有機(jī)廢氣處理-活性炭吸附詳細(xì)計(jì)算

1、活性炭吸附脫附及附屬設(shè)備選型詳細(xì)計(jì)算書(shū)目錄 TOC o 1-3 h z u 1.緒論 PAGEREF _Toc1569800 h 11.1概述 PAGEREF _Toc1569801 h 11.1.1有機(jī)廢氣的來(lái)源 PAGEREF _Toc1569802 h 11.1.2有機(jī)物對(duì)大氣的破壞和對(duì)人類的危害 PAGEREF _Toc1569803 h 11.2有機(jī)廢氣治理技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展 PAGEREF _Toc1569804 h 21.2.1各種凈化方法的分析比較 PAGEREF _Toc1569805 h 22設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明 PAGEREF _Toc1569806 h 42.1設(shè)計(jì)任務(wù) PAGER

2、EF _Toc1569807 h 42.2設(shè)計(jì)進(jìn)氣指標(biāo) PAGEREF _Toc1569808 h 42.3設(shè)計(jì)出氣指標(biāo) PAGEREF _Toc1569809 h 42.4設(shè)計(jì)目標(biāo) PAGEREF _Toc1569810 h 43工藝流程說(shuō)明 PAGEREF _Toc1569811 h 53.1工藝選擇 PAGEREF _Toc1569812 h 53.2工藝流程 PAGEREF _Toc1569813 h 54設(shè)計(jì)與計(jì)算 PAGEREF _Toc1569814 h 74.1基本原理 PAGEREF _Toc1569815 h 74.1.1吸附原理 PAGEREF _Toc1569816 h

3、 74.1.2吸附機(jī)理 PAGEREF _Toc1569817 h 74.1.3吸附等溫線與吸附等溫方程式 PAGEREF _Toc1569818 h 84.1.4吸附量 PAGEREF _Toc1569819 h 104.1.5吸附速率 PAGEREF _Toc1569820 h 114.2吸附器選擇的設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc1569821 h 114.2.1吸附器的確定 PAGEREF _Toc1569822 h 114.2.2吸附劑的選擇 PAGEREF _Toc1569823 h 134.2.3空塔氣速和橫截面積的確定 PAGEREF _Toc1569824 h 154.2.

4、4固定床吸附層高度的計(jì)算 PAGEREF _Toc1569825 h 154.2.5吸附劑（活性炭）用量的計(jì)算 PAGEREF _Toc1569826 h 174.2.6床層壓降的計(jì)算15 PAGEREF _Toc1569827 h 174.2.7活性炭再生的計(jì)算16 PAGEREF _Toc1569828 h 184.3集氣罩的設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc1569829 h 194.3.1集氣罩氣流的流動(dòng)特性 PAGEREF _Toc1569830 h 194.3.2集氣罩的分類及設(shè)計(jì)原則 PAGEREF _Toc1569831 h 204.3.3集氣罩的選型 PAGEREF _Toc

5、1569832 h 204.4吸附前的預(yù)處理 PAGEREF _Toc1569833 h 224.5管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc1569834 h 234.5.1管道系統(tǒng)的配置 PAGEREF _Toc1569835 h 234.5.2管道內(nèi)流體流速的選擇 PAGEREF _Toc1569836 h 244.5.3管道直徑的確定 PAGEREF _Toc1569837 h 244.5.4管道內(nèi)流體的壓力損失 PAGEREF _Toc1569838 h 254.5.5風(fēng)機(jī)和電機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc1569839 h 255工程核算 PAGEREF _Toc1569840

6、 h 285.1工程造價(jià) PAGEREF _Toc1569841 h 285.2運(yùn)行費(fèi)用核算 PAGEREF _Toc1569842 h 285.2.1價(jià)格標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc1569843 h 285.2.2運(yùn)行費(fèi)用 PAGEREF _Toc1569844 h 296結(jié)論與建議 PAGEREF _Toc1569845 h 306.1結(jié)論 PAGEREF _Toc1569846 h 306.2建議 PAGEREF _Toc1569847 h 30致謝 PAGEREF _Toc1569848 h 331.緒論1.1概述1.1.1有機(jī)廢氣的來(lái)源有機(jī)廢氣的來(lái)源主要有固定源和移動(dòng)源兩種。移動(dòng)

7、源主要有汽車、輪船和飛機(jī)等以石油產(chǎn)品為燃料的交通工具的排放氣；固定源的種類極多,主要為石油化工工藝過(guò)程和儲(chǔ)存設(shè)備等的排出物及各種使用有機(jī)溶劑的場(chǎng)合,如噴漆、印刷、金屬除油和脫脂、粘合劑、制藥、塑料、涂料和橡膠加工等。1.1.2有機(jī)物對(duì)大氣的破壞和對(duì)人類的危害有機(jī)廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物稱為VOCs(Volatileorganiccompounds),在涂裝、印刷、制鞋和化工生產(chǎn)的許多行業(yè)中,一些工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過(guò)程都伴有大量的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)廢氣的排出。VOCs廢氣排入大氣環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生以下幾個(gè)方面的影響:VOCs是光化學(xué)反應(yīng)的前體,有陽(yáng)光照射時(shí),在合適的條件下VOCs與NOx及其它懸

8、浮化學(xué)物質(zhì)發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng),主要生成臭氧,形成光化學(xué)煙霧,從而發(fā)生光化學(xué)污染；光化學(xué)煙霧會(huì)刺激人的眼睛和呼吸系統(tǒng),有些VOCs還具有強(qiáng)烈刺激氣味,空氣中達(dá)到一定濃度時(shí)則產(chǎn)生令人不適的感覺(jué),影響空氣質(zhì)量；有些有毒的VOCs(如芳香烴等)氣體在環(huán)境中存在會(huì)損害人們的健康,長(zhǎng)時(shí)間暴露在污染空氣中會(huì)引發(fā)癌變或引起其它嚴(yán)重疾病,如苯對(duì)骨髓的造血機(jī)能造成破壞,是一種致癌物；甲苯和二甲苯對(duì)中樞神經(jīng)具有強(qiáng)的麻醉作用；氯乙烯為致癌物。在制鞋業(yè),由于“三苯”中毒而導(dǎo)致工人致死事件已發(fā)生過(guò)多起,而涂料工業(yè)使用的溶劑中,主要是甲苯、二甲苯和其它毒性有機(jī)物。光化學(xué)煙霧也會(huì)危害人的健康和植物的生長(zhǎng)，1965年日本各大

9、城市頻繁發(fā)生的光化學(xué)煙霧,1966年美國(guó)洛杉磯的光化學(xué)煙霧均對(duì)人類健康造成危害。VOCs對(duì)環(huán)境的極大危害和對(duì)人體健康的嚴(yán)重威脅，引起了世界各國(guó)政府的高度重視。美國(guó)環(huán)保署EPA（EnvironmentalProtectionAgency）定義的污染物中VOCs占了300多種，而美國(guó)1990年的清潔空氣法（CleanAirAct）要求減少90%排放量的189種毒性化學(xué)物中，70%屬于VOCs1。我國(guó)在1997年1月1日開(kāi)始實(shí)施的中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297-1996)也規(guī)定了苯、甲苯、二甲苯、氯乙烯等VOCs排放較為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，如表1.1所示。表1.1幾種VOCs排

