【50万m3-h印刷厂有机废气处理工艺设计8000字（论文）】

万m3-h印刷厂有机废气处理工艺设计目录引言1.印刷厂有机废气介绍 71.1印刷厂有机废气种类 71.2印刷厂有机废气特点 71.3印刷厂有机废气排放的危害 71.4印刷厂有机废气的处理方法 81.4.1吸附法 81.4.2催化燃烧法 81.4.3生物法 81.5本文创新点 82.某印刷厂有机废气处理方案 92.1设计任务及原则 92.1.1设计任务 92.1.2设计进气指标 92.1.3设计原则 92.2污染源特征及设计排放标准 92.2.1污染源特征 92.2.2废气处理量和排放标准 92.3方案选择 102.3.1印刷厂有机废气处理工艺确定 102.3.2处理工艺原理 102.3.3处理工艺流程 102.3.4处理工艺优点 113.处理单元设备及选型 123.1主要材料及设备 123.1.1过滤器 123.1.2吸附装置 123.1.3吸附剂 123.1.4脱附方式 133.1.5催化燃烧装置 133.1.6催化剂 133.2设备选型 133.2.1过滤装置 133.2.2蜂窝型活性炭吸附床 143.2.3催化燃烧床 143.2.4吸附剂 143.2.5系统风机 15结论 16参考文献 17摘要：近年来，随着印刷厂的蓬勃发展，有机废气排放越来越严重，对周围的生态有严重的影响。印刷厂排放的气体主要为二甲苯，苯，甲苯。其他有机废气含量较低。印刷厂有机废气的处理方法有吸附法，催化燃烧法，冷凝法，生物处理等方法。吸附法通常要考虑吸附剂的类型，吸附的容量大小以及成本等诸多问题。本设计通过对有机废气的类型以及相关处理工艺的研究，选择将吸附法与催化燃烧法结合来去除有机废气，此方法适用的浓度范围较广。本设计选用过滤装置＋活性炭吸附装置＋脱附装置＋催化燃烧装置，其中经过催化燃烧装置未完全处理掉的气体，将循环进入脱附装置，吸附装置，进行二次处理。经脱附，吸附装置二次处理后仍未处理掉的有机废气，循环进入催化燃烧装置。经过本工艺设计处理后，排放的苯，甲苯，二甲苯的浓度均符合国家《大气污染综合排放标准》。此工艺设计的优点：将有机废气转化为二氧化碳和水，绿色环保。选用设备均为常用的有机废气处理装置，较为经济。关键词：有机废气；吸附法；催化燃烧引言随着文字时代的到来，印刷行业成为了人们获取知识和信息的关键枢纽。但是在印刷行业快速发展的同时，印刷厂排放的有机废气也对环境造成了极大的伤害。新中国发展初期，由于当时的工业还处于相对落后的状态，所选的设备大部分都比较落后，排放的大部分有机废气没有办法得到好的处理。同时当时人们的环境保护意识也不强[2]。由于在印刷过程中，需要用到大量的油墨和稀释剂，这些大部分是芳香烃类，酯类，醚类，酮类的有机溶剂。同时，溶剂型油墨普遍有50%至60%的挥发组分，而挥发性物质在印刷品干燥过程中占70%至80%，有很多乙醇，乙酸乙酯，乙酸丁酯，乙酸丙酯，其中还有苯，甲苯，二甲苯等有机气体挥发[8]。这些气体不仅污染环境还会对人体造成一定的伤害。现在大部分印刷厂通过采用吸附法，燃烧法，生物法来对有机废弃进行处理。吸附法是利用吸附剂对液体或气体中的某一组分具有选择吸附的能力，让其富集在吸附剂表面的过程，吸附过程中选用的吸附剂有活性炭和其他多孔物质等[15]。吸附法用于处理印刷厂有机废气，方便便捷，但是使用吸附法需要经常更换吸附剂。设备使用初期所投入的资金相对较少，但是在运转过程中需要使用大量的吸附剂，耗费的资金就高了，并且会产生很多固体废料。本设计针对有机废气的类型进行深度的了解，对各种处理有机废弃的方法进行研究，设计出一套既能够保证吸附效率，用能够降低成本的工艺处理方法。利用吸附剂可以通过原位再生与其他方法进行联合，如吸附-催化燃烧法，吸附-冷凝收回法来提高吸附剂的使用效率，减少有机废气的排放。1.