毕业论文-XXX教学楼的设计

1、 绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 VOC的定义VOCs，即挥发性有机化合物（volatile organic compounds）是一类有机化合物。，美国ASTM D3960-98将VOC定义为任何能参加大气光化学反应的有机 HYPERLINK /doc/1405121-1485380.html t _blank 化合物。美国联邦环保署(EPA)定义挥发性有机化合物是除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属 HYPERLINK /doc/5915328-6128240.html t _blank 碳酸盐和 HYPERLINK /doc/5038669-7124748.html t _

2、blank 碳酸铵外，任何参加大气光化学反应的碳化合物。而 HYPERLINK /doc/2401844-2539466.html t _blank 世界卫生组织(WHO，1989)对总挥发性有机化合物(TVOC)的定义是，熔点低于室温而沸点在50260之间的挥发性有机化合物的总称。我国的北京市大气综合排放标准、炼油与石化标准规定：在20条件下蒸气压大于或等于0.01KPa，或者特定适用条件下具有相应挥发性的全部有机化合物。1.1.2 VOCs的来源VOCs的来源大致可以分为2大类，即天然源和人为源。天然源基本上是各种植被因光合作用而产生的VOCs，主要是异戊二烯和单萜烯。当然此类排放相较于人

3、为源可以忽略。人为源，毋庸置疑当然是由于人类活动造成的VOCs的排放，主要由石化相关产业的生产过程、产品消费行为和汽车尾气排放。世界各地的各种人为排放源所排放VOCs占其地区排放量各不相同。如美国其机动车尾气占量最大，而德国则是有机溶剂化学工业所占率第一，而关于我国则有研究表明北京的汽车尾气排放量最大。具体来说大致分为燃烧源，移动源和工业源。燃烧源包括生物质燃烧核燃料燃烧等过程的有机废气即燃烧不完全的产物。而移动源主要是指各种交通用具在使用过程排放的废气即尾气排放；而工业源就是各种工厂在工业生产中排放的废气，其中石油化工行业产品的加工和运输、有机溶剂、油漆涂料都是工业源中常见的排放源1。具体情

4、况见表1.1。表1.1 VOCs的来源分类污染源人为源固定源燃烧源工业锅炉和炉窑民用锅炉露天燃烧炼油和石化业生产过程原件废水处理冷却塔油品/有机化学品储罐油品/有机化学品运输和油品销售有机溶剂挥发工业生产过程使用有机溶剂工业制品表面涂装木制品加工制造业印刷业原料药制造业塑料制品制造业橡胶制品制造业纺织/制鞋业电子产品制造业食品/饮料制造业非工业营造业建筑物表面涂装道路沥青铺设道路/市政工程辅助设施防腐/维护商业/消费机动车维护保养干洗一般消费品移动源公路运输汽车柴油车摩托车非公路运输施工机械铁路机车飞机船舶天然源自然界排放针叶林阔叶林针叶阔叶混合林竹林农田草地1.1.3 汽车涂装中VOCs的排

5、放现状本课题着重于汽车涂装中VOCs的排放情况，随着改革开放的深入进行，中国经济的发展与日俱增，我们已经从一个汽车消费大国慢慢转变成一个汽车生产消费大国，04年汽车新车用（OEM）涂料已超过16W吨，而涂料的主要成分就是有机溶剂，这就意味着大量VOCs的排放。有关研究表明，在生产汽车的工艺中，对比其他工艺，涂装工艺排放的VOCs占总量的90%，分布在电泳、密封胶、PVC、中涂、面涂、黑涂、内面WAX、重蜡与使用清洗溶剂等工程当中。而就具体过程而言汽车车身喷涂时依次经过喷漆室、流平室、烘干室，而其VOCs的产生量比例大致为60%、15%-25%、25%-15%6。而在这些工艺室中VOCs的浓度大

6、约为喷漆室100mg/m3-200mg/m3,流平室则略高于喷漆室大约在200mg/m3-600mg/m3,烘干室则为2500mg/m3左右。因此本课题的浓度梯度选择则在这几个工况之间展开。1.1.4 VOCs的危害对于常见的VOCs，其危害大多来自以下几个方面7。（1）VOCs可能加剧气候变化，危害我们赖以生存的地球环境。（2）进入平流层的氯氟烃分子，在受到太阳辐射的高能光子轰击时，会产生游离的氟原子，从而破坏臭氧层造成臭氧空洞，危害我们的生存。（3）在大气中VOCs易于其它氧化剂进行反应，如与SOX、NOX进行反应后会生产生光化学烟雾，同时VOCs本身也是大气光化学烟雾的重要组成部分。其大