10、放的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)VOCs最高允許排放濃度(mg/m3)苯12甲苯40二甲苯70氯乙烯36注：這是對(duì)新污染源的排放標(biāo)準(zhǔn)。1.2有機(jī)廢氣治理技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展有機(jī)廢氣的來(lái)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(jī)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(diǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)不同的情況，選擇合適的方法是有機(jī)廢氣治理的關(guān)鍵。有機(jī)廢氣治理的方法主要有回收法和消除法兩類。有機(jī)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(jī)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(guò)濾器，生物滴濾

11、器，生物沖刷塔，膜生物反應(yīng)器，活性污泥法等?；钚蕴课椒▋艋士蛇_(dá)95%以上，若無(wú)再生裝置，則運(yùn)行費(fèi)用太高，若用蒸汽回收，則工藝流程過(guò)長(zhǎng)，操作費(fèi)用高，回收的溶劑和水的混合物利用價(jià)值也不高；再生時(shí)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(huì)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(wèn)題。催化燃燒法凈化率可達(dá)95%，但適合于處理高濃度、小風(fēng)量且廢氣溫度較高的有機(jī)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(gè)吸附床交替使用

12、，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(duì)這些問(wèn)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，采用PLC電腦來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。1.2.1各種凈化方法的分析比較解決有機(jī)廢氣的污染,最根本的方法是工藝改革。采用無(wú)害涂料、無(wú)害溶劑在現(xiàn)階段生產(chǎn)中是不能馬上實(shí)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(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)常采用的三種凈化方法分析比較見(jiàn)表1.2。表1.2國(guó)內(nèi)外有機(jī)廢氣常用處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較2凈化類別優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)活性炭吸附法1、可處理大

13、風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣。2、可回收溶劑。3、不需要加熱。4、凈化效率高,運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。1、廢氣凈化前要進(jìn)行預(yù)處理。2、僅限于低濃度。3、設(shè)備龐大,占地面積多。催化燃燒法1、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、操作方便、占地面積小。2、熱量可以循環(huán)利用。3、有利于凈化高濃度廢氣。1、催化劑成本高。2、要考慮催化劑中毒和表面異物附著,易失效。液體吸收法1、流程較簡(jiǎn)單,吸收劑價(jià)格便宜。2、廢氣凈化不需預(yù)處理。3、建造快、占地少。1、后處理投資大,費(fèi)用高。2、對(duì)溶劑成份選擇性大。2設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明2.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容為20000m3/h活性炭吸附工業(yè)有機(jī)廢氣的工程設(shè)計(jì)，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(zhǔn)設(shè)備設(shè)

14、計(jì)，管道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)及吸附劑再生系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，應(yīng)完成工作：（1）紙質(zhì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及其電子版本；（2）譯文及原文影印件。（3）設(shè)計(jì)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）2.2設(shè)計(jì)進(jìn)氣指標(biāo)風(fēng)量為20000m3/h，溫度為35，排氣壓力為101.325kpa，苯濃度為100mg/m3。甲苯濃度為80mg/m3,二甲苯濃度為100mg/m3，2.3設(shè)計(jì)出氣指標(biāo)依據(jù)廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物排放限值（DB44/27-2001）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)3,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2-1:表2-1.設(shè)計(jì)出氣指標(biāo)單位mg/m3指標(biāo)苯甲苯二甲苯出氣濃度1240702.4設(shè)計(jì)目標(biāo)（1）嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)環(huán)境保護(hù)的各項(xiàng)規(guī)定，確

15、保各項(xiàng)污染指標(biāo)達(dá)到國(guó)家及地區(qū)有關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。（2）經(jīng)本處理工藝處理后的廢氣，將不會(huì)產(chǎn)生二次污染物。（3）本處理工藝運(yùn)行可靠，處理效果好，維護(hù)管理方便。（4）采用低能耗、低運(yùn)行費(fèi)用、基建投資省、占地少、操作管理簡(jiǎn)便。（5）工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備選型能夠在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中具有較大的調(diào)節(jié)余地。3工藝流程說(shuō)明3.1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(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性等條件全面考慮,實(shí)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(guó)內(nèi)外對(duì)有機(jī)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

16、的有機(jī)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(jī)廢氣，缺點(diǎn)是對(duì)處理對(duì)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(yùn)行費(fèi)用很高；活性炭吸附法凈化效率為99.2%99.3%,對(duì)于處理大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣,國(guó)內(nèi)外一致認(rèn)為該法是最為成熟和可靠的技術(shù),但該工藝流程過(guò)長(zhǎng),操作費(fèi)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(duì)這些問(wèn)題,結(jié)合本畢業(yè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和具體要求，采用利用活性炭固定床吸附系統(tǒng)對(duì)工業(yè)有機(jī)廢氣進(jìn)行凈化，選用蜂窩狀活性炭做為吸附劑。3.2工藝流程注：1集氣罩;2除霧過(guò)濾器;3活性炭固定吸附床;4提供蒸汽的風(fēng)機(jī);5離心風(fēng)機(jī);

17、6排氣罩.圖2.3有機(jī)廢氣工藝流程圖該處理工藝系統(tǒng)組合十分緊湊,集吸附-脫附于一體。在生產(chǎn)過(guò)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(duì)廢氣進(jìn)行吸收處理，吸附床一般配置2臺(tái)以上,輪換使用,當(dāng)1臺(tái)吸附床吸附的有機(jī)物達(dá)到規(guī)定的吸附量時(shí),換到另1臺(tái)吸附床進(jìn)行吸附凈化操作,同時(shí)對(duì)前面1臺(tái)吸附床進(jìn)行脫附再生。脫附是在外加蒸汽的作用下通過(guò)加溫進(jìn)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(dá)到余熱的利用。生產(chǎn)中揮發(fā)出來(lái)的廢氣，通過(guò)離心風(fēng)機(jī)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(guò)活性炭過(guò)濾層對(duì)氣體進(jìn)行處理，凈化后的氣體通過(guò)排氣管排

18、入大氣。如附圖1所示4設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1基本原理4.1.1吸附原理在用多孔性固體物質(zhì)處理流體混合物時(shí)，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(shí)，吸附的對(duì)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(jìn)行一段時(shí)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(shí)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(gè)過(guò)程稱為吸附劑的再生。因此，在實(shí)際工作中，正是利用吸附劑的吸附再生吸附的循環(huán)過(guò)程，

19、達(dá)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(shí)發(fā)生，兩者之間沒(méi)有嚴(yán)格的界限。兩者的主要區(qū)別見(jiàn)表4-15表4-1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┐螅ń诜磻?yīng)熱）選擇性無(wú)或很差較強(qiáng)可逆性可逆不可逆吸附平衡易達(dá)到不易達(dá)到吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強(qiáng)，當(dāng)氣體中吸附質(zhì)分壓降低或溫度升高時(shí)，容易發(fā)生脫附。工業(yè)上

