活性炭吸附VOC的工程设计.doc

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活性炭吸附VOC的工程设计

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—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

Abstract

Duetoubiquityintheenvironmentandrisktohumanhealth,volatileorganiccompounds（VOCs）havereceivedgreatattentioninthefieldofenvironmentalcontrol.

Thisdesignintroducedaneffectiveandthemostextensiveusagetechnologyofactivatedcarbonadsorptionforcleaningvolatileorganiccompounds（VOCs）.Thatistosay,theprojectusingthefixed-bedadsorptionsystemofactivatedcarbontopurifyvolatileorganiccompounds（VOCs）.Beforedecontanmination,thegaseswouldbepretreadedbythedryseparatorwhichcouldwipeoffthereekanddust,inordertoavoidthesub-holesbeingjammedwhichwouldaffecttheefficiencyofadsorptionofactivatedcarbon.Moreovertheprojectchooseactivatedcarbonassorbent,whichhaslargeadsorptionabilityandlowresistance.

Atfirst,thetextwillintroducetheconditionofspray-paintwastegas,characteristics,andthepresentsituationofcleaningofsvolatileorganiccompounds（VOCs）,andprinciplesofthem,explainingthereasontochoosethetechnology.

Thesecond,thetextwilldescribetheprinciple,designmethodandtheprocesscalculationofthedesign.

Finally,thetextwilldothebudgetoftheprojet，listedthespendingplanofeachcertainitemsafterconfirmingtheproject,includingthespendingonengineeringconstruction,equipment,constructionsupercising,equipmentmaintenance,andthecostofwaterandwaterandelectricity,tomakesuretheavailabilityofthedesign.Atlast,anall-aroudestimateandsomefeasibleadviceweresuggestedonthetext.

Keywords:

volatileorganiccompounds（VOCs）,dryseparator,

thefixed-bedadsorptionsystem,activatedcarbon

目录

1.绪论 1

1.1概述 1

1.1.1有机废气的来源 1

1.1.2有机物对大气的破坏和对人类的危害 1

1.2有机废气治理技术现状及进展 2

1.2.1各种净化方法的分析比较 3

2设计任务说明 4

2.1设计任务 4

2.2设计进气指标 4

2.3设计出气指标 4

2.4设计目标 4

3工艺流程说明 6

3.1工艺选择 6

3.2工艺流程 6

4设计与计算 8

4.1基本原理 8

4.1.1吸附原理 8

4.1.2吸附机理 9

4.1.3吸附等温线与吸附等温方程式 9

4.1.4吸附量 12

4.1.5吸附速率 12

4.2吸附器选择的设计计算 13

4.2.1吸附器的确定 13

4.2.2吸附剂的选择 14

4.2.3空塔气速和横截面积的确定 16

4.2.4固定床吸附层高度的计算 17

4.2.5吸附剂（活性炭）用量的计算 18

4.2.6床层压降的计算 19

4.2.7活性炭再生的计算 19

4.3集气罩的设计计算 20

4.3.1集气罩气流的流动特性 21

4.3.2集气罩的分类及设计原则 21

4.3.3集气罩的选型 22

4.4吸附前的预处理 24

4.5管道系统设计计算 24

4.5.1管道系统的配置 25

4.5.2管道内流体流速的选择 26

4.5.3管道直径的确定 26

4.5.4管道内流体的压力损失 27

4.5.5风机和电机的选择 27

5工程核算 30

5.1工程造价 30

5.2运行费用核算 31

5.2.1价格标准 31

5.2.2运行费用 31

6结论与建议 32

6.1结论 32

6.2建议 32

参考文献 34

致谢 35

V

1.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VOCs（Volatileorganiccompounds）,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:

①VOCs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；②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；③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（EnvironmentalProtectionAgency）定义的污染物中VOCs占了300多种，而美国1990年的《清洁空气法》（CleanAirAct）要求减少90%排放量的189种毒性化学物中，70%属于VOCs。

我国在1997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》（GB16297-1996）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达95%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%－8O%，而且存在着二次污染问题。

催化燃烧法净化率可达95%，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――活性炭纤维