7、量排放无疑会严重影响空气能见度，造成雾霾的产生。（4）VOCs对于动植物的生存危害尤其严重，除去污染物的暴露、接触造成伤害之外，还会污染食物链进入动物体内，从而间接流入我们人类体内。因为动植物本省没有识别和选择剧毒性食物的能力，它们更容易受到污染物的危害。（5）最重要的是部分VOCs有毒性、致癌性。许多常用的涂料中含有甲醛、甲苯之类的有剧毒，会致癌的VOCs气体成分。这些成分首先有刺激性，吸入的话会对呼吸器官、内脏产生有害影响，造成人体中毒。而研究表明，如果长期接触这些VOCs，可能会致癌。甲醛、甲醇、苯都已被证明具有致癌性，同时一些如二恶英等成分有剧毒吸入微量就会导致死亡，严重危害了人体安全

8、和人类健康。所以，综上所述，VOCs本身会产生巨大危害的同时，它还会与大气中的氧化物反应产生二次危害。不仅直接危害我们的身体健康，同时还会对我们生存的环境产生严重的影响。随着经济的发展社会的进步，不可避免的VOCs的排放量也与日俱增，如何治理已排放和正在排放的VOCs成为了不可忽略的全球问题。1.2 VOCs的处理方法VOCs的处理方法大致分为2大类即物理法和化学法。物理法有吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法。这些技术在一定的条件下可以进行VOCs气体的回收。化学法则包括蓄热燃烧、催化燃烧、等离子体氧化、光催化氧化等。同时还有新生的生物处理的方法。了解这些方法之间的不同和它们的优缺点对与我们处理

9、不同排放状况下的VOCs有着重大意义。1.2.1国内外研究现状吸收法是利用液体吸收液从气体中吸收VOCs的方法。国外研究发现这种方法在处理500ppm-5000ppm浓度的VOCs气体时处理率高达95%-98%4。这种方法的原理是相似相容，利用一些易溶VOCs的有机溶剂如柴油或200#汽油等吸收气体中的VOCs。而吸收后的有机溶剂同样可以作为燃料来使用。图1.1为填料吸收流程图但是在实践过程中发现，这种处理方法处理过后会有挥发性气体残余，即本身使用的有机溶剂就易挥发汽化，同时会出现设备的腐蚀问题，最严重的是不能除以温度高的VOCs气体，这些都是吸收法的缺点。图1.1 填料吸收塔流程图吸附法是利

10、用有吸附性质的物质对VOCs进行吸附，一般吸附过程是物理过程，吸附材料多使用比表面积大、内部疏松多孔固体。如活性炭、氧化铝、分子筛等。国内学者竹涛等研究发现氧化铝在吸附甲苯的上的突出表现5。在吸附过程中这些吸附剂可以再吸附后解吸附从而循环使用。常见工业吸附装置有转子吸附器、流化床吸附器、固定床吸附器和移动床吸附器。一般活性炭吸附脱附系统如图1.2所示3。图1.2 吸收法原理图该系统由气体预处理、吸附、循环加热脱附、冷凝回收和自主控制阀门等组成。VOCs气体由热阻器等预处理后进入吸附段后当气体达标方可排出，通常情况下吸附段有两个或两个以上的吸附罐并联，从而实现气体的吸附连续操作。当吸附层饱和后，

11、切换再生循环回路，通入惰性气体。加热器进行加热形成高温循环气流对吸附层进行脱附，高温气流通过分流冷凝器从而对有机气体进行冷凝回收利用。该工艺操作简单，脱除率高，性价比高。但是同时也应注意到该工艺中吸附剂寿命一般不长，更换频率频繁，从而加大了运行的成本。另外在解吸附的时候会产生二次污染，这是推广吸附法的两大技术难题。冷凝法是利用VOCs各组分的凝点与空气不同从而通过加压冷却分离挥发性有机物。冷凝过程为：第一步压缩器把冷凝剂压缩后通入冷凝器与有机废气进行气液热交换进行冷却；第二步将达到一定温度的气相挥发性有机物变成液相分离出来。不过此种方法只适用于高浓度的VOCs气体进行脱除，在工业中一般与其他方

12、法联合使用，是VOCs的基础处理技术。膜分离法是利用挥发性有机物不同组分在膜中的传质速率不同从而实现分离。有关研究表明在低压常温条件下气相有机物传质速率是空气的10100 倍，所以此法可以快速的将有机物和空气分离2。系统流程如图1.3所示。图1.3 膜分离技术工艺原理有机废气先由压缩机加压然后进入冷却器。部分废气冷凝成液相直接作为溶剂继续使用，未液化部分进入膜分离器，不能通过膜的气体为洁净空气直接排出；而通过膜的有机气体继续循环冷凝。这种方法只适用于低浓度大流量的VOCs气体同时该处理方法无二次污染回收率高，随着膜的性能的提高该方法的使用将越来越多。催化燃烧法是在直接燃烧法的基础上发展起来的，

