一、设计条件某汽车制造企业在喷涂工序产生工艺废气，主要污染物为漆雾、二甲苯、VOCs等，排放量为73万m3/h，具体详见表：根据《环境空气质量标准》（GB3095-2012），环境空气功能区分为二类：一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的区域；二类区为居住区、商业交通居民混合区、文化区、工业区和农村地区。
假设该工厂位于二类区，根据《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996），其排放要求为：本计算书以附件工艺图为计算前提，进行下述设备的选型计算：（1）漆雾处理装置、（2）浓缩转轮、（3）RCO、（4）混合换热器、（5）主风机、（6）RCO风机二、装置计算2.1 漆雾处理装置漆雾处理装置由玻璃纤维棉及装置框架组成，玻璃纤维棉由高强度的连续单丝玻璃纤维组成，呈递增结构，捕捉率高、漆雾隔离效果好、压缩性能好，能保持其外型不变，其过滤纤维空间结构利于储存漆雾灰尘，具弹性、低压损，对漆雾有较佳的捕集效滤。
玻璃纤维棉捕集来自喷涂工序的过量油漆（即漆雾），避免影响后续的废气处理装置。
通过咨询某玻璃纤维棉供应商，获得其产品参数：为保证漆雾处理效果，本方案选择LH/PA-100型号，设计参数如下：因处理风量较大，设计4套漆雾处理装置，进行并联设置，如示意图所示:则每套漆雾处理装置的处理风量为：Q=7300004m3/ℎ=182500m3/ℎ根据单套漆雾处理装置的风量及设计过滤风速，每套漆雾处理装置的过滤面积为：A=1825000.8×3600m2=63.37m2根据该过滤面积，设置漆雾处理装置长度为10米，则宽度为：d=63.3710m=6.337m对数据进行化整，取d=6.4m。
同时，为保证漆雾处理效果，避免影响后端浓缩转轮的使用性能，采用玻璃纤维棉供应商的建议，设置两层漆雾过滤，装置结构示意图如下：为保证设备能装入两层100mm厚度的过滤层，同时留有检修孔等，设置漆雾处理装置高度为1.5m.漆雾处理装置阻力为：P=2层×(20~220)Pa/层=(40~440)Pa漆雾浓度为4.07mg/m3，则单套漆雾处理装置每小时处理漆雾量为：M=182500×4.071000000=0.74kg/ℎ根据玻璃纤维棉供应商提供的参数，取其容漆雾量为4.5kg/m2，则玻璃纤维棉更换周期为：W=0.74kg/ℎ4.5kg/m2=0.16m2/ℎ根据《环保装置设计手册—大气污染控制装置》，一般工业通风管道内的风速为：设计漆雾处理装置进出口半径为1.1m，则对应风管风速为：S=1825001.1×1.1×3.14×3600m/s=13.34m/s<14m/s因此该半径符合相关设计要求。
综合上述计算，单套漆雾处理装置的各项参数统计如下：2.2 浓缩装置因总处理风量较大，本方案设置两套浓缩转轮装置进行并联，则单套处理风量为：Q=730000m3/ℎ=365000m3/ℎ转轮处于连续转动状态中,工厂排出的处理气（V）中，一部分用作冷却气用，经过转轮冷却区后进入热交换器加热至约200℃，再进入转轮脱附区。
从转轮脱附区脱附的VOC废气进入RCO或其他燃烧装置中，经氧化分解为H2O、CO2。
脱附区经冷却区冷却至可吸附温度后得到再生，转入吸附区进行吸附工作。
吸附区净化后的处理气（V1）排放至大气。
浓缩倍率L定义为V1/V2；浓缩转轮的工艺图如下：（1）过滤面积通过咨询浓缩转轮供应商，建议过滤风速≤2m/s。
据供应商介绍，浓缩转轮分为吸附区、脱附区及冷却区，其中吸附区占截面面积的10/12，脱附区占截面面积的1/12，冷却区占截面面积的1/12，则在该半径下其过滤面积最小为：S=Q3600v360°300°=3650003600×2×360°300°=60.8m2设浓缩转轮半径为4.5m，则其过滤面积为63.585＞60.8，满足设计要求。
