甲苯废气处理工艺设计-大气污染处理设计课程

甲苯废气处理工艺设计-大气污染处理设计课程 南京工业大学环境学院环境 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系 环境工程专业 大气污染课程设计 计算说明书 编 制 人: 班 级: 学 号: 指导老师: 编制日期: 南京工业大学环境学院环境工程系 南京工业大学环境学院环境工程系 目 录 一(设计目的.......................................错误～未定义书签。 二(设计条件.......................................错误～未定义书签。 2.1 设计任务 ...................................错误～未定义书签。 2.2 原始材料 ...................................错误～未定义书签。 2.3 排放 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 .................................................... 1 2.4 处理方法 ...................................错误～未定义书签。 三(工艺设计与计算.................................................. 3 3.1 工艺流程的初步确定 .......................................... 3 3.2 吸附塔计算 .................................................. 3 3.2.1 吸附剂筛选............................................. 3 3.2.2吸附剂再生 ............................................. 4 3.2.3 吸附塔设计............................................. 4 3.3 确定工艺流程 ................................................ 8 3.4 管道计算及选材 .............................................. 8 .................. 9 3.5 排气筒高度 ................................ 3.6 系统阻力计算 ................................................ 9 3.6.1 沿程阻力计算........................................... 9 3.6.2 局部阻力计算.......................................... 10 3.7 风机选型 ................................................... 10 3.8 吸附塔气速校核 ............................................. 11 3.9 工艺参数核算 ............................................... 12 3.10 其他参数说明和计算 ........................................ 12 四(工艺流程说明................................................... 13 五(绘图........................................................... 14 5.1 工艺流程高程图 .............................错误～未定义书签。 5.2 吸附塔结构图 ...............................错误～未定义书签。 5.3 平面布置图 .................................错误～未定义书签。 参考文献........................................................... 16 南京工业大学环境学院环境工程系 一、设计目的: (1)通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行工业废气处理系统设计的初步能力 (2)通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、查找与使用技术资料、编写设计说明书的能力。 