有机废气处理.docx

活性炭吸附脱附及附属设施选型具体计算书4设计与计算4. 1基本原理4. 1. 1吸附原理在用多孔性固体物质处理流体混合物时，流体中的某一些组分或某些组分可 被吸引到固体外表并浓集其上，此现象称为吸附讥。吸附处理废气时，吸附的 对象是气态污染物，被吸附的气体组分称为吸附质，多孔性物质称为吸附剂。固体外表吸附了吸附质后，一局部被吸附的吸附质可从吸附剂外表脱离，此 现象称为脱附。而当吸附进行一段时间后，由于外表吸附质的浓集，使其吸附力 量明显下降而不能满意吸附净化的要求，此时需要采纳肯定的措施使吸附剂上已 吸附的吸附质脱附，已恢复吸附剂的吸附力量，这个过程称为吸附剂的再生。因 此，在实际工作中，正是采用吸附剂的吸附一再生一吸附的循环过程，到达除去 废气中污染物质并回收废气中有用组分的目的。由于多孔性固体吸附剂外表存在着剩余吸引力，固外表具有吸附力。依据吸 附剂外表与被吸附物质之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附，但 同一污染物可在较低温度下发生物理吸附，而在较高温度下发生化学吸附，或者 两种吸附同时发生，两者之间没有严格的界限。两者的主要区分见表4-15表4-1物理吸附与化学吸附的区分性质物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力吸附层数单层活多层单层吸附热小（近于液化热）大（近于反响热）选择性无或很差较强可逆性可逆不行逆吸附平衡易到达不易到达吸附剂与吸附质间的吸附力不强，当气体中吸附质分压降低或温度提升时， 简洁发生脱附。工业上的吸附操作正是采用这种可逆进行吸附剂的再生及吸附质 的回收采用的。4. 1. 2吸附机理吸附和脱附互为可逆过程。当用新奇的吸附剂吸附气体中的吸附质时，由于 吸附剂外表没有吸附质，因此也就没有吸附质的脱附。但随着吸附的进行，吸附 剂外表上的吸附质量渐渐增多，也就消失了吸附质的脱附，且随时间的推移，脱 附速度不断增大。但从宏观上看，同一时间内吸附质的吸附量仍大于脱附量，所 以过程的总趋势认为吸附。当同一时间内吸附质的吸附量与脱附量相等时，吸附 和脱附到达动态平衡，此时称为到达吸附平衡。平衡时，吸附质再在流体中的浓 度和在吸附剂外表上的浓度不再变化，从宏观上看，吸附过程停止。平衡时的吸 附质在流体中的浓度称为平衡浓度，在吸附剂中的浓度称为平衡吸附量。当吸附质与吸附剂长时间接触后，终将到达吸附平衡。吸附平衡量是吸附剂 对吸附质的极限吸附量，亦称静吸附量分数或静活性分数，用Xt表示，无量纲。 它是设计和生产中特别重要的参数。吸附平衡时，吸附质在气、固两相中的浓度 关系，一般用吸附等温线表示。吸附等温线通常依据试验数据绘制，也常用各种 阅历方程式来表示。4.1. 3吸附等温线与吸附等温方程式平衡吸附量表示的是吸附剂对吸附质吸附数量的极限，其数值对吸附造作， 设计和过程掌握有着重要的意义。到达吸附平衡时，平衡吸附量与吸附质在流体 中的浓度与吸附温度间存在着肯定的函数关系，此关系即为吸附平衡关系，其一 般都是依据试验测得的，也可以用阅历方程式表示。4.2. 3.1吸附等温线在气体吸附中，其平衡关系可表示为：A = f (p,T)式中A一一平衡吸附量；P一一吸附平衡时吸附质在气相中的分压力；T一一吸附温度依据需要。对肯定的吸附体系可测得如下关系：当保持T不变，可测得A与P的变化关系当保持P不变，可测得A与T的变化关系当保持A不变，可测得P与T的变化关系依据上述变化关系，可分别绘出相应的关系曲线，分别为吸附等温线，吸附 等压线和吸附等量线。由于吸附过程中，吸附温度一般变化不大，因此吸附等温 线最为常用。吸附等温线描述的是在吸附温度不变的状况下，平衡时，吸附剂的吸附量随 气相中组分压力的不同而变化的状况。依据对大量的不同气体与蒸气的吸附测 定，吸附等温线形式可归纳为六种基本类型。4. 1.3. 2吸附等温方程式依据大量的吸附等温线整理出描述吸附平衡状态的阅历方程式，即为吸附等 温方程式，其中有的完全依据试验数据所表现的规律整理而得，肯定条件范围内 具有应用意义，但不具有理论指导意义，如弗罗因德利希（Freundlich）吸附等 温方程式；有些是以肯定的理论假设为前提得出的方程式，如朗格谬尔（Langmuir）吸附等温方程式和B-E-T方程，后者应用较多。