20、的吸附操作正是利用這種可逆進(jìn)行吸附劑的再生及吸附質(zhì)的回收利用的。4.1.2吸附機(jī)理吸附和脫附互為可逆過(guò)程。當(dāng)用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質(zhì)時(shí)，由于吸附劑表面沒(méi)有吸附質(zhì)，因此也就沒(méi)有吸附質(zhì)的脫附。但隨著吸附的進(jìn)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(shí)間的推移，脫附速度不斷增大。但從宏觀上看，同一時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)的吸附量仍大于脫附量，所以過(guò)程的總趨勢(shì)認(rèn)為吸附。當(dāng)同一時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)的吸附量與脫附量相等時(shí)，吸附和脫附達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)稱為達(dá)到吸附平衡。平衡時(shí)，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(guò)程停止。平衡時(shí)的吸附質(zhì)在流體中的濃度稱為平衡濃度，

21、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(zhǎng)時(shí)間接觸后，終將達(dá)到吸附平衡。吸附平衡量是吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的極限吸附量，亦稱靜吸附量分?jǐn)?shù)或靜活性分?jǐn)?shù)，用Xt表示，無(wú)量綱。它是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中十分重要的參數(shù)。吸附平衡時(shí)，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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制，也常用各種經(jīng)驗(yàn)方程式來(lái)表示。4.1.3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(duì)吸附質(zhì)吸附數(shù)量的極限，其數(shù)值對(duì)吸附造作，設(shè)計(jì)和過(guò)程控制有著重要的意義。達(dá)到吸附平衡時(shí)，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(shí)驗(yàn)測(cè)得的，也可以用

22、經(jīng)驗(yàn)方程式表示。4.1.3.1吸附等溫線在氣體吸附中，其平衡關(guān)系可表示為：Af（p,T）式中A平衡吸附量；p吸附平衡時(shí)吸附質(zhì)在氣相中的分壓力；T吸附溫度根據(jù)需要。對(duì)一定的吸附體系可測(cè)得如下關(guān)系：當(dāng)保持T不變，可測(cè)得A與P的變化關(guān)系當(dāng)保持P不變，可測(cè)得A與T的變化關(guān)系當(dāng)保持A不變，可測(cè)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(guò)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(shí)，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(duì)大量的不同氣體與蒸氣的吸附測(cè)定，吸附等溫線形

23、式可歸納為六種基本類型。4.1.3.2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(yàn)方程式，即為吸附等溫方程式，其中有的完全依據(jù)實(shí)驗(yàn)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：吸附僅是單分子層的；氣體分子在吸附劑表面上吸附與脫附呈動(dòng)態(tài)平衡；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；氣體的吸附速率與該氣體在氣相的分壓成正比。根據(jù)上

24、述假設(shè)，可推導(dǎo)出朗格謬爾等溫式：式中吸附劑表面被吸附分子覆蓋的百分?jǐn)?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：式中Vm單分子層覆蓋滿時(shí)（1）的吸附量；V在氣相分壓p下的吸附量。在壓力很低時(shí)，或者吸附很若時(shí)，ap1,上式變成：V=Vmap由朗格謬爾等溫式得到的結(jié)果與許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相符合，能夠解釋很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此，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范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。（2）弗羅因德利希方程式式中q固體吸附氣體的量，/吸附劑；P平衡時(shí)氣體分壓；k，n經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。在一定溫度下，對(duì)一定體系而言是常數(shù)，k和n隨溫度變化而變化；m

25、吸附質(zhì)質(zhì)量，；x被吸附氣體的質(zhì)量。弗羅因德利希等溫方程式只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)式，它所適用的范圍比朗格謬爾式要大些，可用于未知組成物質(zhì)的吸附，如有機(jī)物或礦物油的脫色，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定k與n。有資料認(rèn)為它在高壓范圍內(nèi)不能很好地吻合實(shí)驗(yàn)值。（3）BET方程由于朗格謬爾的單分子層吸附理論及其等溫方程對(duì)中壓合高壓物理吸附不能很好地吻合，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了BET理論。它除了接受朗格謬爾理論地幾條假定，即固體表面是均勻的，被吸附分子不受其它分子的影響，吸附與脫附在吸附劑表面達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡以外，還認(rèn)為在吸附劑表面吸附了一層分子以后，由于范德華力地作用還可以吸附多層分子，而第一層與以后的各層有所不同。吸附達(dá)平衡后，吸附總數(shù)（

26、V）為：P平衡時(shí)氣體分壓；V壓力為p時(shí)的吸附總量；Vm吸附劑表面為單分子層鋪滿時(shí)的吸附量；P0實(shí)際溫度下氣體的飽和蒸氣壓；C與氣體有關(guān)的常數(shù)。很多實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)比壓p/p0在0.050.35范圍內(nèi)時(shí)，BET公式是比較準(zhǔn)確的，在低壓下可以與朗格謬爾等溫式一致。4.1.4吸附量吸附量是指在一定條件下單位質(zhì)量地吸附劑上所吸附的吸附質(zhì)的量，通常以吸附質(zhì)/吸附劑或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示，它是吸附劑所具有吸附能力的標(biāo)志。在工業(yè)上將吸附量稱為吸附劑的活性。吸附劑的活性有兩種表示方法：（1）吸附劑的靜活性在一定條件下，達(dá)到平衡時(shí)吸附劑的平衡吸附量即為其靜活性。對(duì)一定的吸附體系，靜活性只取決于吸附溫度和吸附質(zhì)的濃度或分壓

27、。（2）吸附劑的動(dòng)活性在一定的操作條件下，將氣體混合物通過(guò)吸附床層，吸附質(zhì)被吸附，當(dāng)吸附一段時(shí)間后，從吸附劑層流出的的氣體中開(kāi)始發(fā)現(xiàn)吸附質(zhì)（或其濃度達(dá)到一規(guī)定的允許值）時(shí)，認(rèn)為床層失效，此時(shí)吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量稱為吸附劑的動(dòng)活性。動(dòng)活性除與吸附劑和吸附質(zhì)的特性有關(guān)外，還與溫度、濃度及操作條件有關(guān)。吸附劑的動(dòng)活性值是吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。4.1.5吸附速率吸附過(guò)程常需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡，而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，兩項(xiàng)接觸時(shí)間是有限的。因此，吸附量取決與吸附速率，而吸附速率與吸附過(guò)程有關(guān)，吸附過(guò)程可分為以下幾步：(1)外擴(kuò)散，吸附質(zhì)從氣流主體穿過(guò)顆粒物周圍氣膜擴(kuò)散至吸附劑的外表面（2）內(nèi)擴(kuò)散，吸

28、附質(zhì)由外表面經(jīng)微孔擴(kuò)散至吸附劑微孔表面（3）吸附，到達(dá)吸附劑微孔表面的吸附質(zhì)被吸附（4）脫附的吸附質(zhì)再經(jīng)內(nèi)外擴(kuò)散至氣相主體物理吸附過(guò)程一般為內(nèi)外擴(kuò)散控制，化學(xué)吸附既有表面動(dòng)力學(xué)控制，又有內(nèi)外擴(kuò)散控制。由于吸附過(guò)程復(fù)雜，影響因素多，從理論上推導(dǎo)速率很難，因此一般是憑經(jīng)驗(yàn)或根據(jù)模式實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。4.2吸附器選擇的設(shè)計(jì)計(jì)算吸附器的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)包括確定吸附器的形式，吸附劑的種類，吸附劑的需要量，吸附床高度，吸附周期等，這些參數(shù)的選擇應(yīng)從吸附平衡，吸附傳質(zhì)速率及壓降來(lái)考慮。4.2.1吸附器的確定對(duì)吸附器的基本要求：（1）具有足夠的過(guò)氣斷面和停留時(shí)間；（2）良好的氣流分布；（3）預(yù)先除去入口氣體中污染吸附劑的

