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1、广东工业大学环境工程毕业设计 活性炭吸附法净化包装印刷油墨废气活性炭吸附法净化包装印刷油墨废气1有机废气污染与控制现状1.1苯的特性苯及其同系物-甲苯和二甲苯都为无色、有芳香气味的，沸点为80.1。是挥发性有机物，都具有易挥发、易燃的特点。苯主要用作油、脂、橡胶、对脂、油漆、喷漆，和氯丁橡胶等溶剂及稀薄剂，制造多种化工产品。1.2苯对人体健康的危害苯被质量卫生组织（WHO）国际癌症研究中心（IARC）确认为高毒致癌物质。急性毒作用，主要对中枢神经系统，慢性主要作用于造血组织及神经系统，但若造血功能完全破坏，可发生致命的颗粒性白细胞消失症，并引起白血病。对皮肤也有刺激作用。苯、甲苯和二甲苯是以蒸
2、气状态存在于空气中，中毒作用一般是由于吸入蒸气或皮肤吸收所致。由于苯属芳香烃类，使人一时不易警觉其毒性。如果长期接触-定浓度的甲苯、二甲苯会引起慢性中毒，可出现头痛、失眠、精神萎靡、记忆力减退等神经衰弱症。甲苯、二甲苯对生殖功能亦有一定影响，并导致胎儿先天性缺陷(即畸形)。对皮肤和粘膜刺激性大，对神经系统损害比苯强，长期接触还有引起膀胱癌的可能。1.3印刷厂含苯有机废气污染现状印刷过程需要使用有机溶剂型油墨，而有机溶剂型油墨采用甲苯、二甲苯、丙酮、丁醇、乙酸乙酯等低沸点挥发性有机物作为溶剂。由于现有的国产或进口的绝大部分印刷机械出厂时均未配备相应的净化装置，因此在生产过程中大量含有甲苯、二甲苯
3、、丙酮、丁醇、乙酸乙酯等有机成分的废气没有经过净化处理而直接排向大气。2设计依据2.1设计目的本设计着眼对包装印刷厂印刷过程中的有机溶剂型油墨挥发出来的有机废气的净化，力求满足实现技术上先进，经济上合理，设计出适合的脱除含苯有机废气的新工艺和新设备。2.2设计进气指标风量为1500，温度为常温，排气压力为101.325 kpa，三苯有机废气浓度为400。2.3 设计出气指标依据广东省地方标准大气污染物排放限值（DB44/27-2001）一级排放标准 ,具体数据见表2-1: 表2-1.设计出气指标 单位mg/m3指 标苯甲苯二甲苯出气浓度1240702.4 设计目标（1）严格执行国家有关环境保护
4、的各项规定，确保各项污染指标达到国家及地区有关污染物排放标准。（2）经本处理工艺处理后的废气，将不会产生二次污染物。（3）本处理工艺运行可靠，处理效果好，维护管理方便。（4）采用低能耗、低运行费用、基建投资省、占地少、操作管理简便。（5）工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的调节余地。3有机废气治理工艺技术方案3.1有机废气治理方法的比较有机废气是污染大气的重要污染物之一。碳氢化合物（HC）及其衍生物对人体器官有刺激作用，其中不少对内脏有毒害作用，甚至是致突变物与致癌物。碳氢化合物（HC）及其衍生物废气的净化方法一般有燃烧法、催化燃烧法、吸附法、吸收法、冷凝法、生物法。除了这些方法以
5、外，还可以采用浓缩燃烧、浓缩回收等方法对含碳氢化合物（HC）及其衍生物废气进行治理。具体净化方法见表3.1。表3.1 碳氢化合物（HC）及其衍生物废气的净化方法净化方法方法要点适用范围燃烧法将废气中的有机物作为燃料烧掉或将其在高温下进行氧化分解；温度范围为6001100适用于中、高浓度范围废气的净化催化燃烧法在氧化催化剂作用下，将碳氢化合物氧化为二氧化碳和水；温度范围为200400适用于各种浓度的废气净化，适用于连续排气的场合吸附法用适当的吸收剂对废气中的有机物组分进行物理吸附；常温适用于低浓度废气的净化吸收法用适当的吸收剂对废气中的有机物组分进行物理吸附；常温对废气的浓度限制较小，适用于含有