印刷厂有机废气介绍1.1印刷厂有机废气种类目前，印刷厂有机废气的排放来源于印刷过程中各个部分。废气大部分是来自油墨，包括溶剂型油墨和水溶性油墨。其中溶剂型油墨主要成分有苯，甲苯，二甲苯等物质。水溶性油墨主要成分有树脂类，醇类等[1]。1.2印刷厂有机废气的特点第一，印刷厂有机废气的成分复杂，大部分都是同系衍生物，在定性和定量分析时都有很大的困难。第二，印刷厂有机废气普遍存在浓度低，风量大的特点。浓度过低会导致回收率降低，所需的流动成本自然较高。风量过大则会导致风机消耗的功率较大。第三，印刷厂所排放的有机废气通常都不是单一的组分，所以在治理时需要多种技术配合使用，才会取得较好的治理成果。1.3印刷厂有机废气排放的危害印刷厂排放的气体大多是挥发性有机化合物（VOCs）。在我国，VOCs是指在常温下，饱和蒸汽压大于70Pa,常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或者在20℃条件下，蒸汽大于或等于10Pa，并且具有挥发性的有机化合物。印刷厂有机废气对环境和人体都会造成伤害[1]。有机废气对于环境的伤害体现在，对大气造成影响。VOCs同时也是易燃易爆的物质，若得不到很好的处理会引发火灾[12]。有机废气对于人体的伤害体现在，VOCs中还有致癌物质，对人们的身体健康会有一定的伤害。VOCs具有刺激性气味，大量的吸入这些气体会对人体有影响。如果人长时间处于高浓度的VOCs下，轻者会造成呼吸困难，四肢无力等多种不良反应，重者会导致昏迷，患上癌症[2]。有机废气的过度排放对人体和环境都有着不可估量的伤害，采取有效的方式进行治理已是刻不容缓。1.4有机废气的处理方法1.4.1吸附法印刷厂使用的吸附法的类型主要分为化学吸附和物理吸附。吸附法定义是根据吸附剂的类型，选择化学吸附或物理吸附的方法，来去除污染物。吸附法通常是使用活性炭、多孔物质等吸附剂，让废气在吸附剂上黏着，从而达到去除废气的目的。因为在进行吸附过程后，废气被附着在吸附剂上，废气并没有得到处理，所以，在进行吸附过后，必须要进行脱附这一步。吸附与脱附不可分割。吸附法通常适用于处理低浓度废气，对于高浓度废气需要进行冷凝处理。吸附法的优点在于操作便捷，应用范围广。吸附法的缺点在于需要经常更换吸附剂，所耗费的成本较高。1.4.2催化燃烧法催化燃烧指的是将有机废气的温度上升到250℃-350℃，利用催化剂中的活性物质，在催化剂的作用下将印刷厂有机废气转化成水和二氧化碳[7]。催化燃烧法用于处理高浓度有机废气过程中。催化燃烧的优点是能够彻底处理掉有机废气，消耗的能量较低，可以降低一些危险事故的发生，同时催化燃烧法的反应速率较快，转换率较高。但是若有机废气中含有氮，硫等物质，不仅会导致无法彻底清除，还会导致二次污染。如若有机废气中含有高浓度废气，催化燃烧装置也无法取得较理想的效果。催化剂本身的成本较高，这也是催化燃烧法的一个缺点。1.4.3生物法生物法指的是利用微生物降解的有机废气的方法。通常适用于浓度较低的有机废气。生物法的优点是设备简单，成本较低，操作简单，所耗能源较低，处理效率较高，经济效益也高。生物法的缺点是很难准确控制，只能处理浓度较低的挥发性有机废气。吸附法，催化燃烧法，生物法都是在处理有机废气中经常使用的方法，并且都有取得一些显著的成效，但是随着经济的发展，工厂的数量不断增多，排放的有机废气的浓度往往不符合排放标准。通常仅仅只采取一种方法往往也很难处理有机废气。现在，大部分工厂开始采用多种手段联合来处理有机废气。1.5本文创新点本设计创新的点在于，处理印刷厂有机废气时，采用吸附—浓缩催化燃烧方法，同时通过催化燃烧热实现脱附，更加的节能，环保。2.