1、 1 毕业论文 开题报告 环境工程 工艺蜡烛生产中含香料无组织废气的收集处理系统设计 一、选题的背景、意义 大气环境是人类赖以生存的可贵资源，我们进行生命活动所需要的氧气，植物进行光合作用所需要的二氧化碳都是大气中的重要组成成分，要是大气环境被破坏了，在地球上的生物都不能很好的生存，由于大气环境资源的破坏是一种不可逆过程，所以恢复良好的大气环境质量要比采取措施从根本上防治大气污染付出更多的经济代价。当前社会在治理环境方面的在技术装备水平低，缺乏对环境保护考虑的地方政策的出台，本身就是造成加重大气污染的诱因，所造成环 境危害和损失是难以挽回的 【 1】 。 当前，我国大气污染状况十分严重，主要呈
2、现为煤烟型污染特征。城市大气环境中悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加：氯氧化物污染呈加重趋势；全国形成华中、西南、华东、华南多个酸雨区，以华中酸雨区为重 【 2】 。 “十一五”以来，长江三角地区的大气污染由煤烟型转换成复合型污染，其中工业企业的无组织废气的排放未得到有效控制，是造成环境空气质量不断恶化的原因之一，无组织废气主要来源于 化工生产中常有蒸馏冷凝、离心、结晶、烘干等工序，都有可能发生有 机物和溶剂挥发产生无组织废气的情况，特别是在离心、烘干等工序，一般排放浓度较高，这方面的无组织废气排放量与工艺方法和设备形状有很大关系。无组织废气排
3、放的特点是污染源分散，排放高度低，排放量不大，污染物没经充分扩散稀释就进入地面呼吸带。但不大的排放量，也会在排放点附近形成高出标准允许排放的污染区，故无组织排放引起的污染问题越来越严重 【 3】 。 近年来， 随着国民经济的发展和人们生活水平的日益提高，人们对环境保护的意识正在日益增强。国家关于环境保护的法律、法规、规范和标准相继出台，使得环境保护越来越规范化、制度化。 虽 然 目前 我国大气污染防治工作取得了很大的成效，但由于各种原因，我国大气环境面临的形势仍然非常严峻。 为了保护我们周围的大气环境不被破坏，为了实现经济效益和环境效益的双赢， 采用合理有效的处理工艺对无组织废气进行处理对环保
4、工作有很大的意义 【 4】 。 工业生产中排放的废气成分复杂，容量比较大，因此对人类的健康和社会的发展带来影响，一般处理这些废气主要方法有吸收法、吸附法、催化氧化、燃烧法、及生物法等 【 5】 。对于工艺蜡烛生2 产中含香料的无组织废气的排放的 主要污染物来自挥发性溶剂以及反应过程产生的挥发性有机物质比如是 酯类、醚 类、醛类等有机工业废气 。 因此采取的处理挥发性有机工业废气的方法来间接性处理那些无组织废气 【 6】 。 设计针对某工厂的无组织废气的排放，设计处理工艺完成相关的计算。 二、相关研究的最新成果及动态 工艺蜡烛生产中含香料的无组织废气的收集系统处理有很多方法，对于不同的无组织废气
5、其收集方法各不同，下面叙述各种无组织废气处理方法。 1.1 对无组织废气中挥发性有机污染废气的处理 1 1.1 吸收法 吸收法是利用液体吸收液从气流中吸收气态 VOCs的一种方法，常用于处理高湿度 VOCs气流(50%)。该法的处理浓度 范围为 500ppm-800ppm，效率高达 95%-98%，但投资较大、设计困难、应用较少，其常用方式有填料塔和喷淋塔两种。常用的吸收剂有柴油、煤油、 664消泡剂、碳酸丙烯醛等。该法对处理大风量、常温、低温、低浓度含苯 VOCs比较有效并且费用低。用柴油或碳酸丙烯醛作吸收剂处理喷漆尾气，用 7-8块塔板数，即可达 90%左右的吸收率，用 20的水蒸气对柴油
6、进行解吸，解吸率达 85%。由于柴油本身易燃，且价格日益上涨。近年来，以水一柴油作为苯系物吸收液，对吸收剂的组成、数值、表面活性剂的选择和用量、吸收容量进行了大量实 验，获得苯系物吸收率为 80%左右的结果。常用吸收剂对苯系物的吸收过程的传质阻力主要在气膜和液膜内，其净化效果取决于气、液两相接触频率和面积，因此反应器的优化也是该技术研究的一个方向 【 7】 。 1.1.2吸附法 吸附法是利用吸附剂孔状结构的巨大表面积对 VOCs进行吸附的一种方法。它适宜处理成分单一、气流稳定、浓度为 300ppm一 800ppm的有机废气，主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分
