工厂有机废气处理设计方案 摘 要 大气污染是我国目前最突出的环境问题之一,工业废气是大气污染物的重要来源。大量工业废气排入大气,必然使大气环境质量下降,给人体健康带来严重危害。第一章 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 第章 4 2.1 设计参数 4 2.2 设计目标 4 2.3 设计内容 4 第章 5 3.1 工艺选择 5 3.2 工艺流程及说明 6 第章 7 4.1 集气罩的设计计算 7 4.1.1 集气罩气流的流动特性 7 4.1.2 集气罩的分类及设计原则 7 4.1.3 集气罩的选型 8 4.2 填料塔的设计计算 9 4.2.1 填料塔简介 9 4.2.2 填料吸收塔设计方案的确定 10 4.2.2.1 装置流程的确定[10] 10 4.2.2.3 操作温度与压力的确定 12 4.2.3 填料的类型和选择 13 4.2.3.1 散装填料 13 4.2.3.2 规整填料 14 4.2.3.3 填料种类的选择 15 4.2.3.4 填料规格的选择 16 4.2.3.5 填料材质的选择 17 4.2.4 填料塔工艺尺寸的计算 17 4.2.4.1 填料塔参数确定 17 4.2.4.2 填料塔床层压降的计算 20 4.2.4.3 填料塔附件选择 21 4.2.4.4 填料塔总压降 21 4.3 吸附塔的设计计算 21 4.3.1 基本原理 21 4.3.1.1 吸附原理 21 4.3.2 吸附等温线 吸附器选择的设计计算 25 4.3.5 吸附剂的选择 27 4.3.6 空塔气速和横截面的确定 28 4.3.7 固定床吸附层高度的计算 29 4.3.8 床层压降的计算 31 4.3.9 活性炭再生的计算 31 4.4 管道系统设计计算 32 4.4.1 配置的一般原则 33 4.4.2 管网的布置方式 33 4.4.3 管道热补偿 33 4.4.4 管道直径的确定 33 4.4.5 管道内流体的压力损失 34 第章 34 5.1 风量计算 34 5.2 风压计算 34 5.3 风机型号 35 5.4 电机型号 35 第章 36 6.1 设计参数 36 6.2 烟囱出口面积 36 6.3 烟囱的内径 36 第章 37 7.1 工程造价 37 7.2 运行费用核算 38 7.2.1 价格标准 38 7.2.2 运行费用 38 第章 40 8.1 结论 40 参考文献 41 第一章 1.1 概述 1.1.1 有机废气的来源 有机废气来源于石油和化工行业生产过程中排放的废气，特点是数量较大，有机物含量波动性大、可燃、有一定毒性，有的还有恶臭。石油和化工工厂及石化产品的存储设施，印刷及其他与石油和化工有关的行业，使用石油、石油化工产品的场合和燃料设备，以石油产品为燃料的各种交通工具都是有机废气的源头。有机废气的来源和污染途径见表1-1[1]。 表1-1 污染途径Polltion pathways 固定源Solid sources 石油炼制、储存、印刷、油漆、化工行业的有机原料及合成材料，农药、染料、涂料等化工产品，炼焦、固定燃烧装置 石油炼制过程，化工产品生产工艺中泄露、存储设施中蒸发，废水有机物的蒸发，油墨、涂料中有机物蒸发，消毒剂、农药、染料等加工过程中有机物的蒸发、垃圾焚烧炉中不完全燃烧，饮食业煎、炸、烤类食物 流动源Mobile sources 汽车、轮船、飞机 曲轴箱漏气、尾气排放 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(Vlatile organic compounds)，在涂装、印刷、制鞋和化工生产的许多兴业中，一些工业产品生产工艺过程都会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： （1）VOCs是光化学反应的前提，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瘤变或引起其它严重疾病，如苯对骨髓的造血机能造成破坏，是一种致瘤物；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时间已发生过多起，而涂料工业使用的溶剂中，主要是甲苯、二甲苯和其他毒性有机物。光化学烟雾也会危害人的健康和植物的生长，在1965年日本各大城市频繁发生光化学烟雾，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[2]。 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、氯化氢等排放较为严格的标准，如表1-2所示。 1-2 几种废气排放的二级排放标准 废气 最高允许排放浓度 苯 甲苯 氯化氢 12 40 100 1.2 有机废气治理技术现状及进展 根据有机废气的成分特性，研究人员目前已经研发了许多适用的治理技术。按照污染物的去向形式，可将有机废气治理技术分为两大类：一是浓缩回收。浓缩回收是指采用吸收、吸附、冷凝、膜分离等方法将有机废气中低浓度的挥发性有机物浓缩回收再生；二是分解消除。分解消除是指利用光、电、热、催化剂、等离子体或微生物等作用将有机废气中低浓度的挥发性有机物彻底分解转化为水和二氧化碳等物质，从而达到去毒化的目的。 在实际应用中，工业有机废气处理常用的方法有吸附法、吸收法、催化燃烧法、热力燃烧法等[3]。近年来又出现了一些新技术，如生物法、电晕法、光分解法等离子体分解法。虽然有机废气治理技术目前已经多样化，但每种治理方法都存在一定的适用性和局限性，而且不同排放源的废气组成也千差万别。因此，对于企业来说，统筹考虑有机污染物的种类、性质、浓度、净化要求和经济性等因素，综合选择适当的有机废气治理方法显得至关重要。 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1-3。 表1-[3] 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.净化废气前，需要进行预处理 2.仅限于低浓度 3.设备庞大 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.操作流程简单，吸附价格便宜 2.净化气体不需要预处理 3.建造快、占地 1.后处理大、费用高 2.