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1、 .wd. 课程设计报告书广州某包装印刷厂废气的吸附设计学 院 环境与能源学院专 业 环境工程学生姓名 赵宇庭学生学号 201136720460学生 13533776519指导教师 吴军良课程编号课程学分起始日期 2014年12月20日教师评语教师签名：日期：成绩评定备注目录1.工程概况61.1.工厂概况61.2.产污与排放61.3.当地气象72.设计依据73.工艺方案比选与确定83.1.吸附工艺的选择83.2.工艺流程93.3.主要设备103.3.1.过滤阻火器除尘器103.3.2.冷凝器103.3.3.活性炭吸附装置104.工艺设计与计算114.1.集气罩的设计114.2.集气罩入口风量确
2、实定114.3.列管式冷凝器1124.3.1.甲苯回收率计算134.3.2.换热器面积134.3.3.主要工艺的计算144.4.列管式冷凝器2154.4.1.确定所需蒸汽量154.4.2.冷凝甲苯回收率计算154.4.3.计算换热器的面积A154.4.4.主要工艺及构造 基本参数的计算164.5.吸附设备的设计174.5.1.净化效率174.5.2.活性炭对甲苯的饱和吸附量计算174.5.3.固定床吸附器主要参数计算184.5.4.固定床吸附器直径184.5.5.气流穿过固定床层的压降估算式为：194.6.引风机和排风机204.7.溶剂水别离器204.8.液泵204.9.供汽205.设计图纸见
3、附页216.参考文献217.互校说明211. 工程概况1.1. 工厂概况广州市某包装印刷厂坐落于广州市南沙区，主营业务为各种塑料薄膜的印刷制品。该印刷厂印刷工艺为凹印工艺，该工艺具有印刷速度快、印刷色彩饱满等特点，是现在主要的软包装、烟包、彩盒、铝箔材料的印刷手段，该工厂共有七台凹版印刷机，其中六台作为日常运作使用，剩余一台备用。1.2. 产污与排放该印刷厂运行的六台印刷机，没有专门的废气收集系统，生产过程中产生的VOC气体全部由车间顶部的通风窗以及车间墙上的风机进展换气，废气排放手机的方法都极不合理，导致生产过程中的大量废气直接从印刷机顶和四周排放，车间内空气十分恶劣，对厂区周围的环境也造成
4、了即为严重的影响，当地居民及环保局一致要求其对废气进展治理。经过测量，该厂产出的VOC气体主要为甲苯、乙酸乙酯、丁酮、丙酮，但因为丁酮及丙酮用量少难以检测，主要测量了其甲苯及乙酸乙酯的浓度。该厂每天车间溶剂消耗量为14吨，而按照物料衡算挥发量也就是没有进展回收造成浪费的资源足有10吨。车间污染物浓度见表1。工程数值车间有害气体浓度mg/m3甲苯300乙酸乙酯200丁酮-丙酮-车间排放口有害气体浓度mg/m3甲苯300乙酸乙酯200丁酮-丙酮-表1 印刷厂污染物浓度可以看出主要的污染物为甲苯因此本设计以甲苯为主要污染物进展设计与计算。1.3. 当地气象广州年平均气温：22.0；年平均最高气温：2
5、6；年平均最低气温：18；年平均降雨量：1738毫米。广州地处南亚热带，气候属南亚热带典型的季风海洋性气候。夏无酷暑，冬无严寒，雨量充分，四季如春，繁花似锦。全年平均气温20-22摄氏度，平均相对湿度77%，市区年降雨量为1，600毫米以上。由于背山面海，海洋性气候特征特别显著，具有温暖多雨、光热充足、温差较小、夏季长、霜期短等气候特征。季风气候突出。冬夏季风的交替是广州季风气候突出的特征。冬季的偏北风因极地大陆冷气团向南伸展而形成，天气较枯燥和寒冷；夏季偏南风因热带海洋暖气团向北扩张所形成，天气多温热潮湿。夏季风转换为冬季风一般在每年9月份，而冬季风转换为夏季风一般在每年4月份。2. 设计依
6、据根据GB 16297-1996?大气污染物综合排放标准?以及DB44/27-2001?广东省大气污染物排放限值?制定相关内容详见表2。执行该标准下的二级标准。污染物最高允许排放浓度mg/m最高允许排放速率kg/h无组织排放监控浓度限值排气筒m一级二级三级监控点浓度mg/m甲苯4015203040禁排3.15.218304.77.92746周界外浓度最高点3.0表2 甲苯综合排放标准同时地方和厂家也有标准，详见表3。有机物名称接触限值mg/m3现有污染源新污染源车间最高容许浓度时间加权平均浓度短时接触浓度排放浓度mg/m3排放速率kg/h排放浓度mg/m3排放速率kg/h乙酸乙酯-200300
7、1501212010甲苯-50100606.1405.2丁酮-3006001501212010丙酮-3004501501212010表3 印刷车间有机废气的接触限值及排放浓度标准3. 工艺方案比选与确定3.1. 吸附工艺的选择目前，对含有有害有机溶剂废气的净化方法，主要有吸收法、吸附法、冷凝法和燃烧法。吸收法主要是采用适当的液体吸收剂来吸收净化废气中的污染物。此方法简单可靠，投资省，处理风量不受限制，适于处理低浓度并含颗粒物的废气。对不同的污染物，可选择不同的液体吸收剂。但对于挥发性很强的有机溶剂废气，由于不能用水来作吸收剂，所以，很难选择到适宜的吸收剂。该法操作简单，处理效果一败涂地。吸附法
