1、涂层废气处理设计方案二五年三月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：甲苯污染物排放量：甲苯为 270 kg/h，废气排放量为 33000 m3/h 烘箱出口温度：7080通过计算可得甲苯浓度为：8182mg/m 3，故
2、属于高浓度高风量型。2.2 设计规模废气处理量：33000 m 3/h；甲苯排放量为 270 kg/h（最大值）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。2.4 处理后气体排放浓度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 1 GB16297-1996 中甲苯的二级排放标准最高允许排放速率，kg/h序号 污染物 最高允许排放浓度，mg/m3 排气筒高度，m 二级标准15 3.120 5.21 甲苯 4030 182.
3、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 GB 6515-86 通风除尘技术工业通风环保设备材料手册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1. 严格执行国家环境保护有关法规，按规定的排放标准，使处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
4、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。（
5、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、水分离后回收溶剂，适用于不连续的处理过程，特别对低浓度有机废气中的溶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
6、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：图 3-1 系统工艺流程图烘干废气 风机引风机集气罩 列管式冷凝器 1溶剂水分离器甲苯贮槽 2冷却水贮槽水槽过滤阻火器活性炭吸附器尾气排放低压蒸汽 锅炉房列管式冷凝器 2冷凝水回收槽甲苯贮槽 1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
7、，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，避免漆雾粒子粘在吸附床内的活性碳纤维材料上，影响有
8、害气体吸附效果。其次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 风量（m 3/h）甲苯入口浓度(mg/m3)
9、处理后浓度(mg/m3) 回收（kg/h） 回收效率(%)列管式冷凝器 8182 904 244.9 90.7活性炭吸附器33000904 40 24.0 95.65.2 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 1300mm 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；风量：33700m 3/h；压力损失：1039Pa； 除尘效率：可除去 5m 以上的粉尘，效率 9599。（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
10、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：DN250mm；进口风速：20 m/s；风量：3530m 3/h；壳体材料：SUS304L；滤芯材料：金属粉末烧结管；过滤精度：0.5120m； 工作压力：0.61.6Mpa。2. 阻火器根据废气性质和气量，本项目选用 ZHQ型管道防爆波 N 阻火器十台，其具体参数为：DN250mm；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
11、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：（1）已知条件：烘干废气风量 33000m3/h，进气温度 80，甲苯浓度为 8182mg/m3，流量为 270 kg/h 出口温度为 24，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=30
12、96.52, C=53.67。由 Antoine 方程 （p 为温度 T 时的饱和蒸汽压，mmHg ）CTBApln80时 p291.21mmHg；24时 p27.00mmHg因此，80降温至 24的回收率为 90.721.907所以，至 24时甲苯冷凝量为 27090.7%=244.90kg/h，剩余流量为 270244.925.1kg/h。24时总废气体积约为 ，冷凝处理后废气中327615.380243m残留甲苯浓度为 6/91027.5mg（3）计算换热器的面积 A80时甲苯质量流量为 270kg/h，则每小时排出的甲苯体积 V 为385192).780(.7mMPmRTV又废气总体积
13、流量为 33000 m3/h，废气平均分子量约为 28。80时废气质量流量 kg/h31908)5.2780(.RTV废气中空气的质量流量为 3190827031638kg/h。废气从 80(T1)降至 24(T2) ，冷水从 20(t1)升高至 23(t2)。热负荷 Q1甲苯降温传热量空气降温传热量270 1.7 (80 - 24) + 31638 1.005 (80 - 24)1.810 6 kJ/h冷却水用量 W 143t/htc )203(.4186先按单壳程考虑：对数平均温差 19.95K)/()ln(| 121tTtTtm 12tTR35612tP0根据 R、P 的值查温度校正系数
14、图可得，温差修正系数 0.890.8，tF可见用单壳程合适，因此有效温差 17.8KtmtTF假定换热器总传热系数为 ，则所需传热面积为: )/(1302KW216m 2KTQA（4）主要工艺及结构基本参数的计算选用 252.5mm 钢管，材质 20 号钢。 取管内冷却水的流速为 0.5 m/s，则管数 253 根24iduVn20.5.1/)3614(管长 l 10.9m0A.3因此，取管程数为 2，管长为 6m，总管数为 2532506 根。壳体的公称直径 DN800mm，公称压力为 10kgf/cm2。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
15、：选用 6m 长的 252.5mm 钢管（材质 20 号钢）共 506 根；壳体直径 800mm；换热面积 216m2；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 20，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）确定所需蒸汽量脱附时甲苯回收率
16、 95.6409需吹脱甲苯量为 25.195.624.0 kg/h。一般取蒸汽量：吹脱溶剂量（410）：1，确定蒸汽量为 150 kg/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 Antoine 方程 （p 为温度 T 时的饱和蒸汽压，mmHg ）CTBApln120时 p984.7mmHg；30时 p36.67mmHg因此，80降温至 30的回收率为 97.3，即甲苯基本7.98463上全部冷凝下来。（3）计算换热器的面积 A120时甲苯质量流量为 24kg/h，水蒸气质量流量为 150 kg/h。蒸汽从 120降低至 30，冷却水从 20升高至 25。热负荷 Q1甲苯降温传热量蒸汽传热量蒸汽冷凝潜热24 1.7 (120 - 30) + 150 4.2 (120 - 30)150 22320.39510 6 kJ/h冷却水用量 W 18.8t/htc )205(.41396先按单壳程考虑：对数平均温差 37.76K)/()ln(| 121tTtTtm18 12tTR12tP0根据 R、P 的值查温度校正系数图可得，温差修正系数 0.930.8，tF
