涂层废气处理设计方案.docx
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涂层废气处理设计方案
涂层废气处理设计方案
二〇〇五年三月
1.概述
喷漆车间在生产过程中排放出大量的涂层烘干废气，废气中含有较高浓度的甲苯。
该废气若不经处理直接排入大气，不仅会污染周围的环境，而且导致了极大的原物料消耗，同时对企业的形象也会造成一定的影响，为此，必须进行处理。
***公司根据现场调查和研究分析，就涂层废气中的甲苯治理和回收工艺制定可行性方案，以供企业和环保管理部门参考，为今后工程的正式实施提供准备。
2.设计依据
2.1废气中所含污染物种类、浓度及温度
污染物种类：
甲苯
3/h，废气排放量为33000m270kg/h污染物排放量：
甲苯为烘箱出口温度：
70～80℃
3，故属于高浓度高风量型。
通过计算可得甲苯浓度为：
8182mg/m2.2设计规模
3/h；甲苯排放量为270kg/h（最大值）废气处理量：
33000m
备注：
本方案按最大值设计。
2.3设计范围
从车间排气管汇合后出口开始，经装置入口至排风机出口之间，所有工艺设备、连接管道、管件、阀门、风机、电气装置、自动控制设备等。
处理后气体排放浓度2.4
废气排放标准应执行GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》中的二级标准，具体见表1。
表1GB16297-1996中甲苯的二级排放标准
最高允许排放速率，kg/h3
mg/m最高允许排放浓度，序号污染物排气筒高度，m
二级标准
3.115
甲苯40
205.21
18
30
2.5设计参考资料以及法规标准
《涂装作业安全规程——涂漆工艺通风净化》
GB6515-86国家标准局1986
《通风除尘技术》
《工业通风》
《环保设备材料手册》
《建设项目环境保护管理条例》
中华人民共和国国务院令第253号1998
2.6控制系统
采用可编程逻辑控制器（PLC）系统的自动控制，以实现治理系统的操作最优化，降低运行费用，增加设备运行的可靠性。
3.工艺设计
3.1设计原则
严格执行国家环境保护有关法规，按规定的排放标准，使处1.
理后的废气各项指标达到且优于标准指标。
2.采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺，并具有显著的环
境效益、社会效益和经济效益。
3.工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的灵活
性和调节余地，确保达标排放。
4.在运行过程中，便于操作管理、便于维修、节省动力消耗和
运行费用。
3.2废气处理方法选择
目前，有机废气处理主要有以下几种方法：
（1）燃烧法包括高温燃烧和催化燃烧，前者需要附加燃料燃
烧，因此，使用该法时要考虑回收利用热能；催化燃烧能耗低，但在工作初期，需用电加热将废气加热到起燃温度，故对于频繁开停车的场合不合适。
考虑到高温燃烧法回收的热量超过生产所需的热能，故并不合适。
而直接采用催化燃烧投资太大。
（2）吸收法即采用适当的吸收剂（如柴油、煤油、水等介质）在吸收塔内进行吸收，吸收到一定浓度后进行溶剂与吸收液的分离，溶剂回收，吸收液重新使用或另行处理，采用这种方法的关键是吸收剂的选择。
由于溶剂与吸收剂的分离较为困难，因此其应用受到了一定的限制。
（3）活性炭吸附法采用多孔活性炭或活性炭纤维吸附有机废气，饱和后用低压蒸汽再生，再生时排出溶剂废气经冷凝、水分离后特别对低浓度有机废气中的溶适用于不连续的处理过程，回收溶剂，
剂回收有很好的效果。
（4）冷凝法主要利用冷介质对高温有机废气蒸汽进行处理，可有效回收溶剂。
处理效果的好坏与冷媒的温度有关，处理效率较其他方法相对较低，适用高浓度废气的处理。
根据本项目情况，采用冷凝－活性炭吸附法较好。
将这两种方法联用回收烘干废气中的甲苯，综合了冷凝法适用于高浓度废气处理和活性炭吸附法处理效果好的优势，又可以通过前期冷凝降低甲苯浓度，减少活性炭吸附负荷，延长活性炭再生周期，能够兼顾回收率和处理成本。
3.3系统工艺流程
根据该厂的实际情况，要提高甲苯的回收效率，需加强以下两方面的工作：
一是烘干废气的收集，尽可能将甲苯收集到溶剂回收装置中；二是对收集的废气采用适当的方法进行处理与回收。