6、颗粒物的废气净化冷凝法采用低温，使有机物组分冷却至露点以下，液化回收适用于高浓度废气的净化生物法生物法是利用微生物的生物化学作用，使污染物分解，转化为无害或少害的物质。污染物去除的实质是有机底物作为营养物质被微生物吸收、代谢及利用适用于处理大体积、低浓度的废气，以替代设备费用昂贵、运行维护困难、有二次污染等缺陷的空气污染控制技术。其可用于控制化工、制药、电镀、喷漆、印刷等行业产生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPs)以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填埋厂产生的恶臭(odour)等3.1.1燃烧法所谓燃烧净化，就是用燃烧的方法销毁有害气体、蒸气或烟尘，使其转变为无
7、害物质的过程。在燃烧净化时所发生的化学作用主要是燃烧氧化作用及高温下的热分解，故这种方法只能适用于净化那些可燃的或在高温情况下可以分解的有害气体。用燃烧法净化有机废气，其氧化的结果主要是生成二氧化碳和水，该法不能回收到有用的物质，但由于燃烧时放出大量的热，使排气的温度很高，故可以回收热量。燃烧法具有去除效率高、工艺操作简便、运行性能稳定等优点。但由于能量消耗大，运行成本也较高。目前，燃烧净化方法包括直接燃烧和热力燃烧。表3.2 直接燃烧法与热力燃烧法直接燃烧法（又称直接火焰燃烧法）方法要点将废气中可燃的有害组分当作燃料直接烧掉。可分为加热和不加热两种适用范围一般适用于净化可燃有害组分浓度较高的
8、废气，或者是用于净化有害组分燃烧时热值较高的废气适用理由因为只有燃烧时放出的热量能够补偿散向环境中的热量时，才能保持燃烧区的温度，维持燃烧的持续备注对于多种可燃气体或多种溶剂混合蒸气，当它们存于废气中时，只要它们的浓度值合适，也可以采用直接燃烧的方法。若可燃组分的浓度高于燃烧上限，则可以混入空气后燃烧；如可燃组分的浓度低于燃烧下限，则可以加入一定数量的辅助燃料如天然气等，以此来维持燃烧热力燃烧法适用范围一般适用于可燃有机物质含量较低的废气的净化处理适用理由由于该类废气中可燃有机组分的含量很少，因此，废气本身不能燃烧，并且其中的可燃组分燃烧后放出的热量很低，不能维持燃烧备注在热力燃烧中，被净化的
9、废气不是作为燃烧所用的燃料，而是在含氧量足够时作为助燃气体，不含氧时则作为燃烧的对象。在进行热力燃烧时，一般燃烧其他的燃料，如煤气、天然气、油等，来提高废气的温度，达到热力燃烧所需的温度，把其中的气态污染物进行氧化，结果为二氧化碳、水、氮气等3.1.2催化燃烧法催化燃烧净化有机废气实际上为完全的催化氧化，就是在催化剂的作用下，将废气中的有害可燃组分完全氧化为二氧化碳和水。催化燃烧法一般用于金属印刷、绝缘材料、漆包线、炼焦、化工等行业中的有机废气的净化。在不需要回收热量或回收热量得不到很好利用的情况下，催化燃烧法比直接燃烧法经济。催化燃烧法的特点又如下几点：催化燃烧为无火焰燃烧，因而其安全性好；
10、催化燃烧的温度要求低，大部分的烃类和一氧化碳在300400之间就能完成反应，所以它的辅助燃料消耗少；对可燃组分的浓度和热值限制少；为了延长催化剂的使用寿命，不允许废气中含有尘粒和雾滴；由于燃烧开始时气体的温度较低，故需要补充热量启动装置，因而在频繁间歇、短期排放有机废气的情况下不适合。与其他的燃烧法相比，不足之处在于催化燃烧的产物为二氧化碳和水，不能回收废气中原有的有机组分，因此，在操作过程中，热量能否平衡或补充热量的多少将决定催化燃烧的应用价值。而且，催化剂在正常工作条件下会逐渐失去活性（即催化剂老化和中毒），从而影响脱臭效率。3.1.3吸附法在处理含碳氢化合物（HC）及其衍生物的废气时，一