13、是目前VOCs污染治理中应用最为广泛的一种方法。它的原理是在催化剂的作用下，大大降低起燃温度，从而实现节能降耗，同时降低辅助燃料的消耗和运行的费用。因此，催化燃烧受到了广泛地关注。研究表明通常工业有机废气中VOCs浓度一般在100-2000 g/m3之间，对于这样的中低浓度的有机废气，催化燃烧是最经济和有效的治理方法1。催化燃烧的优点有：效率高；由于温度不高所以产物中一般不含氮氧化物不会造成二次污染；同时其设备占地面积小不需要庞大的辅助设备。但同时也应该看到催化燃烧的缺点如：催化剂价格较高，在催化剂失效频繁时会急剧增加运行成本；催化剂在高温下易烧结，影响催化效率；催化剂本身含有毒性可能导致中毒

14、；由于上述原因这种方法适用于处理流量大、浓度低的VOCs气体。所以欧美各国等工业先进的国家在大量使用催化燃烧技术，同时我国也开展了催化燃烧技术研究，催化燃烧技术受到了越来越多的重视。蓄热燃烧技术是本课题重点研究的内容其原理是通过填充蓄热材料在蓄热室吸收VOCs与氧气反应生成的热量来预热通入的VOCs气体，使得反应热量可以自偿达到一个平衡状态，使反应可以一直进行下去。在反应过程中，气体流动方向是间歇性变化的，从而使VOCs气体交替地通过蓄热床，在进入时被加热，流出时被冷却。当蓄热室“放热”后会通入洁净气体对该蓄热室进行反吹“清扫”从而保证VOC去除率在95%以上。将残留的VOC反吹至燃烧室进行氧

15、化，只有待清扫完成后再一次进入“蓄热”程序。RTO运行流程如图1.4所示。图1.4 双室蓄热式热力学燃烧工艺流程由曹建平等人8的研究发现在处理云母带生产线上产生的VOCs气体时RTO处理效率高达99%以上，从而说明了RTO是一种适合处理各种组分VOCs气体的处理技术，不仅适用范围广而且处理效率高。而且VOCs气体浓度越高，自补偿性就越好，运行的经济性就越好。目前我国已有上百套的RTO运行装置。同时国外的一些著名企业如本田、丰田集团都采用RTO技术控制VOCs的排放量。光催化氧化是通过光照在一定催化剂的条件下催化分解有机废气。一般采用化学性质稳定、光催化活性好的纳米半导体材料作为光催化剂。具体过

16、程为催化剂吸收光照能量使其表面价带电子发生能量跃迁从而产生光电子和空电子位。空电子位具有强氧化性，可以将VOCs氧化分解。光电子与氧气结合生成超氧负离子，与水结合生成活性自由基OH- ，这两种粒子都具有强氧化性，都可以与VOCs反应生成水喝二氧化碳完成VOCs的脱除。然而由于光催化剂的局限性该方法只适用于低浓度、小气量的VOCs脱除所以不适用于工业应用，只能用于室内空气净化。等离子体氧化法是使用高能电子或者其他活性离子对VOC气体进行一系列的反应最终降解成环境友好型分子。在这些反应中，起激发作用的是电子，放电增强了活性从而使反应发生，在这种激发作用下一些在常温常压下无法反应的过程也可以快速反应

17、。马竞涛等人9的研究发现采用电晕发电处理恶臭有机废气是可行的，电压越高、反应时间越长则脱除率越高。但是该技术会产生二次污染而且脱除率不高所以应用前景目前尚不光明。生物净化法是一门新生的VOCs处理技术。它是通过有孔、潮湿的富有微生物的材料介质，来将有机物降解成CO2和H2O，这一切由都是微生物的新陈代谢来实现的。这些材料介质首先采用土壤，但是在实际的工业应用中发现土壤在使用一段时间后会软化从而影响处理效果。所以人工合成材料逐渐取代了自然土壤。但是人工合成材料的成本和后期运行费用大大高于自然材料。同时生物净化法对有毒的VOCs效果甚微，对于一些稳定性强难以降解的有机物处理效果差，生物净化本身处理

18、周期长、处理量小。这些缺点都需要研发适应性更强、分解能力更高、性能更加优异的微生物来克服。相对于欧美等发达国家，我国在各方面的VOCs处理技术都有欠缺。增大自主研发的力度，来求取性技术的突破，这些都离不开科研工作者的努力。目前我国VOCs排放量与日俱增，寻求大规模，适用范围广的处理方法就显得尤为重要了。大力发展蓄热燃烧技术显然顺应了历史潮流。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 2 VOC蓄热氧化实验2 VOC蓄热氧化实验本章在已建立的VOC蓄热氧化实验系统台上，对VOCs气体的氧化过程的稳定运行及VOC的脱除率进行了实验研究。并在稳定状态下，研究考察了温度、蓄热材料、VOC浓度对脱除率的影响。同

