活性炭吸附脱附及附属设备选型详细计算书目录1.绪论 (1)1.1概述 (1)1.1.1有机废气的来源 (1)1.1.2有机物对大气的破坏和对人类的危害 (1)1.2有机废气治理技术现状及进展 (2)1.2.1各种净化方法的分析比较 (2)2设计任务说明 (4)2.1设计任务 (4)2.2设计进气指标 (4)2.3设计出气指标 (4)2.4设计目标 (4)3工艺流程说明 (5)3.1工艺选择 (5)3.2工艺流程 (5)4设计与计算 (7)4.1基本原理 (7)4.1.1吸附原理 (7)4.1.2吸附机理 (7)4.1.3吸附等温线与吸附等温方程式 (8)4.1.4吸附量 (10)4.1.5吸附速率 (11)4.2吸附器选择的设计计算 (11)4.2.1吸附器的确定 (11)4.2.2吸附剂的选择 (13)4.2.3空塔气速和横截面积的确定 (15)4.2.4固定床吸附层高度的计算 (15)4.2.5吸附剂（活性炭）用量的计算 (17)4.2.6床层压降的计算]15[ (17)4.2.7活性炭再生的计算]16[ (18)4.3集气罩的设计计算 (19)4.3.1集气罩气流的流动特性 (19)4.3.2集气罩的分类及设计原则 (20)4.3.3集气罩的选型 (20)4.4吸附前的预处理 (22)4.5管道系统设计计算 (23)4.5.1管道系统的配置 (23)4.5.2管道内流体流速的选择 (24)4.5.3管道直径的确定 (24)4.5.4管道内流体的压力损失 (25)4.5.5风机和电机的选择 (25)5工程核算 (28)5.1工程造价 (28)5.2运行费用核算 (28)5.2.1价格标准 (28)5.2.2运行费用 (29)6结论与建议 (30)6.1结论 (30)6.2建议 (30)致谢 (33)1.绪论1.1概述1.1.1有机废气的来源有机废气的来源主要有固定源和移动源两种。
移动源主要有汽车、轮船和飞机等以石油产品为燃料的交通工具的排放气；固定源的种类极多,主要为石油化工工艺过程和储存设备等的排出物及各种使用有机溶剂的场合,如喷漆、印刷、金属除油和脱脂、粘合剂、制药、塑料、涂料和橡胶加工等。
1.1.2有机物对大气的破坏和对人类的危害有机废气中的挥发性有机物称为VOCs(Volatileorganiccompounds),在涂装、印刷、制鞋和化工生产的许多行业中,一些工业产品的生产工艺过程都伴有大量的挥发性有机化合物(VOCs)废气的排出。
VOCs废气排入大气环境中会产生以下几个方面的影响:①VOCs是光化学反应的前体,有阳光照射时,在合适的条件下VOCs与NOx及其它悬浮化学物质发生一系列光化学反应,主要生成臭氧,形成光化学烟雾,从而发生光化学污染；②光化学烟雾会刺激人的眼睛和呼吸系统,有些VOCs还具有强烈刺激气味,空气中达到一定浓度时则产生令人不适的感觉,影响空气质量；③有些有毒的VOCs(如芳香烃等)气体在环境中存在会损害人们的健康,长时间暴露在污染空气中会引发癌变或引起其它严重疾病,如苯对骨髓的造血机能造成破坏,是一种致癌物；甲苯和二甲苯对中枢神经具有强的麻醉作用；氯乙烯为致癌物。
在制鞋业,由于“三苯”中毒而导致工人致死事件已发生过多起,而涂料工业使用的溶剂中,主要是甲苯、二甲苯和其它毒性有机物。
光化学烟雾也会危害人的健康和植物的生长，1965年日本各大城市频繁发生的光化学烟雾,1966年美国洛杉矶的光化学烟雾均对人类健康造成危害。
VOCs对环境的极大危害和对人体健康的严重威胁，引起了世界各国政府的高度重视。
