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1、 6月8日学 士 学 位 论 文作者: 李明旭 指导老师：葛红光专业名称：化学工程和工艺漆包线生产中挥发性有机溶剂回收工艺漆包线生产中挥发性有机溶剂回收工艺李明旭（陕西理工学院化学和环境科学学院化学工程和工艺专业081班，陕西 汉中 723001）指导老师：葛红光 摘要 本设计是500t/年漆包线生产中废气处理工段有机溶剂回收工艺设计。关键包含四部分: 一 、绪论。二 、工艺方法论证及选择(废气冷凝，吸收及吸收剂解吸等工艺),工艺步骤详述和说明。三 、关键设备计算，论证和选型(空气冷却器，水冷凝器，吸收塔，膜蒸发器，吸附器等等)。四 、非工艺部分要求（防火防爆，给水排水，供电，土建，安全和劳保
2、等）。 本设计所采取工艺步骤分三部分：冷却冷凝部分、吸收分离部分和吸附净化部分。冷凝冷却部分以冷空气和冷水为介质，使废气温度降低到沸点之下，并有效利用其带有大量热量。吸收分离部分，以白矿油为介质，回收废气中含有挥发性有机溶剂，达成回收目标。吸附净化部分是以活性碳为吸附剂，对已经过吸收废气进行深入净化处理，以达成排废要求，降低环境污染。 关键词 漆包线；二甲苯；甲酚；白矿油；废气回收Enameled wire production volatile organic solvent recovery processLiMingxuThe institute of chemistry and che
3、mical engineering of Hunan University of Chemical engineering and process engineeringTeacher: GeHongguangAbstract: This design is the design of organic solvent recovery process,in the treatmenting section of waste gas for a 500 t/year enameled wire production. It mainly includes 4parts:A, the introd
4、uction. Second, the comparison 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, a
5、bsorption and separation part and purification of adsorption part. Condensation and cooling using cold air and cold water for medium, made the waste gass temperature reduced to under the boiling point , and effective used it with a lot of heat. Absorption and separation part, using white mineral oil
6、 as medium, recycling volatile organic solvent in waste gas. Adsorption and purification using activated carbon as the medium, for the further purification, in order to achieve the row of waste requirements, to decrease environmental pollution.Key words: enameled; dimethylbenzene; cresol; white mine
7、ral oil; recycling of waste gas1 绪论71.1 漆包线71.2 中国有机溶剂使用现实状况71.2.1 工业有机溶剂分类71.2.2 工业有机溶剂特征81.3 二甲苯苯酚等物质危害及国家要求91.4 废有机溶剂处理方法中国外现实状况分析91.4.1 中国外处理现实状况91.4.2 处理方法分析91.4.3 回收方法分析101.4.4 回收技术选择111.4 设计任务112 废气回收工段工艺过程及工艺选择132.1 本设计工艺路线祥述132.2 废气空气冷凝工艺132.3 废气水冷凝工艺132.4 吸收工艺132.5 蒸发分离工艺142.6 吸附排废工艺143 关键
8、设备论证及选型153.1 换热器153.1.1 换热器类型153.1.2 步骤安排153.1.3 加热剂和冷却剂选择153.1.4 流体进出口温度确实定163.2 吸收塔163.2.1 吸收塔类型163.2.2 填料类型163.2.3 填料塔隶属结构163.3 蒸发器173.3.1 循环型蒸发器173.3.2 单程型蒸发器173.4 吸附器173.4.1 吸附剂173.4.2 吸附剂种类174 关键设备工艺计算、选型194.1 总工艺处理量计算194.2 空气冷凝器计算194.2.1 求总热交换量Q194.2.2求平均传热温差204.2.3 确定传热系数K204.2.4 求传热面积204.2.