对溶剂成分处理量大 第章 2.1 设计参数 （1） 设计范围：有机废气； （2） 处理风量：10000m3/h； （3） 废气温度：25℃； （4） 净化率：90%； （5） 排气筒高度：15m； （6） 排放浓度：达到GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》中二级标准； （7） 进气参数：苯100 mg/m3，甲苯80 mg/m3，氯化氢1000 mg/m3。 .2 设计目标 （1） 严格执行国家有关环境保护的各项规定，确保各项污染指标达到国家及地区有关污染物排放标准； （2） 经本处理工艺处理后的废气，将不会产生二次污染； （3） 本处理工艺运行安全可靠，处理效果好，维护简单方便； （4） 采用低耗能、地运行费用、基建投资少、维护管理方便； （5） 工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中有较大的调节余地； （6） 排放标准：苯12mg/m3，甲苯40mg/m3，氯化氢100mg/m3。 .3 设计内容 引用标准及设计规范等第章 3.1 工艺选择 处理工艺的选择，应根据气量的大小、净化要求、回收的可能性、设备建造和运转的经济型等条件全面考虑，实际工作中应特别注意与工艺密切配合，尽可能做到综合利用。 氯化氢是无色而有刺激性气味的气体[4]。氯化氢水溶液为盐酸，纯盐酸为无色液体，在空气中冒雾（由于盐酸有强挥发性），有刺鼻酸味。粗盐酸因含杂质氯化铁而带黄色。它易溶于水，在0℃时，1体积的水大约能溶解500体积的氯化氢。氯化氢的水溶液呈酸性，叫做氯化酸，习惯上叫盐酸。根据氯化氢的气体性质，采用液体吸收法净化，净化效率为95%。 苯，分子式C6H6，分子量78.11，相对密度（0.8794(20℃)）比水轻，且不溶于水，因此可以漂浮在水面上。苯的熔点是5.51℃，沸点为80.1℃，燃点为562.22℃，在常温常压下是无色透明的液体，并具强烈的特殊芳香气味。因此，苯遇热、明火易燃烧、爆炸，苯蒸气与空气混合物的爆炸限是1.4～8.0%。常态下，苯的蒸气密度为2.77，蒸气压13.33kPa(26.1)。 苯是常用的有机溶剂，不溶于水，能与乙醇、氯仿、、二硫化碳、四氯化碳、冰醋酸、丙酮、油等混溶，因此常用作合成化学制品和制药的中间体及溶剂。苯能与氧化剂发生剧烈反应，如五氟化溴、氯气、三氧化铬、高氯酸、硝酰、氧气、臭氧、过氯酸盐、(三氯化铝+过氯酸氟)、(硫酸+高锰酸盐)、过氧化钾、(高氯酸铝+乙酸)、过氧化钠等。 甲苯是有机化合物，属芳香烃，分子式为C6H5CH3。在常温下呈液体状，无色、易燃。它的沸点为110．8，凝固点为－95，密度为0．866／3。甲苯温度计正是利用了它的凝固点比水很低，可以在高寒地区使用；而它的沸点又比水的沸点高，可以测110．8以下的温度。因此从测温范围来看，它优于水银温度计和酒精温度计。另外甲苯比较便宜，故甲苯温度计比水银温度计也便宜。甲苯不溶于水，但溶于乙醇和苯的溶剂中。甲苯容易发生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。 根据苯和甲苯的性质我们采取活性炭吸附法进行净化，净化效率达95%[5]。 .2 工艺流程及说明 1.集气罩 2.填料塔 3.吸附塔 4.离心风机 5.提供蒸汽风机 6.烟囱 图3-1 工艺流程图 该处理工艺系统组合十分紧凑，集吸收-吸附-脱附于一体。在生产过程所产生的废气主要为氯化氢、苯、甲苯等，根据氯化氢及苯类性质，本方案采用氢氧化钠作为吸收剂和活性炭作为吸附剂对废气进行吸收处理。配置一台填料塔和二台吸附床当一台吸附床的有机物达到规定的吸附量时，换到另一台吸附床进行吸附净化操作，同时对前面一天吸附床进行脱附再生。。生产中挥发出来的废气，通过集气罩收集，将其送到填料塔以氢氧化钠作为吸收剂，在塔内的气体从下到上通过吸收剂对气体进行处理，处理后的气体从塔上方排出后进入吸附塔以活性炭作为吸附剂，在塔内的气体从下到上通过活性炭滤层对气体进行处理，净化后的气体经过风机打到烟囱。如图3-1所示 第章 4.1 集气罩的设计计算 该系统用以捕集污染物的装置大多数呈罩子形状，通常称为集气罩。集气罩，是烟气净化系统污染源的收集装置，可将粉尘及气体污染源导入净化系统，同时防止其向生产车间及大气扩散，造成污染。其性能对净化系统的技术经济指标有直接的影响。由于污染源设备结构和生产操作工艺的不同、集气罩的形式是多种多样的。[6] [7]。 4.1.1 集气罩气流的流动特性 研究集气罩罩口气流运动的规律对于有效捕集污染物是十分重要的。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动；另一种是吹起口气流的吹出流动。了解吸入气流、吹出气流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动特性是不同的。吹出气流在较远处仍旧能保持其能量密度，吸入气流则在离吸气口不远处其能量密度急剧下降。这亦表明，吹出气流的控制能力大，而吸入气流则有利于接受。因此，可以利用吹出气流作为动力，把污染物输送到吸气口再捕集，或者利用吹出气流阻挡、控制污染物的扩散。 4.1.2 集气罩的分类及设计原则 集气罩的种类繁多，应用广泛。按其气流流动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情况，还可将吸气式集气罩分为：密闭式、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩等。其集气罩的设计原则为： （1） 集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物的扩散限制在最小的范围内，以便防止横向气流的干扰，减少排气量； （2） 集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致，充分利用污染气流的初始动能； （3） 在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的开口面积，以减少排风量； （4） 集气罩的吸气气流不允许经过人的呼吸区再进入罩内； （5） 集气罩的结构不应妨碍人工操作和设备检修。 .1.3 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，可采用外部集气罩的上部伞形罩，如图4-1所示. 