工艺流程如图3-1所示：
烘干废气
风机列管式过滤引风机集气罩1
冷凝器阻火器
甲苯甲苯贮槽21
溶剂水贮槽冷凝水冷却水分离器回收槽贮槽水槽
列管式2
冷凝器尾气排放活性炭吸附器锅炉房低压蒸汽
图3-1系统工艺流程图
工艺流程说明：
由于烘箱出口废气中甲苯浓度较高，因此统一收集后先通过一组过滤阻火器，去除尾气中的固体杂质，然后进入列管式冷凝器，将气态甲苯冷凝为液体。
经冷凝，温度冷却至24℃以下。
由于甲苯沸点约为110℃，因此可回收大部分甲苯。
经冷凝的废气由引风机导入活性炭吸附器，进行活性炭吸附处理。
吸附器共设两组，交替使用。
饱和后的活性炭采用低压蒸汽再生，再生出的气相返回到冷凝器进行溶剂回收。
回收的溶剂经水分离器分离后回用。
4.工艺系统说明
4.1概述
本工艺系统可分为如下3个系统：
废气收集系统，废气净化处理系统，排风系统。
废气收集系统主要包括局部排风罩，风量调节阀，管道。
废气净化处理系统主要包括除尘器，冷凝器，活性炭吸附装置。
排风系统主要包括排风机，风量调节阀和烟囱。
4.2主要工艺设备功能简述
1.除尘器
主要作用：
主要是为了除去有机废气中的漆雾粒子，避免漆雾粒其次影响有害气体吸附效果。
子粘在吸附床内的活性碳纤维材料上，
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
冷凝器_1的作用是将有机废气中的气态甲苯冷凝为液体，从而降低废气中甲苯含量，提高活性炭吸附处理效率，同时回收部分甲苯。
冷凝器_2的作用是将脱附所得甲苯和水蒸气冷凝为液体，回收脱附所得甲苯。
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，设置目的是利用吸附法截留废气中的有机物进一步净化废气，并利用低压蒸汽吹脱及冷凝等手段回收部分甲苯。
5.主要设备设计
5.1主要设计参数
主要设计参数及要求的处理效果见表5-1。
表5-1主要设计参数及要求处理效果
生产工艺8H=8.5m
炭性活附吸
系统混合溶剂分37
1.651.65
1
350m层器．3
（循环泵冷凝甲苯泵活性炭吸附调试费
风量甲苯入口浓度处理后浓度33（mg/m）/h（mg/m）mH=10.3m_23，/hQ=10mφ1400*380
回收（kg/h）回收效率3座5%4.26
）防爆管道泵7.5
1含活性炭及附
列管式冷凝器活性炭吸附器．964三
33000冷凝水泵器管理费工程总价
8182904H=8m
3，/hQ=86m20
904244.916.0082.56
3%
24.0
402.78
2件92.15
（%）90.795.6
5.2主要设备
1.除尘器
（方案一）根据废气性质和气量，本项目选用XCX型旋风除尘器，规格为Ф1300mm四管。
XCX型旋风除尘器除了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；
3/h；33700m风量：
压力损失：
1039Pa；
除尘效率：
可除去5μm以上的粉尘，效率95％－99％。
（方案二）根据废气性质和气量，本项目选用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：
20m/s；
3/h；风量：
3530m壳体材料：
SUS304L；
滤芯材料：
金属粉末烧结管；
过滤精度：
0.5－120m；μ。
1.6Mpa－0.6工作压力：
2.阻火器
根据废气性质和气量，本项目选用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。
3.列管式冷凝器_1
根据废气性质和气量，本项目选用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℃，经冷凝后降低到24℃以下。
具体计算如下：
3/h，进气温度33000m80℃，甲
（1）已知条件：
烘干废气风量3，流量为270kg/h出口温度为24苯浓度为8182mg/m℃，冷却水进水温度20℃，出口温度23℃。
（2）甲苯回收率计算
甲苯的Antoine常数为A=16.0137,B=3096.52,C=53.67。
由B（p为温度T时的饱和蒸汽压，Antoine方程mmHg）?
