活性炭吸附法净化包装印刷油墨废气-环境工程毕业设计

1、活性炭吸附法净化包装印刷油墨废气摘要：本毕业设计的对象是广东某钢板厂生产各种钢板，在涂布和烘干过程中挥发出来低 浓度，大气量的含有“三苯物”的有机废气。考虑到有机废气的净化率和工程实际经济可行 性本毕业设计决定采用活性炭吸附跟催化燃烧组合工艺。有机废气经过吸附浓缩和催化燃烧三个过程：首先利用活性炭的多孔性和空隙表 面的张力把有机废气中的溶剂吸附在活性炭的空隙中，使所排废气得到净化；当活性炭吸附 饱和时，再用热风脱附再生：被脱附出来的有机物在催化剂的作用下，在较低的温度转化成 无毒无害的二氧化碳和水。关键词：有机废乞 活性炭 吸附 催化燃烧abstract:the target of this

2、graduation design is that one stencil plate factory in guangdong produces various kinds of stenc订 plates , volatilize out low density in the coating and course of drying, the organic waste gas with benzene of atmospheric quantity considering the purification rate of the organic waste gas and actual

3、economic foasibi 1 ity of project, this gradualion design decision adopts the active charcoal to absorb and burn the craft of making with the catalysis up.the organic waste gas burn three pieces of course through absorbing , concentrat ing and cat al ysi s: util ize tension on porous and space surfa

4、ce of active charcoal to absorb the solvent in the organic waste gas in the space of the active charcoal at first, make the waste gas arrangcd puri fied; whe n the active charcoal absorbs the saturation , and then take off the regeneration of enclosing with the hot wind; taken off the organic matter

5、 enclosed out under the function of the catalyst, transform into non-poisonous and harmless carbon dioxide and water in lower temperaturekey words : organism waste gas, activity carb on, adsorbs , the catalyst burns第一章概述1.1含苯有机废气污染与控制现状1.1.1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so. rco 是挥发性有机物，都具有易挥发、易燃的特

6、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. 1. 2苯对人体健康的危害苯被质量卫生组织（wii0）国际癌症研究屮心（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，可发牛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。由于苯屈芳香炷类，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、

7、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. 1. 3含苯有机废气污染现状随着我国汽车工业的蓬勃发展，相关的汽车零部件配套企业，维修工厂 增多，油漆作业吋散发的漆雾和“三苯”（苯，甲苯，二甲苯）废气对环境 影响很大。目前，各中小型企业及汽车维修厂家由于受生产规模的限制，油 漆作业多采用手动喷漆，喷漆时油漆的附着率仅达30%250%,大量的油漆以 雾状扩散，同时作为溶剂的苯，甲苯，二甲苯以气体状态挥发，在工作间形 成气相非均系统，给漆雾治理，废气吸收带来很大困难。油漆的粘附性，如 高浓度的漆雾如不

8、加以治理，随风扩散，粘附在建筑物上，影响其美观，沉 降在花草树木中，将影响植物的光合作用，同时，“三苯”废气毒性强，危 害性大，被人群通过呼吸系统或皮肤吸收后在人体富集，引起呼吸系统损伤, 甚至会造成肝脾损伤，影响人体造血功能的疾病。1. 2含苯有机废气治理的技术发展1.2. 1国内研究动态1冷凝回收法：把有机废气直接导入冷凝器经吸附、吸收、解析、分 离，可回收有价值的有机物，该法适用于有机废气浓度高、温度低、风量小 的工况，需要附属冷冻设备，主要应用于制药、化工行业，印刷企业较少采 用。2. 吸收法：一般采用物理吸收，即将废气引人吸收液进行净化，待吸 收液饱和后经加热、解析、冷凝回收；本法适

9、用于大气量、低温度、低浓度 的废气，但需配备加热解析回收装置，设备体积大、投资较高。3. 直接燃烧法：利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧，将混合气体加热， 使有害物质在高温作用下分解为无害物质；本法工艺简单、投资小，适用于 高浓度、小风量的废气，但对安全技术、操作要求较高。4. 催化燃烧法：把废气加热经催化燃烧转化成无害无臭的二氧化碳和 水；本法起燃温度低、节能、净化率高、操作方便、占地而积少、设备投资 较大，适用于高温或高浓度的有机废气。5. 吸附法：（1）直接吸附法：有机废气经活性炭吸附，可达95%以上的净化率， 设备简单、投资小，但活性炭更换频繁，增加了装卸、运输、更换等工作程 序，导致运行费