9、5 选择所用换热器型号214.3 水冷凝器1计算214.3.1 求总热交换量Q214.3.2 确定换热器总传热系数K224.3.3 确定冷却水用量L224.3.4 废气冷凝量224.3.5 求平均传热温差224.3.6 求总传热面积A234.3.7 选择管径及管速234.3.8 选择管长、确定管程数和总管数234.3.9 平均传热温差校正及壳程数244.3.10 管子排列264.3.11 管心距274.3.12 壳体内径274.3.13 折流板和支撑板274.3.14 选择换热器型号284.4 吸收塔设计计算284.4.1 填料特征284.4.2 进出塔个组分计算284.4.3 求吸收剂流量2
10、94.4.4 求吸收塔设计气速u294.4.5 求吸收塔塔径D314.4.6 计算每米填料压降P314.4.6 求总传质系数Ky314.4.7 计算填料高度H344.4.8 吸收塔尺寸及相关辅助设备选型354.5 蒸发器设计计算354.5.1 蒸发器处理量计算354.5.2 蒸发器物料衡算354.5.3 热量衡算364.5.4 蒸发过程用时T364.5.5 传热面积A364.5.6 蒸发器选型374.6 冷凝器2设计374.6.1 求总热交换量Q374.6.2 求平均传热温差tm384.6.3 确定换热器传热系数K384.6.4 求传热面积384.6.5 确定冷却水用量L394.6.6 选择管
11、长、确定管程数和总管数394.6.7 管子排列404.6.8 壳体内径404.6.5 选择所用换热器型号404.7 吸附器设计414.7.1 吸附量计算414.7.2 吸附剂用量415 非工艺部分425.1 防火防爆和采暖通风425.1.1 防火防爆425.1.2 采暖通风425.2 给排水425.3 检化验项目425.4 电力，土建425.4.1 电力425.4.2 土建425.5 安全和劳保435.6 人员编制435.6.1 企业组织标准435.6.2 劳动力组织标准435.6.3全厂人员编制435.6.4 车间劳动制度435.6.5全厂人员编制435.6.6生产部门人员编制445.7 环
12、境保护445.7.1环境保护概述445.7.2化工企业环境保护基础标准445.7.3化工企业环境保护任务445.7.4化工企业环境保护相关要求445.7.5中国环境保护相关法规456 致谢461 绪论1.1 漆包线 漆包线作为一个电磁能转换和信号传输过程中必不可少电工材料，广泛应用于多种电机、继电器、变压器等电子产品及其零配件线圈绕组中。因为漆包线对绝缘性能有特殊要求，生产漆包线绝缘漆通常全部要使用二甲苯和甲酚等溶剂或稀释剂。漆包线生产是在已拉制成导线外涂以对应绝缘漆溶液，在烘焙中首先将溶剂和稀释剂蒸发，再经过漆膜固化、冷却而制成。整体生产由漆包机完成。漆包机由放线装置、收线装置、退火装置、涂
13、漆烘焙冷却装置和控制柜五大部分组成。其中涂漆烘焙冷却装置是漆包机关键组成部分，它又分为涂漆室、烘炉和冷却架三部分组成1。传统漆包工艺图1-1所表示：图1-1 传统漆包工艺传统漆包工艺步骤：放线退火涂漆烘培冷却收线。其中和有机溶剂回收有直接关系是烘焙过程。 导线经过涂漆后进入烘炉，首先将漆液中溶剂蒸发，然后固化形成一层漆膜，再涂漆，烘焙，如此反复数次，便完成了漆包烘焙全过程。在漆包线烘焙过程中产生溶剂蒸发和裂解低分子物必需立即排出炉膛，溶剂蒸气浓度和气体湿度全部影响烘焙过程蒸发和固化，低分子物对漆膜光洁光亮全部有影响。溶剂蒸气浓度关系到安全，所以立即排废对产品质量，生产安全，热能消耗全部很关键。