7、酮类和醛类，常用活性炭和大孔树脂作为吸附剂，是应用较为广泛的一种 VOCs控制方法。该方法设 备简单、处理量的范围较大，应用灵活，特别是活性炭吸附更是被广泛应用。但活性炭性能受水分含量的影响较大，被处理的 VOCs气体湿度应在 60%以下。同时，活性炭在达到饱和后需要进行再生，废炭的产生也可能出现二次污染问题。对吸附法的研究，主要集中在吸附剂方面。以前侧重于如何再生活性炭，以提高废旧活性炭的吸附能力，延长使用寿命，3 因此产生了诸如蒸汽再生、热空气再生、氮气再生等多种方法 【 7】 。 1.1.3燃烧法 燃烧法就是利用高温氧化将 VOCs转化 CO2和 H2O的一种方法。 VOCs气体进入燃烧
8、室后，在足够高温度、过量空 气、湍流的条件下完全燃烧，处理效率可达到 95%。该方法原理简单，彻底破坏 VOCs，同时可回收热能，是目前使用最普遍和最广泛的一种方法。据悉，在欧洲的燃烧设备占 VOCs控制设各市场总份额的 43%。但是该方法要求特定的运行条件，燃烧温度需达到 70-1200，而在此温度条件下空气中的氮易被转化为 NOx，形成二次污染物，同时燃烧也会产生一些有毒成分，需要作进一步的处理 【 8】 。 1.1.4催化氧化法 催化氧化和直接燃烧法作用原理基本类同，只是在反应器内需要安装蜂窝状或片状催化剂。由于使用了催化剂，它可以在较低的温 度下运行，从而降低了辅助燃料消耗和运行费用。
9、常用于处理低浓度的 VOCs气体，对气体流量的适应范围较大。该法的处理率超过 90%。最近，美国开发出氧化铬一氧化铝球型催化剂，可将加利福尼亚某空军基地含三氯乙烯 (TCE)浓度达到 1%-2%的 VOCs气体焚烧掉， TCE的破坏率达 97.5%。但催化剂在硫、硅等化学物质的作用下易发生中毒现象，造成活性降低 【 9】 。 1.1.5生物法 生物法是利用微生物在好氧条件下将有机物氧化为 CO2和 H2O，其反应过程和氧化法相似，但不是用热而是用生物去破坏 VOCs。这是一种价廉、有效的 处理方法，设备简单，常用于处理低浓度 VOCs气体，但对温度、 PH值、水分含量、气流速度等运行条件的要求
10、比较严格。如果氧化不完全，可能产生比 VOCs毒性更强的副产物。生物法常分为生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池 3种类型，生物法具有设备简单，运行维护费用低，无二次污染等优点，对处理低浓度，易降解的 VOCs具有广阔的应用前景。但此方法对成分复杂的废气或难以降解的 VOCs，去除效果较差 【 10】 。 1.1.6冷凝法 冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的这一性质，采用降低温度、提高系统的压力或者既降低温度 又提高压力的方法，使处于蒸气状态的污染物如（ VOCs）冷凝并与废气分离。该方法特别适用于处理废气体积分数在 10-2以上的有机蒸汽。冷凝法在理论上可达到很高的净化程度，但是当
11、体积分数低于 10-6时，须采取进一步的冷冻措施，使运行成本大大提高。所以冷凝法不4 适合处理低浓度的有机气体，而常作为其他方法净化高浓度废气的前处理，以降低有机负荷，回收有机物 【 11】 。 1.2 对某工厂含香料无组织废气的具体处理方案 1.2.1吸附 -脱附 -冷凝工艺 1、吸附过程 吸附式气体结合到固体上去的质量传递过程。气体（吸附质） 进入固体（吸附剂）的孔隙中但并未进入其晶格内。吸附过程可能是物理过程，也可能是化学过程。物理吸附主要是范德华力引力起作用，一般没有选择性，在吸附过程中没有电子转移，没有化学键的生成与破坏。化学吸附实际上是一种化学反应，具有选择性，在化学吸附过程中，气
12、体和固体表面发生了化学反应。 最普遍使用的吸附剂是活性炭、分子筛、硅胶和活性氧化铝。这些吸附剂经过处理后表面积极大，可有效吸附碳氢化合物等污染物。其缺点是对水优先选择性吸附作用。所有的吸附剂在一定的高温下会发生变化。在这些温度下，其吸附能力很弱。污染物可 以被解脱出来，从而使吸附剂的活性得到再生，这个过程成为脱附。 为进行连续操作，一般提供两个或多个吸附床。一个或几个吸附床在吸附时，另一个或几个吸附床则进行再生。在吸附过程中，被收集的污染物滞留在吸附床中，只要吸附床有足够的容量，污染物就不会释放出来。但是当吸附床中的污染物浓度达到饱和时，污染物便开始释放出来，这种现象称为穿透。达到饱和的吸附床
13、需要进行再生，一般采用加热的气体对吸附床进行脱附，一方面使吸附床重新具有活性，一方面使污染物被解脱出来进行回收或分解处理 【 12】 。 2、冷凝过程 吸附床 排出的气体先经预冷却器降温 ,再经冷凝器使 VOC 冷凝回收下来 ,之后气体经加热器升温回到吸附床加热解析活性炭 ,脱附过程不引入新风 ,脱附浓缩比较高 【 12】 。 3、吸附 -脱附 -冷凝工艺 设气体缓冲罐使尾气均匀进入纤维活性炭吸附床。设两台吸附床 ,一台处于降温吸附过程 ,另一台处于加热脱附过程中 ,两台吸附床通过电动阀门自动转换作用。吸附过程启动设于固定炭层间的冷却器 ,以吸收吸附热、降低床层温度 ,尾气经吸附后 ,净化气体
