毕业论文公司密炼机排料口炼胶废气治理的工艺研究与设计

设 计 总 说 明华南橡胶轮胎厂投产10多年来，所排放的高含硫量废气，不但对周边农业和林业生产造成很大危害，而且直接影响了周边居民的身体健康。建厂以来, 该厂的污染问题一直成为群众投诉的热点。近年来，各级环保部门和华南橡胶轮胎有限公司致力于解决废气污染扰民问题，先后建设了锅炉废气和炼胶废气处理系统，在一定程度上减轻了污染，但仍然对周边环境及附近居民存在影响。橡胶轮胎生产过程中密炼机产生多组分废气，主要包括碳黑尘、橡胶颗粒、炼胶粉尘等尘类组份，机油、芳烃油组份及其非甲烷总烃、三苯、甲醇、甲硫醇、CS2、H2S等有机无机气体。本设计根据中华人民共和国国家标准-大气污染物综合排放标准（GB162971996）对华南橡胶轮胎有限公司橡胶炼胶废气进行处理。首先，对炼胶废气进行除油处理，避免由于废气中的油类物质的影响，使除尘器的除尘效果下降，甚至导致其不能正常运行工作。然后，采用袋式除尘器，进一步去除炼胶废气中的尘类物质。除尘器使用脉冲清灰方式，选用DMC84-型脉冲袋式除尘器。最后，采用新型的环式吸附器及纤维活性炭对炼胶废气进行处理，净化除味，使气体达到排放标准。活性炭吸附气体后，可用120C的低压蒸汽脱附再生。关键词：炼胶废气，除油器，袋式除尘器，环式吸附器the General Information of DesignThe emissions that South China Tire & Rubber plant exhausted, which included high level of sulfur, not only cause a great risk to the agricultural and forestry industries nearby, but also affects the surrounding residents of their health directly since 10 years ago. The pollution problem has become the hot spot that people complains since then.In recent years, the environmental protection departments at all levels and the South China Tire & Rubber Limited Company, Guangzhou committed to solving air pollution nuisance. The company has built a boiler and rubber exhaust emissions processing system, which has reduced pollution in a certain extent. But the exhaust emissions are still impacting the surrounding environment and the nearby residents there. In rubber tire production process ,mixer produces multi-component emissions, including carbon black dust, rubber granules, rubber dust and other dust components; oil, aromatic oil components and non-methane hydrocarbons, toluene, methanol, methyl mercaptan, CS2, H2S and other organic and inorganic gases. This design is set up to deal with the problem that South China Tire & Rubber Plant caused, during the process of wasted air exhausting treatment, according to “The National Standards of Peoples Republic of China - atmospheric pollutant discharge standards” (GB16297- 1996)First, eliminate the oil from the emissions, avoiding that the effect of the dust collector