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1、课程设计报告书广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学生电话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. 项目概况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
2、部由车间顶部的通风窗以及车间墙上的风机进行换气，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行治理。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行回收造成浪 费的资源足有10吨。车间污染物浓度见表1。项目数值车间有害气体浓度（mg/m3）甲苯300乙酸乙酯200J酮-丙酮-车间排放口有害气体浓度（mg/m3）
3、甲苯300乙酸乙酯200J酮-丙酮-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行设计与 计算。1.3. 当地气象广州年平均气温：。C；年平均最高气温：26C ；年平均最低气温：18C； 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，雨量充沛，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 特征特别显着，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
4、冷气团向南伸展而形成，天气较干燥和寒冷；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/m3）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/m3)甲苯4015203040禁排18302746周界外浓度最高点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/
5、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-2003001501212010甲苯-501006040J酮-3006001501212010内酮-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。
6、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，很难选择到合适的吸收剂。该法操作简单，处 理效果一败涂地。吸附法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分离， 以此来达到净化的目的。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
7、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 孔结构，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。当炭吸附达到饱和后，对饱和的炭 床进行脱附再生；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。若 VOC为水溶性的，则用精馏将液体混合
8、物提纯;若为水不溶性，则用沉析器直接 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，却相对独立于废冷凝珈于机浓度小 5000PPM.的情况。-适于喷漆、印刷和粘合剂等温度不高，湿度不大，排二排气量较大的场合，！尤其对含卤化物的净化回收更为有二吸附且浓度冷低水此活性炭及附法是本次设计, 1本次设计只需分剂虑甲苯的最佳吸附方案。1.1.工艺式冷凝器回收槽贮槽I尾气排J放图1系统工艺流程图活性炭 吸附器锅炉房低压蒸汽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
9、先通过一组过滤阻火器，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24C以下。经冷凝的废气由引风机导入活性炭吸附器，进行活性炭吸附处理。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 凝器进行溶剂回收。回收的溶剂经水分离器分离后回用。本工艺系统可分为三个部分: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，避免漆雾粒子
10、粘在吸 附床内的活性碳纤维材料上，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，同时回收部分甲苯。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部分，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图2集气罩设计示意图等手段回收部分甲苯。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
11、面积。如图2所示，如果设 集气罩连接风管的特征尺寸为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D。(圆形为直径，方形为短边)，集气罩喇叭口长度七， 则应满足d0/d、VD/dV和H/dV(若影响操作，可适当增大)和h2/dW3。1.2. 集气罩入口风量的确定T = T1 T2 =80-30=50 (K)式中AT温差，K；二料槽温度，K；T2环境温度，K.已知：d=700mm，H=1000mm，取 H=500mm，a=80C则 D =d+=700+X500=1100 (mm) 0罩下口面积为F=XX=
12、(m2)罩下口边高为 h1= 0.2.F = 0.25 x J0950 = 0.24(m)罩上口直径拟定为d=200 (mm)01120则罩净高为h = 0.45(m)22校核 d /d ( 二 ) 0VD/d ( 二 )VH/d (二)和h2/d0 ( 二 )V3，基本符合要求。F=XX=(m2)式中q热量流率，kJ/s；F污染源断面积，m2。热烟气流量Q0为Q =(qHF2) 1/3= X(XX) 1/3= (m3/s) 0式中H集气罩距污染源的垂直距离，m。最小吸入风量F=F -F= (m2)0取吸气罩入口速度v=(m/s)集气罩排风量Q = Q+ vF= + X=（m3/s）式中Q最小
13、吸入风量，m3/s；V最小吸入速度，1.0m/s；F / 集气罩罩口面积与污染源断面积之差，m2。Fo集气罩罩口面积，m2。1.3. 列管式冷凝器1根据废气性质和气量，本项目选用固定板式换热器对废气进行冷凝以回收部 分甲苯。为了便于排出冷凝液，且考虑到经除尘后废气相对清洁，流动路径按废 气走管间（即壳程）、冷却水走管内考虑。另外，为了达到一定的回收效率，且 兼顾冷却水成本，确定冷却水进口温度为常温20C，出口温度为25C。烘干废 气进口温度为80C，经冷凝后降低到40C以下。具体计算如下：已知条件：烘干废气风量14000m3/h，进气温度80C，甲苯浓度为300mg/m3, 流量为4.5 kg
14、/h出口温度为40C，冷却水进水温度20C，出口温度25C。1.3.1. 甲苯回收率计算甲苯的 Antoine 常数为 A=, B=, C=。由 Antoine 方程 Inp = A 一 一一 （p T - C为温度T时的饱和蒸汽压，mmHg）80C时 p=； 40C时 p =,- _ , 291 21 58 74因此，80C降温至40C的回收率为=%291.21所以，至40C时甲苯冷凝量为X%=3.6kg/h，剩余流量为一=0.9kg/h。40 + 27340C时总废气体积约为14000x= 12413.6m3，冷凝处理后废气中残80 + 273留甲苯浓度为 120： 6 x 106 = 72.5mg / m31.3.2. 换热器面积80C时甲苯质量流量为4.5kg/h，则每小时排出的甲苯体积V为又废气总体积流量为14000 ms/h，废气平均分子量约为28。80C时废气质量流量=等1 x 14000 x 280.08314 x (80 + 273)=13356.8 kg/h废气中空气的质量流量为一 = 13352.3kg/h。废气从80C (T1)降至40C (T2)