19、时研究蓄热材料的阻力特性2.1 实验装置介绍实验装置流程图如图2.1所示。图2.1 实验装置图实验装置有1、标准立式储气罐 2、注射泵 3、气体流量计 4、长160CM直径3CM的玻璃管 5、SK2-6-10A型实验电阻炉 6、SKRP1A-6-12型温度控制箱 7、便携式热电偶 8、三通阀 9、GC7900型气相色谱仪 10、堇青石陶瓷蜂窝 11、莫来石陶瓷蜂窝 12、苯。1、标准立式储气罐作用：提供空气，并形成一定的流速。2、注射泵作用：注射苯，控制苯的流量，测定苯的流量。 3、气体流量计作用：控制空气的流量，测定空气的流量。此流量计测定范围是0-600升每小时 标准单位量20升每小时。4

20、、玻璃管作用：提供反应空间。 5、SK2-6-10A型实验电阻炉，额定功率6KW，额定电压220V，额定温度1000摄氏度，由重庆鑫邦电炉有限公司生产。作用加热玻璃管内反应空间。 6、SKRP1A-6-12型温度控制箱，主电路回路220V，控制电路回路220V，额定功率6KW，由重庆鑫邦电炉有限公司生产。作用控制电阻炉温度，使其可以处于一个稳定温度状态。 7、便携式热电偶作用可以随时测定电阻炉内温度方便与温控箱对照，来查看是否温度为稳定状态。8、三通阀作用改变气体流动方向，可以方便气体的收集和排放。 9、GC7900型气相色谱仪，气相色谱(GC)是一种分离技术，首先在实际工作中被分析样品往往是

21、具有多组分的复杂气体混合物，对含有未知组分的样品要进行分离，然后才可以对有关组分进行进一步的分析。分离技术是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现的。将待分析气体通入色谱仪，将会被惰性气体即载气（本实验中所用载气为He）带入色谱柱，色谱柱内含有液体或固体相，因为各组分的沸点、极性或吸附性能不同，所以每种组分都倾向于在流动相和固体相之间形成平衡。不过由于载气一直是流动的，这种平衡很难建立起来，会使样品组分在运动中形成多次吸附和解吸附，导致了再在其中在载气中分配浓度大的组分先流出色谱柱，而在在固定相中分配浓度大的后流出色谱柱。从色谱柱流出的气体直接进入检测器，在检测器中将样品组分的存在与否转变

22、成电信号，通过测量电信号的大小来测定被测组分的量或浓度，将这些电信号并记录下来就成了色谱图。在没有组分流出时，色谱图记录的就是检测器的本底信号即色谱图的底线。再通过系统软件计算出被测定的各成分浓度。在本实验中使用的是FID通道进行的检测。 10、堇青石蜂窝陶瓷，它是以合成堇青石原料加入粘和剂、烧失剂，经混合拌料、练泥、挤出、干燥，在12801320烧制而成。其特征在于成型时采用的原料是全合成堇青石原料，成型工艺为挤出工艺，干燥采用隧道式定型干燥与箱式干燥炉结合。其制备方法包括如下步骤:将粘土、滑石、氧化铝、轻烧镁粉在球磨中湿磨至小于320目的粉粒，球磨后的粉料经压滤及真空练泥后成为泥块，坯体在

23、倒焰窑中合成即为堇青石材料;然后将合成后的堇青石再度细磨到所需粒度;再将细磨后的堇青石粉料加入以MC或PVA为主要成分的粘和剂，经挤出成型的工艺流程，即可生产出蜂窝陶瓷。主要应用于汽车尾气催化净化、工业窑炉除尘蓄热、石油催化裂化等行业。本实验中使用的是密度1.56g/cm3的三角孔圆形堇青石材料。 11、莫来石蜂窝陶瓷的主要原料有高铝矾土、莫来石、粘土、硅线石、红柱石、蓝晶石等。在原料中加入一定量的水份和有机添加剂后进行混练、陈腐之后，挤出成型。成型干燥后，在程序控温仪的控制下进行烧结最后成品。在本实验中采用的是73.6%的Al2O3,18.2%的SiO2，以及8.2%的其他材料制成的莫来石蜂

24、窝陶瓷，该陶瓷为四方孔，密度是1.95g/cm3。12、99.7%浓度的苯，作为VOCs气体的代替物。2.2 实验原理介绍蓄热氧化的原理是可燃烧的有机物废气在摄氏7601000度发生热氧化反应，生成二氧化碳和水。如果有机物含有卤素等其它元素，则氧化产物还有卤化氢等。废气首先通过蓄热体加热到接近热氧化温度，而后进入燃烧室进行热氧化，氧化后的气体温度升高，有机物基本上转化成二氧化碳和水。净化后的气体，经过另一蓄热体，温度下降，达到排放标准后可以排放。不同蓄热体通过切换阀或者旋转装置，随时间进行转换，分别进行吸热和放热。而在本实验中则与常规蓄热氧化有些区别，因为使用的是外部补偿热量的方法，所以并没有

