器进入吸附器的空气热含量，J/kgI,进入加热器的空气热含量，J/kg设采用120C的热风进行脱附，查得35C时干空气的热含量为L 005KJ/(kg. ), 120时为L 009 KJ/ (kg. ),那么:Q= (1.009-1.005) X (120-35) X (0.03960X20000) =316.8 KJ 85%4.3集气罩的设计计算在
31、工业生产中，常用于掌握各种颗粒物和气态污染物的方法是将有害物质在发生源 收集起来，经过净化设施净化后排到大气中，这就是局部排气净化系统，这种系统所需 要的风量最小，效果好，能耗也少，是生产车间掌握空气污染最有效、最常用的方法。局部排气净化系统主要由集气罩、风管、净化设施、风机、烟囱等组成。局部排气 净化系统的设计主要包括污染物的捕集装置、管道系统、净化设施设计等几个局部。该系统用以捕集污染物的装置大多数呈罩子外形，通常称为集气罩。它是气体净化 系统的关键部件，它可将粉尘及气态污染物导入净化系统，同时防止污染物向生产车间 及大气集中。集气罩的性能对整个气体净化系统的技术经济效果有很大的影响。设计
32、完 善的集气罩能在不影响生产工艺和生产操作的前提下，用较小的排风量获得最正确的掌握 效果;而设计不良的集气罩即使用很大的排风量也达不到预期的目的。在掌握气体中集中 效果相同的前提下，排风量越大，那么整个净化系统也越大，投资与运行费用也相应增加。 因此，集气罩的设计是气体净化系统设计的重要环节。4.3.1 集气罩气流的流淌特性讨论集气罩罩口气流运动的规律对于有效捕集污染物是特别重要的。集气罩罩口气 流运动方式有两种：一种是吸气口气流的吸入流淌；另一种是吹气口气流的吹出流淌。 了解吸入气流、吹出气流以及两种气流合成的吹吸气流的运动规律，是合理设计和使用 集气罩的基础。吸入气流和吹出气流的流淌特性是
33、不同的。吹出气流在较远处仍能保持 其能量密度，吸入气流那么在离吸气口不远处其能量密度急剧下降。这亦说明，吹出气流 的掌握力量大，而吸入气流那么有利于接受。因此，可以采用吹出气流作为动力，把污染 物输送到吸气口再捕集，或者采用吹出气流阻挡、掌握污染物的集中。432集气罩的分类及设计原那么集气罩的种类繁多，应用广泛。按其气流流淌的方式可分为两大类：吸气式集气罩 和吹气式集气罩。按集气罩与污染源的相对位置及密闭状况，还可将吸气式集气罩分为: 密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩等。其集气罩的设计原那么为：（1）集气罩应尽可能包围或靠近污染源，使污染物的集中限制在最小的范围内，尽 可能削减气吸气范
34、围，防止横向气流的干扰，削减排风量。(2)集气罩的吸气气流尽可能与污染气流运动方向全都，以充分采用污染气流的初 始动能。(3)在保证掌握污染的条件下，尽量削减集气罩的开口面积，使排风量最小。(4)集气罩的吸气气流不允许通过人的呼吸区再进入罩内。设计时要充分考虑操作 人员的位置和活动范围。(5)集气罩的配置应与生产工艺协调全都，力求不影响工艺操作和设施修理。(6)集气罩应力求结构简洁、结实耐用而造价低，并便于制作安装和拆卸修理。(7)要尽可能避开或减弱干扰气流辱穿堂风、送风气流等对吸气气流的影响；虽然集气罩的结构不特别简单，但由于各种因素的相互制约，要同时满意上述要求 并非易事，应充分了解生产工
35、艺、操作特点和现场实际。4.3.3 集气罩的选型由于受工艺条件限制，一般产生有机废气的车间无法进行密闭，且喷气车间室内横 向气流干扰较小，可采纳外部集气罩的上部伞形罩，如附图5所示其基本参数如下：排风量：Q = 20000 m3/h钢板制圆形风管，取风速12m/s风管直径：d4义20000=0.77 m 圆整为800 mmV mi V 3.14x12x3600规格为 800 mm x 1.0 mm风管横截面积：f = 7id2 = 2 = 0.50 m24417nli班片、击4Q 4 x 20000/那么头际风官气速： 彳= =ll.l m/s/id2表4-4集气罩罩口速度条件举例条件举例罩口