核算当转轮半径为4.5m时其过滤风速：v=36500063.585×3600×360°300°=1.91ms＜2m/s符合供应商参数要求。
（2）浓缩转轮转速吸附与脱附在转轮运行周期中是同步进行的，两者互为影响并共同决定转轮的去除效率，而转速的大小意味着吸附和脱附时间的长短。
转速过低时，吸附区停留时间过长造成吸附质穿透，此种情况需提高转速加快吸附剂的更替。
转速过高时，脱附区停留时间过短造成再生不足，此种情况需降低转速给再生区足够的再生时间。
根据供应商推荐，最佳转速实质是吸附与脱附时间的控制，以实现转轮去除率最大，转轮的电机必须可调并满足转轮2~6转/h，而在系统调试时根据工况实际调整。
（3）转轮厚度转轮的吸附容应确保吸附区转入再生区时，吸附区还未达到饱和。
厚度越大则转轮的吸附容量越大，但厚度大会带来脱附不均的问题。
根据供应商建议，转轮厚度取600mm。
（4）脱附温度脱附温度主要由三个因素决定：吸附质的性质（沸点）、转轮设备的隔热效率、冷却区的冷却能力。
要使吸附质脱出，脱附温度一般需高于吸附质的沸点温度。
因为沸石分子筛甚至能承受上千度的高温，所以脱附温度越高，对脱附过程是越有利的。
但若脱附温度太高，因传热作用，会造成靠脱附区一侧吸附区吸附效率降低。
再者会加重冷却区负荷，若超出冷却区极限，转入吸附区时温度过高也会降低吸附效率。
根据供应商介绍，本方案脱附温度设置为200℃。
综合上述计算，单套浓缩转轮装置的各项参数统计如下：2.3 催化氧化装置因总处理风量较大，本方案设置两套催化氧化装置进行并联，则单套处理风量为：Q=73000m3/ℎ=36500m3/ℎ以下为单套RCO的计算过程。
2.3.1 催化剂用量计算通过咨询某RCO催化剂供应商，获取其产品参数如下：根据催化剂供应商提供的参数，取空速为15000 L/kg.h、堆积密度0.6 kg/L，则单套RCO所需催化剂量为：M=35600×100015000kg=2.43t=4.06m32.3.2 RCO计算参数汇总因二甲苯也属于VOCs中的一类，假设总VOCs浓度为54+151.8=205.8mg/m3，因浓缩转轮浓缩倍数为10倍，因此进入RCO 的浓度为205.8×10=2058mg/m3根据任务书，并咨询蓄热体等重要部件供应商获取参数后，汇总各计算参数如下：2.3.3 保温层计算咨询保温材料供应商后，本方案采用耐火硅酸铝纤维模块，获取耐火硅酸铝纤维模块产品参数：（1）计算参数设置（2）RCO保温外壁温度Tw1=33.4+0.028×(Tr－50)= 33.4+0.028×(320－50) ℃=40.96℃（3）保温层平均温度=1/2(Tr+Tw1)= 1/2(320+41.8) ℃=180.48℃（4）保温棉导热系数λ2由供应商提供，取λ2=0.139 W/m.K（5）外界空气对流换热hair=11.63+6.95×(νair）0.5=11.63+6.95×20.5=21.46 W/(m2·K)（6）综上计算，保温层厚度Dw1=（Tr-Tw1)×λ2/((Tw1-Te)×hair)= （350-41.8)×0.139/((41.8-25)×21.46)=0.11m，为保证保温效果，对保温层厚度取整为Dw1=0.15m2.3.4 燃烧平衡（1）计算参数（2）进气比热容Ci查25℃时空气比热容，得到进气比热容Ci=1.00626KJ/kg.℃（3）RCO入口带入总能量Q1=ω×V×ρ×Ci×Ti=1518×36500×1.1691×1.00626×25=1127159.56 KJ/h（4）加热侧气体温度Ti2=η1×(Tr-Ti)/100+Ti=305.25 ℃（5）加热侧气体比热容Ci2=1.05KJ/kg.