二、设计条件: 2.1设计任务 1、 根据工艺废气相关资料，确定废气处理流程; 2、 对废气处理流程中相关设备进行工艺计算，确定其形式、数目与尺寸; 3、 对标准设备进行选型，计算相关管道尺寸并确定材质; 4、 进行各设备的总体布置，吸附塔设备结构图(主视图、俯视图、剖面图)。 2.2原始材料 某化工厂生产过程中需排放含甲苯的有机工艺废气。相关数据:流量: 3100Nm2/h;温度:40?;压力:由风机决定;组成(v/v):甲苯:0.28%;其它:空气。试设计出一种废气处理工艺，使处理后工艺废气满足《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)中 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的二级排放要求。 2.3排放标准 《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)甲苯排放标准(执行二级标准) 无组织排放监控浓 最高允许排放速率，kg/h最高允许度限值 排放浓度 污染物 排气筒浓度 3 mg/m高度，一级 二级 三级 监控点 3 mg/mm 15 3.6 5.5 周围外20 6.1 9.3 甲苯 60 禁排 浓度最0.30 30 21 31 高点 40 36 54 1 南京工业大学环境学院环境工程系 2.4处理方法的确定 VOCs的处理方法有: (1) 燃烧法 用燃烧方法将有害气体、蒸汽、液体或烟尘转化为无害物质的过程称为燃烧法净化，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热分解。;很高时，可把废气当燃料燃烧;在热力燃烧和催化燃烧情况下，所处理废气中可燃物浓度太低，必须借助辅助燃料来实现燃烧。 在绝大多数处理有机废气场合，废气中VOC浓度一般较低，而风量较大。往往因为回收废气中的有机溶剂在经济上不划算或难以使回收后的溶剂重复使用，以及在回收过程中可能产生二次污染等问题，才采用燃烧法处理有机废气。 (2) 吸收法 溶剂吸收法采用低挥发或不挥发性溶剂对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。在对含VOCs废气进行治理的方法中，吸收法的应用不如燃烧法、吸附法等广泛，影响应用的主要原因是因为有机废气的吸收剂均为物理吸收，其吸收容量有限。吸收法净化有机废气，最常见的是用于净化水溶性有机物，国内已有一些有机废气吸收的应用实例，但净化效率都不高。 另外，吸收法的投资费用较大，用于吸收剂循环的操作费用也较高，如果废气中含多种有机组分，则难以再生利用或必须添加分离设备，还可能产生废水而造成二次污染。目前此法多用于废气中无机污染物的净化。 (3) 吸附法 目前工业上常用吸附剂主要有活性炭，活性氧化铝，硅胶，分子筛等 (4) 冷凝法 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 -2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以上的有机蒸气。 -6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 时须采取进一步的冷冻 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，使运行成本大大一高提高。所以冷凝法不适宜处理低浓度的有机气体，主要用于回收溶剂，作为废气净化的一道预处理工序，以降低有机负荷，回收有机物。 (5) 生物法 2 南京工业大学环境学院环境工程系 生物法控制VOCs污染是近年发展起来的污染控制技术，主要针对既无回收价值又严重污染环境的工业废气研究开发的。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经济。生物法适合处理气量在800-20000Nm /h左右的废气，废气的浓度一定要小，设备的占地面积很大。 此次课程设计是去除烟气中的甲苯，采用吸附法。 三、工艺设计与计算: 3.1工艺流程的初步确定 活 处性 有过冷理炭机风滤凝 后吸废机 器器排附 气 放塔 说明: 简易的工艺流程图如上，含甲苯的废气先通过过滤器除去颗粒状污染物，由于含甲苯的废气温度在40?，所以必须要先经过冷凝器将废气温度将在室温左右，然后有机废气进入吸附塔内，有机废气被吸附剂(活性炭)吸附，净化后的气体被排入大气中。 3.2吸附塔计算 3.2.1. 吸附剂筛选 工业吸附剂的要求应具备以下特性: A、具有大的比 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面积 B、具有良好的选择性吸附作用 C、具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸 D、具有足够的热稳定性及化学稳定性 E、有良好的再生性能 F、吸附剂的来源广泛，价格低廉 3 南京工业大学环境学院环境工程系 名称 粒度 颗粒密度 颗粒孔 填充密度 比表面积 (目数) (kg/m3) 隙率 (kg/m3) (m2/g) 活性炭(粉 末状) <100 500~700 0.6~0.8 约450 700~1300 活性炭不适合用于吸附沸点高于200? 