14、对溶剂蒸气回收处理也在排废过程中完成。 从产品质量和安全生产考虑，排废量要大些，不过在排废同时带走大量热量，所以排废要适量。漆包线排废废气处理常见催化燃烧法，排废量取决于溶剂使用量，空气湿度烘炉热量等，每使用1Kg溶剂，约需排废4050m（室温）2。 现在中国产量大、使用广漆包线漆关键是：聚酯漆，聚氨酯漆，聚酯亚胺漆，油性漆、缩醛漆、聚酰亚胺漆、聚酰胺酰亚胺漆等和水性漆也有生产。现在在绝缘材料生产中用途最多线型聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯。线形聚酯树脂：由饱和二元酸和二元醇制得聚酯树脂属于线型聚酯，聚酯漆包线漆 ：用甘油（丙三醇）替换部分乙二醇3。 因为漆包线对绝缘性能有特殊要求，生产漆包线绝缘
15、漆通常要适应二甲苯，苯酚，甲酚等熔剂或稀释剂，绝缘漆涂覆在导体上经蒸发和烘烙后，剩下极少许残留在漆包线漆膜中。1.2 中国有机溶剂使用现实状况1.2.1 工业有机溶剂分类 伴随涂料工业快速发展，油漆种类不停增多，溶剂也被越来越广泛地使用。工业溶剂分类依据关键有： (1) 按化学结构分类，有烃类溶剂、醇、酯、酮、醚类溶剂、缩醛类等； (2) 按溶剂沸点分类，可分为高、中、低沸点溶剂； (3) 按溶剂极性分类，可分为极性溶剂和非极性溶剂； (4) 按溶解能力分类，即依据对成膜物溶解力，可分为真溶剂、助溶剂、稀释剂； (5) 按溶剂特殊作用分类，可分为流平剂、增塑剂、软化剂等，这类溶剂大多也称为助剂
16、，用量很小，但不可缺乏4。1.2.2 工业有机溶剂特征 多个常见油漆溶剂特征如表1-1所表示：表1-1 常见油漆溶剂特征表名称类别沸程闪点自燃点使用具种200号汽油脂肪烃15019033油脂类、醇调、醇酸甲苯芳香烃109112-9.5536硝基、聚酯二甲苯芳香烃13514510490550醇酸、氨基、丙烯酸松节油植物性烃类1501703037253清漆、醇酸漆丁醇醇类11511937340420氨基醋酸乙酯酯类708572485硝基、丙烯酸从表1-1能够看出，即使有机溶剂种类繁多，不过应用于各类溶漆和洗漆溶剂通常含有以下特征：(1) 溶解力强 溶解度是一个液体溶解某种物质能力。K.B.值表示溶
17、剂经Kauri-Butanol试验所得到溶解度标准，是溶解度测量单位。有机溶剂能降低物质粘度和增加物质流变性，预防沉淀或以固体形式分解。经测试甲苯溶解能力很强，其溶解度为105 K.B.；而煤油溶解力较差，溶解度为29 K.B.；芳香烃溶剂含有中、高溶解度，K.B.值约为6090；甲和二甲苯含有较高溶解度，K.B.值约为80115。(2) 沸点及馏程范围、挥发程度适中通常溶剂油沸点在100200即可满足使用需要，而高沸点溶剂油需要较高生产成本，价格昂贵。油品从初馏点到干点这一温度范围称为馏程或沸程，温度范围窄称为窄馏分，温度范围宽称为宽馏分。油品馏程大致以下：煤油200300；航空煤油1302
18、50；轻柴油250350；润滑油350520；重质燃料油520；汽油40-200。 (3) 不含任何机械杂质，外观清澈。 (4) 闪点和燃点高，毒性小 闪点是在要求条件下，油品加热后所逸出蒸气和火焰接触发生瞬间闪火时最低温度。溶剂油闪点和燃点高，其在运输、使用过程中更难因产生闪火而发生燃烧。大多数有机溶剂含有毒性，而作为溶漆溶剂通常毒性很小，不过溶剂油中混入其它有机物会使馏程不合格并增加毒性。 (5) 稳定性好，储存时不分解，不吸潮 作为溶漆、洗漆有机溶剂要求性质稳定，常温常压下不易分解。溶剂油在储存及使用过程中难免会和空气中氧气接触，尤其是在高温且有金属催化作用时，更轻易被氧化。溶剂油氧化过
19、程中首先生成酮、醇、醚等含氧有机物，继而生成有机酸（包含溶于水低分子有机酸和溶于油高分子有机酸）。腐蚀产物可深入加速油品老化，油品深度氧化结果是生成缩合物，其中包含胶质、沥青质、油泥及其它沉淀物。中国大部分乳油中溶剂是甲苯和二甲苯，和甲醇和乙醇等。有机溶剂在乳油制剂中含量高达5090%。有机溶剂进入环境中能大量杀死土壤中微生物及其它有益生物，造成土壤板结，肥力下降；亦能进入大气圈和水体，残留时间长，污染环境6。1.3 二甲苯苯酚等物质危害及国家要求 此次设计中需要回收是漆包线漆漆溶剂中二甲苯，所以以下关键讨论以二甲苯为关键组成洗漆废溶剂油。 二甲苯关键用途是作为化工原料和溶剂，也可用于生产苯酐