36、速度，m/s扬尘速度极低，（1）烟尘从敞口容器外溢0.250.5没有干扰气流（2）液面蒸发0.51.00.51.0（3）浸槽扬尘低速飞散，（1）喷漆无干扰气流（2）酸洗（3）焊接扬尘较高速飞散，（1）开炼机、密炼机1.02.5有较小干扰气流（2）装袋、装桶（3）解包车扬尘高速飞散，（1）喷砂2.5-10有干扰气流（2）粉磨机（3）砂轮机罩口速度：比照表4-4,确定v = 0.8m/s任 工 n X Q 20000 /J 2罩 口 面积：=6.95 mv 3600 x0.8罩口直径”=1=低等=2.98 m罩口直边长度：12 = 0.2 m （削减四周空气混入排风系统）罩口放开面周长：L =%回
37、 =3.14）”史=9.34 mV 7i V 3.14罩口喇叭口长度：Lo 3d取4 =L5d = L5x0.8 = l.2 m罩的扩张角角： = 90 -6/rctan 用纥=上以=42.3 60 （在允许的范围内）D-d圆形工作台特征尺寸：4）=1.5工作台至地面高度:0 =4）=1.5 m又 _ =0 530.2 1.2 = = 1.98 2.0 （设计符合要求）d 01.5d o1.5污染源至至罩口高度：”0.72。=0.7x1.5 = 1.05取H =lm4.4 吸附前的预处理对于一般的有机废气的工艺过程所产生的尘雾在高速喷出时，诱导四周的空气流 淌，加上工作点的不断变换，又与工件四
38、周的空气大量混合，在反弹气流及车间内横向 气流作用下，尘雾呈无序发散。这些粉尘含量不高，粒径较小，绝大局部在10um以下, 假设未经处理，将很快堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。目前，国内外对这些尘雾特殊是喷漆污染的治理特别重视，净化方式多种多样，有干 式过滤法、湿式过滤法、燃烧法、催化燃烧法、吸附法、蒸窗析法等，依据不同产品的 特性、产品生产状况以及经济性、场地状况进行选择。本设计除雾处理采纳前置式干式除尘过滤器，详细运行参数如下：处理风量：Q=20000 m3/h过滤速度：u=1.21.5m/s一住石工口 o 20000“2过滤面积：S = =4.0 m23600x1.4过滤器的尺寸：长x宽x
39、高= 700x2000x2000mm设施阻力：AP2350Pa数量：一台；采纳钢板进行烧焊，过滤箱采纳抽屉方式放置双层进口干式除尘和除雾过滤材料， 容尘量大、净化效率高、阻力低、过滤风速大、阻燃。干式过滤材料使雾状物变成松散 粉尘状，材料饱和后可取出拍打、抖落，或用吸尘器吸尘后重复使用屡次。4.5 管道系统设计计算只有通过各种管道把各种净装置连接在一起才能组合成完整的净化系统，因此，管 道系统设计是净化系统设计中不行缺少的组成局部，合理地设计、施工和使用管道系统, 不仅能充分发挥净扮装置的能效，而且直接关系到设计和运转的经济合理性。管道系统 的设计通常是在净化系统中的各种装置选定之后进行的，主
40、要包括管道系统的配置和管 道系统的设计计算等两个方面的内容。4.5.1 管道系统的配置(1)配置的一般原那么从总体布局考虑，统一规划，力求简洁、紧凑、适用、美观，而且安装、操作、 修理便利，并尽可能缩短管线长度，削减占地与空间，节约投资。(2)管网的布置方式为了便于管理和运行调整，管网系统不宜过大。同一系统的吸气(尘)点不宜 过多。同一系统有多个分支管时，应将这些分支管分组掌握。在进行管网配置时， 主要考虑的一个重要问题就是要实现各支管间的压力平衡，以保证各吸气点到达设 计风量，实现掌握污染物集中的目的。为保证多分支管网中各支管间的压力平衡， 常用的管网配置方式有以下三种：干管配管方式、个别配
41、管方式和环状配管方式。 (3)管道热补偿为了保证管道系统在热状态下的稳定和平安，汲取管道热胀冷缩所产生的应力, 管道系统每隔一段距离应装固定支架和热补偿装置。管道热伸长补偿方法有自然补 偿和补偿器补偿两类。由于本设计管道线较短，管内介质温度不是很高，管径小于 1000mm,可采纳自然补偿法，采用管道自然转弯管段(L形或Z形)来汲取管道热 身长形变，既经济有合乎平安稳定要求。常用的补偿器有柔性材料套管式补偿器和 波形补偿器等。(4)管道系统的保温及防爆措施在管道系统的设计中，为削减输送过程中热量损耗或防止烟气结露而影响系统 正常运行，那么需要对管道和设施进行保温。所谓保温是对设施、管道外表贴覆绝