declines, even it can not operate properly with the oil. Then, use bag filter on the process, and further removed the dust-like substances from the emissions. Bag filter uses pulse filter cleaning methods. DMC84- II pulse jet bag filter is selected.Finally, the novel ring adsorption bed and activated carbon fiber are disposing the emission, cleaning the taste, reaching the gas emission standards. After absorbing the gases, Activated Carbon are renewed in the 120 C in low-pressure steam.Keywords : Compound emissions, Oil remover, Bag filter, Ring adsorption bed 43目 录1 绪论11.1 工程概况11.1.1 单位介绍11.1.2 炼胶工艺流程11.1.3 炼胶废气污染11.1.4 炼胶废气性质21.1.5 公司原来治理工艺21.1.6 废气排放标准31.2 设计要求31.3 设计原则42 炼胶废气净化工艺的初步设计52.1 炼胶废气净化工艺流程方案分析52.1.1 除油器52.1.2 除尘器性能的比较及选择52.1.3 挥发性有机物污染控制方法的比较及选择112.1.4 吸附设备特点的比较及选择142.1.5 吸附剂吸附性能的比较及选择152.2 炼胶废气净化工艺流程203 净化设备设计与选型213.1 除油器选型213.2 袋式除尘器设计与选型213.2.1 袋式除尘器的结构形式213.2.2 滤料选择223.2.3 清灰方式233.2.4 袋式除尘器的设计233.2.5 袋式除尘器的选型243.3 活性炭吸附器的设计253.3.1 设计参数253.3.2 吸附装置尺寸的确定253.3.3 活性炭体积及饱和期的确定253.3.4 吸附器床层压降的计算263.3.5 脱附蒸汽计算274 管道设计及附属设备选型284.1 选择管道管径及管网布置284.1.1 管径的选择284.1.2 管网布置图294.2 管道压降的计算294.2.1 除油系统304.2.2 除尘系统314.2.3 吸附系统314.2.4 管道计算表354.3 风机的选择354.3.1 风量计算354.3.2 风压计算364.3.3 风机的选择365 工程投资及运行费用385.1 主要设备设施385.2 工程投资395.3 运行费用39参 考 文 献40致 谢421 绪论1.1 工程概况1.1.1 单位介绍广州市华南橡胶轮胎有限公司（简称“华轮”）位于广州市番禺区东环路116号，是全国第一家引进技术专业生产子午线轮胎（万力、万里星、新迪）的企业，公司年生产能力500万条，是目前我国华南地区最大的子午线轮胎生产基地。先后被评为 “中国石油和化学工业百强企业”、“2003年度广东省优秀企业”、“广东省百强企业”。“万力”轮胎被国家商务部列入“重点扶持和发展的名牌出口产品”、“广州工业重点培育发展具有知识产权的名牌产品”，“万力牌”全钢子午线轮胎荣获“2004年度中国名牌产品”称号。华轮生产技术从美国费尔斯通引进，设备由美国、日本、德国等引进，装备性能和生产技术在国内同行业处于领先水平。2003年1月，华轮被评为广东省“省级技术中心”；2003年5月，华轮通过评审，获得“广州市高新技术企业”称号。现在华轮是国内子午线轮胎规格花纹最齐全的厂家，生产轿车轮胎从80至35系列、载重胎有无内胎和有内胎共10个系列400多个规格花纹产品，每年均有30多个新的规格花纹品种推向市场，生产和研发能力在国内处于领先地位，高档轿车子午线轮胎多次填补国内自主设计开发和生产空白。1.1.2 炼胶工艺流程天然橡胶经过烘胶、切片后，在密炼机内炼胶，其目的是适当降低橡胶弹性，并使之具有一定的塑性。塑料后的胶料经压片、冷却后与合成胶、清机油以及其它化工原料（如防老剂、粘合剂和促进剂等）按工艺配方，分别用秤称量后，投入密炼机进行混炼，混炼胶经压片机压片后，进入胶片冷却机挂片冷却至室温，即完成初炼。初炼胶经称量后投入密炼机，再将部分化工原料经称量后投入密炼机，进行混炼，经压片机出片后进入胶片冷却装置，冷却至室温叠片，送胶料存放区存放。