10、用增加。（2）吸附一回收法：利用纤维活性炭吸附有机废气，在接近饱和后用 过热水蒸汽反吹，进行脫附再生；本法要求提供必要的蒸汽量。（3）新型吸附一催化燃烧法：此法综合了吸附法及催化燃烧法的优点, 采用新型吸附材料（蜂窝状活性炭）吸附，在接近饱和后引入热空气进行脱 附、解析，脱附后废气引人催化燃烧床无焰燃烧，将其彻底净化，热气体在 系统屮循环使用，大大降低能耗。本法具有运行稳定可靠、投资省、运行成 本低、维修方便等特点，适用于大风量、低浓度的废气治理，是目前国内治 理有机废气较成熟、实用的方法。1.2.2国外研究动态我们统计了一些国家在选用直燃法、催化法的情况屮得知，像美国、加拿大、澳大利亚等发达

11、国家选用催化燃烧的95%,而像韩国、墨西哥等发 展中国家选直接燃烧的80%,由此可见：发达国家很重视环保，采用高技术 的催化法。虽然外催燃法比直燃法相对贵些。1. 2. 3.燃烧法处理vocs运行性能表1燃烧工艺直接燃烧法热力燃烧法催化燃烧法浓度范围/mg/n?>5000>5000>5000处理效率>95>95>95最终产物c02, h20c02, h20c02, h20投资较低低高运行费用低高较低燃烧温度/° c>1100700870300450其他易爆炸，热能浪费 且易产生二次污染回收热能要防止催化剂中 毒，预处理要求较 严格。结合该厂的

12、实际情况，决定选用吸附-催化燃烧法处理该厂房屮产生的有机废气。1.3吸附一催化燃烧法的工艺特点吸附一催化燃烧法将活性炭吸附法和催化燃烧法结合在一起，是一种 结构紧凑，适合处理低浓度，大风量废气的联合系统。该工艺充分利用了 活性炭吸附法和催化燃烧法的优点，克服其缺点，进一步提高净化效率， 降低运行费用。由活性炭捕获废气中的有机物，使该工艺具有活性炭吸附工艺的安全可靠、净化效率高、适应范围广等优点。该工艺釆用吸附-浓缩-催化燃烧组合工艺，整个系统实现了净化过 程闭环操作，有机物一次处理彻底，无二次污染。该系统组合紧凑，充分利用热源，节省设备投资和操作费用。首先 有机物经脱附后被浓缩（用热风脱附出来

13、的有机物浓度比原来提高十几倍 到儿十倍），其浓度接近自然状态，在催化燃烧阶段不需要外加热源就可 以分解为水和二氧化碳。其次该工艺设备在运行过程中最大限度的利用了 有机废气中有机成分的热值。1. 4吸附一催化燃烧法的反应机理1. 4.1活性炭吸附机理活性炭吸附的实质是利用活性炭吸附的特性把低浓度大风量废气中 的有机溶剂吸附到活性炭中并浓缩，经活性炭吸附净化后的气体直接排 空，其实质是一个吸附浓缩的过程。并没有把有机溶剂处理掉。是一个 物理过程。1. 4. 2催化燃烧反应机理催化燃烧脱附的实质是利用催化燃烧的热空气加热活性炭中被吸 附的有机溶剂，使之达到溶剂的沸点，使有机溶剂从活性炭中脱附出来,

14、并且把这高浓度的废气引入到催化燃烧反应器中。在25ctc的催化起燃 温度下，通过催化剂的作用进行氧化反应转化为无害的水和二气化碳排 入大气。是一个化学反应过程。并非明火的燃烧，且能彻底解决脫附时 的二次污染。“三苯物”在pt、pd催化剂的作用下被氧化生成低分子物质c02、 也0等。主要反应：c”弘+ ¥）。2 p p" 咤咄c、nco? +号比0 +热量p + 0）> pto?pto2 +污染物t pf +氧化物pd + o? t pdo2pdo2 +污染物t pd +氧化物其原理是利用催化剂的晶格氧将污染因子氧化，利用气相氧将催 化剂重新活化。同时，由于生成活性屮间

