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1、活性炭吸附VOC的工程设计摘要近年来，人们逐渐认识到有机废气对环境和人类健康的巨大危害性，因此在环境工 程领域对有机废气的治理越来越受到人们的重视。本设计将介绍一种有效且最广泛使用的工业有机废气的净化技术一活性炭吸附法。 本设计利用活性炭固定床吸附系统对工业有机废气进行净化。经过该系统之前，废气会 先用干式除尘器进行预处理，去除废气中的雾状物及粉尘，从而避免了这些物质堵塞活 性炭微孔，影响活性炭的吸附效性能。而在活性炭吸附器的设计上，本文采用了卧式多 层设计。选用活性炭为吸附剂，具有吸附性能好，流体阻力小的特点。首先本文将概述当前有机工业废气的处理现状，主要处理方法和优缺点，并且阐述 本设计所
2、采用该技术的原因。其次，本文将系统介绍所采用技术的基本原理，设计原则和设计过程计算。最后，对本毕业设计的造价和费用进行工程预算，包括工程施工费用、设备费用、 工程管理费用、设备维护费用和水电费等等，确定其经济可行性。还给出了综合性的评 价和可行性的建议。关键词：工业有机废气，干式除尘器，固定床吸附器，活性炭AbstractDue to ubiquity in the environment and risk to human health, volatile organic compounds (VOCs) have received great attention in the field
3、of environmental control.This design introduced an effective and the most extensive usage technology of activated carbon adsorption for cleaning volatile organic compounds (VOCs). That is to say, the project using the fixed-bed adsorption system of activated carbon to purify volatile organic compoun
4、ds (VOCs). Before decontanmination, the gases would be pretreaded by the dry separator which could wipe off the reek and dust, in order to avoid the sub-holes being jammed which would affect the efficiency of adsorption of activated carbon .Moreover the project choose activated carbon as sorbent,whi
5、ch has large adsorption ability and low resistance.At first, the text will introduce the condition of spray-paint waste gas,characteristics, and the present situation of cleaning of s volatile organic compounds (VOCs), and principles of them,explaining the reason to choose the technology.The second,
6、 the text will describe the principle,design method and the process calculation of the design.Finally, the text will do the budget of the projet , listed the spending plan of each certain items after confirming the project, including the spending on engineering construction ,equipment ,construction
7、supercising, equipment maintenance, and the cost of water and water and electricity, to make sure the availability of the design. At last, an all-aroud estimate and some feasible advice were suggested on the text.Keywords-volatile organic compounds (VOCs), dry separator, the fixed-bed adsorption sys
8、tem, activated carbon目录1.绪论11.1概述11.1.1有机废气的来源11.1.2有机物对大气的破坏和对人类的危害11.2有机废气治理技术现状及进展21.2.1各种净化方法的分析比较32设计任务说明 42.1设计任务42.2设计进气指标42.3设计出气指标42.4设计目标43工艺流程说明63.1工艺选择63.2工艺流程64设计与计算84.1基本原理84.1.1吸附原理84.1.2吸附机理94.1.3吸附等温线与吸附等温方程式94.1.4吸附量124.1.5吸附速率124.2吸附器选择的设计计算13iii4.2.1吸附器的确定134.2.2 吸附剂的选择144.2.3空塔气