25、换向的方面，在苯蒸气通入实验反应区时，直接加热，使其反应，苯在蓄热区内反应后，释放热量，会使蓄热材料温度升高，所以不同的蓄热材料在相同工况下的中心核心温度会有差异，这正是研究蓄热材料性能区别的地方。在收集气体后立即进行气体成分的测定，由于苯的相似相容特性，在大多数情况下苯的测定具有时效性，即随着时间的流逝，收集气体内的苯含量会发生变化（会越变越小），这会极大的影响数据的准确性。这也正是本实验没有使用气体收集袋的原因。在气体测定中极为重要的一环就是色谱仪的使用。其使用流程如下：1、确认所需使用检测器，并相应地安装好分析柱。本实验中使用的检测器为FID检测器，它使用氦气作为载气，开机前需在外气路更

26、换好并打开相应总气阀，使氦气分压阀压力大于0.4MPa。2、打开仪器及计算机电源。运行D-7900色谱工作站。3、确认装了分析柱的载气气路有流量压力且正常。点击色谱工作站的链接，设置进样口，检测器及柱箱温度。4、在进样口、检测器、柱箱温度达到设定温度后：打开氢气，空气气瓶总阀，使空气侧阀压力为0.3MPa，氢气侧阀压力为0.1MPa；按【点火】键，火点燃后，待基线稳定后即可进样分析。5、当使用完后需关机时，首先关闭氢气，空气气瓶总阀，设置进样口、检测器、柱箱温度为室温，仪器自动降温；待进样口、检测器、柱箱温度降至50摄氏度以下后，才可关闭色谱仪电源。这些就是本实验中重要的试验原理。2.3 实验

27、过程及数据测定本实验运行启动，首先打开空气气瓶总阀，使用流量计测量并控制流量，同时打开电阻加热炉。对于本实验中的电阻加热炉，为动态加热，本身存在热惯性，需要在打开升温达到制定温度后，运行稳定10分钟左右方可进行试验。如果不等稳定就测量，温度差异颇大，这是通过便携式热电偶可看出温度是否稳定，这也是便携式温度热电偶的意义所在。待温度稳定后通过注射泵通入苯溶液与空气混合生成苯蒸气进入反应区，在500到1000的温度区间内每50度取一个点进行测量，收集反应气体通过三通阀完成。因为VOCs气体反应有个临界温度，即在临界温度下几乎不反应，超过临界温度时会剧烈反应，所以可找出临界温度后在起周围密集的选取侧量

28、温度。测定完一组数据后，可改变注射泵注入速率，以改变苯的浓度，改变空气流量以改变风速，改变蓄热材料进行对比。2.3.1 蓄热材料的概述 早期蓄热材料主要以球形、马鞍形陶瓷为主，也有使用蜂窝结构的陶瓷蓄热材料（由于制造工业的限制，早期蜂窝陶瓷的比表面积较低，限制了其大规模应用）。20世纪90年代，由于日本对高温空气燃烧技术的开发，导致了蓄热体研制的长足发展，高比表面积的各种蜂窝陶瓷蓄热材料陆续出现,例如出现了换热比表面积达到1000m2/m3以上，流通通道孔间距为1mm-3mm，壁厚仅为0.2mm-0.5mm的蜂窝陶瓷蓄热材料。这种蓄热材料，相比于传统蓄热材料，可以提高装置中气流和填料的换热效率

29、，同时降低压力损失。早期的蜂窝陶瓷主要是堇青石蜂窝陶瓷，它热震稳定性好，但它耐高温性能差，制造费用高。后来的莫来石蜂窝陶瓷，虽然热震稳定性不如堇青石蜂窝陶瓷，但其其他特性都优于堇青石蜂窝陶瓷，从而得到了极大的推广和应用10。2.3.2 数据测定在本实验中，分别测定了下列数据：1、空气流量300L/h，浓度700ppm的苯蒸气，在不适用任何蓄热材料条件下。表2.1 数据测定1剩余苯的浓度（ppm)脱除率温度（摄氏度）123平均200781.389679.276670.812710.49230500680.229697.312675.221684.2540.022494550691.229650.

30、341677.214672.9280.038674600665.554662.321671.435666.43670.047948650674.223682.332674.221676.92530.032964700610.325650.22666.345642.29670.082433750640.23610.22660.234636.89470.09015800580.32540.234575.225565.25970.192486810510.226490.381507.256502.6210.28197820450.223430.251449.219443.2310.366813830

31、220.239223.99276.324240.18430.65688840104.239174.557117.24132.0120.81141185040.23442.39839.67240.7680.9417690010.2567.5567.3288.380.9880292、空气流量300L/h,浓度700ppm，带有960mm堇青石蜂窝陶瓷蓄热材料条件下。表2.2 数据测定2剩余苯的浓度（ppm)脱除率温度（摄氏度）123平均200699.234689.276689.568692.69270.010439500688.289687.322685.831687.14730.01836155

32、0691.229660.341677.214676.26130.033912600662.321672.321644.865659.83570.057378650650.224626.332644.221640.2590.085344700640.325632.228637.375636.64270.09051740610.237627.627640.634626.1660.105477750532.326560.234575.225555.92830.205817760430.456490.381507.256476.0310.319956770450.273430.251449.21944

33、3.24770.366789780220.639223.99276.324240.31770.65668979068.53985.55788.24380.779670.884680032.82435.39839.67235.964670.94862285010.9967.5567.3288.6266670.9876763、空气流量300L/h，苯的浓度700ppm,1000mm莫来石蜂窝陶瓷材料条件下。表2.3 数据测定3剩余苯的浓度（ppm)脱除率温度（摄氏度）123平均200699.234686.466699.587695.09570.007006500688.689698.344687.