8、主要是采用吸附材料如活性炭等来吸附净化废气中的污染物。这种方法比较适合于中等风量以下、间歇性排放的低浓度废气的处理。该法操作简单，易管理，效果好。冷凝法是将废气的温度降低，使污染物冷凝、凝结成液体并与废气别离，以此来到达净化的目的。这种方法适用于高浓度废气的净化，并可以回收资源。但该法投资大，能耗高，操作复杂，不适宜处理大风量、低浓度的废气。燃烧法分为直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法是将含有污染物的废气送入燃烧器烧掉；催化燃烧是在有催化剂帮助下燃烧废气中的有害物质。燃烧法也投资大，能耗高，操作复杂，同样不适宜处理大风量、低浓度的废气。相比较之下在回收方面，选择活性炭吸附法是最适用的方法。炭吸
9、附是目前最广泛使用的回收技术，其原理是利用吸附剂 (粒状活性炭和活性炭纤维) 的多孔构造，将废气中的 VOC 捕获。将含 VOC 的有机废气通过活性炭床，其中的 VOC 被吸附剂吸附，废气得到净化，而排入大气。当炭吸附到达饱和后，对饱和的炭床进展脱附再生；通入水蒸气加热炭层，VOC 被吹脱放出，并与水蒸汽形成蒸汽混合物，一起离开炭吸附床。用冷凝器冷却蒸汽混合物，使蒸汽冷凝为液体。假设VOC为水溶性的，那么用精馏将液体混合物提纯;假设为水不溶性，那么用沉析器直接回收 VOC。因涂料中所用的甲苯与水互不相溶，故可以直接回收。炭吸附技术主要用于废气中组分比较简单、有机物回收利用价值较高的情况，其废气
10、处理设备的尺寸和费用正比于气体中 VOC的数量，却相对独立于废气流量；因此，炭吸附床更倾向于稀的大气量物流，一般用于 VOC 浓度小于 5000PPM 的情况。适于喷漆、印刷和粘合剂等温度不高，湿度不大，排气量较大的场合，尤其对含卤化物的净化回收更为有效。本次设计只需考虑甲苯的吸附且浓度较低因此活性炭吸附法是本次设计的最正确吸附方案。1.1. 工艺流程烘干废气风机引风机集气罩列管式冷凝器1溶剂水别离器苯系贮槽2冷却水贮槽水槽过滤阻火器活性炭吸附器尾气排放低压蒸汽锅炉房列管式冷凝器2冷凝水回收槽苯系贮槽1图1 系统工艺流程图由于烘箱出口废气中苯系污染物浓度较高，因此统一收集后先通过一组过滤阻火器
11、，去除尾气中的固体杂质，然后进入列管式冷凝器，将气态苯系污染物冷凝为液体。经冷凝，温度冷却至24以下。经冷凝的废气由引风机导入活性炭吸附器，进展活性炭吸附处理。吸附器共设两组，交替使用。饱和后的活性炭采用低压蒸汽再生，再生出的气相返回到冷凝器进展溶剂回收。回收的溶剂经水别离器别离后回用。本工艺系统可分为三个局部：废气收集系统主要包括局部排风罩，风量调节阀，管道。废气净化处理系统主要包括除尘器，冷凝器，活性炭吸附装置。排风系统主要包括排风机，风量调节阀和烟囱。1.1. 主要设备1.1.1. 过滤阻火器除尘器主要作用：主要是为了除去有机废气中的漆雾粒子，防止漆雾粒子粘在吸附床内的活性碳纤维材料上，
12、影响有害气体吸附效果。其次是为了防止生产设备出现着火事故时影响净化设备。1.1.2. 冷凝器冷凝器1的作用是将有机废气中的气态甲苯冷凝为液体，从而降低废气中甲苯含量，提高活性炭吸附处理效率，同时回收局部甲苯。冷凝器2的作用是将脱附所得甲苯和水蒸气冷凝为液体，回收脱附所得甲苯。1.1.3. 活性炭吸附装置活性炭吸附装置是净化装置重要组成局部，设置目的是利用吸附法截留废气中的有机物进一步净化废气，并利用低压蒸汽吹脱及冷凝等手段回收局部甲苯。图2 集气罩设计示意图2. 工艺设计与计算1.1. 集气罩的设计集气罩的罩口尺寸不应小于罩子所在污染位置的污染物扩散的断面积。如图2所示，如果设集气罩连接风管的
13、特征尺寸为d0圆形为直径，方形为短边，污染源的特征尺寸为d圆形为直径，方形为短边，集气罩距污染源的垂直距离H，集气罩口的特征尺寸为D0圆形为直径，方形为短边，集气罩喇叭口长度h2，那么应满足d0/d0.2、1.0D0/d2.0和H/d0.7(假设影响操作，可适当增大)和h2/d03。1.2. 集气罩入口风量确实定TT1T2 =80-30=50K 式中T温差，K；T1料槽温度，K；T2环境温度，K.：d=700mm，H=1000mm，取H=500mm，a=80那么D0=d+0.8H=700+0.8500=1100mm罩下口面积为F0=0.253.141.12=0.950m2罩下口边高为罩上口直径拟定为d0=200mm那么罩净高为校核d0/d=0.2860.2 1.0D0/d=1.572.0 H/d=0.71和h2/d0=2.253， 基本符合要求。F0.253.140.720.385m2式中q热量流率，kJ/s； F污染源断面积，m2。热烟气流量Q0为Q00.403qHF21/3=0.4030.1280.50.38521/3=0.085m3/s式中H集气罩距污染源的垂直距离，m。最小吸入风量 FF0-F= 0.950-0.3850.565m2取吸气罩入口速度v0.7m/s集气罩排风量QQ0+ vF0.085+0.70.5650.48m3/s式中Q最小吸入风量，m