20、、染料、杀虫剂和药品，如维生素等，亦可作为航空汽油添加剂，其工业用途很广泛。工业用二甲苯三种异构体毒性略有差异，均属低毒类。长时间处于高浓度二甲苯环境会对人体神经系统产生影响，如记忆丧失和肾功效改变，并产生内出血现象和神经系统紊乱。二甲苯作为有机溶剂产生大量二甲苯气体，严重影响周围大气环境质量，中国已在研究其水溶性环境保护替换产品。在国际范围以二甲苯作为有机溶剂替换品研究早已展开。 漆包线生产中所用溶剂或稀释剂甲酚、二甲苯属于一级毒性化工材料，对人体呼吸系统、摄食系统、眼睛和皮肤等全部会造成严重损害，对水质、空气会造成严重污染，影响动植物正常生长。漆包线生产中使用绝缘漆,二甲苯和甲酚等溶剂含量
21、达70%，在烘焙过程中挥发出来，而通常空气过量系数为理论量1.21.3倍。所以，废气直接排放既不符合政策，又浪费资源7。1.4 废有机溶剂处理方法中国外现实状况分析 有机化合物简称VOC (Volatile Organic Compounds)通常作为溶剂使用。废有机溶剂作为各类工业生产活动生产附带产品，其种类繁多。因为受其用途影响，多种废有机溶剂又含有不一样特征。对一些闪点较低溶剂和混合有银粉类溶剂不宜进行回收处理。其它废油即溶剂在进行回收时，需严格标注废溶剂产品种类，不可混放。对于全部种类废溶剂油全部需要注意预防静电，以防火防爆8。1.4.1 中国外处理现实状况 鉴于废溶剂油很多特点，中国
22、外通常处理废溶剂油方法是将其作为燃料焚烧以获取其热能。一般焚烧技术含量不高，方便简易，但在处理时需防火防爆，焚烧产生废气需达成排放标准，不然将产生大气污染上世纪70年代之前，美国曾经简单地将工业废油、废溶剂倒置山洞、坑道或加土掩埋，但以后发觉这么处理可能会危害周围环境，引发生态问题。70年代初，国外就着手开展了利用可燃性危险废弃物作为替换燃料应用于水泥生产研究。现在，国外大多数行业废溶剂油通常采取某一特定精馏工艺回收再利用。对于比较昂贵废溶剂油，厂家比较重视其中甲醇、丙酮、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、四氯乙烯回收。 废溶剂回收通常全部采取蒸馏法，而且通常采取蒸汽间接加热，蒸馏65100，
23、采取工艺以下：废溶剂接收槽蒸馏工序冷凝器滗析器。 在一些尤其易挥发不稳定溶剂如正己烷等回收工艺中也可使用活性炭，吸附在活性炭上溶剂采取蒸汽法很轻易回收。对于部分毒性大，含有重金属有机溶剂处理要求很严格，现在这些废溶剂处理以热分解为主。在热分解技术中，燃烧罐技术和接触湿式氧化是两种可供选择新技术，但接触湿式氧化需在高压下运行，不仅装置成本较高，而且对操作要求也较高。 相对于国外污染物处理，中国对于废溶剂油处理不管是从观念上还是从技术方法上全部比较滞后，仍处于国外上世纪三十、四十年代水平，乱排放现象比较严重。直接排入水体对于企业来说能够节省大量处理费用，不过对周围水体、土壤等生态环境造成了毁灭性打
24、击。所以中国正加强完善法律、法规，对于各类污染物处理作出对应要求，并制订各类污染物限制排放标准9。1.4.2 处理方法分析 中国普遍采取废溶剂油处理方法有稀释法、焚烧法和减压蒸馏法等，其中以焚烧方法最为普遍。 (1) 催化燃烧是以Pt , Pd , CuO , NiO等作为催化剂，在较低温度(150600)下使VOC氧化分解为CO2和H2O，温度选择和气体量、组成和停留时间相关，如某漆包线厂含苯系物烘干废气经过Pt催化剂床层，在580、停留时间1s条件下，被氧化成CO2和H2O，出口气中VOC可达成排放标准。催化燃烧温度相对低，节省燃料，但催化剂价格高，且不能处理含尘气体，使用一段时间后要进行