29、雜質(zhì)；（4）能夠有效地控制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度（5）易于更換吸附劑。吸附工藝根據(jù)吸附劑在吸附器上的工作狀態(tài)，可將吸附器分為固定床、移動(dòng)床和流化床過(guò)程，相應(yīng)的三種吸附器的主要特點(diǎn)比較見(jiàn)表4-26表4-2三種吸附器主要特點(diǎn)比較類型主要特點(diǎn)比較固定床吸附器1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉2.適用于小型、分散、間歇性的污染源治理3吸附和脫附交替進(jìn)行、間歇操作4應(yīng)用廣泛移動(dòng)床吸附器1處理氣體量大，吸附劑可循環(huán)使用，適用于穩(wěn)定、連續(xù)、量大的氣體凈化2.吸附和脫附連續(xù)完成3動(dòng)力和熱力消耗較大，吸附劑磨損較為嚴(yán)重流化床吸附器1結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴2氣體和固體接觸相當(dāng)充分3.生產(chǎn)能力大，適合治理連續(xù)性、大氣量的污染源

30、4吸附劑和容器的磨損嚴(yán)重結(jié)合工藝特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性分析，本設(shè)計(jì)吸附器采用臥式圓錐形固定床吸附器，殼體為圓形，封頭為橢圓形，其優(yōu)點(diǎn)是流體阻力小，可以減少氣體流經(jīng)吸附床層的動(dòng)力消耗，易產(chǎn)生氣流分配不均運(yùn)現(xiàn)象，故吸附質(zhì)以整砌形式放在抽屜式的凈化單元中，抽屜間設(shè)有防治氣體短路的擋板，在氣體入口的吸附劑之間裝有氣體整流裝置，力求氣體均勻。抽屜式的裝卸吸附劑方式非常方便，利于操作，其具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖2，基本運(yùn)行參數(shù)如下：處理風(fēng)量：20000m3/h吸附器外觀尺寸：LBH700033003000mm材料：鋼板4壓降：1000Pa數(shù)量：兩臺(tái)并聯(lián)，脫附吸附交替運(yùn)行4.2.2吸附劑的選擇如何選擇、使用和評(píng)價(jià)吸附劑

31、，是吸附操作中必須解決的首要問(wèn)題。一切固體物質(zhì)的表面，對(duì)于流體的表面都具有物理吸附的作用，但合乎工業(yè)要求的吸附劑則應(yīng)具備以下一些要求：（1）具有大的比表面積（2）具有良好的選擇性吸附作用（3）吸附容量大（4）具有良好的的機(jī)械強(qiáng)度和均勻的顆粒尺寸。（5）有足夠的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性（6）有良好的再生性能（7）吸附劑的來(lái)源廣泛、造價(jià)低廉實(shí)際中，很難找到一種吸附劑能同時(shí)滿足上述要求，因而在選擇吸附劑時(shí)要權(quán)衡多方面的因素。同時(shí)，目前對(duì)吸附過(guò)程的實(shí)質(zhì)還了解得不十分清楚，因而鑒別吸附劑吸附性能，還只能依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)定和從生產(chǎn)中考察，尚不能從理論上推出。常用的吸附劑主要有：活性炭、硅膠、分子篩沸石、活性氧化鋁與

32、氧化鋁。其中活性炭是應(yīng)用最早、用途較廣的一種優(yōu)良吸附劑。它是一種具有非極性表面，為疏水性和親有機(jī)物的吸附劑，故活性炭常常被用來(lái)吸附回收空氣中的有機(jī)溶劑和惡臭物質(zhì)，在環(huán)境保護(hù)方面用來(lái)處理工業(yè)廢水和治理某些氣態(tài)污染物?；钚蕴康难芯?、生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展很快,目前應(yīng)用較多的主要是粉末狀、顆粒狀的活性炭和活性炭纖維。除此之外,新型的活性炭也在積極開(kāi)發(fā)之中,蜂窩狀活性炭便是其中的一種。蜂窩狀活性炭為一種新型環(huán)保吸附材料，通過(guò)將優(yōu)質(zhì)活性炭和輔助材料制成蜂窩狀方孔的過(guò)濾柱，達(dá)到產(chǎn)品體積密度小、比表面積大的目的，目前已經(jīng)大量應(yīng)用在低濃度、大風(fēng)量的各類有機(jī)廢氣凈化系統(tǒng)中。被處理廢氣在通過(guò)蜂窩活性炭方孔時(shí)能充分與活性碳

33、接觸，吸附效率高，風(fēng)阻系數(shù)小，具有優(yōu)良的吸附、脫附性能和氣體動(dòng)力學(xué)性能，可廣泛用于凈化處理含有甲苯、二甲苯、苯、等苯類、酚類、酯類、醇類、醛類等有機(jī)氣體、惡臭味氣體和含有微量重金屬的各類氣體。采用蜂窩狀活性炭的環(huán)保設(shè)備廢氣處理凈化效率高，吸附床體積小，設(shè)備能耗低，能夠降低造價(jià)和運(yùn)行成本，凈化后的氣體完全滿足環(huán)保排放要求。綜合衡量各方面因素，如果企業(yè)經(jīng)濟(jì)允許的話，建議吸附劑選用蜂窩狀活性炭纖維能較好的滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，其物理性能參數(shù)見(jiàn)表4-3：表4-3蜂窩狀活性炭的物理性能7項(xiàng)目性能指標(biāo)外形尺寸/5050100孔數(shù)/-216孔壁厚/0.5壓碎強(qiáng)度/Mpa正面：7.07側(cè)面：0.3體積密度/g.-

34、30.40.5幾何外表面積/.g-10.32比表面積/.g-1700著火點(diǎn)/550苯吸附率/0.2其吸附性能主要取決于它的幾個(gè)主要材料參數(shù)和過(guò)程參數(shù)8。材料參數(shù)包括炭的吸附孔隙率、蜂窩結(jié)構(gòu)的壁厚和炭的含量；過(guò)程參數(shù)包括流體流速、吸附質(zhì)的濃度、吸附能(吸附能取決于碳結(jié)構(gòu)和吸附質(zhì)的特征如分子量)。穿透曲線是表征材料吸附性能的主要性能之一,是吸附前后吸附質(zhì)濃度比值隨時(shí)間變化的一個(gè)函數(shù)9。此比值達(dá)到0.95時(shí),所吸附的吸附質(zhì)的總量就稱為穿透容量。穿透容量取決于流體流速、吸附質(zhì)濃度和蜂窩炭組分含量等因素10。對(duì)蜂窩狀活性炭來(lái)說(shuō),壁厚是一個(gè)非常重要的參數(shù),可以通過(guò)改變壁厚來(lái)提高它的吸附效率。在孔隙率相同的