、分子量大于 130的化合物。而高挥发物质如分子量低于 45 ， 则不受活性炭吸附。甲苯的相对分子量为92，适宜采用活性炭吸附剂。 3.2.2吸附剂再生 活性炭是一种非常重要的吸附剂，活性炭的再生主要有以下几种方法: (1) 加热再生法 在高温下，吸附质分子提高了振动能，因而易于从吸附剂活性中心点脱离;同时，被吸附的有机物在高温下能氧化分解，或以气态分子逸出，或断裂成短链，因之也降低了吸附能力。 加热再生过程分五步进行: 1)脱水:使活性炭和输送液分离。 2)干燥:加温到100~150?，将细孔中的水分蒸发出来，同时使一部分低沸点的有机物也挥发出来。 3)碳化:加热到300~700?，高沸点的有机物由于热分解，一部分成为低佛点物质而挥发，另一部分被碳化留在活性炭细孔中。 4)活化:加热到700~1000?，使碳化后留在细孔中的残留碳与活化气体(如蒸气、CO2、O2等)反应，反应产物以气态形式(CO2、CO、H2)逸出，达到重新造孔的目的。 5)冷却:活化后的活性炭用水急剧冷却，防止氧化。 本次课程设计采用采用热再生，通过往吸附塔内加入蒸汽来达到活性炭的再生。 3.2.3吸附塔设计 3Nm/h已知:废气的流量为2100，甲苯体积分数为0.28%，温度40? pV,nRT(1)根据理想气体方程，在P、n、R一定的时候，体积V与温度T NNQT,成正比，而流量Q与体积V也成正比，所以有:，即有QT 4 南京工业大学环境学院环境工程系 2100，3133T,0.67m/s= Q,QN273，3600TN NV22.4，313VTNN在根据:，即有 V,T,,25.68L/mol,NT273VT 2983经过冷却器处理后，可得:(冷却至室温) Q冷却,，0.67,0.64m/s313 pTM，cNS(2)根据质量浓度的计算公式: x,，，22.4pTSNx,污染物以标况下每立方米的毫克数表示的浓度值c-污染物以ppm表示的浓度值 M-污染物的分子量 p,T-观测状态下的压强，温度SS p,T-标准状态下的压强，温度NN 进入冷却器之前甲苯的质量浓度: TNM，cP92，0.28%，10^61013253133S x,，，,，，,13185.0mg/m22.4pT22.4101325273SN 进入冷却器后前甲苯的质量浓度: TNM，cP92，0.28%，10^61013252983Sx,，，,，，,12553.1mg/m 22.4pT22.4101325273SN 根据《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)甲苯排放标准(执行二级标 12553.1,603,,，100%,99.5%准)，最高允许排放浓度为60mg/m，即有: 12553.1 3(3)根据流量为2100m/h，若流速过大则不利于活性炭的吸附，若流速过小则 不利于甲苯的处理效率，此时参考相关资料，取流速0.3m/s。 2Q4,DuVD,,Q吸附塔径的计算:即 V4,u 3其中:Q-废气的流量m/s、u-废气的流速m/s、D-管道的管口直径m V 4Q4，0.64VD,,,1.65m ,uπ，0.3 为了保证压力损失不会过大，将塔径设大一点比较好，因此采用公称直径长 轴为2000mm的椭圆形封头，则吸附塔的塔径应设置为2.0m。 5 南京工业大学环境学院环境工程系 当塔径为2.0m时，此时的流速为0.20m/s (4)吸附塔床层高度的确定 (4-1)、吸附剂动态平衡吸附量确定: 参考由周烈性、彭金辉等著作的《活性炭对甲苯的吸附平衡及热力学研究》，活性炭的孔径在0.5-2mm能够有效的吸附甲苯，活性炭的最大的吸附量为0.273g/g，考虑实际工业中会有很多因素的影响，取动态平衡吸附量理论值的约80%为实际值(70%-90%),则实际的吸附量为0.273*0.8=0.218g/g。 类型 堆积密度对甲苯饱和吸附量计算动态饱和粒径/mm 孔隙率 ,3,1,1 附量 /kg,m/mg,g/kg,kg KC-2.0 450 218 0.218 2 0.40 (4-2)、吸附周期的确定: 设计吸附周期为5天，即 5，24,120(h) (4-3)吸附剂(活性炭)的用量计算: Q，T，(C,C)Ve0m,活性炭吸附剂的用量按此公式计算: 610，qm 3其中:Q-气体的流量m/s v M-投加吸附剂(活性炭)的量kg T-吸附周期s 3 C-处理前废气中甲苯的浓度mg/m0 3 Ce-处理后废气中甲苯的浓度mg/m q-活性炭对甲苯的饱和吸附量kg/kg m 则活性炭的投加量为: 0.64，5，24，3600，(12553.1,60)m,,15845(kg) 10^6，0.218 (4-4)吸附剂(活性炭)床层高度计算 mm1584533V,V,,,35.2m先根据，即(活性炭的密度为450kg/m) ,,450 6 南京工业大学环境学院环境工程系 3,由于需要的活性炭体积比较大，将活性炭体积分为2份，每份17.6m，做成2个吸附塔(串联)，每个吸附塔的床层高度为H: ,224VV,rh,DH,，即 H,,4.1(m)42,D H,吸附剂床层高度，m m-活性炭用量，kg 3V-活性炭所占的体积，m D-吸附塔塔径，m 在此高度下吸附塔内气体基本能够混合均匀。