34、432691.48830.01216550691.229666.347674.451677.34230.032368600662.321672.321644.865659.83570.057378650650.224648.832664.236654.43070.065099700644.377635.928645.535641.94670.082933710608.837608.425633.534616.9320.118669720532.326538.936556.225542.49570.225006730430.456433.345457.256440.35230.370925740

35、355.873346.551379.529360.6510.48478475099.63967.99479.64482.425670.88224976054.53953.55744.87550.990330.92715780032.82435.39839.67235.964670.9486228506.5965.5562.6284.9266670.9929624、空气流量300L/h，浓度200ppm的苯蒸气，在不适用任何蓄热材料条件下。表2.4 数据测定4剩余苯的浓度（ppm)脱除率温度（摄氏度）123平均200189.358197.459199.336195.38430.023078500

36、193.286187.395195.839192.17330.039133550191.869187.886189.487189.74730.051263600186.229179.991188.869185.02970.074852650188.765186.378190.228188.4570.057715700192.387180.227179.667184.09370.079532750189.378188.367177.781185.17530.074123800188.367177.276181.877182.50670.087467810188.378169.367179.389

37、179.04470.104777820150.338156.339161.889156.18870.219057830108.78699.783109.367105.97870.47010784069.53975.55378.24374.4450.62777585036.72325.78839.49834.0030.82998586011.5762.5569.4577.8630.9606859003.2283.2293.7583.4050.9829755、空气流量300L/h，浓度500ppm的苯蒸气，在不适用任何蓄热材料条件下。表2.5 数据测定5剩余苯的浓度（ppm)脱除率温度（摄氏度）1

38、23平均200489.675498.334499.776495.92830.008143500492.869486.555495.634491.6860.016628550491.469487.673489.487489.5430.020914600486.234479.991488.869485.03130.029937650485.733486.673489.428487.2780.025444700492.383486.457479.667486.1690.027662750483.275478.367477.781479.80770.040385800468.367477.276481

39、.877475.840.04832810436.832422.374379.389412.8650289356.339368.463353.6970.292606830208.786199.783169.367192.64530.61470984070.33269.55368.56369.482670.86103585036.88933.79833.49834.728330.9305438609.5766.5568.9948.3753330.9832499003.3392.3783.4683.0616670.9938776、空气流量300L/h，浓度1000ppm的苯

40、蒸气，在不适用任何蓄热材料条件下。表2.6 数据测定6剩余苯的浓度（ppm)脱除率温度（摄氏度）123平均200994.764986.466999.587993.60570.006394500988.689998.344987.432991.48830.008512550991.458966.347974.451977.41870.022581600962.321972.321944.865959.83570.040164650950.224948.832964.236954.43070.045569700944.377955.928945.535948.61330.051387750940.

41、837942.425955.534946.26530.053735800832.326838.936756.225809.16230.190838810630.456633.345657.256640.35230.359648820560.873546.551579.529562.31770.437682830399.639367.994379.644382.42570.617574840154.539103.557100.875119.6570.88034385042.82435.39839.67239.2980.9607028606.5965.5562.6284.9266670.99507

42、39003.0232.03301.6853330.9983157、空气流量100L/h，浓度700ppm的苯蒸气，在不适用任何蓄热材料条件下。表2.7 数据测定7剩余苯的浓度（ppm)脱除率温度（摄氏度）123平均200689.234689.276689.568689.35930.015201500698.289686.322685.831690.14730.014075550691.229670.341677.214679.59470.02915600672.321672.321674.865673.1690.03833650650.224666.332664.221660.2590.056

43、773700660.325652.228637.375649.9760.071463750610.237627.627640.634626.1660.105477800632.326619.234595.225615.5950.120579810530.456490.381567.256529.36430.243765820450.273430.251449.219443.24770.366789830280.639263.99326.324290.31770.58526840168.539185.557188.243180.77970.74174385052.82455.39869.6725

44、9.2980.91528990011.5768.5569.4579.8630.985918、空气流量500L/h，浓度700ppm的苯蒸气，在不适用任何蓄热材料条件下。表2.8 数据测定8剩余苯的浓度（ppm)脱除率温度（摄氏度）123平均200699.234686.466699.587695.09570.007006500688.689698.344687.432691.48830.01216550691.229666.347674.451677.34230.032368600662.321672.321644.865659.83570.057378650650.224648.832664.