35、情況下,壁厚增加,則單位體積蜂窩的炭含量也隨之增加,從而可以提高吸附容量。這是因?yàn)楸诤裨黾?蜂窩中流體通道的截面積減少,這樣真實(shí)的表面或體積流速也會(huì)增大。同時(shí),吸附質(zhì)與炭之間的接觸效率也會(huì)提高,這兩者之間存在一個(gè)平衡關(guān)系。在給定的條件下,這個(gè)平衡關(guān)系將決定吸附增加還是減少。如果吸附質(zhì)以較高的擴(kuò)散速度擴(kuò)散到蜂窩壁的內(nèi)部,由此空出來(lái)的吸附位又可連續(xù)吸附,因此厚壁蜂窩應(yīng)該具有更好的吸附效率和吸附容量11。4.2.3空塔氣速和橫截面積的確定空塔氣速為氣體通過(guò)吸附器整個(gè)橫截面的速度?？账馑俚倪x擇,不僅直接決定了吸附器的尺寸和壓降的大小,而且還會(huì)影響吸附效率。氣速很小,則吸附器尺寸很大,不經(jīng)濟(jì);氣速過(guò)大

36、,則壓降會(huì)增大,使吸附效率受到影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳氣速。吸附設(shè)計(jì)中不能追求過(guò)高的吸附效率，把空塔速度取值降小，那樣會(huì)使吸附床體積、吸附劑用量和設(shè)備造價(jià)大為增高；反之也不宜取過(guò)大的空塔氣速那樣設(shè)備費(fèi)用雖低，但吸附效率下降很多，且體系壓降會(huì)隨空塔速率的增大上升很快，造成動(dòng)力消耗過(guò)大，因此因選取合適的空塔氣速，最適宜空塔氣速為0.81.2m/s12，依此經(jīng)驗(yàn)結(jié)論，本設(shè)計(jì)確定空塔氣速:U=1.0m/s.原始條件：處理風(fēng)量：Q20000m3/h，設(shè)計(jì)溫度為35，壓力為1.01325105Pa由于廢氣中，空氣所占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于污染物所占比例，因此，廢氣性質(zhì)可以近似看作為干空氣的熱物理性質(zhì)，查化學(xué)原理附錄

37、9得以下數(shù)據(jù)：空氣混和物性質(zhì)：流體密度f(wàn)=1.147kg/m3，黏度為f=1.94105Pa.S，比熱容為Cp=1.005kJ/(kg.)吸附得粒狀活性炭顆粒性質(zhì)：平均直徑dp=0.003m，表觀密度s=670kg/m3，堆積密度B=470kg/m3固定床空隙率f0.5橫截面積:4.2.4固定床吸附層高度的計(jì)算采用透過(guò)曲線計(jì)算法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)將含有一定濃度污染物的氣流連續(xù)通過(guò)固定床吸附器，在不同時(shí)間內(nèi)，確定確定吸附床不同截面處氣流中污染物的濃度分布，當(dāng)吸附床使用一段時(shí)間后，出口氣體污染物濃度達(dá)到某一允許最大濃度時(shí)，認(rèn)為吸附床失效。從氣流開(kāi)始通入至吸附床失效這段時(shí)間稱為穿透時(shí)間，或保護(hù)作用時(shí)間。表示

38、吸附床處理氣體量與出氣口污染物濃度之間的關(guān)系的曲線稱為穿透曲線。穿透曲線的形狀和穿透時(shí)間取決與固定床的操作方法。操作過(guò)程的實(shí)際速率和機(jī)理、吸附平衡性質(zhì)、氣流速度、污染物入口濃度，以及床層厚度等都影響穿透曲線的形狀，此過(guò)程比較復(fù)雜，目前仍是只是近似過(guò)程的計(jì)算。假定吸附床到達(dá)穿透時(shí)間時(shí)全部處于飽和狀態(tài)，即達(dá)到它的平衡吸附量a,也稱a為靜活度，同時(shí)根據(jù)朗格謬爾等溫線假定靜活度不在與氣象濃度有關(guān)。在吸附作用時(shí)間內(nèi)，所吸附污染物的量為13式中：X在時(shí)間內(nèi)的吸附量；a靜活度，重量，%；S吸附層的截面積，m2；L吸附層高度，m；b吸附劑的堆積密度，設(shè)計(jì)為470kg/m3固定床雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于污染物在床層

39、內(nèi)濃度分布是隨時(shí)間變化，計(jì)算比較復(fù)雜，因此目前工程上都是采用近似計(jì)算，通過(guò)算活性炭的作用時(shí)間進(jìn)行后處理的計(jì)算。活性炭的作用時(shí)間由下式算出14：式中：V活性炭的裝填量，m3C進(jìn)口氣污染物的濃度，mg/m3Q氣流量，m3/ht活性炭的使用時(shí)間，hW活性炭原粒度的中重量穿透炭容，d活性炭的堆密度0.8t/m3算出三苯每小時(shí)的排放量：“三苯”的濃度：0（10080100）2000010-65.6kg/h假設(shè)吸附器的吸附器的吸附效率為85%，則達(dá)標(biāo)排放時(shí)需要吸附總的污染物的量為：5.685%4.76kg/h則在吸附作用時(shí)間內(nèi)的吸附量：X=4.762851356.6根據(jù)得：根據(jù)活性炭的吸附能力，設(shè)靜活度為

40、16kg甲苯/100kg活性炭所以，4.2.5吸附劑（活性炭）用量的計(jì)算吸附劑的用量M：M=LSb=3.245.56470=8600kg吸附劑本身占據(jù)體積：VLS3.245.5618.1m3吸附劑床層體積：設(shè)計(jì)吸附床層尺寸為L(zhǎng)B6600mm3200mm，則每塊塔板的截面積A321.12m3。取板上固定床高度H0.35m，則吸附器中塔板數(shù)：考慮安裝的實(shí)際情況，得到固定床吸附裝置的實(shí)際尺寸取為：LBH7000mm3300mm3000mm4.2.6床層壓降的計(jì)算15流體通過(guò)固定床吸附器時(shí)，由于流體不斷地分流和回合，以及流體與吸附劑顆粒和器壁的摩擦阻力，會(huì)產(chǎn)生一定的壓降。在設(shè)計(jì)固定床吸附器時(shí)多采用流路

41、模型估算床層壓力降，若對(duì)壓力降計(jì)算有更高的要求，則可直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)的床層壓力降用下式計(jì)算：根據(jù)活性炭的性能：4.2.7活性炭再生的計(jì)算16吸附劑的吸附容量有限，一般在140（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）之間。要增大吸附裝置的處理能力，吸附劑一般都循環(huán)使用，即當(dāng)吸附劑達(dá)到飽和或接近飽和是，使其轉(zhuǎn)入脫附和再生操作。一般常用的再生方法有：升溫脫附、降壓脫附、置換脫附、吹打脫附、化學(xué)轉(zhuǎn)化再生法、溶劑萃取。此外，還有一些其他的吸附劑脫附再生方法，如電解氧化再生法、微生物再生法和藥物再生法等。至于工業(yè)上到底采用哪種操作方法，應(yīng)視具體情況選用既經(jīng)濟(jì)又有效的方法。生產(chǎn)實(shí)際中，常常是幾種方法結(jié)合使用。如活性炭吸附有