某印刷厂有机废气处理方案2.1设计任务及原则2.1.1设计任务本设计是处理50m3/h印刷厂有机废气的工艺设计，设计的主要内容包括：对设备进行选型确定设计图纸（工艺流程图）2.1.2设计进气指标风量为500000m³/h，温度为35℃苯浓度为100mg/m³甲苯浓度为80mg/m3二甲苯浓度为100mg/m³2.1.3设计原则（1）严格遵守国家有关环境保护标准，确保各项污染指标达到国家及地方有关污染物排放标准。（2）经过处理工艺后的废气，不会产生二次污染（3）设计出的工艺设备需能够正常运行，能够便于维修（4）耗能低，运费少，占地少，便于操作管理2.2污染源特征及设计排放标准2.2.1污染源特征该印刷厂中的有机废气主要来源于印刷品表面干燥工艺，有机废气的排放量大且持续。其中排放的污染物主要是苯，甲苯和二甲苯，其他挥发性有机物占比较小，只有0.02。2.2.2废气处理量与排放标准本文研究的是上海某印刷厂有机废气处理工艺，废气的规模为50万m³/h,设计总VOC处理前最高浓度为400mg/Nm3。废气排放浓度限值执行上海市地方标准《印刷行业挥发性有机化合物排放标准》(DB31/872-2015)要求排放标准限值，见表1。表1上海市印刷行业挥发性有机化合物排放标准污染物最高允许排放浓度（mg/m3）最高允许排放速率(kg/h)苯10.03甲苯30.1二甲苯120.42.3方案选择2.3.1印刷厂有机废气处理工艺确定本设计研究对象是50万m3/h印刷厂有机废气。项目是针对上海某印刷厂有机废气的排放处理，要求是采用较先进的设备使得有机废气的各项排放值达到行业标准，如《印刷行业挥发性有机化合物排放标准》等，此印刷厂有机废气的特点是低浓度风量大。有机废气处理的方式多种多样，但在印刷厂中，应用较为广泛的是催化燃烧和活性炭吸附回收技术。本设计选用蜂窝型活性炭作为吸附剂进行吸附，与催化燃烧装置结合来处理有机废气。吸附-催化燃烧处理方法主要是将预处理过后的有机废气通过蜂窝状活性炭吸附装置进行净化。整个处理过程的供热来源于金属催化剂催化燃烧时释放的高浓度废气，释放的热量还有一部分用于活性炭脱附再生。此方法通过将吸附法和催化燃烧法相结合，相比较传统的有机废气处理方法，能够节约成本，同时节能减排。该方法的优缺点：（1）燃烧的温度低，节能。（2）处理效率较高，达到了95％。（3）没有副产物生成，不会造成环境污染。本方法经济，处理废气浓度范围广。但是本设计部针对具有回收性质的气体。根据上海某印刷厂在生产过程中具有低浓度，风量大的特点。将催化燃烧法与吸附法相结合，可以用于低浓度，大风量的VOCs废气。首先低浓度的废气经过经过吸附装置吸附-脱附后变为高浓度废气，再经过催化燃烧装置净化达标排放。所以蜂窝状活性炭吸附浓缩-催化燃烧工艺是较优的选择。2.3.2处理工艺原理本设计采用的是蜂窝状活性炭为吸附剂，将吸附法与催化燃烧法的原理相结合。吸附—脱附后，相对浓度较高的有机废气进入燃烧室，经过催化燃烧后，产生的气体主要是CO2和H2O，不会对环境造成污染。整套装置有过滤装置，吸附床，脱附风机，系统风机，催化燃烧装置。2.3.3处理工艺流程本设计使用吸附-脱附加催化燃烧脱附。一个活性炭在吸附过程中处于吸附状态，另一个活性碳在吸附过程中处于脱附状态。本装置首先进行有机废气收集，废气收集过后，需要进行预处理，进行预处理的目的是将废气中含有的粉尘，氮，硫等物质去除，以免影响有机废气的处理效率，也为了避免产生有害气体。进行预处理后，将有机废气通入吸附装置中，吸附过后的气体可以排放。在吸附剂内的有机物质将要进行脱附过程，此脱附过程主要采用通入热空气进行。此过程过后，达标的气体可排除。剩下的高浓度废气则采用催化燃烧法进行处理，将废气与催化活性物质在250℃-350℃温度下进行反应，节约能源。工艺流程图如图2-3所示:废气脱附吸附过滤脱附吸附过滤催化燃烧催化燃烧达标排放图1工艺流程方框2.3.4处理工艺优点（1）吸附效果好本设计的研究对象是印刷厂有机废气，特点是风量大。