美国环保署E P A（EnvironmentalProtectionAgency）定义的污染物中VOCs 占了300多种，而美国1990年的《清洁空气法》（CleanAirAct）要求减少90%排放量的189种毒性化学物中，70%属于VOCs]1[。
我国在1997年1月1日开始实施的《中华人民共和国国家标准大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)3工艺流程说明3.1工艺选择处理工艺的选择,应根据气量大小、净化要求、回收的可能性、设备建造和运转的经济性等条件全面考虑,实际工作中应特别注意与工艺密切配合,尽可能做到综合利用。
目前]4[,国内外对有机废气治理的常用方法有三种:液体吸收法、活性炭吸附法及催化燃烧法。
液体吸收法净化效率为60%～80%,适合处理低浓度,大风量的有机废气,但存在着二次污染；催化燃烧法净化率为95%,适合处理高浓度,小风量的有机废气，缺点是对处理对象要求苛刻,要求气体的温度较高,为了提高废气温度,要消耗大量的燃料,所以运行费用很高；活性炭吸附法净化效率为99.2%～99.3%,对于处理大风量、低浓度的有机废气,国内外一致认为该法是最为成熟和可靠的技术,但该工艺流程过长,操作费用高,另外需要稳定的蒸气源也常常是比较困难的事情。
针对这些问题,结合本毕业设计特点和具体要求，采用利用活性炭固定床吸附系统对工业有机废气进行净化，选用蜂窝状活性炭做为吸附剂。
3.2工艺流程注：1集气罩;2除雾过滤器;3活性炭固定吸附床;4提供蒸汽的风机;5离心风机;6排气罩.图2.3有机废气工艺流程图该处理工艺系统组合十分紧凑,集吸附-脱附于一体。
在生产过程所产生的废气主要为苯、甲苯、二甲苯等，根据苯类性质，本方案采用活性炭作为吸附剂对废气进行吸收处理，吸附床一般配置2台以上,轮换使用,当1台吸附床吸附的有机物达到规定的吸附量时,换到另1台吸附床进行吸附净化操作,同时对前面1台吸附床进行脱附再生。
脱附是在外加蒸汽的作用下通过加温进行的,由尾气放出的热气流大部分用于吸附床吸附剂的脱附再生,达到余热的利用。
生产中挥发出来的废气，通过离心风机将其送至吸附塔以活性炭作为吸附剂，在塔内的气体从右到左，从下到上通过活性炭过滤层对气体进行处理，净化后的气体通过排气管排入大气。
如附图1所示剂表面上的吸附质量逐渐增多，也就出现了吸附质的脱附，且随时间的推移，脱附速度不断增大。
但从宏观上看，同一时间内吸附质的吸附量仍大于脱附量，所以过程的总趋势认为吸附。
当同一时间内吸附质的吸附量与脱附量相等时，吸附和脱附达到动态平衡，此时称为达到吸附平衡。
平衡时，吸附质再在流体中的浓度和在吸附剂表面上的浓度不再变化，从宏观上看，吸附过程停止。
平衡时的吸附质在流体中的浓度称为平衡浓度，在吸附剂中的浓度称为平衡吸附量。
当吸附质与吸附剂长时间接触后，终将达到吸附平衡。
吸附平衡量是吸附剂对吸附质的极限吸附量，亦称静吸附量分数或静活性分数，用Xt表示，无量纲。
它是设计和生产中十分重要的参数。
吸附平衡时，吸附质在气、固两相中的浓度关系，一般用吸附等温线表示。
吸附等温线通常根据实验数据绘制，也常用各种经验方程式来表示。
4.1.3吸附等温线与吸附等温方程式平衡吸附量表示的是吸附剂对吸附质吸附数量的极限，其数值对吸附造作，设计和过程控制有着重要的意义。
达到吸附平衡时，平衡吸附量与吸附质在流体中的浓度与吸附温度间存在着一定的函数关系，此关系即为吸附平衡关系，其一般都是根据实验测得的，也可以用经验方程式表示。