（1）朗格谬尔方程式朗格谬尔吸附理论假定：吸附仅是单分子层的；气体分子在吸附剂外表 上吸附与脱附呈动态平衡；吸附剂外表性质是均一的，被吸附的分子之间相互 不受影响；气体的吸附速率与该气体在气相的分压成正比。依据上述假设，可 推导出朗格谬尔等温式：8 = 4+即式中0一一吸附剂外表被吸附分子掩盖的百分数；a一一吸附系数，是吸附作用的平衡常数；P气相分压。朗格谬尔等温式的另一表现形式为：V 二二+印式中Vm一单分子层掩盖满时（0=1）的吸附量；V一一在气相分压p下的吸附量。在压力很低时，或者吸附很假设时，apWl,上式变成：V=Vmap由朗格谬尔等温式得到的结果与很多试验现象相符合，能够解释很多试验结 果，因此 它目前仍是常用的、基本的等温式。在很多体系中，朗格谬尔等温式不能在较大的0范围内与试验结果相吻合。（2）弗罗因德利希方程式g = = kP。m式中q固体吸附气体的量，kg/kg吸附剂；P平衡时气体分压；k, n一一阅历常数。在肯定温度下，对肯定体系而言是常数，k和n随温度变化 而变化；m吸附质质量，kg；x一一被吸附气体的质量。弗罗因德利希等温方程式只是一个阅历式，它所适用的0范围比朗格谬尔式 要大些，可用于未知组成物质的吸附，如有机物或矿物油的脱色，通过试验来确 定k与n。有资料认为它在高压范围内不能很好地吻合试验值。3) ) BET方程由于朗格谬尔的单分子层吸附理论及其等温方程对中压合高压物理吸附不 能很好地吻合，在此基础上进展了 BET理论。它除了接受朗格谬尔理论地几 条假定，即固体外表是匀称的，被吸附分子不受其它分子的影响，吸附与脱附在 吸附剂外表到达动态平衡以外，还认为在吸附剂外表吸附了一层分子以后，由于 范德华力地作用还可以吸附多层分子，而第一层与以后的各层有所不同。吸附达平衡后，吸附总数(V)为：V =9=j(Po-P) 1 + 田P平衡时气体分压；V压力为p时的吸附总量；Vm吸附剂外表为单分子层铺满时的吸附量；P0一一实际温度下气体的饱和蒸气压；C一一与气体有关的常数。很多试验证明，当比压p/pO在0.05-0. 35范围内时，BET公式是比拟 精确的，在低压下可以与朗格谬尔等温式全都。4) 1. 4吸附量吸附量是指在肯定条件下单位质量地吸附剂上所吸附的吸附质的量，通常以 kg吸附质/kg吸附剂或质量百分数表示，它是吸附剂所具有吸附力量的标志。在工业上将吸附量称为吸附剂的活性。吸附剂的活性有两种表示方法：（1）吸附剂的静活性在肯定条件下，到达平衡时吸附剂的平衡吸附量即为其静活性。对肯定的吸 附体系，静活性只取决于吸附温度和吸附质的浓度或分压。（2）吸附剂的动活性在肯定的操作条件下，将气体混合物通过吸附床层，吸附质被吸附，当吸附 一段时间后，从吸附剂层流出的的气体中开头觉察吸附质（或其浓度到达一规定 的允许值）时，认为床层失效，此时吸附剂吸附的吸附质的量称为吸附剂的动活 性。动活性除与吸附剂和吸附质的特性有关外，还与温度、浓度及操作条件有关。 吸附剂的动活性值是吸附系统设计的主要依据。4.L5吸附速率吸附过程常需要较长时间才能到达平衡，而在实际生产过程中，两项接触时 间是有限的。因此，吸附量取决与吸附速率，而吸附速率与吸附过程有关，吸附 过程可分为以下几步：（1）外集中，吸附质从气流主体穿过颗粒物四周气膜集中至吸附剂的外外表（2）内集中，吸附质由外外表经微孔集中至吸附剂微孔外表（3）吸附，到达吸附剂微孔外表的吸附质被吸附（4）脱附的吸附质再经内外集中至气相主体物理吸附过程一般为内外集中掌握，化学吸附既有外表动力学掌握，又有内 外集中掌握。由于吸附过程简单，影响因素多，从理论上推导速率很难，因此一 般是凭阅历或依据模式试验来确定。4. 2吸附器选择的设计计算吸附器的设计计算应包括确定吸附器的形式，吸附剂的种类，吸附剂的需要 量，吸附床高度，吸附周期等，这些参数的选择应从吸附平衡，吸附传质速率及 压降来考虑。4.2. 