1.1.3 炼胶废气污染华南轮胎厂投产10多年来，所排放的高含硫量废气，不但对周边农业和林业生产造成很大危害，而且直接影响了周边居民的身体健康。建厂以来, 该厂的污染问题一直成为群众投诉的热点。随着我市经济社会的持续快速发展，城市化进程步伐的加快，华南橡胶轮胎有限公司逐渐被城区的桥福园、华盛新村、侨虹花园等居民区包围，炼胶臭气问题日益凸显，居民投诉不断。近年来，各级环保部门和华南橡胶轮胎有限公司致力于解决废气污染扰民问题，先后建设了锅炉废气和炼胶废气处理系统，在一定程度上减轻了污染，但仍然对周边环境及附近居民存在影响。1.1.4 炼胶废气性质橡胶轮胎生产过程中密炼机产生多组分废气，主要包括碳黑尘、橡胶颗粒、炼胶粉尘等尘类组份，机油、芳烃油等油类组份及其非甲烷总烃、三苯、甲醇、甲硫醚、CS2、H2S等有机无机气体。系统处理风量为22500m3/h。根据公司提供的有关技术资料，排放点排放的废气量及废气中苯、甲苯、二甲苯浓度估算如下：苯 ： 100 mg/ m3甲 苯： 550 mg/m3二甲苯： 250mg/m3温 度： 常 温1.1.5 公司原来治理工艺广州华南橡胶轮胎有限公司从2003年至今一直想方设法消除生产过程中产生的炼胶烟气及异味，采用自主开发的“炼胶尾气活性炭吸附系统”，并与科研单位合作进行技改、改用环保胶等，使异味明显变淡。2003年上半年，华轮公司投资300多万元自主开发了“炼胶尾气活性炭吸附系统”，对工艺废气集中收集、除尘再经活性炭吸附后排放。为更有效地消除异味，该公司从2004年9月至今，又先后和7家废气异味处理专业公司和科研机构、高等院校进行技术交流，寻求异味治理方案。2005年3月，他们采用上海嘉顿环保公司的低温等离子体处理方法后，最初效果并不理想。经过分析，他们发现主要原因是前端袋式除尘装置一直未能正常发挥效力，使等离子体工业有机废气净化装置不能正常工作。2006年4月，该设备经过改进后重新投入运行。他们还从国外购进了500吨环保胶，在一定程度上减轻了污染，但问题仍未得到很好地解决，所排放的难闻有毒废气仍对周边环境及附近居民造成较为严重的影响。密炼机排料废气 褶皱式除尘器 风机 活性炭塔 排放 风机 图1.1原有废气处理工艺流程1.1.6 废气排放标准表1.1 工业废气大气污染物排放限值污染物颗粒物苯甲苯二甲苯非甲烷总烃甲醇碳黑尘粉尘排放浓度限值mg/m318120124070120190注：根据中华人民共和国国家标准大气污染物综合排放标准（GB162971996）选择列出.三苯、甲硫醚、甲硫醇、CS2、H2S均不允许直接排入大气中。1.2 设计要求（1）根据以上资料，对广州市华南橡胶轮胎有限公司炼胶废气净化工艺进行初步设计。（2）编写设计说明计算书。（3）绘制工程设计图纸8张（A4）以上。A4号图纸：工艺流程图；风机控制线路图；袋式除尘器安装外形图；活性炭吸附VOCs工艺图。A3号图纸：袋式除尘器结构图；环式吸附器结构图；立面管网布置图；平面布置图。1.3 设计原则（1）综合考虑采用先进工艺、技术、设备、材料、投资经济性等因素，以较少的投资，取得较大的社会、环境和经济效益；（2）采用技术成熟、先进可靠的工艺和处理效果好的设备，确保环保设施运行正常；（3）按现有场地条件考虑设计，整个工程做到布局合理、占地空间小、外形结构美观、投资小等几项特点；（4）以设备为主，工艺简单合理，设备使用寿命长，维护简单、方便；并且处理效果稳定，确保处理废气达到国家环保标准排放。2 炼胶废气净化工艺的初步设计2.1 炼胶废气净化工艺流程方案分析针对现有废气的情况和厂里的实际情况，采用“预处理除尘装置活性炭吸附装置”的多级处理方案，确保废气排放异味得到控制。2.1.1 除油器由于废气中含有的油类物质，会对袋式除尘器的除尘效果造成影响，甚至会导致除尘器不能正常使用，所以气体在进入袋式除尘器之前必须进行除油预处理。除油器的作用:（1）避免生产废气中的油份、水份吸附在滤袋表面，以至降低除尘器处理效率和增大设备阻力。（2）防止油份、颗粒物阻塞活性炭细孔，使吸附剂性能下降，增大吸附层的阻力。（3）通过除油器的预处理作用，对废气进行初步治理，有利于后续处理设备发挥最大的工作效率。2.1.2 除尘器性能的比较及选择从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备称为除尘装置，或除尘器。根据主要除尘机理，目前常用的除尘器可分为：机械除尘器；电除尘器；袋式除尘器；湿式除尘器等。除尘器的选择主要从技术指标（主要包括粉尘性质和运行条件）和经济指标两方面来进行。（1）根据粉尘性质选择除尘装置 被捕集粉尘的性质直接影响装置的性能，尤其是粉尘的粒径分布，对装置性能的影响更大。一般首先根据粉尘的粒径分布和装置的净化效率（总效率和分级效率）来选择装置种类。