45、236654.43070.065099700644.377635.928645.535641.94670.082933750608.837608.425633.534616.9320.118669800532.326538.936556.225542.49570.225006810430.456433.345457.256440.35230.370925820355.873346.551379.529360.6510.48478483099.63967.99479.64482.425670.88224984044.53943.55744.87544.323670.9366885022.8242

46、5.39829.67225.964670.9629089006.5965.5562.6284.9266670.992962以上就是本实验中测得的8组实验数据。在实验中为了使误差更小化，每个温度都等起反应稳定后测得数据，取其相近3组数据，求其平均值。系统的稳定状态从表面上难以察觉，应在改变工况后等待20分钟左右测量数据，待测量得数据稳定后方可取值。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 3 实验结果分析3 实验结果分析本实验采取外部加热补偿的方式控制恒温，所以实验中不能使用能量守恒方程定量的计算，因为不清楚补偿的热量值。所以只能定性的根据所测得数据进行定性的分析数据结果，得出一些相对简单的结论。3.1

47、 VOCs操作条件对实验结果的影响首先来对VOCs的操作条件进行分析，操作条件在本实验中只有浓度和气流速度发生了变化。根据对照法先从只有浓度不同的工况开始分析。3.1.1 不同的浓度下脱除率的分析在本课题讨论的问题中VOCs的浓度基本上只在100ppm-1000ppm之间。那么我们取这之间的4个点进行测量即200ppm、500ppm、700ppm、1000ppm。得到了1、4、5、6组实验数据。可得到：表3.1 不同的浓度下脱除率的分析脱除率温度（摄氏度）145620000.0230780.0081430.0063945000.0224940.0391330.0166280.008512550

48、0.0386740.0512630.0209140.0225816000.0479480.0748520.0299370.0401646500.0329640.0577150.0254440.0455697000.0824330.0795320.0276620.0513877500.090150.0741230.0403850.0537358000.1924860.0874670.048320.1908388100.281970.1047770.174270.3596488200.3668130.2190570.2926060.4376828300.656880.4701070.6147090

49、.6175748400.8114110.6277750.8610350.8803438500.941760.8299850.9305430.9607028600.9606850.9832490.9950739000.9880290.9829750.9938770.998315图3.1 第一组数据的散点图横轴为温度纵轴为脱除率图3.2 第四组数据的散点图横轴为温度纵轴为脱除率图3.3 第五组数据的散点图横轴为温度纵轴为脱除率图3.4 第六组数据的散点图横轴为温度纵轴为脱除率从上面4组数据散点图来看并不能直观的看出不同浓度对脱除率的影响，只能粗略的看到浓度越大同温度下脱除率在不断地变大。对于VOC

50、s气体当脱除率达到95%的时候，我们可以近似的认为以完全脱除。那么各个浓度下达到95%脱除率的温度为。表3.2 不同浓度对脱除率的影响浓度（ppm)温度2008595008547008511000848那我们就可以得到：图3.5 这样一个数据散点图它的横轴为浓度纵轴为温度那么我们可以明显的看出在随着浓度的增加达到完全脱出的温度在逐渐下降，近似一条直线。在其他条件不变的情况下，浓度越大，就意味着相同时间内反应的数量越大。由于该氧化反应是产生热的，那么其反应核心温度区的温度也随之上升，使得反应更加的剧烈快速。这两者之间是相辅相成的正函数关系。所以可以看出浓度越大的VOCs气体越好处理。3.1.2

51、不同流速下脱除率的分析对于流速的控制通过控制流量来达到。因为实验的反应是在一根内径为3cm的玻璃长管内发生的所以通过流量除以表面积即：V=q/A来算出流速的大小。本实验中选取100L/h、300L/h、500L/h作为不同工况下的对照实验来进行测量。得到了1、7、8组实验数据。参考不同浓度对脱除率的影响来看寻找达到95%脱除率的数据点可以得到下表：表3.3 不同浓度对脱除率的影响流量（L/h)流速（m/s)温度（摄氏度）1000.009828653000.029478515000.04912847从而得到流速为横坐标温度为纵坐标的数据图。图3.6 横坐标温度为纵坐标的数据图由于实验条件限制，本

52、实验的流速只有0.05m/s以下，而实际工作中可以达到0.1m/s-0.5m/s，而且在实际RTO焚烧炉中气体为换向进入，所以本组数据的实际意义不大。当流速越大，其他工况不变时，完全脱出的温度会降低。因为本实验中的流速普遍偏小，不存在达到反应温度时，由于停留时间过短而不反应直接被吹走的情况。所以流速越大，反应的物质的量就越多呈线性增长的关系。而实际情况下就可能会发生，没有完全反应的情况。所以在低流速的情况下流速越大，完全脱除的温度越低。不过同时考虑到换向因素的存在，流速过低时，由于换向导致管内的一些VOCs气体没有达到反应区的情况也是存在的，所以流速也不能过低。所以本组数据分析只有参考意义。3

53、.2 床层条件对实验结果的影响从以往的实际情况来看温度对于VOCs的氧化最为重要。而蓄热材料的影响也不容忽视。3.2.1 不同床层温度下脱除率的特性分析单考虑温度的影响，应将反应区的蜂窝陶瓷蓄热材料去除，这些材料会蓄热，使反应核心区的温度明显高于没有蓄热材料的反应区温度，这种情况下难以说明温度的具体数值。所以使用空白组即没有蓄热材料的实验数据进行分析更能说明情况。那么，将使用第一组的实验数据来进行特性分析。可以得到：表3.4 不同床层温度下脱除率的特性分析温度脱除率2000 5000.0224945500.0386746000.0479486500.0329647000.0824337500.