1吸附器确实定对吸附器的基本要求：（1）具有足够的过气断面和停留时间；（2）良好的气流分布；（3）预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质；（4）能够有效地掌握和调整吸附操作温度（5）易于更换吸附剂。吸附工艺依据吸附剂在吸附器上的工作状态，可将吸附器分为固定床、移动 床和流化床过程，相应的三种吸附器的主要特点比拟见表4-26 表4-2三种吸附器主要特点比拟类型主要特点比拟固定床吸附器1 .结构简洁、制造简洁、价格低廉2 .适用于小型、分散、间歇性的污染源治理3 .吸附和脱附交替进行、间歇操作4 .应用广泛移动床吸附器1 .处理气体量大，吸附剂可循环使用，适用于稳定、连续、量大 的气体净化2 .吸附和脱附连续完成3 .动力和热力消耗较大，吸附剂磨损较为严峻流化床吸附器1 .结构简单，造价昂贵2 .气体和固体接触相当充分3 .生产力量大，适合治理连续性、大气量的污染源4 .吸附剂和容器的磨损严峻结合工艺特点和经济技术可行性分析，本设计吸附器采纳卧式圆锥形固定床 吸附器，壳体为圆形，封头为椭圆形，其优点是流体阻力小，可以削减气体流经 吸附床层的动力消耗，易产生气流安排不均运现象，故吸附质以整砌形式放在抽 屉式的净化单元中，抽屉间设有防治气体短路的挡板，在气体入口的吸附剂之间 装有气体整流装置，力求气体匀称。抽屉式的装卸吸附剂方式特别便利，利于操 作，其具体结构见附图2,基本运行参数如下：处理风量：20000m3/h吸附器夕卜观尺寸：LXBX 11 = 7000X3300X3000mm材料：钢板6 =4压降：1000Pa数量：两台并联，脱附吸附交替运行4. 2. 2吸附剂的选择如何选择、使用和评价吸附剂，是吸附操作中必需解决的首要问题。一切固 体物质的外表，对于流体的外表都具有物理吸附的作用，但合乎工业要求的吸附 剂那么应具备以下一些要求：（1）具有大的比外表积（2）具有良好的选择性吸附作用（3）吸附容量大（4）具有良好的的机械强度和匀称的颗粒尺寸。（5）有足够的热稳定性及化学稳定性（6）有良好的再生性能（7）吸附剂的来源广泛、造价低廉实际中，很难找到一种吸附剂能同时满意上述要求，因而在选择吸附剂时要 权衡多方面的因素。同时，目前对吸附过程的实质还了解得不特别清晰，因而鉴 别吸附剂吸附性能，还只能依靠试验测定和从生产中考察，尚不能从理论上推出。常用的吸附剂主要有：活性炭、硅胶、分子筛沸石、活性氧化铝与氧化铝。 其中活性炭是应用最早、用途较广的一种优良吸附剂。它是一种具有非极性外表, 为疏水性和亲有机物的吸附剂，故活性炭经常被用来吸附回收空气中的有机溶剂 和恶臭物质，在环境保护方面用来处理工业废水和治理某些气态污染物。活性炭的讨论、生产和应用进展很快，目前应用较多的主要是粉末状、颗粒 状的活性炭和活性炭纤维。除此之外,新型的活性炭也在乐观开发之中,蜂窝状活 性炭便是其中的一种。蜂窝状活性炭为一种新型环保吸附材料，通过将优质活性炭和帮助材料制成 蜂窝状方孔的过滤柱，到达产品体积密度小、比外表积大的目的，目前已经大量 应用在低浓度、大风量的各类有机废气净化系统中。被处理废气在通过蜂窝活性 炭方孔时能充分与活性碳接触，吸附效率高，风阻系数小，具有优良的吸附、脱 附性能和气体动力学性能，可广泛用于净化处理含有甲苯、二甲苯、苯、等苯类、 酚类、酯类、醇类、醛类等有机气体、恶臭味气体和含有微量重金属的各类气体。 采纳蜂窝状活性炭的环保设施废气处理净化效率高，吸附床体积小，设施能耗低, 能够降低造价和运行本钱，净化后的气体完全满意环保排放要求。综合衡量各方面因素，假如企业经济允许的话，建议吸附剂选用蜂窝状活性 炭纤维能较好的满意技术经济要求，其物理性能参数见表4-3：表4-3蜂窝状活性炭的物理性能7工程性能指标外形尺寸/mm50X50X 100孔数/cm-216孔壁厚/mm0. 5压碎强度/MPA正面：7. 07侧面：0.3体积密度/G. cm-30.4 0.5几何外外表积/nf. 510. 32比外表积700着火点/550苯吸附率/%0.2其吸附性能主要取决于它的几个主要材料参数和过程参数8。材料参数包 括炭的吸附孔隙率、蜂窝结构的壁厚和炭的含量；过程参数包括流体流速、吸附 质的浓度、吸附能（吸附能取决于碳结构和吸附质的特征如分子量）。