15、体pto2、pdo2,使氧化反应活 化能降低。污染因子可以在较低温度迅速氧化，从而使三苯等物质转化 成 co2、h20o1. 4. 3总括活性炭吸附一催化燃烧脱附是把活性炭吸附法和催化燃烧法两者 的优点有效地结合起来。即先利用活性炭进行吸附浓缩，当活性炭吸附 达到饱和时，利用电加热启动催化燃烧设备，并利用热空气局部加热活 性炭吸附床，当催化燃烧反应床加热到250°c,活性炭吸附床局部达到 60110°c时，从吸附床解吸出来的高浓度废气就可以在催化反应床中进 行氧化反应。反应后的高温气体经换热器的换热，换热后的气体一部分 冋用送入活性炭吸附床进行脱附，另一部分排入大气。脱附出

16、来的废气 经换热器换热后温度迅速提高了。这样能使催化燃烧装置及脱附达到小 功率或无功率运行。在涂装行业中，喷漆线上，大风量低浓度的有机废气的处理一直困 扰着人们。釆用传统的吸附装置，占地面积z大，装置重量z大，还有蒸 汽锅炉投资和蒸汽的输送，什么压缩空气、油水分离等辅助投资，总之， 投资比例也不令人轻松。而现在选用浓缩装置和催化装置组合使用，解决 了涂装固化装备、喷漆室、整个车间的环保供热问题，其他也不耍相关辅 助投资。在生产管理也达到了统一化，节省了管理费用。所以催化燃烧装 置在处理涂装行业屮固化装置、喷漆线等车间的有机废气有着广泛的应用 和前景。木设计采用了吸附浓缩和催化燃烧结合的方式，还

17、因为考虑到 该钢铁厂的有两个不同的有机废气污染源，它们性质有点不同，特别是温 度，所以采用催化燃烧处理烘漆房的废气，同时废气处理后由于温度也还 是比较高，可以把净化后气体重新回流到烘漆房，从而降低了烘漆房的运 作成本，减少燃料的用量，真正的实现热量的回收利用。使得整个工厂的 运作更加畅顺有效！第二章设计依据2.1设计目的本设计着眼对汽车某零配件生产过程屮的喷漆和烘干两个工艺屮挥 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 岀适合的脫除含苯有机废气的新工艺和新设备。2. 2设计依据2. 2.1.执行标准及规范 广东省地方标准db44/27-2001 （大气污染排放限值）j

18、大气污染物综合排放标准gb16297-19962. 2. 2.设计依据丿建设项目环境保护管理条例宀 广东省建设项目环境保护条例2. 2. 3.污染因子分析主耍是涂布及烘干过程中挥发岀来的“三苯物”工况温度：喷漆工序常温烘干工序150-200°c2. 2. 4.治理前的浓度：喷漆：“三苯物” <400mg/m3烘干：“三苯物” 600mg/m32. 2. 5.治理后执行标准据广东省地方标准db44/27-2001第二时限、二级标准：苯 w12mg/m3甲苯 40mg/m3二甲苯 w70mg/m2. 2. 6. 排风量qa =17500 m7hqb =5000m3/h2. 3系统方

19、案确定地点污染源废气控制方式系统划分备注烘炉车间涂布工序通风柜两个涂布工序划分为一个治理系统称a系统采用b系统尾气对a系统活性炭进行再生烘炉车间烘炉上部排风通风柜式三台烘炉废气划分为一个治理系统称b系统第三章排风量的确定3. 1.系统a的风量采用通风柜控制方式，操作门尺寸为2x2 m2,根据 qa =3600xvxax排风量t7hv1吸入风速，取0.5 m/s幻敞开面积，0泄漏安全系数，取12qa, = 3600x vx ax0 = 3600x0.5x4x 1.2 = 8640/n3 !h 共两个涂布室，故系统排风量为：qa =2xqa =2x8640 = 17280m3 !h设计时取 0 =

20、17500/?i3/?3. 2系统b风量原有系统最大排风量为12636x3=37908m7h,采用稀释方法排放，现采用催 化方法处理废气，宜减小排风量，提高废气浓度。根据烘炉的总体积为70x1. 5x1. 5 160m3,釆用炉内换气次数为30次/小时。系统排风量为30x 160=4800,设计时取qb=5000m7ho第四章工艺流程41 前言对于常温下的“三苯物”等有机废气的治理方法有：柴油吸收法、活性碳吸 附法、催化燃烧法及冷凝法，柴油吸收法效果差，作为一种过渡性工艺已不准采 用了。因此，本方法设计时根据业主操作模式、排风量及污染因子工况等因素， 拟采用活性碳吸附法治理a系统废气，并由b系