Alnp?
T?
C80℃时p＝291.21mmHg；24℃时p＝27.00mmHg
291.21?
27.00＝2480因此，℃降温至90.7％℃的回收率为21.291．
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?
273.15，冷凝处理后废24℃时总废气体积约为3m2776733000?
?
80?
273.1525.1气中残留甲苯浓度为36mmg10/?
904?
27767（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
mRT270?
0.082?
（80?
273.15）3m85?
?
V?
MP92?
13/h，废气平均分子量约为2833000m。
又废气总体积流量为
PVM1?
33000?
28kg/h80℃时废气质量流量＝31908?
?
RT0.082?
（80?
273.15）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Q＝甲苯降温传热量＋空气降温传热量1＝270×1.7×（80-24）+31638×1.005×（80-24）
6kJ/h
101.8×＝6Q10?
.81冷却水用量W＝＝＝143t/h
?
?
tc4.2?
（23?
20）|T?
t|?
|T?
t|＝对数平均温差先按单壳程考虑：
19.95K
1212?
T?
tmln[（T?
t）/（T?
t）]
1221T?
Tt?
t156＝＝1212?
R?
P
203t?
tT?
t1211F＝P的值查温度校正系数图可得，温差修正系数、根据Rt?
T?
F?
?
T＝，可见用单壳程合适，因此有效温差17.8K
0.89>0.8tmt假定换热器总传热系数为:
，则所需传热面积为2）K?
m/（W130?
K．
Q?
A2K?
?
T216m＝
（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0.5m/s，则
4V4?
（143000/3600）/1000＝253＝根管数?
n2?
2020?
.?
0.5?
duiA216＝＝＝管长l10.9m?
?
025?
0253?
.dn0因此，取管程数为2，管长为6m，总管数为253×2＝506根。
壳2。
10kgf/cm＝体的公称直径DN800mm，公称压力为采用正三角形排列换热管，管子与管板采用焊接法连接。
综上，列管式冷凝器_1的主要参数是：
选用6m长的Φ25×2.5mm钢管（材质20号钢）共506根；
壳体直径800mm；
2；换热面积216m冷却水用量为143t/h；
甲苯回收率为90.7％；
废气由80℃降至24℃，冷却水由20℃升至23℃。
3.列管式冷凝器_2
根据废气性质和气量，本项目选用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℃，20一定的回收效率，且兼顾冷却水成本，确定冷却水进口温度为
出口温度为25℃，蒸汽进口温度为120℃，经冷凝后降至30℃以下。
具体计算如下：
（1）确定所需蒸汽量
904?
40＝脱附时甲苯回收率＝95.6％
40需吹脱甲苯量为25.1×95.6％＝24.0kg/h。
一般取蒸汽量：
吹脱溶剂量＝（4－10）：
1，确定蒸汽量为150kg/h。
（2）冷凝甲苯回收率计算
甲苯的Antoine常数为A=16.0137,B=3096.52,C=53.67。
由B（p为温度T时的饱和蒸汽压，Antoine方程mmHg）?
?
Alnp
T?
C120℃时p＝984.7mmHg；30℃时p＝36.67mmHg
984.7?
36.67＝97.3％，即甲苯因此，80℃降温至30℃的回收率为
984.7基本上全部冷凝下来。
A
3（）计算换热器的面积℃时甲苯质量流量为24kg/h，水蒸气质量流量为150kg/h。
120℃升高至25℃。
℃降低至蒸汽从12030℃，冷却水从20Q＝甲苯降温传热量＋蒸汽传热量＋蒸汽冷凝潜热热负荷12232150×（120-30）+150×＝24×1.7×4.2×（120-30）＋6kJ/h
＝0.395×106Q10395?
0.18.8t/h
＝＝冷却水用量W＝
tc?
?
）?
2025.42?
（|T?
t|?
|T?
t|＝37.76K
对数平均温差先按单壳程考虑：
1122?