穿透曲线是 表征材料吸附性能的主要性能之一，是吸附前后吸附质浓度比值随时间变化的一 个函数9。此比值到达0.95时,所吸附的吸附质的总量就称为穿透容量。穿透 容量取决于流体流速、吸附质浓度和蜂窝炭组分含量等因素对蜂窝状活性 炭来说,壁厚是一个特别重要的参数,可以通过转变壁厚来提高它的吸附效率。在 孔隙率相同的状况下,壁厚增加,那么单位体积蜂窝的炭含量也随之增加,从而可以 提高吸附容量。这是由于壁厚增加,蜂窝中流体通道的截面积削减,这样真实的表 面或体积流速也会增大。同时,吸附质与炭之间的接触效率也会提高,这两者之间 存在一个平衡关系。在给定的条件下,这个平衡关系将打算吸附增加还是削减。 假如吸附质以较高的集中速度集中到蜂窝壁的内部，由此空出来的吸附位又可连 续吸附,因此厚壁蜂窝应当具有更好的吸附效率和吸附容量114. 2. 3空塔气速和横截面积确实定空塔气速为气体通过吸附器整个横截面的速度。空塔气速的选择,不仅直接 打算了吸附器的尺寸和压降的大小，而且还会影响吸附效率。气速很小,那么吸附器 尺寸很大,不经济;气速过大,那么压降会增大，使吸附效率受到影响。通过试验确定 最正确气速。吸附设计中不能追求过高的吸附效率，把空塔速度取值降小，那样会 使吸附床体积、吸附剂用量和设施造价大为增高；反之也不宜取过大的空塔气速 那样设施费用虽低，但吸附效率下降很多，且体系压降会随空塔速率的增大提升 很快，造成动力消耗过大，因此因选取合适的空塔气速，最相宜空塔气速为0. 8 1.2m/s12,依此阅历结论,本设计确定空塔气速:U=1.0m/s.原始条件：处理风量:Q=20000m3/h,设计温度为35,压力为1. 01325X l(T5Pa由于废气中，空气所占的比例远远大于污染物所占比例，因此，废气性质可 以近似看作为干空气的热物理性质，查化学原理附录9得以下数据：空气混和物性质：流体密度P f=1. 147kg/m3,黏度为uf=L94Xl(r-5Pa.S,比热容为 Cp=1.005kJ/(kg. )吸附得粒状活性炭颗粒性质：平均直径dp=0. 003m,表观密度Ps=670kg/m3,积累密度P B=470kg/m3固定床空隙率£f=0.5横截面积:=芸 =5.56行D 店4x2。工=2.66 m横截面积：师0 V3.14xL0x36。4. 2.4固定床吸附层高度的计算采纳透过曲线计算法，通过试验将含有肯定浓度污染物的气流连续通过固定 床吸附器，在不同时间内，确定确定吸附床不同截面处气流中污染物的浓度分布, 当吸附床使用一段时间后，出口气体污染物浓度到达某一-允许最大浓度时，认为 吸附床失效。从气流开头通入至吸附床失效这段时间称为穿透时间，或保护作用 时间。表示吸附床处理气体量与出气口污染物浓度之间的关系的曲线称为穿透曲 线。穿透曲线的外形和穿透时间取决与固定床的操作方法。操作过程的实际速率 和机理、吸附平衡性质、气流速度、污染物入口浓度，以及床层厚度等都影响穿 透曲线的外形，此过程比拟简单，目前仍是只是近似过程的计算。假定吸附床到达穿透时间时全部处于饱和状态，即到达它的平衡吸附量a, 也称a为静活度，同时依据朗格谬尔等温线假定静活度不在与气象浓度有关。在 吸附作用时间(内，所吸附污染物的量为13X=aSLA式中：X一一在时间C内的吸附量；a静活度，重量，;S吸附层的截面积，m2；L吸附层高度，叱Pb一一吸附剂的积累密度，设计为470kg/m3固定床虽然结构简洁，但由于污染物在床层内浓度分布是随时间变化，计算 比拟简单，因此目前工程上都是采纳近似计算，通过算活性炭的作用时间进行后 处理的计算。活性炭的作用时间由下式算出14:v=丝.X10" wd式中：V活性炭的装填量，m3C进口气污染物的浓度，mg/m3Q气流量，m3/ht 活性炭的使用时间，hW一一活性炭原粒度的中重量穿透炭容，d一活性炭的堆密度0. 8t/m3V=、=逊=20加3v9 1000算出三苯每小时的排放量：“三苯”的浓度：P 0= (100+80+100) X 20000X10-6 =5. 6kg/h假设吸附器的吸附器的吸附效率为85%,那么达标排放时需要吸附总的污染物 的量为：5. 