图4-1 集气罩外形图 其基本参数如下： 排风量：Q=10000 m3∕h，钢板制圆形风管，取风速12m/s 罩口速度：对照表4-1，确定v=0.8m/s 表-1 集气罩罩口速度[8] 条件举例 罩口速度，m/s 扬尘速度极低， 没有干扰气流 烟尘从敞口容器外溢 液面蒸发 浸槽 0.25~0.5 扬尘低速飞散， 无干扰气流 喷漆 酸洗 焊接 0.5~1.0 扬尘较高速飞散， 有较小干扰气流 开炼机、密炼机 装袋、装桶 解包车 1.0~2.5 扬尘高速飞散， 有干扰气流 喷砂 粉磨机 砂轮机 2.5~10 罩口面积： （4-1） 罩口直径： （4-2） 罩口直边长度： （4-3） 罩口敞开面周长： （4-4） 罩口喇叭口长度：取 （4-5） 罩的扩张角： （4-6） 圆形工作台特征尺寸： （4-7） 工作台至地面高度： （4-8） （4-9） 污染源至罩口高度： （4-10） .2 填料塔的设计计算 4.2.1 填料塔简介 填料塔[] [7] [9]是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料[10] （1） 逆流操作。气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分高效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。 （2） 并流操作。气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。 （3） 吸收剂部分再循环操作。在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下情况：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于相平衡常数m值很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应予指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需设置循环泵，操作费用增加。 （4） 多塔串联操作。若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大空间，输液、喷淋、支承板等辅助装置增加，使设备投资加大。 （5） 串联-并联混合操作。若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小(否则易引起塔的液泛)，塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程；若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时，可采用液相作串联、气相作并联的混合流程。 1.吸收塔 2贮槽 3泵 4冷却器图4- 串联逆流吸收塔流程 1.吸收塔 2泵 3冷却器1.吸收塔 2贮槽 3泵 4冷却器 5换热器 6解吸塔图4- 吸收剂部分循环吸收塔 图4- 吸收剂部分循环的吸收解吸联合流程吸收过程[11]是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几方面： （1） 溶解度。吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的需用量。 （2） 选择性。吸收剂对溶质组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效的分离。 （3） 挥发度要低。操作温度下吸收剂的蒸气压要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。 （4） 粘度。吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。 （5） 其他。所选用的吸收剂应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。 一般说来，任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求，选用时应针对具体情况和主要矛盾，既考虑工艺要求又兼顾到经济合理性。工业上常用的吸收剂列于表4-2。 4-2 工业常用吸收剂[12] 溶质 吸收剂 氨 水、硫酸 丙酮蒸气 水 氯化氢 碱液 二氧化碳 水、碱液、碳酸丙烯酯 二氧化硫 水 硫化氢 碱液、砷碱液、有机溶剂 苯蒸气 煤油、洗油 丁二烯 乙醇、乙腈 二氯乙烯 煤油 一氧化碳 铜氨液 本设计选用5%的NaOH。 4.2.2.3 操作温度与压力的确定 （1） 操作温度的确定。由吸收过程的气液平衡关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度，即低温有利于吸收，但操作温度的低限应由吸收系统的具体情况决定。例如水吸收CO2的操作中用水量极大，吸收温度主要由水温决定，而水温又取决于大气温度，故应考虑夏季循环水温高时补充一定量地下水以维持适宜温度。 （2） 操作压力的确定。由吸收过程的气液平衡关系可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，即加压有利于吸收。但随着操作压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗增加，因此需结合具体工艺条件综合考虑，以确定操作压力[]。 塔填料简称为填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。 填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。 散装填料[14]是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料。环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较典型的散装填料。 （1） 拉西环填料。拉西环填料是最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已很少应用。 图4-图4-图4-（2） 鲍尔环填料。鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，其通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。 （3） 阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。 （4） 弧鞍填料。弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容易破碎，工业生产中应用不多。 （5） 矩鞍填料。将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。 （6） 环矩鞍填料。环矩鞍填料(国外称为Intalox)是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，是工业应用最为普遍的一种金属散装填料。 规整填料是按一定的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料两大类，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。加工中，波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种，倾角为30°以代号BX(或X)表示，倾角为45°以代号CY(或Y)表示。 （1） 金属丝网波纹填料是阿波纹填料的主要形式，是由金属丝网制成的。其特点是压降低。分离效率高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高，但因性能优良仍得到了广泛的应用。 （2） 金属板波纹填料是板波纹填料的主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多φ4 mm~φ6 mm的小孔，可起到粗分配板片上的液体。加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。 （3） 波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大。其缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。 填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用较低。 填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面： （1） 传质效率。传质效率即分离效率，它有两种表示方法：一是以理论级进行计算的表示方法，以每个理论级当量的填料层高度表示，即HETP值；另一是以传质速率进行计算的表示方法，以每个传质单元相当的填料层高度表示，即HTU值。在满足工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即HETP(或HTU值)低的填料。对于常用的工业填料，其HETP(或HTU)值可由有关手册或文献中查到，也可通过一些经验公式来估算。 （2） 通量。在相同的液体负荷下，填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大，则通量愈大，塔的处理能力亦越大。因此，在选择填料种类时，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。对于大多数常用填料，其泛点气速或气相动能因子可由有关手册或文献中查到，也可通过一些经验公式来估算。 （3） 填料层的压降。填料层的压降是填料的主要应用性能，填料层的压降愈低，动力消耗越低，操作费用愈小。选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤为重要。比较填料的压降有两种方法，一是比较填料层单位高度的压降△P/Z；另一是比较填料层单位传质效率的比压降△P/NT。填料层的压降可用经验公式计算，亦可从有关图表中查出。 （4） 填料的操作性能。填料的操作性能主要指操作弹性、抗污堵性及抗热敏性等。所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气液负荷发生波动时维持操作稳定。同时，还应具有一定的抗污堵、抗热敏能力，以适应物料的变化及塔内温度的变化。此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修。 通常，散装填料与规整填料的规格表示方法不同，选择的方法亦不尽相同，现分别加以介绍。 散装填料规格的选择。散装填料的规格通常是指填料的公称直径。工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足工艺要求，又具有经济合理性。 应予指出，一座填料塔可以选用同种类型、同一规格的填料，也可选用同种类型、不同规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料；有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握，根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。 工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。 （1） 陶瓷填料。陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性，一般能耐除氢氟酸以外的常见的各种无机酸、有机酸的腐蚀，对强碱介质，可以选用耐碱配方制造的耐碱陶瓷填料。 陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能，工业上，主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程。陶瓷填料因其质脆、易碎，不宜在高冲击强度下使用。 （2） 金属填料。金属填料可用多种材质制成，金属材质的选择主要根据物系的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价极高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除Cl-以外常见物系的腐蚀，但其造价较高。 