本设计选用的是蜂窝状活性炭作为吸附剂。活性炭吸附剂的吸附能力强，并且气流阻力较小。（2）节约能源吸附剂使用一段时间后，会达到饱和。此时，催化燃烧装置产生热废气可以解决活性炭饱和的现象。催化剂只需要在初期加热，后期热量来源于经过活性炭处理后的高浓度有机废气自燃，过程中产生的CO2和H2O对环境没有污染，并且充分利用装置中的产生的热量，达到了节约能源的作用。（3）处理有机废气的风量大本设计处理风量范围广。适用于本设计的研究对象50万m3/h的有机废气。3.处理单元设备及选型3.1主要材料及设备3.1.1过滤器由于印刷废气中含有大量的固体颗粒物以及一些烟雾等，这些固体颗粒物以及烟雾直接进入活性炭装置会导致活性炭的微小细孔堵塞，从而导致活性炭失去活性，失去吸附作用。所以，印刷废气需要经过过滤处理才能进行吸附处理。本设计选用过滤棉除去固体颗粒物和烟雾。为保证过滤棉容纳污染物时，污染物可以均匀的被过滤棉吸纳，不因表面的污染物过载而阻断其他部分的过滤棉容纳污染物，采用逆床层吸附棉，这种吸附棉的前段至后段的孔径是由大到小的，采用的是玻璃纤维过滤棉，其特点是纤维较密集，并且排列较为整齐。同时这种过滤棉具有低压缩性能，其表面空隙不会因为容纳污染物而变小。玻璃纤维过滤棉更换也较为方便，不会影响正常的设备运行。3.1.2吸附装置有机废气吸附处理过程中关键的一步就是选择适合的吸附装置。本设计针对上海市某印刷厂有机废气的排放的工艺处理，这家工厂的有机废气的特点是低浓度风量大，所以选择易于操作，适应能力强，性能可观的固定式吸附器。固定式吸附床消耗的吸附剂较小，价格经济。3.1.3吸附剂本文使用的吸附剂是活性炭，将活性炭作为吸附剂的优点有：活性炭使用寿命长吸附剂。活性炭形状多，因此应用广泛。活性炭的吸附能力强，能够进行重复利用。活性炭所耗费能源较低。（5）活性炭的吸附容量大，耐受性强。由于活性炭中特殊的孔隙，可以通过范德华力将废气吸入孔隙内，达到吸附废气的目的。活性炭的类型有颗粒活性炭，普通蜂窝活性炭，耐水蜂窝活性炭。颗粒活性炭材料价格便宜，处理效果也好，其缺点是如果设计不合理会导致吸附床层漂移，进而影响吸附效果。蜂窝型活性炭装置的有优点在于气体通过床层时的阻力较少，运行费用较低，并且蜂窝型活性炭装置是固定床层，不会有漂移的状况出现。缺点是相对于颗粒型活性炭装置来说，价格较高。3.1.4脱附方式吸附中的活性炭装置达到饱和后，吸附单元转化为脱附单元，脱附装置需要外界提供热量，此时打开催化燃烧装置，预热催化剂，当催化燃烧装置中的燃烧室达到一定温度后，会将热空气引入脱附床，有机废气在加热作用下，完成脱附过程[3]。为防止燃烧等事故，需要在吸附装置中设置补风冷系统。3.1.5催化燃烧装置经过脱附后的有机废气进入催化燃烧装置。催化燃烧装置主要是由换热器，预热器，燃烧室组成。脱附后的气体在预热器中升温后，进入催化燃烧室。有机废气转化为CO2和H2O。绿色环保，节约能源。3.1.6催化剂本文采用催化燃烧的方法是利用催化剂中的活性物质，使废气能够在催化剂表面以相比原本所需的温度较低的温度下进行反应。并且催化燃烧法能够完全处理掉有机废气，处理有机废气的效率较高。考虑到有机废气中会混入氮，硫等物质，所以在进行前应进行预处理，本设计在设备初期设有过滤装置，可以较好的处理这些物质。通过催化燃烧的方式处理有机废气，选用合适的催化剂十分重要。对于催化剂的选用，要求催化剂可以让有机废气在相对较低的温度下发生反应。本设计选用的催化剂是Pt，Pt属于贵金属类催化剂。贵金属催化剂对反应物的吸附效果较好，并且贵金属催化剂具有良好的催化活性。