6X85%=4. 76kg/h名目L绪论11. 1概述11. 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22. 1各种净化方法的分析比拟22设计任务说明41. 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53. 1工艺选择53. 2工艺流程54设计与计算74. 1基本原理74. 1.1吸附原理74. 1.2吸附机理74.1. 3吸附等温线与吸附等温方程式84. 1.4吸附量104 1. 5 吸附速率»4. 2吸附器选择的设计计算114.2.1吸附器确实定114. 2.2吸附剂的选择134. 2.3空塔气速和横截面积确实定154. 2.4固定床吸附层高度的计算154. 2.5吸附剂（活性炭）用量的计算174. 2. 6床层压降的计算1517t_ 隹 x 10.p=2Ox1O%xO18t_ 隹 x 10.p=2Ox1O%xO18280 x 20000xlO9=285h那么在吸附作用时间内的吸附量:X=4. 76X285=1356. 6 kg依据X=aSLs得:依据活性炭的吸附力量，设静活度为16kg甲苯/100kg活性炭所以,吸附剂（活性炭）用量的计算吸附剂的用量M：M=LS P b=3. 24X5. 56X470=8600kg吸附剂本身占据体积：V = LS = 3. 24X5. 56=18. Im3吸附剂床层体积：V-"0=25.8=Pb "0设计吸附床层尺寸为LXB=6600mmX 3200mm,那么每块塔板的截面积A3 = 21. 12m3。取板上固定床高度 H=0. 35m,那么吸附器中塔板数：考虑安装的实际状况，得到固定床吸附装置的实际尺寸取为:L X B X H = 7000mm X 3300mm X 3000mm2. 6床层压降的计算15流体通过固定床吸附器时，由于流体不断地分流和回合，以及流体与吸附剂 颗粒和器壁的摩擦阻力，会产生肯定的压降。在设计固定床吸附器时多采纳流路模型估算床层压力降，假设对压力降计算有更高的要求，那么可直接用试验测得的数 据。本设计的床层压力降用下式计算：依据活性炭的性能:¥ = 150x3,空驾这 0.350.5 o.oor+1.75x IT0/、1.147x01 =220.760.50.003P=220.76X0.35=77.27Pa2.7活性炭再生的计算16吸附剂的吸附容量有限，一般在1%40% （质量分数）之间。要增大吸附 装置的处理力量，吸附剂一般都循环使用，即当吸附剂到达饱和或接近饱和是， 使其转入脱附和再生操作。一般常用的再生方法有：升温脱附、降压脱附、置换 脱附、吹打脱附、化学转化再生法、溶剂萃取。此外，还有一些其他的吸附剂脱 附再生方法，如电解氧化再生法、微生物再生法和药物再生法等。至于工业上究 竟采纳哪种操作方法，应视具体状况选用既经济乂有效的方法。生产实际中，经 常是几种方法结合使用。如活性炭吸附有机蒸气后，可用通入高温蒸气再生，也 可用加热和抽真空的方法再生；沸石分子筛吸附水分后，可用加热氮气的方法再 生。本设计采纳升温脱附，即在等压下提升吸附床层温度，进行脱附，然后降温 冷却，重新吸附。吸附床的操作温度为门，原料中吸附质的分压为P1,当吸附 床达饱和后，吸附剂吸附容量为xl。假定吸附阶段终了时，允许吸附后气体中 的吸附容量低于x2。升温脱附可将吸附剂从T1升温到T2,这是吸附剂容量可以 低于x2o1、干燥吸附剂时空气消耗量：L=W/=1 、xW（七F式中：L一一干燥吸附剂时空气的消耗量，kg1一一空气的单位消耗量，即干空气/H20,无量纲xl、x2分别为离开、进入吸附剂层时空气的含湿量即H20/干空气W干燥时驱走的水分，kg由化工原理查表得，35c时饱和水蒸气蒸气密度为0.03960kg/m3,那么L=(0. 03960X20000)=931. 76kg85%2、加热空气所消耗得空气热含量：Q=Z (I. -I.) W I式中：12 由加热器进入吸附器的空气热含量，J/kgII一一进入加热器的空气热含量，J/kg设采用120的热风进行脱附，查得35时干空气的热含量为1. 