25、清理，出去表面附着物，延长使用寿命。 (2) 稀释法将少许废溶剂油用大量废水稀释，在达成污水生化指标后排放到污水处理厂或直接排入地表水体，因为大部分有机溶剂均不一样程度地含有毒性，造成地表水体生态系统破坏严重，更有甚者破坏地表水体周围土壤生态系统。这种做法浪费大量水资源而且轻易造成严重水体污染。水是人类不可或缺资源，中国北方多数为缺水或极为缺水区，水资源合理有效利用关系到人民群众生计，所以稀释法不可取。 (3) 直接燃烧有焚烧炉法和火炬法。焚烧炉法是将废气通入焚烧炉内燃烧，恶臭气体采取此法处理，其焚烧温度不高，停留时间不超1s，焚烧后高温烟气经废热锅炉回收热量产生蒸汽。火炬法常在石油化工厂使用
26、，处理热值高、能维持高温燃烧废气，废气在高空大气中燃烧。为了降低污染节省能源，火炬法逐步被气柜回收代之。焚烧法即使能够比较完全地处理液体废弃物，大大降低废弃物体积，不过焚烧方法要达成标准，其工艺要求很严格，燃烧气体停留时间和溶剂成份、燃烧温度和去除率相关。对于98%去除率，未卤代物在900时停留时间为0.75s，卤代物在1100时需要停留时间1s，对于99%去除率，未卤代物，如停留时间为0.75s则要求燃烧温度980，卤代物如控制停留时间1s则需要1200，有些废溶剂油中复杂有机物需要焚烧温度达成1300以上才能完全转化为二氧化碳和水，且燃烧气体需要洗涤处理；焚烧工艺不达标将产生更为严重二恶英
27、污染和烟尘粉尘污染，这给周围环境带来巨大压力，而现在中国出于经济考虑，大部分焚烧炉全部不达标，所以该方法不可取。 因为废气组成复杂多变，且多数VOC气体易爆，在处理时要考虑废气和空气混合方法，通常空气过量系数为理论量1.21.3倍。 依据废气物理化学性质选择不一样方法或多个方法组合往返收VOC废气中有机溶剂，可降低污染并有一定经济效益。对于回收困难废气可采取焚烧法进行处理。尽可能要采取清洁生产技术，避免二次污染10。1.4.3 回收方法分析 VOC关键回收技术有冷凝法、吸附法、吸收法和膜分离法。经过采取选择性吸附剂、选择性膜渗透来分离回收有机溶剂。(1) 冷凝法冷凝法是将废气冷却到露点温度以下
28、，使有机物冷凝成液滴而分离出来简单回收方法。常见冷却介质有冷水、冷冻盐水和液氮。该技术仅用于VOC含量高气体量小有机废气回收处理。回收率和有机物沸点相关，沸点越高，回收率越高。大部分VOC受爆炸极限限制，气体中含量不会太高，所以该技术通常作为一级处理技术和其它技术结合使用。(2) 吸附法 吸附法去除VOC原理是利用比表面积很大活性炭、碳纤维、沸石等吸附剂多孔结构将VOC分子截留，是气体净化。吸附法分为固定床吸附法、流动床吸附法和浓缩轮吸附法。 固定床吸附法 固定床吸附法特点是吸附于脱附在同一床层上实现，为确保吸附过程连续性，需2台及以上吸附器同时工作，其中部分吸附器进行吸附同时，另部分进行再生
29、。活性炭应用最为广泛，因为其易吸附水，不实用于温度高于40，气体相对湿度超出50%气体吸附处理，也不适适用于活性大熔剂吸附，该类有机物在活性炭表面反应而堵塞碳孔。活性炭纤维是以有机化合纤维为原料经特殊加工制成。是很细纤维状物质，含有巨大比表面积、外表面积和微孔结构，纤维上很多微孔可直接和有机物接触，更易于吸附低浓度VOC。因为吸附能力强，吸附装置小，吸附剂用量低，处理费用低。 流动床吸附法 流动床吸附系统有吸附单元和脱附单元组成。废气有吸附床底部进入向上流动使吸附剂流态化，VOC和吸附剂接触后吸附，净化废气由顶部排出，进入脱附单元。在脱附单元内加热吸附剂使有机物脱附，将气体引入冷凝单元去回收邮