11、般采用吸附的方法。由于吸附剂对被吸附组分吸附容量的限制，吸附法一般用于处理低浓度废气，而对于浓度较高的废气，则不采用吸附法治理。吸附法具有以下几个特点：可进行深度净化，即可以相当彻底地净化废气，尤其是对于低浓度废气的净化，与其他方法相比显出了较大的优势；在不使用深冷、高压等手段下，它可以有效地回收有价值的有机物组分。合乎工业要求的吸附剂，必须具备以下条件：要具有巨大的内表面，而其外表面往往仅占总表面的极小部分，故可看作是一种极其疏松的固态泡沫体。对不同的气体具有选择性吸附作用。较高的机械强度、化学与热稳定性。吸附容量大。来源广泛，造价低廉。良好的再生性能。工业上广泛应用的吸附剂主要有5种：活性
12、炭、活性氧化铝、硅胶、白土和沸石分子筛。表3.3给出了常用工业吸附剂的一般特性。表3.3 常用工业吸附剂的特性：吸附剂类型活性炭活性氧化铝硅胶沸石分子筛4A5A13X堆积密度/kg.m-32006007501000800800800800热容/kJ.kg-1.K-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作温度上限/K423773673873873873平均孔径/15251848224513再生温度/K373413473523393423473573473573473573比表面积/ m2.g-16001600210360600白土：白土分为漂白土和酸性白土。漂白
13、土是一种天然的粘土，其主要成分是硅铝酸盐。这种粘土经加热和干燥后，可形成多孔结构的物质。将其碾碎和筛分，取其一定细度的颗粒即可作为吸附剂。漂白土吸附剂对各种油类脱色很有效，并可以除去油中的臭味，使用后的漂白土，经洗涤及灼烧除去吸附在表面和孔隙内的有机物后，可重复使用。SiO2与Al2O3这种比值比较低的白土，经过硫酸或盐酸的酸化处理后才会有吸附能力，酸处理后的白土经洗涤、干燥、碾碎即可获得酸性白土，酸性白土的脱色效率比天然漂白土高。活性氧化铝：活性氧化铝是将含水氧化铝，在严格控制升温条件下，加热到737K，使之脱水而制得。它为多孔结构物质并具有良好的机械强度。活性氧化铝的比表面积大约为2103
14、60m2/g。活性氧化铝对水分有很强的吸附能力，主要用于气体和液体的干燥、石油气的浓缩和脱硫，近年来又将它用于含氟废气的治理。硅胶：硅胶是一种坚硬多孔的固体颗粒，一般作成粒状或球状体，其分子为SiO2nH2O。硅胶的制备方法是将水玻璃（硅酸钠）溶液用酸处理，然后再将得到的硅凝胶经老化、水洗，在368403K温度下，经干燥脱水制得。硅胶吸水容量较大，它从气体中吸附的水分量最高可达硅胶自身重量的50。吸水后的饱和硅胶，可通过加热的方法（573K）将其吸附的水分脱附，得到再生。在工业上硅胶多用于气体的干燥和从废气中回收极为有用的烃类气体。活性炭：活性炭是由各种含炭物质干馏碳化，并经活化处理而得到的。
15、碳化温度一般低于873K，活化温度为11231173K。活化剂通常为水蒸气或热空气。近年来，氯化锌、氯化镁、氯化钙及硫酸等也用作活化剂。活性炭是孔穴十分丰富的吸附剂，比表面积为6001600 m2/g，由表3-3可知活性炭的比表面积最大，故其具有优异的吸附能力。活性炭可用于溶剂蒸汽的回收、烃类气体提取分离、动植物油的精制、空气或者其他气体的脱臭、水和其他溶剂的脱色等。待处理气体中的水分对活性炭层的吸附性能影响很大。在气体相对湿度超过50时，活性炭对有机物的吸附能力将大大下降。对于含酮类有机气体不宜采用活性炭吸附。因为酮类物质中的酰基炭在活性炭表面会发生放热聚合。连续暴露于酮类气体的活性炭会因为放热而引起活性炭层着火。活性炭吸附系统的改进主要体现在新型