005KJ/(kg. ) , 120时为 L009KJ/ (kg. ),那么:Q= (1. 009-1.005)X (120-35)X(0. 03960X20000)=316.8 KJ85%4.3集气罩的设计计算在工业生产中，常用于掌握各种颗粒物和气态污染物的方法是将有害物质在 发生源收集起来，经过净化设施净化后排到大气中，这就是局部排气净化系统， 这种系统所需要的风量最小，效果好，能耗也少，是生产车间掌握空气污染最有 效、最常用的方法。局部排气净化系统主要由集气罩、风管、净化设施、风机、烟囱等组成。局 部排气净化系统的设计主要包括污染物的捕集装置、管道系统、净化设施设计等 几个局部。该系统用以捕集污染物的装置大多数呈罩子外形，通常称为集气罩。它是气 体净化系统的关键部件，它可将粉尘及气态污染物导入净化系统，同时防止污染 物向生产车间及大气集中。集气罩的性能对整个气体净化系统的技术经济效果有 很大的影响。设计完善的集气罩能在不影响生产工艺和生产操作的前提下，用较 小的排风量获得最正确的掌握效果;而设计不良的集气罩即使用很大的排风量也达 不到预期的目的。在掌握气体中集中效果相同的前提下，排风量越大，那么整个净 化系统也越大，投资与运行费用也相应增加。因此，集气罩的设计是气体净化系 统设计的重要环节。4. 3. 1集气罩气流的流淌特性讨论集气罩罩口气流运动的规律对于有效捕集污染物是特别重要的。集气罩 罩口气流运动方式有两种：一种是吸气口气流的吸入流淌；另一种是吹气口气流 的吹出流淌。了解吸入气流、吹出气流以及两种气流合成的吹吸气流的运动规律, 是合理设计和使用集气罩的基础。吸入气流和吹出气流的流淌特性是不同的。吹 出气流在较远处仍能保持其能量密度，吸入气流那么在离吸气口不远处其能量密度 急剧下降。这亦说明，吹出气流的掌握力量大，而吸入气流那么有利于接受。因此, 可以采用吹出气流作为动力，把污染物输送到吸气口再捕集，或者采用吹出气流 阻挡、掌握污染物的集中。4. 3. 2集气罩的分类及设计原那么集气罩的种类繁多，应用广泛。按其气流流淌的方式可分为两大类：吸气式 集气罩和吹气式集气罩。按集气罩与污染源的相对位置及密闭状况，还可将吸气 式集气罩分为:密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩等。其集气罩的设 计原那么为：（1）集气罩应尽可能包围或靠近污染源，使污染物的集中限制在最小的范 围内，尽可能削减气吸气范围，防止横向气流的干扰，削减排风量。（2）集气罩的吸气气流尽可能与污染气流运动方向全都，以充分采用污染 气流的初始动能。（3）在保证掌握污染的条件下，尽量削减集气罩的开口面积，使排风量最 小。（4）集气罩的吸气气流不允许通过人的呼吸区再进入罩内。设计时要充分 考虑操作人员的位置和活动范围。（5）集气罩的配置应与生产工艺协调全都，力求不影响工艺操作和设施修 理。（6）集气罩应力求结构简洁、结实耐用而造价低，并便于制作安装和拆卸 修理。（7）要尽可能避开或减弱干扰气流辱穿堂风、送风气流等对吸气气流的影 响；虽然集气罩的结构不特别简单，但由于各种因素的相互制约，要同时满意上 述要求并非易事，应充分了解生产工艺、操作特点和现场实际。4. 3. 3集气罩的选型由于受工艺条件限制，一般产生有机废气的车间无法进行密闭，且喷气车间 室内横向气流干扰较小，可采纳外部集气罩的上部伞形罩，如附图5所示其基本参数如下：排风量：Q=20000m3/h钢板制圆形风管，取风速12m/s4x2 =4x20000 =0.77 m 图勤 800 伽风管直径:型 3.14x12x3600圆整为 800 mm规格为 800 mm X 1. 0 mm风管横截面积：' = 4#风管横截面积：' = 4#1x3.14x0.8： = 0.50 m2 4=4 x 20000= 11.1ms那么实际风管气速：# 3.14x0.8x600表4-4集气罩罩口速度12名称条件举例罩口速度，m/s扬尘速度极低，没有干扰 气流（1）烟尘从敞口容器外溢（2）液面蒸发（3）浸槽0. 25-0. 