30、寄溶剂。再生后吸附剂送回吸附单元顶部继续吸附操作。 浓缩轮法 浓缩轮是一个装满吸附剂旋转轮，废气由轮上游侧进入浓缩轮吸附区，净化后废气由下游排出；同时另一股流量较小，温度较高脱附气超废气反方向进入脱附区，将已吸附VOC脱附出来。浓缩轮以一定速度缓慢旋转，在一个系统内就能够完成吸附脱附操作，降低了设备投资费用。 (3) 吸收技术 吸收技术是一个成熟化工单元操作过程，适适用于大气量，中浓度含VOC废气处理。该技术是利用液体吸收剂和废气直接接触而将VOC吸收，按机理分为物理吸收和化学吸收，通常为物理吸收，使用吸收剂有柴油、煤油、水和其它熔剂。任何可溶解于吸收剂有机物全部能够从气相转移到液相中，然后对
31、吸收液处理。当吸收液为水是采取精馏处理就能够回收有机溶剂；为非水时，需进行吸收剂再生。 (4) 膜分离 膜分离技术是采取对有机物有选择性透过高分子膜，在一定压力下是VOC渗透而分离。当废气进去系统后，膜选择性让VOC气体经过而被富集，净化气体在另一侧可排放，VOC富集气提去冷凝回收系统回收，此法可分离90%VOC。 膜分离适适用于中高浓度（VOC含量高于110-3）废气处理。系统费用和进口气流速成正比而和浓度关系不大，最好用于高浓度小流量，有较高回收价值有机溶剂回收，设备投资较高。但该技术降低二次污染，前景宽广。 (5) 减压蒸馏 减压蒸馏法采取减压蒸馏塔往返收废溶剂油中关键成份，其工艺经过降
32、低塔釜内压强来降低溶剂挥发温度，回收效果很好，不过减压蒸馏设备要求气密性高，生产时能耗大，投入较大，该方法存在缺点较为显著。前两种处理方法浪费了废溶剂油中含有经济价值二甲苯，第三种方法则浪费了大量能源，均无法有效地实现节能、环境保护、安全目标，所以寻求一个合理有效方法往返收工业废溶剂油中二甲苯是一个亟待处理问题11。1.4.4 回收技术选择 回收技术选择关键取决于VOC无理和化学性质、废气流量、浓度、温度、使用溶剂企业经济条件等。 因为碳吸收技术简单有效，使其成为VOC回收首选技术，当此法不适宜时，可考虑采取冷凝、膜分离、吸收技术。通常来讲，当VOC含量为5%10%时，首选冷凝法；当VOC含量
33、为0.5%5%时，选择膜分离技术；当VOC含量低于0.5%时，首选选吸附技术。从流量方面考虑，处理大流量废气优先考虑吸附法；小流量时用膜分离和冷凝法。 碳吸收技术适适用于气量大、VOC浓度不超出510-3有机废气处理，含量太高设备不安全，需在吸附前进行稀释，且颗粒碳不适于处理含酮、酯气体。活性炭纤维和沸石扩大了吸附法应用范围。碳吸附技术也受一些限制，如废气湿度不超出50%，使用时温度不高于40.对于过低浓度VOC废气处理可用浓缩轮技术再结合其它方法进行有机溶剂回收12。1.4 设计任务 本设计为年产500t漆包线生产中废气回收工段设计。本设计是参考汉中市汉中厚华电工材料废气回收工段设计。厂址：
34、汉中市郊区，东经11718，北纬3417，海拔高度34米当地含有大陆性气候特点。气候特征如表1-2所表示：表1-2 汉中市郊区气候特征年平均气温25极端最高气温43.6（1972.6.11）极端最底气温5.6（1969.2.6）最大风速23.4m/s最大平均风速19.3m/s整年风向东、东北夏季风向东、东南2 废气回收工段工艺过程及工艺选择 漆包线涂漆后经过焙炉烘烤，溶剂蒸发，然后排出废气，废气回收处理工段关键任务是将废气中含有有机溶剂冷凝成液体或经过吸收剂和吸附设备从废气中分离，而达成净化目标。下面分别对其中工艺进行论证。2.1 本设计工艺路线祥述 如附图A1工艺步骤图所表示，首先将排出高温
35、废气经过一个空气冷凝换热器，和冷空气进行热交换，将被加热冷空气通入焙炉，并将继续经过水冷凝器，由冷水冷却到30左右，实现废气中大部分有机溶剂液化，搜集并储存；再将未冷凝废气通入填料吸收塔，由吸收剂（白矿油）吸收后，有机溶剂含量已经极少，再经过吸附器完成净化。因为处理量较少，吸收剂解吸采取间隙处理，待一段时间，吸收剂中有机溶剂含量达成一定程度时候，通入薄膜蒸发器分离，薄膜蒸发器热量可由经空气冷凝后高温废气提供。溶剂蒸气再经过水冷凝器冷凝回收后，再通入吸附器排废。本工艺很好利用了废气携带大量热量，为以后蒸发提供热量，并使进入焙炉内空气稳定到300左右，确保漆包线质量。2.2 废气空气冷凝工艺 漆包