42、機(jī)蒸氣后，可用通入高溫蒸氣再生，也可用加熱和抽真空的方法再生；沸石分子篩吸附水分后，可用加熱氮?dú)獾霓k法再生。本設(shè)計(jì)采用升溫脫附，即在等壓下升高吸附床層溫度，進(jìn)行脫附，然后降溫冷卻，重新吸附。吸附床的操作溫度為T1，原料中吸附質(zhì)的分壓為P1，當(dāng)吸附床達(dá)飽和后，吸附劑吸附容量為x1。假定吸附階段終了時(shí)，允許吸附后氣體中的吸附容量低于x2。升溫脫附可將吸附劑從T1升溫到T2，這是吸附劑容量可以低于x2。1、干燥吸附劑時(shí)空氣消耗量：式中：L干燥吸附劑時(shí)空氣的消耗量，kgl空氣的單位消耗量，即干空氣/H2O，無(wú)量綱x1、x2分別為離開(kāi)、進(jìn)入吸附劑層時(shí)空氣的含濕量即H2O/干空氣W干燥時(shí)驅(qū)走的水分，kg由

43、化工原理查表得，35時(shí)飽和水蒸氣蒸氣密度為0.03960kg/m3，則2、加熱空氣所消耗得空氣熱含量：式中：I2由加熱器進(jìn)入吸附器的空氣熱含量，J/kgI1進(jìn)入加熱器的空氣熱含量，J/kg設(shè)利用120的熱風(fēng)進(jìn)行脫附，查得35時(shí)干空氣的熱含量為1.005KJ/（kg.），120時(shí)為1.009KJ/（kg.），則：4.3集氣罩的設(shè)計(jì)計(jì)算在工業(yè)生產(chǎn)中，常用于控制各種顆粒物和氣態(tài)污染物的方法是將有害物質(zhì)在發(fā)生源收集起來(lái)，經(jīng)過(guò)凈化設(shè)備凈化后排到大氣中，這就是局部排氣凈化系統(tǒng)，這種系統(tǒng)所需要的風(fēng)量最小，效果好，能耗也少，是生產(chǎn)車間控制空氣污染最有效、最常用的方法。局部排氣凈化系統(tǒng)主要由集氣罩、風(fēng)管、凈化設(shè)

44、備、風(fēng)機(jī)、煙囪等組成。局部排氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括污染物的捕集裝置、管道系統(tǒng)、凈化設(shè)備設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分。該系統(tǒng)用以捕集污染物的裝置大多數(shù)呈罩子形狀，通常稱為集氣罩。它是氣體凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它可將粉塵及氣態(tài)污染物導(dǎo)入凈化系統(tǒng)，同時(shí)防止污染物向生產(chǎn)車間及大氣擴(kuò)散。集氣罩的性能對(duì)整個(gè)氣體凈化系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果有很大的影響。設(shè)計(jì)完善的集氣罩能在不影響生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)操作的前提下，用較小的排風(fēng)量獲得最佳的控制效果;而設(shè)計(jì)不良的集氣罩即使用很大的排風(fēng)量也達(dá)不到預(yù)期的目的。在控制氣體中擴(kuò)散效果相同的前提下，排風(fēng)量越大，則整個(gè)凈化系統(tǒng)也越大，投資與運(yùn)行費(fèi)用也相應(yīng)增加。因此，集氣罩的設(shè)計(jì)是氣體凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重

45、要環(huán)節(jié)。4.3.1集氣罩氣流的流動(dòng)特性研究集氣罩罩口氣流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律對(duì)于有效捕集污染物是十分重要的。集氣罩罩口氣流運(yùn)動(dòng)方式有兩種：一種是吸氣口氣流的吸入流動(dòng)；另一種是吹氣口氣流的吹出流動(dòng)。了解吸入氣流、吹出氣流以及兩種氣流合成的吹吸氣流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是合理設(shè)計(jì)和使用集氣罩的基礎(chǔ)。吸入氣流和吹出氣流的流動(dòng)特性是不同的。吹出氣流在較遠(yuǎn)處仍能保持其能量密度，吸入氣流則在離吸氣口不遠(yuǎn)處其能量密度急劇下降。這亦表明，吹出氣流的控制能力大，而吸入氣流則有利于接受。因此，可以利用吹出氣流作為動(dòng)力，把污染物輸送到吸氣口再捕集，或者利用吹出氣流阻擋、控制污染物的擴(kuò)散。4.3.2集氣罩的分類及設(shè)計(jì)原則集氣罩的種類繁多

46、，應(yīng)用廣泛。按其氣流流動(dòng)的方式可分為兩大類：吸氣式集氣罩和吹氣式集氣罩。按集氣罩與污染源的相對(duì)位置及密閉情況，還可將吸氣式集氣罩分為:密閉罩、排氣柜、外部集氣罩、接受式集氣罩等。其集氣罩的設(shè)計(jì)原則為：（1）集氣罩應(yīng)盡可能包圍或靠近污染源，使污染物的擴(kuò)散限制在最小的范圍內(nèi)，盡可能減少氣吸氣范圍，防止橫向氣流的干擾，減少排風(fēng)量。（2）集氣罩的吸氣氣流盡可能與污染氣流運(yùn)動(dòng)方向一致，以充分利用污染氣流的初始動(dòng)能。（3）在保證控制污染的條件下，盡量減少集氣罩的開(kāi)口面積，使排風(fēng)量最小。（4）集氣罩的吸氣氣流不允許通過(guò)人的呼吸區(qū)再進(jìn)入罩內(nèi)。設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮操作人員的位置和活動(dòng)范圍。（5）集氣罩的配置應(yīng)與生產(chǎn)

47、工藝協(xié)調(diào)一致，力求不影響工藝操作和設(shè)備維修。（6）集氣罩應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用而造價(jià)低，并便于制作安裝和拆卸維修。（7）要盡可能避免或減弱干擾氣流辱穿堂風(fēng)、送風(fēng)氣流等對(duì)吸氣氣流的影響；雖然集氣罩的結(jié)構(gòu)不十分復(fù)雜，但由于各種因素的相互制約，要同時(shí)滿足上述要求并非易事，應(yīng)充分了解生產(chǎn)工藝、操作特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。4.3.3集氣罩的選型由于受工藝條件限制，一般產(chǎn)生有機(jī)廢氣的車間無(wú)法進(jìn)行密閉，且噴氣車間室內(nèi)橫向氣流干擾較小，可采用外部集氣罩的上部傘形罩，如附圖5所示其基本參數(shù)如下：排風(fēng)量：Q=20000m3/h鋼板制圓形風(fēng)管，取風(fēng)速12m/s風(fēng)管直徑：圓整為800規(guī)格為8001.0風(fēng)管橫截面積：則實(shí)際風(fēng)

48、管氣速：表4-4集氣罩罩口速度12名稱條件舉例罩口速度，m/s揚(yáng)塵速度極低，沒(méi)有干擾氣流（1）煙塵從敞口容器外溢（2）液面蒸發(fā)（3）浸槽0.250.5揚(yáng)塵低速飛散，無(wú)干擾氣流（1）噴漆（2）酸洗（3）焊接0.51.0揚(yáng)塵較高速飛散，有較小干擾氣流（1）開(kāi)煉機(jī)、密煉機(jī)（2）裝袋、裝桶（3）解包車1.02.5揚(yáng)塵高速飛散，有干擾氣流（1）噴砂（2）粉磨機(jī)（3）砂輪機(jī)2.510罩口速度：對(duì)照表4-4,確定=0.8m/s罩口面積:罩口直徑：罩口直邊長(zhǎng)度：L20.2m（減少周圍空氣混入排風(fēng)系統(tǒng)）罩口敞開(kāi)面周長(zhǎng)：罩口喇叭口長(zhǎng)度：L03d取L0=1.5d=1.50.8=1.2m罩的擴(kuò)張角角：圓形工作臺(tái)特征尺