金属填料可制成薄壁结构(0.2~1.0mm)，与同种类型、同种规格的陶瓷、塑料填料相比，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，工业应用主要以金属填料为主。 （3） 塑料填料。塑料填料的材质主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100℃以下使用。聚丙烯填料在低温(低于0℃)时具有冷脆性，在低于0℃的条件下使用要慎重，可选用耐低温性能好的聚氯乙烯填料。 塑料填料具有质轻。价廉、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差，在某些特殊应用场合，需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。 .2.4.1 填料塔参数确定 （1） 填料的规格及相关参数 本设计拟选用50×50×4.5规格陶瓷鲍尔环填料（乱堆）。填料参数为： （2） 计算泛点气速uf 本设计采用质量分数5％的NaOH为吸收液（参数近似取水的物理参数）。 取液气比 因，即 （4-） 所以 （4-） 查埃克特通用关联图知 （4-1） 图4-9 埃克特关联图 吸收液温度为20℃，μL=1mPa·s （4-）计算操作气速u操作气速为 （4-15） 计算塔径 填料塔中的混合气体体积流量为（4-16） 取D=1.2m （4-17） 利用圆整后的塔径重新计算操作气速u （4-18） 校核填料直径与塔体直径的比 符合要求（4-19） 校核填料塔的喷淋密度 当填料时，填料最小润湿率为填料层高度的计算：由设计资料得 （4-20） 当地大气压 （4-21） 入塔气体中污染物体积含量 （4-22） 出塔气体中污染物体积含量 （4-23） 则入塔气体中污染物的分压 （4-24） 则出塔气体中污染物的分压 （4-25） 吸收液中活性则组分的临界浓度 （4-26） 填料塔液相进口的临界浓度 （4-27） 填料塔液相进口的临界浓度 （4-28） 液相进口处活性组分的浓度 （4-29） 液相总 （4-30） 由物料平衡式知得 （4-31） 即 （4-32） 则 （4-33） 因,所以塔中反应为界面反应。 求25℃时气体的摩尔体积V 因,则 （4-34） 得 （4-35） 气体的摩尔流率： （4-36） 流体的摩尔流率： （4-37） 填料塔床层高：取5.5m （4-38） .2.4.2 填料塔床层压降的计算 （4-39） 查埃克特通用关联图知:由于前已计算横坐标为0.160，查埃克特通用关联图可知填料塔床层压降：=2000pa （4-40） .2.4.3 填料塔附件选择 （1） 选用斜口气体分布器，进口管直径450mm，进口风速17.48m/s，阻力约500Pa； （2） 选用栅板支承板，阻力约200Pa； （3） 选用多孔盘管式液体分布器，阻力约为50Pa； （4） 选用液封排液装置； （5） 选用折板除雾器，出口管直径250mm，阻力约100Pa。 .2.4.4 填料塔总压降 （4-41） .3 吸附塔的设计计算 4.3.1 基本原理 4.3.1.1 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可以被吸引到固体表面并浓集其上，此现象称为吸附，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附质，多孔性物质称为吸附剂。 固体表面吸附了吸附质后，一部分被吸附的吸附质可从吸附剂表面脱离，此现象称为脱附。而当吸附进行一段时间后，由于表面吸附质的浓集，使其吸附能力明显下降而不能满足吸附净化的要求，此时需要采用一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能力，这个过程称为吸附剂的再生。因此，在实际工作中，正是利用吸附剂的吸附-再生-吸附的循环过程，达到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表面存在着剩余吸引力，固表面具有吸附力。根据吸附剂表面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。两者的主要区别见下表4-3[15]：4-3 两种吸附比较 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(近于反应热) 选择性 无或很差 较强 可逆性 可逆 不可逆 吸附平衡 易达到 不易达到 吸附剂与吸附质间的吸附力不强，当气体中吸附质分解压降低或温度升高时，容易发生脱附。工业上的吸附操作正是利用这种可逆进行吸附剂的再生及吸附质的回收利用的。 .3.2.1 吸附等温线 在气体吸附中，其平衡关系可表示为： A=f（p，T） （4-）（1） 朗格谬尔方程式 朗格谬尔吸附理论假定：①吸附仅是单分子层的；②气体分子在吸附剂表面上吸附于脱附呈动态平衡；③吸附剂表面性质是均一的，被吸附的分子之间相互不受影响；④气体的吸附速率与该气体在气相的分压成正比。根据上述假设，可推导出朗格缪尔等温式： （4-43） 式中θ——吸附剂表面被吸附分子覆盖的百分数； A——吸附系数，是吸附作用的平衡常数； P——气相分压。 朗格缪尔等温式的另一种表现形式为： （4-44） 式中Vm——单分子层覆盖满时（θ=1）的吸附量； V——在气相分压p下的吸附量。 在压力很低时，或者吸附很难时，，上式变成： （4-45） 由朗格缪尔等温式得到的结果与许多实验现象相符合，能够解释很多实验结果，因此，它目前仍是常用的基本的等温式。在很多体系中，朗格缪尔等温式不能在较大的θ范围内与实验结果相吻合。 （2） 弗罗因德利希方程式 （4-46） 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——经验常数。在一定温度下，对一定体系而言是常数，k和n随温度变化而变化； m——吸附质质量，kg； x——被吸附气体的质量。 费罗因德利系等温方程式只是一个经验式，它所适用的θ范围比朗格缪尔式要大些，可用于未知组成物质的吸附，如有机物或矿物油的脱色，通过实验来确定k与n。有资料认为它在高压范围内不能很好地吻合实验值。 （3） B·E·T方程 由于朗格缪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，在此基础上发展了B·E·T理论。它除了接受朗格缪尔理论地几条假定，即固体表面是均匀的，被吸附分子不受其他分子的影响，吸附与脱附在吸附表面达到动态平衡以外，还以为在吸附剂表面吸附了一层分子以后，由于范德华力的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： (4-47) P——平衡时气体分压； V——压力为p时的吸附总量； Vm——吸附剂表面为单分子层铺满时的吸附量； Po——实际温度下气体的饱和蒸汽压； C——与气体有关的常数。 很多实验证明，当比压P/Po在范围内时，B·E·T公式是比较准确的，在低压下可以与朗格缪尔等温式一致。 吸附过程常需要较长时间才能达到平衡，而在实际生产过程中，两项接触时间是有限的。因此，吸附量取决于吸附速率，而吸附速率与吸附过程有关，吸附过程可分为以下几步： （1） 外扩散，吸附质从气流主体穿过颗粒物周围气膜扩散至吸附剂的外表面。 （2） 内扩散，吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面。 （3） 吸附，到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附。 （4） 脱附的吸附质再经内外扩散至气相主体。 物理吸附过程一般为内外扩散控制，化学吸附既有表面动力学控制，又有内外扩散控制。由于吸附过程复杂，影响因素多，从理论上推导速率很难，因此一般是凭经验或根据模式实验来确定。 .3.4 吸附器选择的设计计算 吸附器的设计计算因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。 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） 能够有效地控制和调节吸附操作温度； （5） 易于更换吸附剂。 吸附工艺根据吸附剂在吸附器上的工作状态，可将吸附器分为固定床、移动床和流化过程，相应的三种吸附器的主要特点比较见表4-4： [16] 类型 主要特点比较 固定床吸附器 1.结构简单、制造简单、价格低廉 2.适用于小型、分散、间歇性的污染物治理 3.媳妇和脱附交替进行、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，吸附剂磨损较为严重 流化床吸附器 1.结构复杂，造价昂贵 2.气体和固体接触相当充分 3.生产能力大，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重 结合工艺特点和经济技术可行性分析，本设计吸附器采用卧式圆锥形固定床吸附器，壳体为椭圆形，其优点是流体阻力小，可以减少气体流经吸附床层的动力消耗，易产生气流分配不均匀现象。抽屉式的装卸吸附剂方式非常方便，利于操作。 基础运行参数如下： 处理风量：10000m3/h 吸附器外观尺寸：L×B×H=5200×2600×3000mm 材料：钢板δ=4 压降： 数量：两台并联，脱附吸附交替运行 如何选择、使用和评价吸附剂，是吸附操作中必须解决的首要问题。一切固体物质的表面，对于流体的表面都具有物理吸附的作用，但合乎工业要求的吸附剂则应具备以下一些要求： (1) 具有大的比表面积； (2) 具有良好的选择性吸附作用； (3) 吸附容量大； (4) 具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸； (5) 有足够的热稳定性及化学稳定性； (6) 有良好的再生性能。 常用的吸附剂主要有：活性炭、硅胶、分子水沸石、活性氧化铝与氧化铝。其中活性炭是应用最早、用途较广的一种具有非极性表面，为疏水性和亲有机物的吸附剂，故活性炭常常被用来吸附回收空气中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。 3以下，这种情况下采用回收或直接燃烧的方法是不经济的，为解决这一难题,笔者专门研制了蜂窝状活性炭[17]，并进行了批量生采用吸附净化、脱附再生和催化燃烧相结合的原理,设计了适合于大风量、低浓度有机废气治理的设备。实际应用表明蜂窝状活性炭吸附性能好、脱附速率快，完全满足了工艺使用要求。近年来,随着大风量有机废气净化装置的大量推广应用，蜂窝状活性炭的产量逐年增加，生产规模也不断扩大。 综合衡量各方面因素，如果企业经济允许的话，建议吸附剂选用蜂窝状活性炭纤维能较好的满足技术经济要求，其物理性能参数见表4-5： 表4-5 蜂窝状活性炭的性能表[18] 性能 TF-1 TF-2 外形尺寸(长*宽*高)(mm) 100*50*50 100*50*50 孔数(cm-2) 16 16 孔壁厚(mm) 0.5 0.5 纵向耐夺强度(MPa) 0.80 3.9 横向耐压强度(MPa) 0.32 1.1 密度(g/cm3) 0.4~0.5 0.4~0.5 比表面积(m2/g) 700 700 苯吸附率(%) 着火点( -℃ ) 20 20 着火点(℃) 550 550 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[18]。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（吸附能取决于炭结构和吸附的特征如分子量）。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[19]。此比值达到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[20]。对蜂窝状活性炭来说，壁厚是一个非常重要的参数，可以提高它的吸附效率。在孔隙率相同的情况下，壁厚增加，则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。这是因为壁厚增加，蜂窝中流体通道的截面积减少，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，这个平衡关系将决定吸附增加还是减少。如果吸附质以较高的扩散速度扩散到蜂窝壁的内部，由此空出来的吸附位又可连续吸附，因此后壁蜂窝应该具有更好的吸附效率和吸附容量[21]。 