℃（6）加热侧气体总能量Q2=ω×V×ρ×Ci2×Ti2=14333611.49KJ/h（7）VOC总产热Qv=（V×ε×h×/1000000）×（η/100）=3225793 KJ/h（8）加热侧交换热量Qex=Q2-Q1=13206451.93 KJ/h（9）单位质量助燃燃料所需实际空气量Vk=（0.264×hc/1000-0.25）×β=11.43m3/m3（10）助燃空气比热容Ck=1.006KJ/kg.℃（11）单位质量助燃燃料所需空气自带热量Qk1=Vk×ρ×Ck×Te=336.25KJ/kg（12）氧化室内烟气比热容Cr=1.05KJ/kg.℃（13）助燃燃料质量M=（Qv+Q2-ω×V×ρ×Cr×Tr-φ）/（Hcom+Qk1-Vk×ρ×Cr×Tr）=-74m3/h（14）助燃燃料释放能量Qcom=M×Hcom=-2641306 KJ/h（15）助燃空气量Vr=M×Vk=-841 m3/h（16）氧化室总烟气量V3=M×Vk+ω×V=37484m3/h（17）氧化室总能量Q3=（M×Vk+ω×V）×ρ×Cr×Tr= 14743358.7KJ/h（18）蓄热侧入口总热量Q4=Q3=14743358.7 KJ/h（19）蓄热侧出口总能量Q5=Q4-Qex=1536906.79 KJ/h（20）蓄热侧总排烟量V4=V3=37483.82 m3/h（21）蓄热侧出口温度取To=120℃（22）蓄热侧出口烟气比热容估算Co=1.0136 KJ/kg.℃（23）蓄热室出口烟气温度核算To=Q5/V4/ρ/Co=34.6℃（24）RCO蓄热室蓄热侧换热效率η2=（Tr-To）/（Tr-Ti）=96.7%2.3.5 蓄热体用量计算（1）计算参数（2）蓄热室加热侧气体定性温度Tj=1/2×（Ti+Ti2）=165.125 ℃（3）蓄热室蓄热侧气体定性温度Tx=1/2×（Tr+To）=177.3℃（4）蓄热室加热侧进气流速νi=νk/α=2.37 m/s（5）蓄热室加热侧定性流速νjp=νi×（273.15+Tj）/（273.15+Ti）=3.49 m/s（6）蓄热室加热侧出口气体流速νi2=νi×（273.15+Ti2）/（273.16+Ti）=4.6 m/s（7）氧化室内烟气平均流速νy1（截面等同蓄热室）=(νk×（273.15+Tr）/（273.17+Ti）)= 2.79 m/s（8）蓄热室蓄热侧定性流速νxp=νi×（273.15+Tx）/（273.18+Ti）=3.58m/s（9）蓄热室蓄热侧出口流速νo=νi×（273.15+To）/（273.19+Ti）=2.45m/s（10）蓄热室加热侧对流换热系数hj=(0.03/de^0.17)×(0.0526×0.678^0.4×νjp^0.83/((63.85×1 0^(-6))^0.83)= 31 W/(m2.K)（11）蓄热室蓄热侧对流换热系数hx=(0.03/de^0.17)×(0.0526×0.678^0.4×νxp^0.83/((63.85×1 0^(-6))^0.83)= 31.7W/(m2.K)（12）综合换热系数K=1/（1/hj+1/hx+0.5×δ/2/λ）=15.66 W/(m3.K)（13）蓄热室气体定性温度下比热容Cd=1.02215KJ/kg.℃（14）蓄热室对数温差ΔT=（（Tr-Ti2）-（To-Ti））/ln（（Tr-Ti2）/（To-Ti））=11.99℃（15）单个蓄热室换热面积A=（τ/60）×Qex×1000/(K×ΔT×τ)= 19539 m2（16）单个蓄热室蓄热体体积Vxrs=A/χ=21.7m3（17）设置两塔式RCO，则蓄热体总用量Vxrs×2=43.4 m32.3.6 RCO尺寸计算综上述计算，RCO保温层厚度≥0.15m，单塔催化剂用量≥2.03m3，单塔蓄热体用量≥21.7 m3（1）设计单塔蓄热体尺寸为3.2×3.2×2.2（m），经核算其体积为22.528m3＞21.7m3，符合设计要求。