54、090158000.1924868100.281978200.3668138300.656888400.8114118500.941769000.988029将这些数据描点作图将得到下图。图3.7 脱除率图这幅图横坐标为温度纵坐标为脱除率。考虑到试验中存在的各种误差可以很直观的看出在800摄氏度之前反应几乎不发生，而在800到850摄氏度之间快速剧烈的进行反应。而在850之后脱除率几乎达到1，这就意味着完全脱除。所以本实验的最重要参数就是温度。温度时主要变量，其他所有的变量都是围绕着温度来展开的，这也是氧化反应的常态。该实验是以苯来代替VOCs气体，VOCs气体是一类气体，那就意味着其反应温度

55、的不固定性，不过其特性应该和只含苯的气体性质是相似的，那么我们可以得到，当温度达到反应的临界温度时，反应才会发生，而且反应十分剧烈，可以快速的反应完全。而从之前各组的实验来看，反应临界温度都是相似的，在本实验中反应的临界温度在不加入蓄热材料时，几乎稳定在750到800摄氏度，找出反应临界温度对，蓄热氧化来说，有着重要的意义。可以根据这个临界温度来推算，在实际工作中，焚烧炉反应区所处的温度区间，来考虑使用合适的蓄热材料和反应区建材。3.2.2 不同蓄热材料下脱除率的分析本实验采用1M的莫来石，堇青石多孔蜂窝陶瓷蓄热材料作为对比。不过由于实验条件所限，这2种材料的蜂窝陶瓷在孔径，壁厚，比表面积，孔

56、型都有不同。所以很难说明这2种材料之间的优劣性。只有一些借鉴和参考意义。组1为空白组实验，组2为堇青石蜂窝陶瓷，组3为莫来石蜂窝陶瓷。只看这3中的脱出率与温度的关系可以得到下列3.8图。图3.8 此图为空白组的数据图，横坐标为温度纵坐标为脱除率图3.9 此图为堇青石的数据图，横坐标为温度纵坐标为脱除率图3.10 此图为莫来石的数据图，横坐标为温度纵坐标为脱除率由着以上3幅图可以看出，第一组的反应临界温度时800摄氏度，第二组的反应临界温度时740摄氏度，而第3组的反应临界温度为710摄氏度左右。这么来看蓄热材料的加入可以明显的降低反应临界温度，反应温度降低，不代表反应自身的变化，而是反应核心区

57、的温度在外界控温的情况下可以达到800摄氏度的反应临界温度，也就是蓄热性能的优异，不过本实验中采用的莫来石蜂窝陶瓷的比表面积大于堇青石蜂窝陶瓷的比表面积，所以并不能完全说明莫来石蓄热材料优于堇青石蓄热材料。不过可以作为一个佐证，而从完全脱出的温度来看：表3.5 不同浓度脱硫率材料完全脱除温度无851堇青石800莫来石780莫来石的完全脱除温度更低，意味着更低的能量需求和能量浪费，同时其反应区的建材性能需求较堇青石更低。所以本实验说明了，蓄热材料对于反应临界温度的降低有着不可忽视的重要作用，同时也降低了完全脱除的温度。本实验采用的是外界加热控制反应核心区的温度，没有考虑实际运行时的情况，所以蓄热

58、材料的重要性并没有完全的发掘出来，蓄热材料在实际工程中的重要性应远大于此，可以说是蓄热氧化技术的核心所在，通过蓄热氧化大大提升其热利用率，而不是单纯的考虑VOCs的脱除。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 4 总结与展望4 总结与展望4.1 总结蓄热氧化技术是一种高效节能的VOCs气体处理技术，是VOCs绿色处理、有效利用的最有前景，现阶段规模最大的技术选择。苯课题通过对苯的蓄热氧化过程的实验测量数据分析研究，得出了以下的结论。1、在800摄氏度之前反应几乎不发生，而在800到850摄氏度之间快速剧烈的进行反应。而在850之后脱除率几乎达到1，这就意味着完全脱除。温度是反应发生的第一要素。而找出反应临界温度对于实际工程意义尤为重要。2、随着浓度的增加达到完全脱出的温度在逐渐下降，近似为线性关系。在其他条件不变的情况下，浓度越大，就意味着相同时