目前，由于对许多除尘装置尚缺乏可靠的分级效率曲线，所以在工程上常根据经验和实验数据进行粗略的选择。（2）根据运行条件选择除尘装置 净化系统的运行条件也是影响装置性能的重要因素。所谓运行条件，在这里主要是指系统的操作工况（温度、压力等）和气体的性质。如前所述，分级效率曲线是选择除尘器的重要依据。但是，分级效率曲线仅适用于某一特定温度和压力状况及特定的含尘气体，即随运行条件的改变，曲线必然发生变化。所以，选择装置时，还必须考虑装置本身对运行条件的适应性。（3）经济指标主要包括设备费、运行费、维修费、占地面积、占地空间体积、使用寿命等。如果要对除尘装置进行全面评价，除了上面的技术指标和经济指标外，还应该考虑除尘装置的安装、操作、检修的难易程度等问题。阻力低、除尘效率高是目前评价除尘装置的主要指标。1、2表2.1为不同除尘器的分级效率的比较，表2.2为各种除尘装置的耐温性，表2.3则是各种除尘器的综合性能比较。表2.1 不同除尘器的分级效率除尘器名称全效率/%不同粒径（m）是的分级除尘效率/%055101020204444带挡板的沉降室58.67.522438090普通的旋风除尘器65.31233578291长锥体旋风除尘器84.240799299.5100喷淋塔94.5729698100100电除尘器97.09094.59799.5100文丘里除尘器（p=7.5kPa）99.59999.5100100100袋式除尘器99.799.5100100100100表2.2 各种除尘装置的耐温性 除尘器种 类旋风除尘器袋式除尘器电除尘器湿式除尘 器普 通滤 料玻璃丝滤 料干式湿式最高使用温度4008012025035080400备注特高温者（1000）可采用内衬耐火材料以提高耐温性温度随滤料种类而异聚四氟乙烯滤料的耐温性和价格与之差不多高温时易产生粉尘比电阻随温度而变化的问题温度过高会产生使绝缘部分失效的问题特高温时，在入口内衬的耐火材料，由于与水接触，存在因冷却而出现的问题表2.3 常用除尘器的性能及其费用比较除尘器名称适用的粒径范围/m效率/%阻力/Pa设备费运行费重力沉降室505050130少少惯性除尘器20505070300800少少旋风除尘器53060708001500少中冲击水浴除尘器11080956001200少中下卧式旋风水膜除尘器595988001200中中冲击式除尘器59510001600中中上文丘里除尘器0.519098400010000少大电除尘器0.51909850130大中上袋式除尘器0.51909810001500中上大现将各种除尘器的性能特点分述如下：1、旋风除尘器的性能特点旋风除尘器有以下明显的优点：（1）设备结构简单，体积小，制造费用低。（2）除尘器内部没有传动机构及运动部件，维护、修理方便。（3）可用于高温含尘烟气的净化，例如一般碳钢制造的除尘器可以处理350C的烟气，而以耐火材料作为内壁衬的除尘器则可以处理500C的烟气。（4）可以承受内、外压力。（5）可以干法清灰，有利于回收有价值的粉尘。（6）除尘器内易于敷设耐磨、耐腐蚀内衬，因而可以净化含高腐蚀性粉尘的烟气。（7）可以用做多级除尘系统中的第一级除尘器。选用旋风除尘器时，同时应该注意以下问题：（1）旋风除尘器适用于处理净化密度较大、粒度较粗（一般大于5m）、非纤维性的粉尘，而对于较细和纤维性的粉尘，其净化效率较低（但细筒长锥形高效旋风除尘器对细尘也有一定的净化效果）。（2）不宜处理气体流量波动太大的场合，入口风速一般为1225m/s，但是阻力也随速度的平方增长，从效率和阻力综合考虑，入口的最佳速率大约为1622m/s。（3）对于非湿式旋风除尘器，不宜净化黏结性粉尘，而且在处理相对湿度较高的含尘气体是，应注意避免因结露而造成的黏结。（4）由于旋转气体速度很高，固体颗粒物对器壁的磨损较快，应采取防磨措施。（5）由于通常旋风除尘器是负压运行的，所以在设计和运行过程汇总，应特别注意防止旋风除尘器底部漏风，必须选择气密性好的卸灰装置，以避免除尘效率下降。实践表明，旋风除尘器漏风5%，效率降低50%，若漏风15%，效率接近于零。（6）在并联使用旋风除尘器时，应合理设计连接除尘器的分风管和汇风管，尽可能使进入各旋风除尘器的风量相等、风压平衡。2、袋式除尘器的性能特点袋式除尘器的主要优点：（1）袋式除尘器在处理含微米和亚微米数量级的粉尘气体时效率较高，一般可达90%，甚至99.99%以上。（2）袋式除尘器可以捕集多种干性粉尘，特别是在处理比电阻较高的粉尘时，比用电除尘器的净化效率高很多。（3）含气体浓度在相当大的范围内变化时，除尘器的除尘效率和阻力受其影响不大。（4）袋式除尘器规格多样，使用灵活，可以适应不同气量的含尘气体，其处理烟气量可从几立方米每小时到几百万立方米每小时。