21、统提供热气对a系统活性碳进行 再生，采用催化燃烧法治理b系统废气；厂去b系统催化燃烧a系统：喷油机上漳活性碳吸附器排烟筒(水帘机)t定期再生b系统热气b系统：通风柜 竺 催化燃烧器 斗 排烟筒4. 2.系统a设计计算采用固定床活性炭吸附，活性炭的规格为44x6fi-4x20冃。活性炭 装填厚度为心0.8m ,活性炭对含苯废气吸附的平衡静活性值为a = 25% , 其堆积密度为pb= 450kg/m并假定其“死层”厚度为h = 0.2m ,气体通 过吸附器床层的速度为v = 0.4/77/5 ,废气含苯，甲苯，二甲苯的混合浓 c() =400mg/m3废气量为0 = 17500m3/?,每天工作

22、8小时。4. 2. 1.确定保护作用系数(k)k =丝旦=°25x45°= 703125v-c0-0.4 x 400 x io-64. 2. 2.根据希洛夫方程来确定保护时间t = k(l-h) = 703125x(0.8-0.2) = 421875秒=117小时4. 2. 3.确定吸附床层的断面积"幺7500山00十曲 v0.44. 2. 4.确定吸附床的结构采用卧式吸附床，塔内径为d二2000mm,活性炭吸附床长l=6000mm.4. 2. 5确定吸附剂的总重量=3276rgti7 qxcqxt 17500x0.4x117w =a0.254. 2. 6确定停留

23、时间t丄v 0.54. 2. 7.活性炭的再生活性碳使用一段时间后，因吸附容量的限制会饱和，应进行再生使用,否则会浪费。根据催化燃烧原理，采用b系统催化燃烧机尾气对吸附装置的活性碳进行再生，再生风量为5000m7h o再生时间约为15小时，再牛温度控制在100140°c之间，温度则通过补冷风机及温控器来控制再生周期验算活性炭吸附饱和时3276x10x 25%17500x(400-122)x10_3x8=21天t yt所以符合要求，一般15天左右进行一次活性炭再生处理。4. 3.系统b设计计算催化反应器包括预热器（换热器），电热启动器，催化床，温度监控器等结构。催化反应器采用方形截面结

24、构，其长度与当量直径之比一般为0. 51。本系统采用的催化剂中的活性组分用pt、pd合金，采用金属氧化物 aid制成的多孔性惰性材料作为载体，并将其制成筛网结构，催化剂的厚 度力一般为50100mm木系统的废气量为qb二5000ni：7h“三苯物” p 600mg/m1 2 3 4 5 64. 3. 1 确定空速根据经验值一般取5000looooh'1,该设计取10000 h_14. 3. 2.确定停时间厂r = - = !x3600 = 0.36s-13100004. 3. 3.确定催化剂的填充体积yq 5000 八“ 3v = 一 = 0.50/nco 100004. 3. 4.确

25、定催化剂截面积aa亠耳 h 0.1本设计采用类似boc型系列有机气体催化净化装置，它可用于各行业的有 机溶剂、有机废气的净化处理；各种烘道、烘干流水线各工序产生的有机废气的 净化处理。其特点就是：表3产品 型号处理废 气量(m3/h)预热温 度(°c)功率(kw)l(mm)w (mm)h (mm)a (mm)b (mm)c(mm)d (mm)e(mm)b 0 c5-5005 0 0 0200-30030-1202 5 0 0170027601665110028105 0 06704. 4.换热器的设计计算:本设计中催化燃烧需要较高的起燃温度，而催化燃烧后的净化气体温度也较 高，可达到

26、280°c350°c。通过热交换装置，提高进入催化燃烧系统系统的废 气的温度，同时降低排气温度，从而降低成木。木设计采用的列管式换热器，它结构简单，坚固，制造容易，处理能力大， 适应性强，操作弹性较大，尤其在高压，高温和大型装置中使用更为普遍。固定列管式换热器主要由壳体管束管板，封头和折流挡板等部件组成。管 束两端用胀接法或焊接法固定在管板上。废气温度高于400°c的管段应选用耐热合金钢或不锈钢，400°c以下的管段, 应选用低合金钢或锅炉用钢。木设计采用低和金钢。4. 4.1. 计算散热量燃烧后净化气量为qb =5000m7h表4热流体进口 t.(&#

