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活性炭吸脱附设备的几大影响


1、空塔气速和横截面积的确定
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。通过实验确定最佳气速。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、吸附剂用量和设备造价大为增高;反之也不宜取过大的空塔气速那样设备费用虽低,但吸附效率下降很多,且体系压降会随空塔速率的增大上升很快,造成动力消耗过大,因此因选取合适的空塔气速,最适宜空塔气速为0.8~1.2m/s,依此经验结论,本设计确定

空塔气速: U = 1。0 m/s。

原始条件:

处理风量:Q=20000m³/h ,设计温度为35℃,压力为1。01325×105Pa

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ρf=1。147kg/m³,黏度为μf=1。94×10-5Pa。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ρs=670kg/m³,堆积密度ρB =470 kg/m³

固定床空隙率εf =0.5

横截面积: S = Q/U= 20000/3600/1.0= 5.56 ㎡  D= m

2、固定床吸附层高度的计算
采用透过曲线计算法,通过实验将含有一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达到某一允许最大浓度时,认为吸附床失效。从气流开始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。穿透曲线的形状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形状,此过程比较复杂,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,即达到它的平衡吸附量a,也称a为静活度,同时根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ζ内,所吸附污染物的量为

      X= aSLρb

式中:X—— 在时间ζ内的吸附量;

    a —— 静活度,重量,%;

    S —— 吸附层的截面积,㎡;

    L—— 吸附层高度,m;

   ρb——吸附剂的堆积密度,设计为470 kg/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:活性炭吸脱附设备

V=C×Q×t/W/d×10-9

式中:V――活性炭的装填量,m³

   C――进口气污染物的浓度,mg/m³

   Q――气流量,m³/h

   t――活性炭的使用时间,h

   W――活性炭原粒度的中重量穿透炭容,%

   d――活性炭的堆密度0.8t /m³

V=Q/Vsp=20000/1000=20m³

算出三苯每小时的排放量:

“三苯”的浓度:ρ0=(100+80+100)×20000×10-6=5.6kg/h

假设吸附器的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:5.6×85%=4.76 kg/h  

t=V×W×d/C/Q×10-920×10%×0。8/280/20000

   ×10-9=285h 

则在吸附作用时间内的吸附量:

X=4.76×285=1356.6㎏

根据X= aSL ρb得:

L=X/a/S/ ρb

根据活性炭的吸附能力,设静活度为16kg甲苯/100kg活性炭

所以,L=1356.6/0.16/5.56/470=3.24m

3、吸附剂(活性炭)用量的计算
  吸附剂的用量M:

M = LSρb=3.24×5.56 ×470 = 8600kg

吸附剂本身占据体积:

V=LS=3。24×5。56=18。1m³

吸附剂床层体积:

V=Vρs/ρb=18.1×670/470=25.8m³

设计吸附床层尺寸为L×B=6600mm×3200mm,则每块塔板的截面积A3=21.12m³。

取板上固定床高度H=0.35m,

则吸附器中塔板数:n=V/A3/H=25。8/21。12/0。35=3。5=4块

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:

L×B×H=7000mm×3300mm×3000mm

4、床层压降的计算
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,会产生一定的压降。在设计固定床吸附器时多采用流路模型估算床层压力降,若对压力降计算有更高的要求,则可直接用实验测得的数据。本设计的床层压力降用下式计算:

 

根据活性炭的性能:

 

  =220。76

△P1=220。76×0。35=77。27Pa

5、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。至于工业上到底采用哪种操作方法,应视具体情况选用既经济又有效的方法。生产实际中,常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,可用加热氮气的办法再生。

本设计采用升温脱附,即在等压下升高吸附床层温度,进行脱附,然后降温冷却,重新吸附。吸附床的操作温度为T1,原料中吸附质的分压为Pa,当吸附床达饱和后,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。升温脱附可将吸附剂从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:

L=W/l=1/(X2-X1)×W

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℃时饱和水蒸气蒸气密度为0。03960kg/m³,则

 L=1/85%×(0.03960×20000)=931.76kg

2、加热空气所消耗得空气热含量:

        Q=l×(I2-I1)W

式中:I2――由加热器进入吸附器的空气热含量,J/kg

   mI1――进入加热器的空气热含量,J/kg

设利用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1.009 KJ/(kg.℃),则:

Q=1/85%℃(1。009-1。005)×(120-35)        ×(0。03960×20000)=316。8 KJ

6、集气罩的设计计算
在工业生产中,常用于控制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,经过净化设备净化后排到大气中,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,是生产车间控制空气污染最有效、最常用的方法。

局部排气净化系统主要由集气罩、风管、净化设备、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、净化设备设计等几个部分。

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。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扩散。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佳的控制效果;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。在控制气体中扩散效果相同的前提下,排风量越大,则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。

7、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;另一种是吹气口气流的吹出流动。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动特性是不同的。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。

8、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:密闭罩、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)集气罩应尽可能包围或靠近污染源,使污染物的扩散限制在最小的范围内,尽可能减少气吸气范围,防止横向气流的干扰,减少排风量。

(2)集气罩的吸气气流尽可能与污染气流运动方向一致,以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,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一致,力求不影响工艺操作和设备维修。

(6)集气罩应力求结构简单、坚固耐用而造价低,并便于制作安装和拆卸维修。

(7)要尽可能避免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十分复杂,但由于各种因素的相互制约,要同时满足上述要求并非易事,应充分了解生产工艺、操作特点和现场实际。

9、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 附图5 所示

其基本参数如下:

排风量:Q  = 20000 m3/h

钢板制圆形风管,取风速12 m/s

风管直径: m  

圆整为 800㎜

规格为800 ㎜×1.0 ㎜

风管横截面积: 0.50㎡

则实际风管气速: = 11.1 m/s               

 10、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,诱导周围的空气流动,加上工作点的不断变换,又与工件周围的空气大量混合,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,绝大部分在10um以下,若未经处理,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别是喷漆污染的治理非常重视,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、蒸馏析法等,根据不同产品的特性、产品生产状况以及经济性、场地情况进行选择。

本设计除雾处理采用前置式干式除尘过滤器,具体运行参数如下:

处理风量:Q=20000 m3/h

过滤速度:u =1.2~1.5 m/s

过滤面积:S =20000/3600/1.4 =4.0 m2

过滤器的尺寸:长×宽×高=700×2000×2000mm

设备阻力:P2< 350Pa

数量:一台;

采用钢板进行烧焊,过滤箱采用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多次。

11、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。
无锡威尔肯主要生产滤筒除尘器,锅炉除尘器,防爆除尘器,废气处理设备,脉冲布袋除尘器,活性炭吸脱附设备

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