（5）这种除尘器可以做成小型的，安装在散尘设备上或散尘设备附近，也可安装在车上制成移动式过滤器，这种小巧、灵活的袋式除尘器特别适用于尘源较分散的时候。（6）运行稳定可靠，没有污泥处理、废水污染和液体冰冻等问题，操作、维护简单。袋式除尘器不足之处：（1）袋式除尘器的应用主要受滤料的耐高温和耐腐蚀等性能的影响。通常使用的滤料可耐温250C左右。烟气温度如果超过280C时，需要采用特殊的耐高温的矿物或金属纤维。（2）处理高温含尘烟气时，需要采取降温措施，会导致除尘系统复杂化和造价的提高；如果使用特殊滤料，将会增大投资费用。（3）这种除尘器不适用于净化含黏结性和吸湿性强的尘粒的烟气。用袋式除尘器净化烟气时不能低于露点温度，否则将会产生结露现象而堵塞布袋滤料的孔隙；处理露点很高的烟气时，需要采取保温或加热措施。（4）净化烟气量小于17000m3/h时，投资费用比电除尘器少；烟气量大于17000m3/h时，投资费用要比电除尘器大。（5）袋式除尘器不同程度上存在着占地面积大、滤袋易损坏、换袋困难、劳动条件差等问题。（6）烟气温度较高，或是含酸、碱性微粒或气体成分，这些情况都会降低滤袋的寿命。3、电除尘器的性能特点电除尘器的优点：（1）除尘效率高。如果设计合理，安装施工质量高，电除尘器可以达到任何除尘效率的要求。目前，工业上已用的电除尘器，除尘效率达到99%以上已属常见。其对气体净化的程度，可根据生产工艺条件及国家规定的排放标准来确定。（2）可以处理的烟气量大。一般单台电除尘器处理烟气量从几万立方米到几十万立方米，在工业上能净化105106m3/h烟气的电除尘器已得到普遍使用。（3）对烟尘浓度和粒径分散度的适应性比较好。一般电除尘器入口粉尘浓度范围为1030g/m3；如果粉尘浓度很高，可以在前面设置一级预除尘装置。能捕集小于100m的不同粒径的尘粒，对于 0.1m的粉尘粒子仍有较高的除尘效率。（4）可以净化温度较高的含烟气。电除尘器都是由金属构件组成，因此可以适应高温环境。当用于净化350C以下的烟气时，可长期连续运行。也可以净化更高温度烟气，但是需要特殊设计。（5）电除尘器的结构简单，气流速度低，压力损失小。干式电除尘器的压力损失大约为100200Pa，湿式电除尘器的压力损失高些，通常只有200300Pa。（6）电除尘器的能量消耗比其他类型除尘器要低。如净化1000m3/h的烟气时，电除尘器的电能消耗约为0.20.8kWh。（7）自动化程度高。电除尘器可以实现微机控制，远距离操作，减少维护工作量。运行费用低。（8）可以在高压（可达1013250Pa）或真空条件下操作。电除尘器的缺点：（1）建造电除尘器一次投资费用高，钢材消耗大。据估算，平均1m2的收尘面积所需钢材大约为3.54t。（2）电除尘器的除尘效率受粉尘物理性质影响很大，特别是粉尘比电阻的影响更为突出。电除尘器最适宜捕集比电阻10451010cm的粉尘粒子。净化小于104cm或大于1011cm的粉尘粒子，除尘效率是很低的，此时，就必须对烟气采取一定的调制措施，才能取得必要的效果。（3）电除尘器不适于直接净化高含尘浓度的气体。如要使用，需设置一级预除尘装置。（4）电除尘器对设备制造、安装质量和维修管理技术要求很高。（5）需要高压变电及整流控制设备，因有高压操作，需特别注意人身安全。（6）设备庞大，占地面积较多。（7）当处理可燃气体或捕集可燃颗粒时，有爆炸的危险性。（8）负电极在电晕放电时会导致臭氧的产生。4、湿式除尘器的性能特点与其他除尘器相比湿式除尘器的优点：（1）在耗用的能量条件下，湿式除尘器的除尘效率比干式除尘器的除尘效率高。（2）可以处理高温、高湿、高比电阻以及粉尘黏结性大的含尘气体。（3）安全性好，可以处理可燃性的含尘气体。（4）对细小的粒子也能达到较高的除尘效率。（5）在除尘的同时，还可以去除气体中的水蒸气及某些有害气态污染物，具有除尘、冷却和净化的作用。（6）结构简单，占地面积小，一次性投资小。湿式除尘器的缺点：（1）从湿式除尘器排出的沉浆或废液需要处理，否则会造成二次污染。（2）净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水（或液体）具有一定的腐蚀性，金属设备容易被腐蚀，除尘器和污水处理设施都必须采取防腐措施。（3）在寒冷的地区，冬天使用湿式除尘器容易冻结，所以需要采取防冻措施。（4）不适于净化含憎水性和水硬性粉尘气体，而且气体中含遇水容易引起自燃或结垢的粉尘时也不宜使用。（5）多数情况下需要安装除水器。（6）能耗比较大。（7）水源不足的地方使用比较困难。3、6由以上分析可得出，旋风除尘器除尘效率不如其他三种除尘器高，要使处理后的烟气满足排放要难度较大，其多用做多级除尘系统的第一级除尘器，不宜单独使用。炼胶废气中的碳黑尘、橡胶颗粒、炼胶粉尘等尘类物质不具有亲水性，不宜采用湿式除尘器。其中橡胶颗粒的比电阻较大，使用电除尘器的效果不佳。