?
T
tmln[（T?
t）/（T?
t）]
1221T?
Tt?
t1＝18＝1221?
PR?
20t?
tT?
t1112．
F＝P的值查温度校正系数图可得，温差修正系数根据R、t?
T?
F?
?
T＝35K
0.93>0.8，可见用单壳程合适，因此有效温差tmt假定换热器总传热系数为，则所需传热面积为:
2）?
?
350W/（mKKQ?
A2
K?
?
T9m＝（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0.5m/s，则
4V4?
（18800/3600）/1000＝34＝根管数?
n2?
202.?
?
00.5?
duiA9＝＝＝3.4m管长l?
?
0250.34?
?
dn0因此，换热器管程数为2，管长为2m，总管数＝34×2＝68根。
2。
16kgf/cmDN＝400mm，公称压力为壳体的公称直径采用正三角形排列换热管，管子与管板采用焊接法连接。
综上，列管式冷凝器_2的主要参数是：
选用2m长的Φ25×2.5mm钢管（材质20号钢）共68根；
2；9m换热面积壳体直径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℃。
4.活性炭吸附装置及附属设备
（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。
．
33的甲904mg/m，温度24废气气量为33000m℃，废气中含有/h395.640mg/m％。
，即净化率达到苯，要求出口甲苯浓度为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：
3。
，空隙率＝堆积密度＝450kg/m0.40，＝5mm?
dp甲苯在该活性炭上的吸附等温线方程为133.0c0.334a?
vm；时的平衡吸附量，kg/kgAC式中：
a－气相浓度为cmv3g/m。
－气相中甲苯的浓度，cmv3可得，活性炭吸附甲苯的静0.904g/m由废气中甲苯浓度为＝cmv0.330kg/kgAC。
态饱和吸附容量a＝3）固定床吸附器主要参数计算（，吸附带，此时吸附带长度为0.3m选定吸附器中的气速为0.4m/s静态饱中活性炭的动态吸附容量按和吸附容量的35％计，则。
吸附带中活性炭所吸附的甲苯为0.116kg/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。
％计，则吸附饱和后活性炭所吸附的甲苯为0.297kg/kg90吸附器直径为（3000/3600）m.4D?
?
5?
/4）?
0.4（吸附带内的活性炭量为2?
kg?
3092.03?
4（）/4?
5.450?
吸附带内的活性炭可吸附的甲苯量为kg67.?
1163092?
358.0）计，则每一周期的吸附量为16h天（2吸附工作周期按
6?
kg?
478?
1633000?
904?
10478?
358.67吸附带外所需的活性炭用量为3m893?
0.
0.297?
4500.893吸附器总高为m.3393?
0?
0.
2?
/4）?
5.（4活性炭总用量为3m7.77?
/450?
0.8933092气流穿过固定床层的压降估算式为：
2?
?
d?
p?
?
）（1?
150gp75.?
?
1
2?
dGG）（1?
Dp式中：
－压降，Pa；p?
33吸附床；空隙－空隙率，m/m?
－吸附剂颗粒直径，m；dp3；－气体密度，kg/m?
gG－气体表现质量通量，；2）/（ms?
kgD－床深，m；
－气体黏度，。
?
s?
Pa30℃下气体密度为，黏度为，35?
?
?
m/.189kg?
1s10Pa?
?
1.83?
g33000因此经计算可得压降为而，2）s?
.476kgG?
/（m?
?
1.1890
2?
/4）?
?
（5.43600
?
52476.）?
0.?
（1?
0?
1?
0.4）1.83?
1040.339?
150（Pa?
?
296）?
（?
1.75?
p
33?
3?
4101895?
10.?
04761.?
5?
.0?
，理论功率消耗风机效率以0.702713?
）?
2963600W?
?
pQ?
p（33000/计，则实际功率消耗kW8763W?
./?
p27130703876?
