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1、|本科毕业设计(论文)活性炭吸附工业有机废气的工程设计学 院 环境科学与工程 专 业 环境工程 年级班别 2003 级 1 班 学 号 3203000227 学生姓名 黄少翠 指导教师 李彦旭 (2007 年 6 月 6 日 )广东工业大学教务处制20000m3/h活性炭吸附工业有机废气的工程设计 黄 少翠 环境科学与工程学院计|广东工业大学本科生毕业设计(论文)任务书题目名称 活性炭吸附工业有机废气的工程设计学 院 环境科学与工程学院专业班级 环境工程 2003(1)班姓 名 黄少翠学 号 3203000227一、毕业设计(论文)的内容(1)文献检索、资料收集和翻译;(2)制定设计方案和设计
2、计算内容;(3)编写设计说明书和绘制工程图纸;(4)工程概算和经济分析。二、毕业设计(论文)的要求与数据(1)基本设计参数。有机废气量 20000m3/h,主要污染物组分:苯 100mg/m3、甲苯80mg/m3、二甲苯 100mg/m3。排放标准:苯 12mg/m3、甲苯 40mg/m3、二甲苯70mg/m3。 (2)技术要求。满足相应的环境空气质量标准、大气污染物排放标准、工业企业设计卫生标准、大气污染控制技术标准、警报标准以及国家相关技术政策、净化效率和操作适应负荷范围等。(3)可靠性要求。包括预定使用寿命,设计可靠性分析以及设计结果的敏感性分析等。(4)经济性要求。包括工程概算、成本分
3、析和技术经济分析。(5)其它要求:包括制造工艺要求、节能要求、安全要求、质量检测要求以及应遵循的国家法令、政策、规范和标准等。三、毕业设计(论文)应完成的工作(1)纸质设计说明书及其电子版本;(2)译文及原文影印件。(3)设计图纸(平面布置图、工艺流程图、主要构筑物图、管道布置图等)四、毕业设计(论文)进程安排序号 设计(论文)各阶段名称 地点 起止日期1 文献检索及资料收集 图书馆 2007.4.2-2007.4.122 外文资料熟悉及翻译 图书馆 2007.4.13-2007.4.203 工艺设计及说明书编写 设计室 2007.4.21-2007.5.254 工程绘图 设计室 2007.5
4、.26-2007.6.105 答辩阶段 课室 2007.6.11-2007.6.15|五、应收集的资料及主要参考文献1 Taylor S. H., Heneghan C. S., Hutchings G. J., Catalysis Today J, 2000, 59: 249.2 李明华.有机废气的污染、净化概况与分析.山西机械, 1996 第一期:19203 DB44/27-2001, 大气污染物排放限值.广东:广东省环境保护局,4 周兴求.环保设备设计手册大气污染控制设备.化学工业出版社 .2003.12:3383465 王正烈等.物理化学(下册),第四版.高等教育出版社 .2001.1
5、2:1656 郝吉明等.大气污染控制工程(第二版).高等教育出版社 .20027 彭宏等.蜂窝状活性炭的研究.资源开发与市场,2002.22 (1)8 K. P. Gadkaree , M. Jaroniec. Pore Structure Development in Activated Carbon HoneycombsJ . Carbon 2000 , (38) 983993.9 Tien C. Adsorption Calculations and Modeling.Butter - worth - HeinemannM , London ,1994 ,123.10 K. P. Gad
6、karee. Carbon Honeycomb Structures for Adsorption Applica2tionJ . Carbon , 1998 , (36) 981989.11 彭宏等.蜂窝状活性炭的研究.资源开发与市场,2002.22 (1)12 张文俊等.吸附、催化燃烧法治理有机废气的研究.北京轻工业学院院报, 第15卷 第1期 1997年06月:949513 高瑞英等.活性炭吸附VOC苯系物的影响因素研究.广东轻工职业技术学院学报,第四卷 第4期.2005年12月14 朱世勇. 环境与工业气体净化. 北京:化学工业出版社, 2001.515 熊振湖、费学宁等.大气污染防治
7、技术及工程应用. 北京:机械工业出版社,2003.7:27416 周兴求等.环保设备设计手册大气污染控制设备 .2004.1:36336417 李志华.橡胶除尘系统的配置与计算.特种橡胶制品,第25卷 第1期.2004年2月18 童志权等. 工业废气污染控制与利用. 北京:化学工业出版社, 198819 魏闲勋.环境工程设计手册.湖南科学技术出版社.1992.11 :22620 中华人民共和国国家标准.总图制图标准 GB/T50103-200121 中华人民共和国国家标准.建筑制图标准 GB/T50104-200122 中华人民共和国国家标准.建筑结构制图标准 GB/T50105-2001发出
8、任务书日期:2007 年 1 月 26 日 指导教师签名:预计完成日期: 2007 年 6 月 15 日 专业负责人签章:主管院长签章:|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
9、,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|AbstractDue to ubiquity in the environment and risk to human health, volatile organic compounds (
10、VOCs) have received great attention in the field of environmental control. This design introduced an effective and the most extensive usage technology of activated carbon adsorption for cleaning volatile organic compounds (VOCs). That is to say, the project using the fixed-bed adsorption system of a
11、ctivated carbon to purify volatile organic compounds (VOCs). Before decontanmination, the gases would be pretreaded by the dry separator which could wipe off the reek and dust, in order to avoid the sub-holes being jammed which would affect the efficiency of adsorption of activated carbon .Moreover