14、由排气风机进入烟囱排放。脱附过程 ,开启固定炭层间的加热器及循环风机 ,使系统全面加热 ,随着活性炭温度提高 ,VOC 逐渐解析出来 ,5 循环气体中 VOC 浓度也不断提高。吸附床排出的气体先经预冷却器降温 ,再经冷凝器使 VOC 冷凝回收下来 ,之后气体经加热器升温回到吸附床加热解析活性炭 ,脱附过程不引入新风 ,脱附浓缩比较高【 13】 。 2无组织废气工艺防治处理 2.1.装置区的无组织废气 投料方式：采用自动投料方式。避免人工投料，在密闭的情况下投料，减少无组织挥发。 物料转移方式：物料的转移包括从罐区到反应设备，以及从设备到设备，均应在密闭的情况下，不得以敞开的方式转移，减少无组织
15、的排放。 设备要求：提高设备的密封性能，包括管 道连接件、阀门等的密封性能。 自动控制的要求：采用自动控制工艺，提高反应控制能力，减少无组织废气排放。 溶剂的替代：以高沸点的溶剂替代低沸点溶剂，以及减少低沸点溶剂的使用量。减少低阈限值物质的使用和生产 【 14】 。 2.2罐区无组织废气 罐区无组织废气一直是精细化工企业的一个重要的无组织排放源，为最大程度地减少罐区无组织排放，采取了以下多项措施：液体物料均采用汽车槽车进行运输。槽车与罐的连接采用新型的干式快速接头，可大大减少连接软管内残留物料的挥发。槽车卸料时 (即罐进料 )，槽顶与槽车用气相平衡管连通罐内由 于液位上升排出的气体进入汽车槽车
16、内。罐顶采用氮气保护，罐内液位下降时，通过氮气管道补充氮气至罐内，从而避免了罐内液位升降所产生的废气排放，即所谓的大呼吸气体，这也是罐区无组织排放废气的主要来源。为减少罐内贮存物料自然挥发产生的废气 (即小呼吸气体 )，一方面对于沸点低、易挥发的物料采用自循环的方式，用冷冻盐水保持罐内物料的低温状态，减少自然挥发的废气量。另一方面，用管道将自然挥发的气体送废气洗涤塔进行洗涤后排放。搅拌器及其他关键设备的均由国外引进，以降低系统的泄漏率 【 14】 。 2.3污水处理装置的无组织废气 油预分离系统、一级气浮池、调节池、 CAST池和污泥浓缩池的废气主要是有机溶剂的挥发。池体密封，收集气体，然后通
17、过生物处理系统处理，高空排放 【 14】 。 3无组织废气工艺处理流程 针对上述处理方法和工艺，对某工厂含香料的无组织废气的处理可以采取的工艺流程中主要是6 吸收法、吸附和催化还原。 废气 过滤装置 洗涤 吸收装置 吸附装置 冷凝处理 净化装置 -排气装置 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 1 研究内容 ：本课题 研究工艺蜡烛生产中含香料的无组织废气的收集处理系统设计 。 2 研究方法和技术路线： 设计工艺蜡烛生产中含香料的无组织废气排放量计算，排放浓度的估算等。 根据设计的无组织废气处理工艺采用吸收法，吸附法，催化氧化法，冷凝法，生物法。 根据设计方案，
18、察看设计效果。 确定并完成毕业设计，完成 CAD设计图纸。 3研究难点： 由于蜡烛生产工艺中含香料的无组织废气所含的污染物成分复杂，废气量大，在计算废气排放量和排放浓度时所设计的参 数只是大致的估计值，在处理无组织废气时由于挥发性有机污染物质占据较多的体积所以处理起来难度较大。 四、论文详细工作进度和安排 2010.11.15-2010.11.20 完成毕业论文管理系统网上选题、确认； 2010.11.21-2010.12.20 完成文献综述、开题报告，并准备进行开题答辩材料； 2010.12.21-2011.1.15 编写毕业设计方案，做好设计所需前期准备工作； 2011.2.20-2011
19、.4.30 完成工艺、设备设计计算，编写设计说明书；用 Auto CAD画出废气收 集和处理 工艺流程图、主要设备图及平面布置图； 2011.5.3-2011.5.25 毕业设计初稿整理和撰写、修改及定稿； 2011.5.25-2011.5.30 设计 ppt制作、参加毕业答辩，提交与毕业设计相关的全套材料。 五、主要参考文献 1曹磊 . 化工企业无组织排放废气的危害与防治 .污染防治技术， 2006.19（ 5） 50-59. 2吴康跃 ,陈根良 ,陈杰等，农药厂废气污染综合治理系统设计与应用 .环境污染与防治 ,2009,31(10):97-104. 3 汪涵 , 郭桂悦 , 周 玉 莹
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