一个在吸附，另一个再生。如此轮换操作。 (4-5)吸附床层压力降计算: 根据欧根公式: 22,u(1)1,P,,,，u,,0 ,150，，，1.75，323Ldd,,pp 其中: ,P-吸附剂床层压力降，Pa L-吸附剂床层高度，m ,-孔隙率 ,,-流体粘度，Pas u-气体流速，m/s d-活性炭粒径，mp 3,-气体密度，kg/m0 选择典型的颗粒状活性炭为吸附剂，当粒径为2mm，孔隙率为0.4，313K，一个 -63)，空气粘度是19.04×10大气压下(P=101325paPa*s，空气密度为1.128kg/m。 则压力降 22,u(1)1,P,,,，u,,0,150，，，1.75，323Ldd,,pp 2,62(1,0.4)19.04，10，0.2(1,0.4)0.2，1.128,P,8.2，(150，，，1.75，，),9621.68(pa)3,323,30.4(2，10)0.42，10选用高压离心风机能够满足要求。 7 南京工业大学环境学院环境工程系 3.3 确定工艺流程 活 高处性有过压冷理炭 机滤机离凝 后吸废器心 器排 附气 风放 塔 3.4 管道计算及选材 根据《环境工程原理》第二版(胡洪营著)中:在管路设计中，选择适宜的流速是非常重要的，因为流速影响流动阻力和管径，进而影响系统的操作费用和建设投资，一般情况下，液体的流速取0.5-3.0m/s，气体则为10-30m/s，本设计过程中取流速为20m/s Q0.64VD,,m,0.2m 则:管道,,，u，20管道44 圆形通风管道规格 钢板制风管 塑料制风管 钢板制风管 塑料制风管 外 径外径外径外径外径壁壁外径允允许允许允许壁厚壁厚D/mm D/mm 厚厚许偏差偏差偏差/mm /mm /mm /mm 偏/mm /mm /mm 差 /mm ，1 100 500 0.75 4.0 120 560 140 630 0.5 160 700 180 800 1.0 ?1 ?1 3.0 +1 ?5.0 200 900 1.5 220 1000 250 0.71120 280 5 1250 1.2,6.0 1.5 320 1400 8 南京工业大学环境学院环境工程系 360 1600 400 4.0 1800 450 2000 由上面的表格中查表可得:选取外径为200mm，壁厚为3mm的塑料制风管，管 q0.64v,,,21.7u径的外径允许偏差为?1mm，则进气管风速为m/s ,A2，(0.194)43.5 排气筒高度 3有机工艺废气的甲苯含量为2Nm/h100 33则 u,2100m/h，0.28%，60mg/m,352.8mg/h,3.6kg/h所以根据《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)甲苯排放标准，排气筒 高度设定为15m即可。 3.6 系统阻力计算 3.6.1 沿程阻力计算 2,ulm,,P ,f2d 其中: —是沿程阻力损失系数 , d—是管道的内径m L—是管道长度m u—是流体在管道中的流速 根据场地平面布置图(详见CAD图纸)，总管路长度为38.5m，计算时稍取 大一些，取40m 根据《工程流体力学》(第三版、周云龙著)中的莫迪图可以查得，此时的 沿程阻力损失系数为0.02 则: 22u,l401.185，21.7m,P,,0.02，，,111.6(Pa) ,fd222 9 南京工业大学环境学院环境工程系 3.6.2 局部阻力计算 根据《工程流体力学》(第三版、周云龙著)可以查的各阻力系数如下: 管件 突然扩大 突然缩小 三通 90度弯头 阀门 阻力系数 1 0.5 1.5 0.75 0.17 查CAD高程图可以统计出各管件的个数如下: 管件 突然扩大 突然缩小 三通 90度弯头 阀门 个数 5 4 2 9 3 2,u,,P ,f12 其中: u—是流体在管道中的流速 —是流体的密度 , ,—是局部阻力系数 22u1.185，21.7,,P,,(0.5，4，1，5，1.5，2，0.75，9，0.17，3)，,4815.6(pa),f122则总的压力损失为4815.6+111.6=4927.2(pa)(此值为估计值) 3.7 风机选型 根据通风机的作用原理，风机可分为离心式、抽流式和贯流式三种。在通风工程中常用的是离心式和抽流式风机。根据风机的用途不同，又可分为输送一般气体的风机、高温风机、防爆风机、防腐风机、耐磨风机等。离心风机按其压力又可分为高压风机(P>3000Pa)、中压风机(1000Pa