.f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：
3，＝5mm，空隙率＝0.40；活性炭堆积密度450kg/m?
dp3；7.77m活性炭总用量为吸附器总高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
活性炭吸附器组进口总管处配B4－72型防爆离心通风机一台，风3/h，风压671Pa，电机功率35kw量Q=33000m。
（5）溶剂水分离器
33/h），，甲苯为24kg/h（即7m水蒸气用量为150kg/h（即150m/h）两天脱附一次，每次脱附两个小时，因此确定溶剂水分离器的容积为3。
在此溶剂水分离器上设置安全排气管，每两天排空一次。
350m
（6）甲苯贮槽2
3/h）7m，且两天脱附一次，每次脱（即由于甲苯脱附量为24kg/h3的甲苯产生。
因此，可采用直径为3m14m，附两个小时，故两天有高为2m的储罐贮藏。
在储罐上要设置安全排气管。
（7）液泵
选用一台50SGB10-8型防爆管道泵将甲苯从溶剂水分离器中分离3/h，扬程8m50mm出来，其主要参数为口径为，额定流量10m，转速2900r.p.m，功率为7.5kW。
型离心水泵将冷凝水从溶剂水分离器中分离出4B15A选用两台．
3/h，扬程8.5m，转速2900r.p.m来，其主要参数为额定流量86m，功率为2.78kW。
5.3其他
1.电气及自控系统
处理系统总装机容量为36.9kW，由集中安装的电控柜进行控制。
为了提高回收率，降低能耗，设备的运行采用自动化控制。
参数设置和监控由上位工控机完成，设备运行由PLC控制。
PLC安装在电控柜中，与工控机一起放置于便于操作的防爆隔离控制室中。
整个装置的温度、压力及管道静电等参数均由传感器采集，传输至集中控制室进行自动化控制。
2.供汽
为降低设备投资，节约成本，吸附饱和的活性炭再生时使用低压蒸汽，直接由厂内锅炉供给。
锅炉出口压力为0.2Mpa，蒸汽温度约120℃。
根据工程经验，蒸汽与吸附的溶剂量之比约为4－10，需用蒸汽总共150kg/h。
供气周期为2天。
3.供水
根据两个列管式冷凝器计算，循环水用水量为143＋18.8＝3/h，由泵输送至冷凝器循环使用。
161.8t/h，即161.8m冷凝器_1的循环水泵使用2台4B15A型离心清水泵，设计参数3/h，H=11m，转速＝2900r.p.m，功率为2.87kW。
为Q=72m
型离心清水泵，设计参数2B19B台1的循环水泵使用_2冷凝器．
3/h，H=10.3m，转速＝2900r.p.m为Q=20m，功率为2.41kW。
由于3/d。
挥发造成损耗，循环水需定期补充，补充量约8m
5.4主要设备表
主要设备见表5-3。
表5-3主要设备表
序设备名称型号或规格数功率备注
（号kw量）
冷凝系统
1
除尘器XCX型1
1300mm四管ФZHQ阻火器－Ｂ型1.5
210
250Φ换热面积1凝冷3单壳程双管程列管式2216m8壳体Ф器_100
换热面积1管列式冷凝4单壳程双管程
29m4器_2壳体Ф00
3350m分剂溶合5混1
层器3Q=72m62.87
2
/h，冷却水H=11m循环泵_1
3Q=20m/h冷却水2.41
1
，7
3/h
135Q=33000m防爆风机引风机10
3.88Φ5400*3392附11炭吸活性罐温度测量612系
统
压力913测量系
统
火灾报3
14警系
统
管道及阀门151套
1电控柜PLC含及强16
电17上位工控机1
其他辅助材
料6.劳动定员
设备运行每班1人：
四班共4人；化验计量工兼职1名；管理人人。
4名。
合计1员兼职
7.投资估算
见表7-1。
表7-1投资估算表
数价格总价
序主要技术参量
（万（万备注设备名称
台（号数
）
）元元）
套XCX型177.001
除尘器Ф1300mm
－ＢZHQ100.88.002
阻火器250
Φ型单壳程双管换热面列管式冷凝积程1
1.20
3
8.00
2216m_1器00壳体Ф8单壳程双管列管式冷凝程25.004
1.20
19m换热面积_2
器00壳体Ф4消声器、减振31
/h33000m4.80
1.80
5防爆风机
3/h20.5072m81.00_1循环水泵30.501920m0.50/
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