12、the project choose activated carbon as sorbent,which has large adsorption ability and low resistance. At first, the text will introduce the condition of spray-paint waste gas,characteristics, and the present situation of cleaning of s volatile organic compounds (VOCs), and principles of them,explain
13、ing the reason to choose the technology.The second, the text will describe the principle,design method and the process calculation of the design.Finally, the text will do the budget of the projet,listed the spending plan of each certain items after confirming the project, including the spending on e
14、ngineering construction ,equipment ,construction supercising, equipment maintenance, and the cost of water and water and electricity, to make sure the availability of the design. At last, an all-aroud estimate and some feasible advice were suggested on the text.Keywords : volatile organic compounds
15、(VOCs), dry separator,the fixed-bed adsorption system, activated carbon|目录1. 绪 论 .11.1 概述 .11.1.1 有机废气的来源 .11.1.2 有机物对大气的破坏和对人类的危害 .11.2 有机废气治理技术现状及进展 .21.2.1 各种净化方法的分析比较 .32 设计任务说明 .42.1 设计任务 .42.2 设计进气指标 .42.3 设计出气指标 .42.4 设计目标 .43 工艺流程说明 .63.1 工艺选择 .63.2 工艺流程 .64 设计与计算 .84.1 基本原理 .84.1.1 吸附原理 .84
16、.1.2 吸附机理 .94.1.3 吸附等温线与吸附等温方程式 .94.1.4 吸附量 .124.1.5 吸附速率 .124.2 吸附器选择的设计计算 .134.2.1 吸附器的确定 .134.2.2 吸附剂的选择 .144.2.3 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 .174.2.5 吸附剂(活性炭)用量的计算 .184.2.6 床层压降的计算 15.194.2.7 活性炭再生的计算 .194.3 集气罩的设计计算 .204.3.1 集气罩气流的流动特性 .214.3.2 集气罩的分类及设计原则 .214.3.3 集气罩的选型 .224.4 吸附前的预处理
17、.244.5 管道系统设计计算 .244.5.1 管道系统的配置 .254.5.2 管道内流体流速的选择 .264.5.3 管道直径的确定 .264.5.4 管道内流体的压力损失 .274.5.5 风机和电机的选择 .275 工程核算 .305.1 工程造价 .305.2 运行费用核算 .315.2.1 价格标准 .315.2.2 运行费用 .316 结论与建议 .326.1 结论 .326.2 建议 .32参考文献 .34致谢 .35|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;
18、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 (Volatile organic compounds) ,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: VOCs 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
19、生成臭氧,形成光化学烟雾,从而发生光化学污染; 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; 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
20、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(Environmental Protection Agency)定义的污染物中 VOCs 占了 300 多种,而美国 1990 年的清洁空气法 (Clean Air Act)要求减少 90%排放量的 189 种毒性化学物中,70%属于 VOCs 。1|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(GB 16297- 1996) 也规定了苯、甲苯、二甲苯、氯乙烯等 VOCs 排放
21、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/ m 3)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
22、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
23、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作为吸附剂,采用PLC电脑来实现整个系统的连续运行。1.2.1 各种净化方法的分析比较解决有机废气的污染, 最根本的方法是工艺改革。采用无害涂料、无害溶剂在现阶段生产中是不能马上实现的, 苯类溶剂使用量仍然很大。所以必须解决废气净化问题。目前国内常采用的三种净化方法分析比较见表 1.2。表 1.2国内外有机废气常用处理方法的优缺点比较 2净化类别 优 点 缺 点活性炭吸附法1、可处理大风量、低浓度的有机废气。2、可回收溶剂。3、不需要加热。4、净化效率高, 运转费用低。1、废气净化前要进行预处理。2、仅限于低浓度。3、设备庞大, 占地面积多。催化燃烧法1、设备简单、投资少、操作方便、占地面积小。2、热量可以循环利用。3、有利于净化高浓度废气。1、催化剂成本高。2、要考虑催化剂中毒和表面异物附着, 易失效。液体吸收法1、流程较简单,吸收剂价格便宜。2、废气净化不需预处理。3、建造快、占地少。1、后处理投资大, 费用高。2、对溶剂成份选择性大。
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