5扬尘低速飞散，无干扰气流（1）喷漆（2）酸洗（3）焊接0.5 1.0扬尘较高速飞散，有较小 干扰气流（1）开炼机、密炼机（2）装袋、装桶（3）解包车1.0-2. 5扬尘高速飞散，有干扰气流（1）喷砂（2）粉磨机（3）砂轮机2.5-10罩口速度：比照表4-4,确定v =0. 8m/s罩口面积"端D =罩口直径：D =罩口直径：$ 2.98 m罩口直边长度：L2=0. 2m （削减四周空气混入排风系统）34卷鲁=9.34 mL 罩口放开面周长：罩口喇叭口长度：LOW3d 取 L0=l. 5d =1. 5X0. 8=1. 2m罩的扩张角角：a = 90° - Cretan八1- = 413o <60o （在允许的范围内）D-d圆形工作台特征尺寸：dO=l. 5工作台至地面高度HO=dO=l. 5m又小泮 W，2<去善山8<29 （削符合要求）污染源至至罩口高度："<°乜=%1.5 = 1.05取H=lm取仁加吸附前的预处理对于一般的有机废气的工艺过程所产生的尘雾在高速喷出时，诱导四周的空 气流淌，加上工作点的不断变换，又与工件四周的空气大量混合，在反弹气流及 车间内横向气流作用下，尘雾呈无序发散。这些粉尘含量不高，粒径较小，绝大 局部在10um以下，假设未经处理，将很快堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。目前，国内外对这些尘雾特殊是喷漆污染的治理特别重视，净化方式多种多 样，有干式过滤法、湿式过滤法、燃烧法、催化燃烧法、吸附法、蒸馈析法等， 依据不同产品的特性、产品生产状况以及经济性、场地状况进行选择。本设计除雾处理采纳前置式干式除尘过滤器，具体运行参数如下：处理风量：Q=20000m3/h过滤速度：u=1.21.5m/s过滤器的尺寸：长X宽X高= 700X2000 X 2000mm设施阻力：AP2<350Pa数量：一台；采纳钢板进行烧焊，过滤箱采纳抽屉方式放置双层进口干式除尘和除雾过滤 材料，容尘量大、净化效率高、阻力低、过滤风速大、阻燃。干式过滤材料使雾 状物变成松散粉尘状，材料饱和后可取出拍打、抖落，或用吸尘器吸尘后重复使 用屡次。4.4 管道系统设计计算只有通过各种管道把各种净装置连接在一起才能组合成完整的净化系统，因 此，管道系统设计是净化系统设计中不行缺少的组成局部，合理地设计、施匚和 使用管道系统，不仅能充分发挥净扮装置的能效，而且直接关系到设计和运转的 经济合理性。管道系统的设计通常是在净化系统中的各种装置选定之后进行的， 主要包括管道系统的配置和管道系统的设计计算等两个方面的内容。4. 5.1管道系统的配置（1）配置的一般原那么从总体布局考虑，统一规划，力求简洁、紧凑、适用、美观，而且安装、操 作、修理便利，并尽可能缩短管线长度，削减占地与空间，节约投资。（2）管网的布置方式为了便于管理和运行调整，管网系统不宜过大。同一系统的吸气（尘）点不 宜过多。同一系统有多个分支管时，应将这些分支管分组掌握。在进行管网配置 时，主要考虑的一个重要问题就是要实现各支管间的压力平衡，以保证各吸气点 到达设计风量，实现掌握污染物集中的目的。为保证多分支管网中各支管间的压 力平衡，常用的管网配置方式有以下三种：干管配管方式、个别配管方式和环状 配管方式。（3）管道热补偿为了保证管道系统在热状态下的稳定和平安，汲取管道热胀冷缩所产生的应 力，管道系统每隔一段距离应装固定支架和热补偿装置。管道热伸长补偿方法有 自然补偿和补偿器补偿两类。由于本设计管道线较短，管内介质温度不是很高， 管径小于1000mm,可采纳自然补偿法，采用管道自然转弯管段（L形或Z形）来 汲取管道热身长形变，既经济有合乎平安稳定要求。常用的补偿器有柔性材料套 管式补偿器和波形补偿器等。（4）管道系统的保温及防爆措施在管道系统的设计中，为削减输送过程中热量损耗或防止烟气结露而影响系 统正常运行，那么需要对管道和设施进行保温。所谓保温是对设施、管道外表贴覆 绝热材料，以削减热传递，维持管道或设施在肯定的温度范围内工作。管道系统 保温设计的主要内容包括保温材料选择、保温层厚度计算和保温层结构设计。当管道输送介质中含有可燃气体或易燃易爆粉尘时，管道系统设计必需考虑 必要的防爆措施。