49、寸：d0=1.5工作臺(tái)至地面高度H0=d0=1.5m又污染源至至罩口高度:取H1m4.4吸附前的預(yù)處理對(duì)于一般的有機(jī)廢氣的工藝過(guò)程所產(chǎn)生的塵霧在高速噴出時(shí)，誘導(dǎo)周圍的空氣流動(dòng)，加上工作點(diǎn)的不斷變換，又與工件周圍的空氣大量混合，在反彈氣流及車間內(nèi)橫向氣流作用下，塵霧呈無(wú)序發(fā)散。這些粉塵含量不高，粒徑較小，絕大部分在10um以下，若未經(jīng)處理，將很快堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)這些塵霧特別是噴漆污染的治理非常重視，凈化方式多種多樣，有干式過(guò)濾法、濕式過(guò)濾法、燃燒法、催化燃燒法、吸附法、蒸餾析法等，根據(jù)不同產(chǎn)品的特性、產(chǎn)品生產(chǎn)狀況以及經(jīng)濟(jì)性、場(chǎng)地情況進(jìn)行選擇。本設(shè)計(jì)除霧處理采用前置式干

50、式除塵過(guò)濾器，具體運(yùn)行參數(shù)如下：處理風(fēng)量：Q=20000m3/h過(guò)濾速度：u=1.21.5m/s過(guò)濾面積：過(guò)濾器的尺寸：長(zhǎng)寬高70020002000mm設(shè)備阻力：P2350Pa數(shù)量：一臺(tái)；采用鋼板進(jìn)行燒焊，過(guò)濾箱采用抽屜方式放置雙層進(jìn)口干式除塵和除霧過(guò)濾材料，容塵量大、凈化效率高、阻力低、過(guò)濾風(fēng)速大、阻燃。干式過(guò)濾材料使霧狀物變成松散粉塵狀，材料飽和后可取出拍打、抖落，或用吸塵器吸塵后重復(fù)使用多次。4.5管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算只有通過(guò)各種管道把各種凈裝置連接在一起才能組合成完整的凈化系統(tǒng)，因此，管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)是凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的組成部分，合理地設(shè)計(jì)、施工和使用管道系統(tǒng)，不僅能充分發(fā)揮凈化裝置的能

51、效，而且直接關(guān)系到設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)合理性。管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常是在凈化系統(tǒng)中的各種裝置選定之后進(jìn)行的，主要包括管道系統(tǒng)的配置和管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算等兩個(gè)方面的內(nèi)容。4.5.1管道系統(tǒng)的配置（1）配置的一般原則從總體布局考慮，統(tǒng)一規(guī)劃，力求簡(jiǎn)單、緊湊、適用、美觀，而且安裝、操作、維修方便，并盡可能縮短管線長(zhǎng)度，減少占地與空間，節(jié)省投資。（2）管網(wǎng)的布置方式為了便于管理和運(yùn)行調(diào)節(jié)，管網(wǎng)系統(tǒng)不宜過(guò)大。同一系統(tǒng)的吸氣（塵）點(diǎn)不宜過(guò)多。同一系統(tǒng)有多個(gè)分支管時(shí)，應(yīng)將這些分支管分組控制。在進(jìn)行管網(wǎng)配置時(shí)，主要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題就是要實(shí)現(xiàn)各支管間的壓力平衡，以保證各吸氣點(diǎn)達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)控制污染物擴(kuò)散的目的。為

52、保證多分支管網(wǎng)中各支管間的壓力平衡，常用的管網(wǎng)配置方式有以下三種：干管配管方式、個(gè)別配管方式和環(huán)狀配管方式。（3）管道熱補(bǔ)償為了保證管道系統(tǒng)在熱狀態(tài)下的穩(wěn)定和安全，吸收管道熱脹冷縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，管道系統(tǒng)每隔一段距離應(yīng)裝固定支架和熱補(bǔ)償裝置。管道熱伸長(zhǎng)補(bǔ)償方法有自然補(bǔ)償和補(bǔ)償器補(bǔ)償兩類。由于本設(shè)計(jì)管道線較短，管內(nèi)介質(zhì)溫度不是很高，管徑小于1000mm，可采用自然補(bǔ)償法，利用管道自然轉(zhuǎn)彎管段（L形或Z形）來(lái)吸收管道熱身長(zhǎng)形變，既經(jīng)濟(jì)有合乎安全穩(wěn)定要求。常用的補(bǔ)償器有柔性材料套管式補(bǔ)償器和波形補(bǔ)償器等。（4）管道系統(tǒng)的保溫及防爆措施在管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為減少輸送過(guò)程中熱量損耗或防止煙氣結(jié)露而影響系統(tǒng)

53、正常運(yùn)行，則需要對(duì)管道和設(shè)備進(jìn)行保溫。所謂保溫是對(duì)設(shè)備、管道表面貼覆絕熱材料，以減少熱傳遞，維持管道或設(shè)備在一定的溫度范圍內(nèi)工作。管道系統(tǒng)保溫設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括保溫材料選擇、保溫層厚度計(jì)算和保溫層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)管道輸送介質(zhì)中含有可燃?xì)怏w或易燃易爆粉塵時(shí)，管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮必要的防爆措施。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取以下防爆措施：加強(qiáng)可燃物濃度的檢測(cè)與控制；消除火源；阻火與泄爆措施；設(shè)備密閉和廠房通風(fēng)；對(duì)管道系統(tǒng)的布置必須將有可能蓄積靜電的風(fēng)管和設(shè)備可靠地接地。4.5.2管道內(nèi)流體流速的選擇管道內(nèi)流體的選擇涉及到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的問(wèn)題。當(dāng)流量確定后，若選擇較低的流速，管道斷面積較大，管徑大，材料耗費(fèi)多，基建投資

54、高，但系統(tǒng)壓力損失小，噪聲小，動(dòng)力消耗低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，且對(duì)于含塵煙氣，則易造成粉塵沉積而堵塞管道。反之，若選擇較高流速，則管徑小，材料消耗少，基建投資少，但系統(tǒng)壓力損失大，噪聲大，動(dòng)力消耗大，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。因此，要使管道設(shè)計(jì)計(jì)算經(jīng)濟(jì)合理，必須選擇適當(dāng)?shù)牧魉?，使投資和運(yùn)行費(fèi)用的總和為最小。表4-5，使投資和運(yùn)行費(fèi)用總和最小綜合衡量。表4-5風(fēng)管最小風(fēng)速17粉塵性質(zhì)垂直風(fēng)管水平風(fēng)管粉塵性質(zhì)垂直風(fēng)管水平風(fēng)管粉狀粘土和砂1113鐵和鋼1923水泥粉塵1218鋼鐵粉塵1315重礦物粉塵1416灰土、砂塵1618焦炭粉塵1418輕礦物粉塵1214煤塵1113炭黑1012染料粉塵1517棉絮810石棉粉塵12