另外，本设计的处理风量为10000m3/h，小于17000m3/h，袋式除尘器的投资费用比电除尘器少，而且袋式除尘器的除尘效率也较高，操作、维护简单。所以本设计采用袋式除尘设备。2.1.3 挥发性有机物污染控制方法的比较及选择挥发性有机物（简称VOCs），是一类有机化合物的统称。在常温下它们的蒸发速率大，易挥发。其危害正被人们逐渐认识，许多污染现象与危害都与其有关。1、燃烧法控制VOCs污染用燃烧方法将有害气体、蒸气、液体或烟尘转化为无害物质的过程称为燃烧法净化，亦称焚烧法。燃烧法净化时所发生的化学反应主要是燃烧氧化作用及高温下的热分解。因此，这种方法只能使用于净化那些可燃的或在高温情况下可以分解的有害物质。对化工、喷漆、绝缘材料等行业的生产装置中所排出的有机废气，广泛采用燃烧净化的手段。燃烧法还可以用来消除恶臭。由于有机气态污染物燃烧氧化的最终产物是CO2和H2O，使用这种方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，所以可以回收热量。当混合气体中含有的氧和可燃组分在一定的浓度范围内，某一点被燃着时产生的热量，可以继续引燃周围的混合气体，此浓度范围就是燃烧极限浓度范围。当燃烧在有限空间内迅速蔓延，则形成爆炸。使用这种方法时要注意防止发生爆炸。2、吸收（洗涤）法控制VOCs污染溶剂吸收法采用低挥发或不挥发溶剂对VOCs进行吸收，再利用VOCs分子和吸收剂物理性质的差异进行分离。吸收效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构特征。吸收剂必须对被去除的VOCs有较大的溶解性，同时吸收剂的蒸气压必须相当低。橡胶炼焦废气以三苯、甲醇、甲硫醇、CS2等为主，这些有机物质的溶解性都不大，用吸收法控制此类污染物的效果并不显著。3、冷凝法控制VOCs污染冷凝法利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压这一性质，采用降低温度、提高系统的压力或者既降低温度又提高压力的方法，使处于蒸气状态的污染物（如VOCs）冷凝并与废气分离。该法特别适用于处理废气体积分数在10-2以上的有机蒸气。冷凝法在理论上可达到很高的净化程度，但是当体积分数低于10-6时，须采取进一步的冷冻措施，使运行成本大大提高。所以冷凝法不适宜处理低浓度的有机气体，而常作为其他方法净化高浓度废气的前处理，以降低有机负荷，回收有机物。通常用压缩法使气态有害物质在临界温度和临界压力下变成液态，从而除去或回收有害物质，但由于费用较高，目前使用较少。4、吸附法控制VOCs污染含VOCs的气态混和物与多孔性固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子吸引力或化学键力，把混合气体中VOCs组分吸附留在固体表面，这种分离过程称为吸附法控制VOCs污染。吸附操作已广泛应用于石油化工、有机化工的生产部门，成为一种重要的操作单元。在大气污染控制领域，因为吸附剂的选择性强、能有效分离其他过程难以分开的混合物、能有效地去除低浓度有毒有害物质而得以广泛应用。VOCs污染控制的吸附工艺流程见图2.4。图2.4 活性炭吸附VOCs工艺含VOCs的混合气体先去除颗粒状污染物后，在经过调压器调整压力，然后进入吸附床进行吸附净化，净化后的气体排入大气环境。当吸附床内的活性炭饱和后，通过阀门转换至吸附床进行吸附。向吸附床通入蒸气进行脱附，解吸出来的蒸气（空气）混合物冷凝后由浓缩器、分离器进行分离，脱附后的活性炭用热空气干燥后循环使用，一般可重复使用五年。该法适用于处理中低浓度VOCs尾气，吸附效果取决于吸附剂性质、VOCs种类、浓度、性质和吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素。在一般情况下，不饱和化合物比饱和化合物吸附更完全，环状化合物比直链结构的物质更易被吸附。5、生物法控制VOCs污染生物法控制VOCs污染是近年发展起来的空气污染控制技术，该技术已在德国、荷兰得到规模化应用，有机物去除率大都在90%以上。与常规处理法相比，生物法具有设备简单、运行费用低、较少形成二次污染等优点，尤其在处理低浓度、生物降解性好的气态污染物时更显其经济性。国内仅就生物滴滤塔运行工况进行了初探，生物法控制VOCs污染工艺尚未发展成熟。1、4本设计需要处理的多组份炼胶废气中含有的碳黑尘、胶粉为易燃性、易爆性物质，清机油为易燃性液态物质。三苯、甲醇、甲硫醇、CS2、H2S均属于有毒有害有恶臭类物质，环保要求废气要除味达标排放。从成份中不难看出，采用催化燃烧显然不适用，采用湿法处理技术也无明显效果，采用吸附法除味几乎是唯一选择。