36、线生产中蒸发出溶剂为甲酚（沸点191）和二甲苯（沸点138.4），沸点较高，其蒸气易冷凝，所以，可采取空气冷却和水冷凝方法回收大部分漆包线加工中蒸发出甲酚和二甲苯。 漆包机顶部排出废气温度约为600，首先以空气作为冷却介质、逆流换热对其进行冷却，可将含甲酚和二甲苯废气温度降低到325左右。热交换后冷空气温度可升至300左右，该热空气直接通入漆包机蒸发段用于涂漆烘焙，可替换部分电加热，使热量得到大量回收利用。这部分热气流进入烘膛后，使烘膛中热对流加剧，温度则愈加趋于均匀一致。同时，因为该热空气温度在300左右，比漆包机中心温度600要低，就使得漆包机蒸发区愈加平稳，因为蒸发速度有所减慢，预防了漆
37、包线因为蒸发过快而产生针孔等不良现象，对深入提升产品质量起到关键作用。另外经过降温后325左右废气可经过间隙处理膜蒸发器，为二甲苯甲酚在回收剂中蒸发分离提供热量。2.3 废气水冷凝工艺 经空气预冷后废气深入用水进行冷却，可将温度降低至约3545，因为甲酚和二甲苯沸点全部比较高，在此过程中，大部分甲酚和二甲苯气体将被冷凝而得到回收。处理后废气含有极少许二甲苯，甲酚。2.4 吸收工艺经空气预冷和水冷后废气中仍含有部分未被冷凝甲酚和二甲苯气体，仍不能直接排放。可采取有机溶剂进行吸收处理。经大量试验研究，选择5#白矿油（沸点342.7）作为吸收剂。白矿油(white oil；white mineral
38、 oil)，为经高度精炼及纯化之产品，含有良好氧化安定性，化学稳定性，光安定性，无色、无味，不腐蚀纤维纺织物。白矿油质量标准以下表2-1所表示：表2-1 白油质量标准项 目计量标准质 量 指 标5710运动粘度（40）m2/s4.14-5.066.12-7.489.0-11.0闪点（开口）不低于110 130 140 倾点，不高于 -5 -5 -5 颜色，不低于赛氏号+25+25+25腐蚀试验（级）100、3H111水 份%无无无 白矿油对甲酚和二甲苯有极好溶解性，可完全互溶，所以采取白矿油为吸收剂很轻易吸收甲酚和二甲苯，吸收率可达96%以上。二甲苯沸点为138.4、甲酚沸点为191，而白矿油
39、沸点为342.7，白矿油和甲酚和二甲苯沸点相差较大，所以白矿油易和二甲苯和甲酚进行分离。白矿油循环吸收一定时间后，不需精馏，使用薄膜蒸发器蒸馏即可将白矿油和二甲苯和甲酚进行分离。2.5 蒸发分离工艺 吸收剂白矿油和废气经过充足接触后，可将废气中96%溶剂回收至吸收剂中，不过因为处理量较少，故采取间隙生产。吸收剂白矿油储存在吸收剂灌内，经循环数次使用后，吸收剂白矿油内有机溶剂（二甲苯，甲酚）含量达一定程度时，将其经过减压降膜蒸发器，二甲苯沸点为138.4、甲酚沸点为191，而白矿油沸点为342.7，白矿油和甲酚和二甲苯沸点相差较大，将空气冷凝后325左右废气作为热源，经过减压蒸发，可很轻易将二甲
40、苯，甲酚蒸发，实现分离。然后再将分离后吸收剂白矿油送回储罐，继续吸收。而蒸发有机溶剂（二甲苯，甲酚）蒸气再通入水冷凝器，用冷水将其冷凝成液体，实现回收。2.6 吸附排废工艺 经白矿油吸收后尾气中甲酚和二甲苯已近微量，因为活性碳适合吸附低浓度废气，故将此尾气再经过活性碳吸附器后可达标排放。定时对吸附器中活性碳进行更换，以确保废气质量 。3 关键设备论证及选型3.1 换热器 换热器是石油，化工，食品等其它工业必备通用设备，在生产中占相关键地位化工生产中换热器可作为加热器，冷却器，冷凝器，蒸发器和再沸器。依据热量交换原理可分为间壁式，混合式和蓄热式，间壁式换热器应用最多，本设计采取间壁式换热器。3.