55、18短纖維粉塵8124.5.3管道直徑的確定在已知流量和確定流速后，管道直徑可按下式計(jì)算：鋼板制圓形風(fēng)管，取風(fēng)速12m/s風(fēng)管直徑：圓整為800查18規(guī)格為8001.0風(fēng)管橫截面積：則實(shí)際風(fēng)管氣速：4.5.4管道內(nèi)流體的壓力損失（1）摩擦阻力的計(jì)算對(duì)于直徑為d的圓形風(fēng)管，摩擦阻力計(jì)算公式為：摩擦阻力系數(shù)v風(fēng)管內(nèi)氣體的平均流速，m/s氣體的密度，kg/m3l風(fēng)管長(zhǎng)度，m管徑：d0.8m，摩擦系數(shù)：=1.593，管長(zhǎng)：l5m風(fēng)管內(nèi)氣體的平均流速：v11.1m/s則（2）局部阻力的計(jì)算則管路總壓力損失為：流程總壓力損失為：=350+77.27+8801307.3Pa4.5.5風(fēng)機(jī)和電機(jī)的選擇（1）風(fēng)

56、量計(jì)算在確定管網(wǎng)風(fēng)量的基礎(chǔ)上，考慮到風(fēng)管、設(shè)備的漏風(fēng)，選用風(fēng)機(jī)的風(fēng)量應(yīng)大于管網(wǎng)計(jì)算測(cè)定的風(fēng)量，計(jì)算公式如下：式中Q0選擇風(fēng)機(jī)的計(jì)算風(fēng)量,m3/hKQ風(fēng)量附加安全系數(shù)，一般管道系統(tǒng)取1.01.1，除塵系統(tǒng)取1.11.15，且除塵器漏風(fēng)另加510，本設(shè)計(jì)取KQ1.1則=1.120000=22000m3/h（2）風(fēng)壓計(jì)算考慮到風(fēng)機(jī)性能波動(dòng)、管網(wǎng)阻力計(jì)算的不精確，選用風(fēng)機(jī)的壓力應(yīng)大于管網(wǎng)計(jì)算所確定的風(fēng)壓,計(jì)算公式如下：=1.20130.73=156.88Pa式中p0選擇風(fēng)機(jī)的計(jì)算風(fēng)量,PaKP風(fēng)壓附加安全系數(shù)，一般管道系統(tǒng)取1.01.15，除塵系統(tǒng)取1.151.20，本設(shè)計(jì)取KP1.20又風(fēng)機(jī)樣本上的

57、性能參數(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)狀況（大氣壓力為1.013105Pa，溫度為20，相對(duì)濕度為50）下得出的，在實(shí)際使用情況不是標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓會(huì)變化，風(fēng)量不變，因此選擇風(fēng)機(jī)時(shí)對(duì)參數(shù)進(jìn)行換算：式中P0風(fēng)機(jī)在實(shí)際工況下的風(fēng)壓P0風(fēng)機(jī)樣本上的風(fēng)壓0、T0、P0風(fēng)機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度、溫度和壓力、T、P風(fēng)機(jī)在實(shí)際工況下的密度、溫度和壓力（3）風(fēng)機(jī)型號(hào)在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：根據(jù)輸送氣體的性質(zhì)，確定風(fēng)機(jī)的類型；根據(jù)所需風(fēng)量、風(fēng)壓和選定的風(fēng)機(jī)類型，確定風(fēng)機(jī)的型號(hào)；在滿足風(fēng)量的風(fēng)壓的條件下，盡可能選用噪聲低、工作效率高的風(fēng)機(jī)；通風(fēng)機(jī)和風(fēng)管系統(tǒng)的不合理連接可能使風(fēng)機(jī)性能急劇變壞，因此在連接時(shí)，要使氣體在進(jìn)出風(fēng)機(jī)時(shí)盡

58、可能均勻一致，不能有方向和速度的突然變化。（4）電機(jī)型號(hào)所需電機(jī)功率按下式計(jì)算：其中Ne電機(jī)功率，KwQ0風(fēng)機(jī)的總風(fēng)量，m3/hP0風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，PaKd電動(dòng)備用系數(shù)，引風(fēng)機(jī)取Kd1.31通風(fēng)機(jī)全壓效率，可從通風(fēng)機(jī)樣本上查到，一般為0.50.7，取0.62機(jī)械傳動(dòng)效率，連軸器直接傳動(dòng)，取20.98根據(jù)上述要求，查19排風(fēng)機(jī)選用黃巖風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的472NO.8型離心風(fēng)機(jī)，具體性能參數(shù)如下：風(fēng)量：1792031000m3/h全壓:24721844Pa轉(zhuǎn)速：1600n/min電動(dòng)機(jī)型號(hào)：Y180M2功率：22Kw5工程核算5.1工程造價(jià)表5.1工程材料預(yù)算清單5.2運(yùn)行費(fèi)用核算5.2.1價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)1、地價(jià)

59、：準(zhǔn)建面積：3.55.8萬(wàn)元/畝（包辦國(guó)土使用證）；不準(zhǔn)建面積：1.65萬(wàn)元/畝2、基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)：按工程總造價(jià)收35；按建筑面積125元/平方米計(jì)算3、平整費(fèi)用：土方：9元/平方米；沙；15元/平方米。4、構(gòu)筑物：鐵皮：165元/平方米；鋼構(gòu)：300元/平方米；混凝土：420元/平方米5、電價(jià)：按工業(yè)用電綜合電價(jià)：0.65元/（kw.h）5.2.2運(yùn)行費(fèi)用（1）電費(fèi)：運(yùn)行功率為22kw/h，以0.65元/度計(jì)，電費(fèi)為0.652214.3元/小時(shí)。（2）活性炭費(fèi)用：活性炭損耗費(fèi)：活性炭每半年更換一次，活性炭用量約9噸，按活性炭4000元/噸計(jì)，則184000126000元/月，每月運(yùn)行285小時(shí)，

60、則6000285=21.05元/小時(shí)。（3）活性炭再生費(fèi)用：活性炭每2天再生一次，再生一次用電9小時(shí)，電費(fèi)0.6592.212.87元/次，一年共再生180次，則再生費(fèi)用為（4）人工：2人輪班，每班8小時(shí)，工資共2400元/月，則人工費(fèi)為5元/小時(shí)綜上得，處理每立方米廢氣的運(yùn)行費(fèi)用為6結(jié)論與建議6.1結(jié)論1、本設(shè)計(jì)工程系統(tǒng)工藝先進(jìn)、設(shè)計(jì)合理，控制風(fēng)速、凈化風(fēng)量及噪聲強(qiáng)度等技術(shù)參數(shù)均達(dá)到或接近設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)通風(fēng)凈化效果顯著，工人在清潔區(qū)作業(yè)，可有效地保護(hù)身體健康，特別是系統(tǒng)節(jié)能效果顯著、初投資和運(yùn)行費(fèi)用均較低，具有投資少、運(yùn)行成本低、操作簡(jiǎn)單、使用方便和廢氣處理效果好的特點(diǎn)，具有一定范圍的推廣價(jià)