2.1.4 吸附设备特点的比较及选择吸附工艺根据吸附剂在吸附器上的工作状态，可将吸附器分为固定床、移动床和流化床过程，相应的三种吸附器的主要特点比较见表2.6。表2.6三种吸附器主要特点比较类型主要特点比较固定床吸附器1结构简单、制造容易、价格低廉2. 适用于小型、分散、间歇性的污染源治理3吸附和脱附交替进行、间歇操作4应用广泛移动床吸附器1处理气体量大，吸附剂可循环使用，适用于稳定、连续、量大的气体净化2. 吸附和脱附连续完成3动力和热力消耗较大，吸附剂磨损较为严重流化床吸附器1结构复杂，造价昂贵2气体和固体接触相当充分3. 生产能力大，适合治理连续性、大气量的污染源4吸附剂和容器的磨损严重移动床、流化床吸附器的使用范围较广泛，不受处理风量、风速等条件限制，但这两种吸附器动力和热量消耗较大，吸附剂磨损较为严重。固定床吸附器应用广泛、结构简单，技术成熟,如图2.7。 图2.7 吸附/脱附流程图固定床吸附器按照床层吸附剂的填充方式可分为立式、卧式、环式几种。环式吸附器的结构比立式和卧式吸附器要复杂。吸附剂填充在具有多孔的两个同心圆筒构成的环隙之间，因此具有比较大的吸附截面积。待净化的气体从吸附器的底部接管进入，沿径向通过吸附剂床层，然后从塔体上部的排气管排出。环式吸附器的特点是吸附器比较紧凑，吸附截面积大，且在不太高的流体阻力下具有较大的产生能力；可以避免立式吸附器引起的气流阻力较大、能量消耗较大以及卧式吸附器操作过程中在吸附床表面容易产生气流分布不均，引起沟流和短路现象，故采用之。2.1.5 吸附剂吸附性能的比较及选择吸附剂的种类很多，可分为无机的和有机的，天然的和合成的。天然矿产如活性白土、漂白土和硅藻土等，经过适当的加工，就可形成多孔结构直接作为吸附剂使用，一般用与石油制品的脱色和溶剂的精制等。天然沸石如丝光沸石、斜发沸石等，可直接用于环境保护中的NOx治理、水处理，脱除重金属离子以及海水提钾等。合成无机材料吸附剂有活性炭、活性炭纤维、硅胶、活性氧化铝和合成沸石分子筛等。特别是合成分子筛有严格的孔道结构，它的性能经调节和不断改进，具有较高的选择性和催化性能，适用于分离性能非常类似的物质，近年来还研制出多种大孔吸附树脂，与活性炭相比，它具有选择性良好、性能稳定、再生容易等优点，常用于废气治理、废水治理、维生素的分离及过氧化氢的精制等。几种常用吸附剂的物理性质见下表2.3。1、白土白土分为漂白土和酸性白土。漂白土是一种天然黏土，其主要成分是硅铝酸盐。这种黏土经加热和干燥后，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比值比较低的白土，不经酸化处理是没有吸附活性的。只有经硫酸或盐酸处理后才具有吸附能力。用硫酸处理的工艺条件是，硫酸的浓度为20%40%，温度为353383K，时间为412h。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。表2.3 常见吸附剂的主要特性物理性质吸 附 剂 种 类活性炭活性氧化铝硅胶沸石分子筛真密度/(g/cm3)1.92.23.03.32.22.32.02.5表观密度/(g/cm3)0.61.00.91.00.81.30.91.3堆积密度/(g/cm3)0.350.60.501.000.500.750.600.75平均孔径/A15504012010140-比表面积/%7001500150350200600400750操作温度上限/K423773673873再生温度/K3734134735233934234735732、活性炭和活性炭纤维活性炭是应用最早、用途较广的一种优良吸附剂。它是由各种含炭物质如煤、木材、石油焦、果壳、果核等碳化后，再用水蒸气或化学药品进行活化处理，制成孔穴十分丰富的吸附剂，比表面积在7001500m2/g范围内，具有优异的吸附能力。孔径分布一般为：活性炭50A以下，活性焦炭20A以下，炭分子筛10A以下。炭分子筛是新近发展的一种孔径均一的分子筛型新品种，具有良好的选择吸附能力。活性炭是一种具有非极性表面，为疏水性和亲有机物的吸附剂，故活性炭常常被用来吸附回收空气中的有机溶剂和恶臭物质，在环境保护方面用来处理工业废水和治理某些气态污染物。活性炭纤维是一种较新型的高效吸附剂。它是用超细的活性炭微粒与各种纤维素、人造丝、纸浆等混合制成的各种形态的纤维状活性炭。微孔范围在0.51.4nm，比表面积大。对各种无机和有机气体、水溶液中的有机物、重金属离子等具有较大的吸附量和较快的吸附速率，其吸附能力比一般的活性炭高110倍，特别是对一些恶臭物质的吸附量比颗粒活性炭要高出40倍左右。目前主要用于气相吸附。