42、热 材料，以削减热传递，维持管道或设施在肯定的温度范围内工作。管道系统保温设 计的主要内容包括保温材料选择、保温层厚度计算和保温层结构设计。当管道输送介质中含有可燃气体或易燃易爆粉尘时，管道系统设计必需考虑必 要的防爆措施。设计时应实行以下防爆措施：加强可燃物浓度的检测与掌握；消退 火源；阻火与泄爆措施；设施密闭和厂房通风；对管道系统的布置必需将有可能蓄 积静电的风管和设施牢靠地接地。4.5.2 管道内流体流速的选择管道内流体的选择涉及到技术和经济两方面的问题。当流量确定后，假设选择较低的 流速，管道断面积较大，管径大，材料耗费多，基建投资高，但系统压力损失小，噪声 小，动力消耗低，运转费用低
43、，且对于含尘烟气，那么易造成粉尘沉积而堵塞管道。反之, 假设选择较高流速，那么管径小，材料消耗少，基建投资少，但系统压力损失大，噪声大， 动力消耗大，运转费用高。因此，要使管道设计计算经济合理，必需选择适当的流速， 使投资和运行费用的总和为最小。表4-5,使投资和运行费用总和最小综合衡量。表4-5风管最小风速垂直水平垂直水平粉尘性质风管风管粉尘性质风管风管粉状粘土和砂1113铁和钢1923水泥粉尘1218钢铁粉尘1315重矿物粉尘1416灰土、砂尘1618焦炭粉尘1418轻矿物粉尘1214煤尘1113炭黑1012染料粉尘1517棉絮810石棉粉尘1218短纤维粉尘8124.5.3 管道直径确实
44、定在流量和确定流速后，管道直径可按下式计算：钢板制圆形风管，取风速12m/s风管直径：d =风管直径：d =4虫0000 = 0.77 m 圆整为 800 mm 3600 x3.14xl24x。3600 加查网规格为800 mm x 1.0 mm双I管横截面积：f = -7id22 = 0.50 m2 44那么实际风管气速：”=华 =4X2(f0 = 11.1 m/s 成 2 2 x36004.5.4 管道内流体的压力损失(1)摩擦阻力的计算对于直径为d的圆形风管，摩擦阻力计算公式为:2摩擦阻力系数V 风管内气体的平均流速，m/sP气体的密度，kg/m3I风管长度，m管径：d = 0.8 m
45、,摩擦系数：2 = 1.593 , 管长：I = 5 m风管内气体的平均流速：p=ll. 1 m/siz=1593 x1.147 xn.Px5 = 7Q3 pa0.8(2)局部阻力的计算尤= 2.5J147xll.J77 Pa那么 管路总压力损失为：= %, += 703 +177 = 880 Pa流程总压力损失为：PuP+Pz+P、= 350+77.27+880= 1307.3 Pa4.5.5 风机和电机的选择(1)风量计算在确定管网风量的基础上，考虑到风管、设施的漏风，选用风机的风量应大于管 网计算测定的风量，计算公式如下：。=KqQ式中Qo选择风机的计算风量,m3/hKq风量附加平安系数
46、，一般管道系统取1.01.1,除尘系统取1.绪论有机废气的来源有机废气的来源主要有固定源和移动源两种。移动源主要有汽车、轮船和飞机等以 石油产品为燃料的交通工具的排放气；固定源的种类极多，主要为石油化工工艺过程 和储存设施等的排出物及各种使用有机溶剂的场合，如喷漆、印刷、金属除油和脱脂、 粘合剂、制药、塑料、涂料和橡胶加工等。有机物对大气的破坏和对人类的危害有机废气中的挥发性有机物称为VOCs (Volatile organic compounds),在涂装、印 刷、制鞋和化工生产的很多行业中，一些工业产品的生产工艺过程都伴有大量的挥发性 有机化合物(VOCs)废气的排出。VOCs废气排入大气环境中会产生以下几个方面的影 响：VOCs是光化学反响的前体，有阳光照耀时，在合适的条件下VOCs与NOx及其 它悬浮化学物质发生一系列光化学反响,主要生成臭氧,形成光化学烟雾,从而发生光化 学污染；光化学烟雾会刺激人的眼睛和呼吸系统,有些VOCs还具有