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1、 1. 概述 2. 设计依据 2.1 废气中所含污染物种类、浓度及温度 2.2 设计规模 33000表1 GB16297-1996中甲苯的二级排放标准 序号 污染物 最高允许排放浓度，mg/m3 最高允许排放速率，kg/h 排气筒高度，m 二级标准 1 甲苯 40 15 3.1 20 5.2 30 18 3. 工艺设计 3.1 设计原则 3.2 废气处理方法选择 3.3系统工艺流程4. 工艺系统说明 主要工艺设备功能简述 除尘器 主要作用：主要是为了除去有机废气中的漆雾粒子，避免漆雾粒子粘在吸附床内的活性碳纤维材料上，影响有害气
2、体吸附效果。其次是为了防止生产设备出现着火事故时影响净化设备。 2. 冷凝器 3. 活性炭吸附装置 活性炭吸附装置是净化装置重要组成部分，利用吸附法5. 主要设备设计5.1 主要设计参数 表5-1主要设计参数及要求处理效果 生产工艺 风量 （m3/h） 甲苯入口浓度 (mg/m3) 处理后浓度 (mg/m3) 回收（kg/h） 回收效率(%) 列管式冷凝器 33000 8182 904 244.9 90.7 活性炭吸附器 904 40 24.0 95.6 5.2 主要设备XCX型旋风除尘器，规格为Ф1300mm四管。XCX型旋风除尘器除了
3、有长锥体结构外在排气管内还设有弧形减阻器以降低除尘器的阻力系数。具体参数如下： 进口风速：24m/s； 风量：33700m3/h； 压力损失：1039Pa； 除尘效率：可除去5µm以上的粉尘，效率95％－99％。 SJ型高精密度金属微孔过滤器十一台（十台使用，一台清洗备用）。此空气过滤器采用由金属及合金粉末烧结制成的微空金属材质，具有耐高温、耐腐蚀、孔径分布均匀、透气性好、机械强度高、可清洗再生、可焊接及机械加工等优良特性。SJ型高精密度金属微孔过滤器的具体参数如下： DN＝250mm； 进口风速：20 m/s； 风量：3530m3/h； 壳体材料：SUS304L；
4、 滤芯材料：金属粉末烧结管； 过滤精度：0.5－120μm； 工作压力：0.6－1.6Mpa。 选用ZHQ－Ｂ型管道防爆波N阻火器十台，其具体参数为： DN＝250mm； 进口风速：20m/s； 壳体材质：碳钢； 芯件材质：不锈钢波N带。 固定板式换热器对废气进行冷凝以回收部分甲苯。为了便于排出冷凝液，且考虑到经除尘后废气相对清洁，流动路径按废气走管间（即壳程）、冷却水走管内考虑。另外，为了达到一定的回收效率，且兼顾冷却水成本，确定冷却水进口温度为常温20℃，出口温度为23℃。烘干废气进口温度为80℃℃。具体计算如下： （1） （1）已知条件：烘干废气℃ kg/h℃℃甲苯回
5、收率计算 甲苯的Antoine常数为A=16.0137, B=3096.52, C=53.67。由Antoine方程 （p为温度T时的饱和蒸汽压，mmHg） 80℃时p＝291.21mmHg；24℃时p＝27.00mmHg 因此，80℃降温至24℃的回收率为＝90.7％ 所以，至24℃时甲苯冷凝量为270×90.7%=244.90kg/h， 剩余流量为270－244.9＝25.1kg/h。 24℃时总废气体积约为，冷凝处理后废气中残留甲苯浓度为 （3）计算换热器的面积A 80℃时甲苯质量流量为270kg/h，则每小时排出的甲苯体积V为 又废气总体积流量为33000
6、m3/h，废气平均分子量约为28。 80℃时废气质量流量＝kg/h 废气中空气的质量流量为31908－270＝31638kg/h。 废气从80℃(T1)降至24℃(T2)，冷水从20℃(t1)升高至23℃(t2)。 热负荷Q1＝甲苯降温传热量＋空气降温传热量 ＝270 ×1.7 ×(80 - 24) + 31638 ×1.005 ×(80 - 24) ＝1.8×106 kJ/h 冷却水用量W＝＝＝143t/h 先按单壳程考虑：对数平均温差＝19.95K ＝ ＝ 根据R、P的值查温度校正系数图可得，温差修正系数＝0.89>0.8，可见用单壳程合适，因此有效温
7、差＝17.8K 假定换热器总传热系数为，则所需传热面积为: ＝216m2 （4）主要工艺及结构基本参数的计算 选用Φ25×2.5mm钢管，材质20号钢。 取管内冷却水的流速为0.5 m/s，则 管数 ＝＝253根 管长l＝＝＝10.9m 因此，取管程数为2，管长为6m，总管数为253×2＝506根。壳体的公称直径DN＝800mm，公称压力为10kgf/cm2。 采用正三角形排列换热管，管子与管板采用焊接法连接。 选用6m长的Φ25×2.5mm钢管（材质20号钢）共506根； 800mm；换热面积216m2； 冷却水用量为143t/h； 废气由8