9、速和横截面积的确定164.2.4 固定床吸附层高度的计算174.2.5吸附剂（活性炭）用量的计算184.2.6 床层压降的计算15 194.2.7活性炭再生的计算194.3集气罩的设计计算214.3.1集气罩气流的流动特性214.3.2集气罩的分类及设计原则214.3.3集气罩的选型224.4吸附前的预处理244.5管道系统设计计算244.5.1管道系统的配置254.5.2管道内流体流速的选择264.5.3管道直径的确定264.5.4管道内流体的压力损失274.5.5风机和电机的选择275工程核算305.1工程造价305.2运行费用核算315.2.1价格标准315.2.2运行费用316结论与建
10、议326.1结论326.2建议32参考文献34致谢351.绪论1.1概述1.1.1有机废气的来源有机废气的来源主要有固定源和移动源两种。移动源主要有汽车、轮船和飞机等以 石油产品为燃料的交通工具的排放气；固定源的种类极多，主要为石油化工工艺过程 和储存设备等的排出物及各种使用有机溶剂的场合，如喷漆、印刷、金属除油和脱脂、 粘合剂、制药、塑料、涂料和橡胶加工等。1.1.2有机物对大气的破坏和对人类的危害有机废气中的挥发性有机物称为V OCs (Volatile organic compounds)，在涂装、印 刷、制鞋和化工生产的许多行业中，一些工业产品的生产工艺过程都伴有大量的挥发性 有机化合
11、物(VOCs)废气的排出。VOCs废气排入大气环境中会产生以下几个方面的影 响：VOCs是光化学反应的前体，有阳光照射时，在合适的条件下VOCs与NOx及其 它悬浮化学物质发生一系列光化学反应,主要生成臭氧，形成光化学烟雾,从而发生光化 学污染；光化学烟雾会刺激人的眼睛和呼吸系统，有些VOCs还具有强烈刺激气味， 空气中达到一定浓度时则产生令人不适的感觉，影响空气质量；有些有毒的VOCs (如 芳香烃等)气体在环境中存在会损害人们的健康，长时间暴露在污染空气中会引发癌变 或引起其它严重疾病，如苯对骨髓的造血机能造成破坏，是一种致癌物；甲苯和二甲 苯对中枢神经具有强的麻醉作用；氯乙烯为致癌物。在
12、制鞋业，由于“三苯”中毒而 导致工人致死事件已发生过多起，而涂料工业使用的溶剂中，主要是甲苯、二甲苯和其 它毒性有机物。光化学烟雾也会危害人的健康和植物的生长，1965年日本各大城市频 繁发生的光化学烟雾，1966年美国洛杉矶的光化学烟雾均对人类健康造成危害。VOCs对环境的极大危害和对人体健康的严重威胁，引起了世界各国政府的高度重视。 美国环保署EPA (Environmental Protection Agency)定义的污染物中VOCs占了 300多 种，而美国1990年的清洁空气法(Clean Air Act)要求减少90%排放量的189种毒 性化学物中，70%属于VOCsu。我国在1
13、997年1月1日开始实施的中华人民共和国国家标准大气污染物综合排 放标准(GB 16297- 1996)也规定了苯、甲苯、二甲苯、氯乙烯等VOCs排放较为严 格的标准，如表1.1所示。表1. 1几种VOCs排放的国家标准VOCs最高允许排放浓度(mg/ m3)苯12甲苯40二甲苯70氯乙烯36注：这是对新污染源的排放标准。1.2有机废气治理技术现状及进展有机废气的来源多种多样，其产生方式及排放方式也不尽相同。因此，有机废气的 治理技术也多种多样，各种治理技术也存在自己不同的优缺点。在实际生产过程中，根 据不同的情况，选择合适的方法是有机废气治理的关键。有机废气治理的方法主要有回 收法和消除法两
14、类。有机废气主要回收技术有：吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离技术 及变压吸附技术等；有机废气消除技术可分为物理一化学法和生物法两类。物理一化学 法包括热破坏法、光分解法、电晕法、臭氧分解法等;生物法包括生物过滤器，生物滴 滤器，生物冲刷塔，膜生物反应器，活性污泥法等。活性炭吸附法净化率可因5%以上， 若无再生装置，则运行费用太高，若用蒸汽回收，则工艺流程过长，操作费用高，回收 的溶剂和水的混合物利用价值也不高；再生时需要有稳定的蒸汽源，且活性炭经反复吸 附脱附后吸附能力会逐渐降低，一般使用二三年后就得更换。液体吸收法净化率只有6O% 一 80%，而且存在着二次污染问题。催化燃烧法净化率可达95%
15、，但适合于处理高浓度、 小风量且废气温度较高的有机废气，而且要求气体的温度较高，为了提高废气温度，要 消耗大量的能源。目前应用最多的方法是吸附一催化燃烧法，它主要以颗粒炭或蜂窝炭 为吸附剂，为了保证生产的连续性，一般设置两个吸附床交替使用，由于切换的周期至 少为1d，因此吸附床体积大，吸附剂用量多，设备笨重，投资大，操作麻烦；由于床层 体积大，容易出现因吸附热的积蓄引起的燃烧爆炸等现象。针对这些问题，现有新型装 置的吸附器采用一种多单元分流组合结构，并以新型材料一一活性炭纤维作为吸附剂，采用PLC电脑来实现整个系统的连续运行。1.2.1各种净化方法的分析比较解决有机废气的污染，最根本的方法是工艺改革。采用无害涂料、无害溶剂在现阶 段生产中是不能马上实现的，苯类溶剂使用量仍然很大。所以必须解决废气净化问题。 目前国内常采用的三种净化方法分析比较见表1.2。表1.2国内外有机废气常用处理方法的优缺点比较2净化类别优 点缺 点活性炭吸附法1、可处理大风量、低浓度的有机废气。2、可回收溶剂。3、不需要加热。4、净化效率高，运转费用低。1、废气净化前要进行预处理。2、仅限于低浓度。3、设备庞大，占地面积多。催化 燃烧法1、设备简单、