表2.4 工业用活性炭的物理性质吸附剂真密度/（g/cm3）颗粒密度/（g/cm3）填充密度/（g/cm3）空隙率/细孔容积/cm3 /g）比表面积/（m2/g）平均孔径/颗粒活性炭2.02.200.61.00.350.600.330.450.501.170015001240粉末活性炭1.902.20-0.150.600.450.750.501.4070016001540 3、活性氧化铝活性氧化铝一般指氧化铝的水合物加热脱水而形成的多孔结构物质。它是一种极性吸附剂，无毒，对多数气体和蒸气是稳定的，浸入水或液体中不会溶胀或破碎，机械强度好。活性氧化铝的比表面积约为150350m2/g，宜在473K至523K下再生。循环使用后，其物化性能变化很小。由于它对水分的吸附容量大，常用于高湿度气体的脱湿和干燥，也可用于石油气的脱硫以及含氟废气的净化。4、硅胶硅胶是一种坚硬无定性链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，其分子式为SiO2nH2O，由硅酸钠（水玻璃）与硫酸或盐酸经胶聚、洗涤、干燥、烘焙而成。硅酸为亲水性的极性吸附剂，而难于吸附非极性的有机物质。当硅胶吸附气体中的水分时，可达到自身重量的50%。硅胶的吸附热很大，吸附水分是能够放出大量的热量，使硅胶溶剂破碎。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，也可用作催化剂的载体。5、分子筛沸石分子筛是一种人工合成的泡沸石，具有多孔骨架的硅铝酸盐结晶体，与天然泡沸石一样是水合铝硅酸盐的晶体，其化学通式：Mex/n(Al2O3)x(SiO2)ymH2O，式中的x/n是价数n的金属原子数。分子筛在结构上有许多孔径均匀的孔道与排列整齐的孔穴，这些孔穴不但提供了很大的比表面积，而且它只允许直径比孔径小的分子进入，故称为分子筛。根据孔径大小不同和SiO2与Al2O3不同，分子筛可分为不同的型号：3A（钠Y）、4A（钠A）、5A（钙A）、10X（钙X）、13X（钠X）、Y（钠Y）、钠丝光沸石型等。4、8研究表明，活性炭吸附VOCs性能最佳，原因在于其他吸附剂（如硅胶、金属氧化物等）具有极性，在水蒸气共存条件下，水分子和吸附剂极性分子进行结合，从而降低了吸附剂吸附性能，而活性炭分子不易与极性分子相结合，从而提高了吸附VOCs能力。同时活性炭对CS2、H2S也有较好的吸附净化作用，不必另外增设烟气脱硫装置。气体流量和浓度的波动对活性炭吸附器没有大的影响。活性炭吸附系统常用来处理气量200100000m3/h，浓度范围在205000ppm的气体。设备的尺寸取决于气量和浓度。活性炭吸附系统的投资费用不高，操作灵活，运行成本与其他方法相比通常也较低。固定床吸附装置的空塔速度一般取0.5m/s以下，吸附剂和气体的接触时间取0.502.0s以上，吸附层压力损失应控制小于1kPa。在有害气体浓度较高时，为了适应工艺连续生产的需要，多采用双罐式并联系统，一罐吸附，另一罐脱附，交替切换使用。吸附罐内可填充颗粒炭或纤维炭，此两种炭的性能比较列于表2.5。纤维炭的各项性能指标均优于颗粒炭，因此用其做成的吸附装置体形小、吸附及脱附速率均比较快、节约能耗，且回收溶剂品质高，国内已有定型成品供应。表2.5 颗粒炭和纤维炭的性能比较活性炭名称颗粒炭纤维炭形态直径46mm圆柱体1020m纤维目测单重/（g/m2）-100300填充密度/(g/cm3)0.400.500.010.10外表面积/(m2/g)0.011.52.0比表面积/(m2/g)900100010001500平均细孔直径261420在空塔速率10cm/s，z10cm时吸附速率/(g/g)/ min0.030.47在空塔速率5cm/s，z10cm时吸附速率/(g/g)/ min28.597.5表2.6 几种国产活性炭的主要性能型号粒度/mm堆积密度/g/cm3强度/%水分/%吸苯率/%碘值/mg/g比表面积/m2/g孔体积/cm3/g太原5炭直径35长38857581035859.89260.81上海14炭直径34长815-95525-上海15炭直径34长81595220-新化X16炭直径33.5长389030-9760.63纤维活性炭毡厚280.050.15-203090014708001700-2.2 炼胶废气净化工艺流程炼胶废气处理工艺流程：废气 复合滤油器 袋式除尘器 环式吸附器 排放图2.7 工艺流程图3 净化设备设计与选型3.1 除油器选型 选择复合滤油器，由耐腐蚀不锈钢板制作，外型尺寸1500mm1500mm2000mm，内部由蜂窝滤清器和滤油毡组成。组成示意图如下：复合滤油器组成示意图 蜂窝滤清器、滤油毡均可拆卸和清冼，当含油量达到一定程度，设备阻力增大，可以拆卸清冼，定期更换即可。3.2 袋式除尘器设计与选型3.2.1 袋式除尘器的结构形式1、圆袋圆筒形滤袋应用最广，其结构简单，易于清灰，且受