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，不仅直接决定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，则吸附器尺寸很大，不经济；气速过大，则压降会增大，使吸附效率受到影响。因此因选取合适的空塔气速，最适宜空塔气速为0.25~0.5m/s[22]，依此经验结论，本设计确定空塔气速：U=0.38m/s。 原始条件： 处理风量：Q=10000m3/h，设计温度为35℃。 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物理性质，查《化学原理》附录9得以下数据： 空气混合物性质： 流体密度ρ=1.147Kg/m3，粘度为μ=1.94×105Pa.s比热容为Cp=1.005KJ/（Kg,℃）吸附的蜂窝状活性炭颗粒性质： 平均直径dp=0.003m，表观密度ρs=670kg/m3，密度ρb=470Kg/m3，固定床孔隙率εf=0.5 横截面积： (4-48) 4.3.7 固定床吸附层高度的计算 假定吸附床到达穿透时间时全部处于饱和状态，即达到它的平衡吸附量a，也称a为静活度，同时根据朗格缪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[23]： X=aSLρb(4-49) 式中：X——在时间ξ内的吸附量； a——静活度，重量，﹪S——吸附层的截面积，m3； L——吸附层高度，m； ρb——吸附剂的堆积密度，设计为470Kg/m3。 固定床虽然结构简单，但由于污染物在床层内浓度分布是随时间变化，计算比较复杂，因此目前工程上都是采用近似计算，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[24]: (4-50) 式中：V——活性炭的装填量， C——进口气污染物的浓度， Q——气流量， T——活性炭的使用时间，h D——活性炭的堆密度 W——活性炭原粒度的中重量穿透炭容，％ (4-51) 算出苯和甲苯每小时的排放量： “二苯”的浓度： (4-52) 假设吸附器的吸附效率为85％，则达标排放时需要吸附总的污染物的量为： (4-53) (4-54) 则在吸附作用时间内的吸附量： (4-55) 根据X=aSLρb得： (4-5) 根据活性炭的吸附能力，设静活度为16kg甲苯/100kg活性炭， 所以， (4-5) 吸附剂用量的计算 吸附剂的用量M: (4-58) 吸附剂本身占据体积： (4-5) 吸附剂床层体积： (4-) 设计吸附床层尺寸为，则每块塔板的截面积，取板上固定床高度， 则吸附器中塔板数：块 (4-) 考虑安装的实际情况，得到固定床吸附装置的实际尺寸取为： [25]： (4-62) 根据活性炭的性能： (4-63) (4-64) 4.3.9 活性炭再生的计算 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能力，吸附剂一般都循环使用，即当吸附剂达到饱和时，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PG电子官方网站官方网工厂有机废气处理设计方案doc、溶剂萃取。此外，还有一些其他的吸附剂脱附再生方法，如点解氧化再生法、微生物再生法和药物再生法等[26]。 本设计采用升温吸附，即在等压下升高吸附床层温度，进行吸附，然后降温冷却，重新吸附。吸附床的操作温度为T1，原料中吸附质的分压为P1,当吸附床达到饱和后，吸附剂吸附容量为x1,。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。升温吸附可将吸附剂从T1升温到T2，这是吸附剂容量可以低于x2。 （1） 干燥吸附剂时空气消耗量： (4-65) 式中：L——干燥吸附剂时空气的消耗量，kg l——空气的单位消耗量，即干空气/H2O，无量纲 x1、x2——分别为离开、进入吸附剂层时空气的含湿量即H2O/干空气 W——干燥时驱走的水分，kg 由《化工原理》查表得，35℃时饱和水蒸气蒸汽密度为0.03960，则 (4-66) （2） 加热空气所消耗的空气热含量：Q=l(I2-I1)W (4-67) 式中：I2——由加热器进入吸附器的空气热含量， I1——进入加热器的空气热含量， 设利用120℃的热风进行吸附，查得35℃时干空气的热含量为1.005，120℃时为1.009，则： (4-68) 4.4 管道系统设计计算 只有通过各种管道把各种净化装置连接在一起才能组合成完整的净化系统，因此，管道系统设计时净化系统设计中不可缺少的组成部分，合理地设计、施工和使用管道系统，不仅能充分发挥净化装置的能效，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。 4.4.1 配置的一般原则 应对所有管线通盘考虑，统一布置，尽量少占空间，力求简单、紧凑、平整、美观，而且安装、操作和检修方便。 4.4.2 管网的布置方式 为了便于管理和运行调节，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控制。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分支管间的压力平衡，以保证各吸气点达到设计风量，实现控制污染物扩散的目的，为保证多分支管网中各分支管间的压力平衡，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。 4.4.3 管道热补偿 防止管道因温度升高引起热伸长产生的应力而遭到破坏所采取的措施。主要是利用管道弯曲管段的弹性变形或在管道上设置补偿器。 利用管道的弯曲管段（如L形或Z形，以及两者的组合）的弹性变形来补偿管道的热伸长，称自然补偿，所能补偿的管段较短。 方形补偿器常用钢管煨弯或焊接制成，制造方便，不用经常维修，但供热介质流动阻力较大，外形尺寸也较大。其实也属于一种自然补偿器，相当于L形或Z形的组合。 补偿器有多种形式。套管补偿器的补偿能力大，外形紧凑，供热介质流动阻力小，但由于内装填料，需要经常检修，不能承受横向位移，且使支座承受较大的轴向推力，故多用于管径大于200毫米的直管段上（在给水工程中称伸缩管）。 波纹管补偿器结构简单，补偿能力较小，成对配置时可补偿弯曲管段的热伸长。球形补偿器本身可沿轴线旋转任意角度，通常以两个为一组来补偿管道的热伸长补偿能力较大，易适应空间变动，供热介质的流动阻力也小，只是制造要求严格。 [27] 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 11 13 铁和刚 19 23 水泥粉尘 12 18 钢铁粉尘 13 15 重矿物粉尘 14 16 灰土、砂尘 16 18 焦炭粉尘 14 18 轻矿物粉尘 12 14 煤尘 11 13 炭黑 10 12 染料粉尘 15 17 棉絮 8 10 石棉粉尘 12 18 短纤维粉尘 8 12 钢板制圆形风管，取风速12m/s 风管直径：取整为600mm (4-69) 规格为600mm×1.0mm 风管横截面积： (4-) 则实际风管气速： (4-) 4.4.5 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，摩擦力计算公式为： (4-72) λ——摩擦阻力系数 v——风管内气体的平均流速，m/s ρ——气体的密度，kg/m3 l——风管的长度，m 管径：d=0.6m，摩擦系数：λ=1.593，管长：l =5m 风管内气体的平均流速：v=10.0m/s 则 (4-) （2） 局部阻力的计算 Pa (4-74) 则管路总压力损失为：Pa (4-75) 流程总压力损失为： =350+77.27+904 =1331.3Pa (4-76)第章在确定管网风量的基础上，考虑到风管、设备的漏风，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： 式中：Q0——选择风机的计算风量，m3/h KQ——风量附加安全系数，一般管道系数取1.01.1[7]，吸收系统去1.11.5，且吸收器漏风另加5%10%，本设计取 KQ=1.1 (4-77) 考虑到风机性能波动、管网阻力计算的不精确，选用的风机的压力应大于管网计算所确定的风压 计算公式如下： (4-78) 式中：P0—选择风机的计算风量，Pa KP—风压附加安全系数，一般管道系统取1.01.5[6],除尘系统取1.151.20，本设计取KP=1.20又风机样本上的性能参数是在标准状况（大气压力为1.013×105 Pa，温度20℃）下得出的，在实际使用情况下不是标准态，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： (4-79) 式中?P?——风机在实际工作状况下的风压 ?P——风机样本上的风压 ρ0.T0.P0——风机在标准状况下的密度、温度和压力 ρ.T.P——风机在实际工况下的密度、温度和压力 在选择风机时应注意以下几个问题： （1） 根据输送气体的性质，确定风机的类型； （2） 根据所需风量、风压和选定的风机类型，确定风机的型号； （3） 在满足风量的风压的条件下，尽可能选用噪声低、工作效率高的型号； （4） 通风机和风管系统的不合理连接可能使风机性能急剧变坏，因此在连续时，要使气体在进出风机时尽可能的均匀一致，不能有方向和速度的突然变化。查[28]排风机选择为：C4-73 NO.45 具体性能参数如下： 风量：580010500m3/h 全压动机型号：Y160M2-2 功率：15kw 第章烟囱出口速度为，烟囱的高度为：。 (4-80) 6.3 烟囱的内径 (4-81) 第章 7.1 工程造价 序号 材料名称 规格 单位 数量 单价（元） 总价（元） 备注 （一）、设备、材料部分 1 填料塔 h=5.5m D=1.3m 台 1 50000 50000 2 活性炭吸附器 台 2 80000 160000 3 排风机 C4-73 NO.45 功率：15kw 台 1 8000 8000 4 柔性接头 个 1 400 400 5 风管 d=600mm m 10 200 2000 风管 d=250mm m 20 150 3000 6 三通 600×300 个 2 250 500 7 弯头 600×300 个 4 200 800 8 设备及风管支架 套 1 2500 2500 9 电器装置 套 1 4000 4000 10 五金杂件 批 1 3000 3000 11 活性炭 φ3.0，碘值850mg/g T 3 4000 12000 12 氢氧化钠试剂 5% kg 500 500 13 （1-12）小计（T1） 246700 14 （一）、费用部分 15 安装费 24670 16 不可预见、运杂费 8141 17 税金 16379 18 总计：工程总造价 295890 （1） 电费：运行功率为15km/h，以1.0元/度计，电费为元/小时。 （2） 活性炭费用： 活性炭损耗费：活性炭每半年换一次，活性炭用量约吨，按活性炭4000元/吨计，则元/月，每月运行285小时，则元/小时。 （3） 活性炭再生费用： 活性炭每2天再生一次，再生一次用电9小时，电费元/次，一年共再生180次，则再生费用为元/小时。 （4） 人工：2人轮班，每班8小时，工资共2400元/月，则人工费为5元/小时 综上得，处理每立方米废气的运行费用为=元，即为41.46元/小时。 则每年的运行费用为=41.46×3420=141793元 第章 8.1 结论 对于有机气体的净化处理,无论是广泛采用的传统处理方法，还是新开发的处理技术，都要考虑到应用的实效性。目前,除了推广传统工艺外，应重点开发新的技术，以达到提高去除效率、降低投资运行费用，减少二次污染的目的。随着有机产品的大量使用，有机物污染已引起世界各国的高度重视，控制该类污染已成为各国的一项义不容辞且刻不容缓的任务。我国是一个发展中国家，面临经济发展和环境保护的双重任务。为促使经济、社会、环境的协调发展，开发经济有效的有机物的净化处理技术已成为我国解决有机物污染的重要课题。 本设计工程系统工艺先进，设计合理，控制风速，净化风量及噪声强度等技术参数均达到或接近设计标准，同时通风净化效果显著，工人在清洁区作业，可有效的保护身体健康，特别是系统节能效果显著、操作简单、使用方便和处理废气效果好的特点。 本设计为末端治理方法，本着可持续发展和清洁生产的发展战略，应从源头上和生产过程中控制污染的产生，少用或使用无污染的替代原料，改进相关工艺以进一步防止很控制污染。 参考文献[1] PIOTRSOSNOWSKIA, ANNAKLEPACZ-SMOLKA, KATARZYNAKACZOR-EK, et al. 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