8、0℃降至24℃，冷却水由20℃升至23℃。 固定板式换热器对甲苯和水蒸气进行冷凝以回收脱附所得甲苯。为了便于排出冷凝液，流动路径按甲苯和水蒸气走管间（即壳程）、冷却水走管内考虑。另外，为达到一定的回收效率，且兼顾冷却水成本，确定冷却水进口温度为20℃，出口温度为25℃，蒸汽进口温度为120℃℃。具体计算如下： （1）确定所需蒸汽量 脱附时甲苯回收率＝＝95.6％ 需吹脱甲苯量为25.1×95.6％＝24.0 kg/h。 一般取蒸汽量：吹脱溶剂量＝（4－10）：1，确定蒸汽量为150 kg/h（2）冷凝甲苯回收率计算 甲苯的Antoine常数为A=16.0137, B=3096.52
9、 C=53.67。由Antoine方程 （p为温度T时的饱和蒸汽压，mmHg） 120℃时p＝984.7mmHg；30℃时p＝36.67mmHg 因此，80℃降温至30℃的回收率为＝97.3％，即甲苯基本上全部冷凝下来。 （3）计算换热器的面积A 120℃时甲苯质量流量为24kg/h，水蒸气质量流量为150 kg/h。 蒸汽从120℃降低至30℃，冷却水从20℃升高至25℃。 热负荷Q1＝甲苯降温传热量＋蒸汽传热量＋蒸汽冷凝潜热 ＝24 ×1.7 ×(120 - 30) + 150 ×4.2 ×(120 - 30)＋150 ×2232 ＝0.395×106 kJ/h
10、 冷却水用量W＝＝＝18.8t/h 先按单壳程考虑：对数平均温差＝37.76K ＝18 ＝ 根据R、P的值查温度校正系数图可得，温差修正系数＝0.93>0.8，可见用单壳程合适，因此有效温差＝35K 假定换热器总传热系数为，则所需传热面积为: ＝9m2 （4）主要工艺及结构基本参数的计算 选用Φ25×2.5mm钢管，材质20号钢。 取管内冷却水的流速为0. 5 m/s，则 管数＝＝34根 管长l＝＝＝3.4m 因此，换热器管程数为2，管长为2m，总管数＝34×2＝68根。壳体的公称直径DN＝400mm，公称压力为16kgf/cm2。 采用
11、正三角形排列换热管，管子与管板采用焊接法连接。 选用2m长的Φ25×2.5mm钢管（材质20号钢）共68根； 换热面积9m2； 壳体直径400mm； 冷却水用量为18.8t/h； 蒸汽由120℃降至30℃，冷却水由20℃升至25℃。（1）根据废气性质和气量，本项目采用低压蒸汽再生的固定床活性炭吸附系统进一步回收废气中的甲苯。 废气气量为33000m3/h，温度24℃，废气中含有904mg/m3的甲苯，要求出口甲苯浓度为40 mg/m3，即净化率达到95.6％。 （2）活性炭对甲苯的饱和吸附量计算 选用某种活性炭的参数如下： 堆积密度＝450kg/m3，＝5mm，空隙率＝0.4
12、0。 甲苯在该活性炭上的吸附等温线方程为 式中：a－气相浓度为时的平衡吸附量，kg/kgAC； －气相中甲苯的浓度，g/m3。 由废气中甲苯浓度为＝0.904 g/m3可得，活性炭吸附甲苯的静态饱和吸附容量a＝0.330kg/kgAC。 （3）固定床吸附器主要参数计算 选定吸附器中的气速为0.4m/s，此时吸附带长度为0.3m，吸附带中活性炭的动态吸附容量按静态饱和吸附容量的35％计，则 吸附带中活性炭所吸附的甲苯为0.116 kg/kg。 吸附带外已经动态饱和的活性炭吸附容量按静态饱和吸附容量的90％计，则吸附饱和后活性炭所吸附的
13、甲苯为0.297 kg/kg。 吸附器直径为 吸附带内的活性炭量为 吸附带内的活性炭可吸附的甲苯量为 吸附工作周期按2天（16h）计，则每一周期的吸附量为 吸附带外所需的活性炭用量为 吸附器总高为 活性炭总用量为 气流穿过固定床层的压降估算式为： 式中：－压降，Pa； －空隙率，m3空隙/m3吸附床； －吸附剂颗粒直径，m； －气体密度，kg/m3； G－气体表现质量通量，；
14、 D－床深，m； －气体黏度，。 30℃下气体密度为，黏度为， 而，因此经计算可得压降为 理论功率消耗，风机效率以0.70计，则实际功率消耗 综上，选用固定床活性炭吸附器两台，交替使用，其主要参数为： 活性炭堆积密度450kg/m3，＝5mm，空隙率＝0.40； 活性炭总用量为7.77m3； 吸附器总高0.339m，直径5.4m； 吸附工作周期为2天（16小时）； 净化效率>95.6％； 实际消耗功率3.876kW。 （4）引风机 选用一台50SGB10-8型防
15、爆管道泵将甲苯从溶剂水分离器中分离出来，其主要参数为口径为50mm，额定流量10两台4B15A型离心水泵将冷凝水从溶剂水分离器中分离出来，其主要参数为额定流量86 5.3 其他5.4 主要设备表 Ф1300mm四管 ZHQ－Ｂ型 单壳程双管程 壳体Ф8 单壳程双管程 壳体Ф4
16、 6. 劳动定员 7. 投资估算 Ф1300mm ZHQ－Ｂ型 单壳程双管程 壳体Ф8 8.00 单壳程双管程 壳体Ф4 5.00 1.80 16.00 1.65 1.00
17、 0.50 0.60 1.00 8.00 12.00 2.00 57.55 8.52 4.26 4.26 2.56 8. 效益估算8.1环境效益 根据年生产300天、日工作24小时的生产能力估算，废气经处理后，每年可减少向大气环境排放有机物1944吨，环境效益显著。 8.2经济效益 8.2运行费用
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