27、176; c)300a7 = 75 jar60热流体出ut2(° c)225冷流体进口 t,(° c)140&加逆- 75 + 60 _675冷流体出口 t2(° c)200= 602通过r和p的值查化工原理pa的图4-22a得温差校正系数© = 0.90 » 0.8az/w逆=0.9x67.5 = 60.75°c查化工原理p308得300°c时干空气的热物理参数：比热容 cp=1.047kj/(kg °c)密度 p =0. 615kg/m3热流体的质量流量为g=qb" = 5000x0.615

28、= 3075/?3075散热量 q嘶二 g® 一 3)二丄二 x1047x(300 一 225)二 67073w36004. 4. 2.管径耳管数fi前我国试行的系列标准屮，管径有0 = 19mm x 2mm , 0 = 25mm x 2mm和 0 = 25/7?mx 2.5mm 等规格。管长的选用应考虑管材的合理使用及便于清洗。系列标准中推荐换热管的长 度(m)为 1.5, 2, 3, 4.5, 6, 9。管板上管子的排列方法常用的有等边三角形，正方形直列和正方形错列等。 本设计采用正方形直列排管。查换热器设计手册pi?表1-2-7选择单壳程，单管程换热器采用0 = 25mmx 2

29、.5mm的换热管了换热管内气体平均流速一般为530m/s,取18m/so所以管程流通面积a = 5000 *3600 =0077加218表5公称直径dn mm公称压力pnmpa管子根数n屮心排管 数n，管程流通面积m2换热管长度l mm换热面积a m26001.60245170. 0769300055.84. 2. 3.折流挡板换热器内安装折流扌肖板是为了提高壳程流体的对流传热系数。为了获得 良好效果，折流挡板的尺寸和间距必须适当。对于常用的圆缺型挡板，弓形 切口或太小，都会产生流动“死区”，不利于传热，而且增加流体阻力。一 般切口高度与直径z比为0. 150. 45,常见的是0.20和0.2

30、5两种。本设 计采用0. 20o即切 口高度 h = 0.20x600 = 120mm扌当板的间距一般为壳体内径0. 21. 0倍，通常的扌当板间距为50mm的倍 数，但不少于100mm。木设计选用扌当板间距为600 mmo共5块挡板。4. 3. 4. 验算k = °热虽二67073 = 19 855.8x60.75而列管式换热器中当为气体与气体交换热吋传热系数k = 1040（w丿矿叹-|）所以以上选择的参数符合要求。4.5压力损失计算以及风机选择4. 5. 1吸附系统根据 qa = 17500/?3 / h , v = 12771/5 ,查“计算表”的 a = 0.407m2 ,

31、进=700加加，久/ = 0.03 ,实际流速v = 11.94m/5,动压为p = = s6ap（l/ = 9m则摩擦压力损失为= 25几 d 2活性炭吸附塔的压力损失为1000pa吸附风机应选择b4-72n06c型4. 5.2脱附系统根据 q = 5000m3 /h , v = 20m/s ,查“计算表”的 a = 0.071m2 , cl = 30qmm , a/d = 0.03, 实 际流速 v = i9.56m/s , 动压为n pv2 1.494x19.562（小仆 z 3 x 7“p = =2= 285 几，（pa怙k蒸气=1494畑 / m）心 432 2则摩擦压力损失为p =

32、 gh = 350几d 2脱附风机选择：4-72n03. 6a4. 5.3催化燃烧系统根据 qb = 5000m3/h,v = lm/s ,查“计算表”的 a = 0.08m2, d 进=300mm,1.124x17.3622a/d = 0.03, 实际流速 v = 1736m/s, 动压为169.37几，（pm。水蒸气混合有机废气=124畑/加）i = 25m则摩擦压力损失为宀弓¥=% 风机型号：yx9-35-6. 3c第五章主要设备及参数5. 1.系统a1、活性碳吸附器规格：02000x6000空速：0. 4m/s单层高：800mm上入风，下出风 阻损：p二 looopa 材质：a3数量：1台2、吸附风机（防爆）型号：b4-72n06c风量：q=13008m3/h全压：p=1542pa功率:n二75kw 数量：1台3、活性碳型号：zk-40比表而积：1200m7g碘值：900数量：3280m35.2.系统b1、催化装置型号：bc0-5-5000 风量：5000m3/h 驻留时间：0. 60s 超动总功率：84kw 配备催化剂：pt-pd台数：1台2、催化风机型号：yx9-35-6. 3c风量：5737in7h全压：1783pa功率：5. 5kw台数：1台3、脱附风机