设计时应实行以下防爆措施：加强可燃物浓度的检测与掌握； 消退火源；阻火与泄爆措施；设施密闭和厂房通风；对管道系统的布置必需将有 可能蓄积静电的风管和设施牢靠地接地。4. 5. 2管道内流体流速的选择管道内流体的选择涉及到技术和经济两方面的问题。当流量确定后，假设选择 较低的流速，管道断面积较大，管径大，材料耗费多，基建投资高，但系统压力 损失小，噪声小，动力消耗低，运转费用低，且对于含尘烟气，那么易造成粉尘沉 积而堵塞管道。反之，假设选择较高流速，那么管径小，材料消耗少，基建投资少， 但系统压力损失大，噪声大，动力消耗大，运转费用高。因此，要使管道设计计 算经济合理，必需选择适当的流速，使投资和运行费用的总和为最小。表4-5, 使投资和运行费用总和最小综合衡量。表4-5风管最小风速17 4. 5. 3管道直径确实定粉尘性质垂直风管水平风管粉尘性质垂直风管水平风管粉状粘土和砂1113铁和钢1923水泥粉尘1218钢铁粉尘1315重矿物粉尘1416灰土、砂尘1618焦炭粉尘1418轻矿物粉尘1214煤尘1113炭黑1012染料粉尘1517棉絮810石棉粉尘1218短纤维粉尘812在流量和确定流速后，管道直径可按下式计算: 钢板制圆形风管，取风速12ni/s段 P 二 077 m风管直径：Y360M 3600x3.14x12圆整为 800 mm查18规格为 800mmXL 0mm/ = i:=-x3.14x0.8:= 0.50 m2风管横截面积：44那么实际风管气速:那么实际风管气速:4。_4 x 20000/ =3.14x00x3600=11.1 ms4. 5.4管道内流体的压力损失（1）摩擦阻力的计算对于直径为d的圆形风管，摩擦阻力计算公式为:入一一摩擦阻力系数v风管内气体的平均流速，m/sP 一一气体的密度,kg/m31一一风管长度，m管径：d=0. 8m,摩擦系数：入=1.593,管长：l = 5m风管内气体的平均流速：v=ll. lm/soTxx5 = 703 Pa(2)局部阻力的计算M =S- = 2.5x1147xli r =177 Pa22那么管路总压力损失为：M=，n+APi = 703+177=880 Pa流程总压力损失为：=350+77. 27+880=1307. 3Pa4. 5.5风机和电机的选择（1）风量计算在确定管网风量的基础上，考虑到风管、设施的漏风，选用风机的风量应大 于管网计算测定的风量，计算公式如下：Q。= kqq式中Q0一一选择风机的计算风量,m3/hKQ风量附加平安系数，一般管道系统取1.01.1,除尘系统取1.1 1.15,且除尘器漏风另加5%10%,本设计取KQ=L1那么 2o = kqQ =1. i x 20000=22000m3/h(2)风压计算考虑到风机性能波动、管网阻力计算的不精确，选用风机的压力应大于管网 计算所确定的风压,计算公式如下：= 1.20x1 3 QJ=1 5 6s Pa= 1.20X130. 73=156. 88Pa式中pO一一选择风机的计算风量,PaKP一一风压附加平安系数，一般管道系统取1.01. 15,除尘系统取1. 15- 1.20,本设计取KP=l.20又风机样本上的性能参数是在标准状况(大气压力为1.013Xl(T5Pa,温度 为20,相对湿度为50%)下得出的，在实际使用状况不是标准态，风机的风 压会变化，风量不变，因此选择风机时对参数进行换算：a"' = A" 2 = A与第=15688X 273xl01325= 1364 Pa 0°p00 TP314x101325式中APO' 一风机在实际工况下的风压APO风机样本上的风压PO、TO、P0一一风机在标准状况下的密度、温度和压力P、T、P风机在实际工况下的密度、温度和压力式中风机在实际工况下的风压A” 风机样本上的风压打、4、P。一风机在标准状况下的密度、温度和压力p、T、P风机在实际工况下的密度、温度和压力(3)风机型号在选择风机时应留意以下几个问题：依据输送气体的性质，确定风机的类型；依据所需风量、风压和选定的风机类型，确定风机的型号;在满意风量的风压的条件下，尽可能选用噪声低、工作效率高的风机；通风机和风管系统的不合理连接可能使风机