41、1.1 换热器类型 (1) 夹套式换热器 这种类型换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单，不过传热系数不高。夹套式换热器广泛应用于反应过程加热和冷却。 (2) 沉醉式蛇管换热器 这种换热器是将金属管弯绕成多种和容器相适应形状，并沉醉在容器内液体。蛇管换热器优点是结构简单，能承受高压，可耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。 (3) 喷淋式换热器 这种换热器是将换热管成排固定在钢架上，热流体在关内流动，冷却水从上方喷淋而下。其传热效果较沉醉式大有改善。 (4) 套管式换热器 套管式换热器是由直径不一样直管制成同心套管，并由U形弯头连接而成，次换热器一个流体在管内流动，另
42、一个走环隙。其结构简单，传热系数大，推进力大，能承受高压，应用亦方便。 (5) 管壳式（列管式）换热器是最经典间壁式换热器，其应用历史悠久，至今仍占换热器主导地位。可分为以下多个类型： 固定管板式 ：用于冷热流体温差不大时，其机构简单成本低，但清洗困难，要求管外流体清洁不易结垢。 浮头式换热器 ：这种换热器两端固定板又一端尅轴向自由浮动，不仅完全消除了热应力，还可将整个管束抽出，便于清洗，但其结构比较复杂，造价也高。 U形管式换热器 ：其每根换热管全部弯成U形，进出口按章在同一个管板两侧，以隔板分开，每根管子可自由伸缩，结构上比浮头式简单，但管程不易清洗，只用于清洁不易结垢流体。 本设计工艺中
43、含有三个换热器，其中一个空气冷凝器，两个水冷凝器，综上比较，三个换热器均采取固定管板式换热器13。3.1.2 步骤安排 在列管式换热器中，冷、热流体步骤，需进行合理安排，通常应考虑以下标准：(1) 易结垢流体应走易于清洗一侧。对于固定管板式、浮头式换热器，通常应使易结垢流体流经管程，而对于U型管换热器，易结垢流体应走壳程。 (2) 有时在设计上需要提升流体速度，以提升其表面传热系数，在这种情况下，应将需要调高流速流体放在管程。这是因为管程流通截面积通常较小，而且易于采取多管程结构提升流速。 (3) 含有腐蚀性流体应走管程，这么能够节省耐腐蚀材料用量，降低换热器成本。 (4) 压力高流体应走管程
44、。这是因为管子直径小，承压能力强，能够避免采取耐压壳体和密封方法。 (5) 含有饱和蒸汽冷凝换热器，应使饱和蒸汽走壳程，便于排出冷凝液。 (6) 粘度大流体应走壳程，因为壳程内流体在折流板作用下，流通截面和方向全部不停改变，在较低雷诺数下就可达湍流状态。 应该说明是，上述要求常常不能同时满足，在设计中应考虑其中关键问题，首先满足其中较为关键要求14。3.1.3 加热剂和冷却剂选择通常情况下，用作加热或冷却流体是由实际情况决定，但有些时候则需要设计者自行选择。在选择加热剂或冷凝剂时，首先应满足所能达成加热或冷却温度外，还应考虑其起源方便，价格低廉，使用方便。在化工生产中，水使常见冷凝剂，饱和水蒸
45、气是常见加热剂。 本设计中空气冷凝器采取空气做冷凝剂，其它两个谁冷凝器，顾名思义，以水作为冷凝剂15。3.1.4 流体进出口温度确实定 工艺条体进出口温度是工艺条件所要求。加热剂或冷却剂进口温度也是确定，但其出口温度有时可由设计者决定。该温度直接影响加热剂或冷凝剂用量和换热器大小，所以这个温度确实定有一个经济上优化问题。另外还得考虑到温度对污垢影响，比如未处理河水做冷去剂时，其出口温度通常不得超出50，不然积垢显著增多，会大大增加传热阻力。3.2 吸收塔 现在，中国采取吸收塔关键有空喷塔，板式塔和填料塔，下面分别加以介绍。3.2.1 吸收塔类型 (1) 空喷塔 空喷塔通常为多段喷洒，没段下部均设有煤气分布器，相邻两段设有煤气经过锥性散罩，底部设有很多个喷嘴组成洗油喷洒装置，其上设有备用中央喷嘴，从顶部洒下来洗油经降液管引到下段。洗油从第二段起来采取循环喷洒。 用空喷塔洗苯含有以下优点：投资省，处 理能力大，阻力小，不堵塞等。缺点：洗苯效率低，塔后煤气含苯量高，洗油循环量大，动力消耗大。 (2) 板式塔（孔板塔） 板式塔关键有穿流式筛板塔。该塔轻易实现最好流体力学条件，即增加气液两相接触面积，提升两相湍