4.1.3.1吸附等温线在气体吸附中，其平衡关系可表示为：A＝f（p,T）式中A——平衡吸附量；p——吸附平衡时吸附质在气相中的分压力；T——吸附温度根据需要。
对一定的吸附体系可测得如下关系：①当保持T不变，可测得A与P的变化关系②当保持P不变，可测得A与T的变化关系③当保持A不变，可测得P与T的变化关系依据上述变化关系，可分别绘出相应的关系曲线，分别为吸附等温线，吸附等压线和吸附等量线。
由于吸附过程中，吸附温度一般变化不大，因此吸附等温线最为常用。
吸附等温线描述的是在吸附温度不变的情况下，平衡时，吸附剂的吸附量随气相中组分压力的不同而变化的情况。
根据对大量的不同气体与蒸气的吸附测定，吸附等温线形式可归纳为六种基本类型。
4.1.3.2吸附等温方程式根据大量的吸附等温线整理出描述吸附平衡状态的经验方程式，即为吸附等温方程式，其中有的完全依据实验数据所表现的规律整理而得，一定条件范围内具有应用意义，但不具有理论指导意义，如弗罗因德利希（Freundlich）吸附等温方程式；有些是以一定的理论假设为前提得出的方程式，如朗格谬尔（Langmuir）吸附等温方程式和B·E·T方程，后者应用较多。
（1）朗格谬尔方程式朗格谬尔吸附理论假定：①吸附仅是单分子层的；②气体分子在吸附剂表面上吸附与脱附呈动态平衡；③吸附剂表面性质是均一的，被吸附的分子之间相互不受影响；④气体的吸附速率与该气体在气相的分压成正比。
根据上述假设，可推导出朗格谬尔等温式：式中θ——吸附剂表面被吸附分子覆盖的百分数；a——吸附系数，是吸附作用的平衡常数；p——气相分压。
朗格谬尔等温式的另一表现形式为：式中Vm——单分子层覆盖满时（θ 1）的吸附量；V——在气相分压p下的吸附量。
在压力很低时，或者吸附很若时，ap≤1,上式变成：V=Vmap由朗格谬尔等温式得到的结果与许多实验现象相符合，能够解释很多实验结果，因此，它目前仍是常用的、基本的等温式。
在很多体系中，朗格谬尔等温式不能在较大的θ范围内与实验结果相吻合。
（2）弗罗因德利希方程式式中q——固体吸附气体的量，㎏/㎏吸附剂；P——平衡时气体分压；k，n——经验常数。
在一定温度下，对一定体系而言是常数，k和n随温度变化而变化；m——吸附质质量，㎏；x——被吸附气体的质量。
弗罗因德利希等温方程式只是一个经验式，它所适用的θ范围比朗格谬尔式要大些，可用于未知组成物质的吸附，如有机物或矿物油的脱色，通过实验来确定k与n。
有资料认为它在高压范围内不能很好地吻合实验值。
（3）B·E·T方程由于朗格谬尔的单分子层吸附理论及其等温方程对中压合高压物理吸附不能很好地吻合，在此基础上发展了B·E·T理论。
它除了接受朗格谬尔理论地几条假定，即固体表面是均匀的，被吸附分子不受其它分子的影响，吸附与脱附在吸附剂表面达到动态平衡以外，还认为在吸附剂表面吸附了一层分子以后，由于范德华力地作用还可以吸附多层分子，而第一层与以后的各层有所不同。
吸附达平衡后，吸附总数（V）为：P——平衡时气体分压；V——压力为p时的吸附总量；Vm——吸附剂表面为单分子层铺满时的吸附量；P0——实际温度下气体的饱和蒸气压；C——与气体有关的常数。
很多实验证明，当比压p/p0在0.05－0.35范围内时，B·E·T公式是比较准确的，在低压下可以与朗格谬尔等温式一致。
4.1.4吸附量吸附量是指在一定条件下单位质量地吸附剂上所吸附的吸附质的量，通常以㎏吸附质/㎏吸附剂或质量百分数表示，它是吸附剂所具有吸附能力的标志。