3.2设备选型3.2.1过滤装置表2漆雾过滤具体参数产品名称厚度额定风速初阻力终阻力效率额定风量容尘量玻璃纤维过滤棉XF-7070mm2.010Pa90Pa95％7200m3/h750g/m2本项目设计规模为50万m3/h的有机废气，采用一用一备模式风量：500000m3/h≈138.8m3/s；过滤棉厚度d0＝70mm；容尘量mmax＝750g/m2；容尘效率按70％计算，有效尘量m尘＝750×70％＝525g/m2；所需过滤面积：F0＝V/u0＝138.8m3/h÷2m/s＝69.4m2;过滤棉宽度为1.8m，则设置长度为69.4m2÷1.8m≈38.5m；每格过滤棉单层设置4层，每层过滤棉尺寸为1800mm×9600mm×30mm3.2.2蜂窝型活性炭吸附床活性炭装置选用的是蜂窝活性碳吸附床，根据设计风量以及废气浓度等数据可知，印刷厂中的大部分有机废气都属于中低浓度，浓度平均在100mg/m3左右。本设计采用的是活性炭吸附床，采用9套活性炭吸附装置，每套装置的设计风量为Q＝54000m3/h。每套活性炭装置均采用3用1备共4个活性炭吸附装置可以持续对有机废气进行吸附和脱附处理。3.2.3催化燃烧床催化燃烧装置处理的从吸附床中脱附下来的未能够处理掉的废气。催化燃烧装置由换热器，催化燃烧室，电加热元件等部分构成。首先是脱附下来的气体的温度通常低于100℃，再进入催化燃烧装置中的换热器装置中，经过换热器预热后，温度将升至200℃左右，催化燃烧装置中还存在电加热原件，此时的温度升为280℃左右，有机物自身氧化使废气温度持续升高，热流体进入温度升至350℃，此时废气进入催化燃烧室，在催化剂的作用下，有机废气将发生催化燃烧反应，反应式为：CnH2n-6+O2(催化剂）→CO2+H2O+Q（n≥6）。此时经换热器回收大部分热能后排放的温度为180℃左右。

这时一部分废气将进入活性炭装置中进行脱附，已经处理好的废气温度将降低到100℃以下，成为洁净气直接高空排放。催化燃烧装置，选择的催化剂通常是金属物质，本设计选用的催化剂Pt，本设计的空气速率20000h-1，设备按照5000000m3/h进行设计。催化剂体积为：Vr＝V进V＝t·VV进——500000m³/hV——空气速度，本设计的空气速率为20000h-1T——时间，h，0.18s催化床体积为25m³3.2.4吸附剂吸附剂活性炭的填充量要满足设计要求。本设计处理的是500000m3/h的有机废气，采用9套活性炭吸附装置。每套装置的设计风量为Q＝54000m3/h。单元风量：V0＝54000m3/h＝15m³/s，设计的流速为1.2m/s，单块活性炭的尺寸为100mm×100mm×100mm。所以活性炭的填装量为：54000m3/h×0.1m1m/s÷(3600s/h)÷9台＝16.7根据计算数据，可以计算出单层活性炭的吸附床截面积为：(54000m3/h)/(3600s/h)/(1.2m/s)/9＝1.39台m2所以9台吸附床的活性炭的填装量为150.3m³。3.2.5系统风机系统风机需要满足风量大，耗能低，并且具有隔音装置。满足节能环保，绿色的要求，并且需满足国家标准。表3主要装置组成及其特点组成部分主要组成材料及特点优点过滤器活性炭吸附床玻璃纤维过滤棉蜂窝型活性炭低压缩性，更换方便有机废气的吸附效率高于95%催化燃烧床换热器，预热器，燃烧室节能环保，无污染，净化效率高脱附风机直联传动系统风机直联传动表4主要装置参数表设计风量（m3/h）500000过滤器过滤器设备数量吸附装置尺寸（mm）玻璃纤维过滤棉1台6860×2600×5100吸附设备数量9台废气进口温度35℃活性炭类型蜂窝型100mm×100mm×100mm活性炭填充量（m3/床）16.7催化燃烧床换热器，预热器，燃烧室催化燃烧床数量催化剂脱附风机数量系统风机数量1台金属催化剂Pt2台2台

结语历时两个月，在老师帮助和自己的努力共同作用下，我终于完成了此次工艺设计。为完成本次设计，查看了大量相关的中外文献和资料，了解到了有机废气的治理现状，以及一些先进的工艺处理单元设计，在经过不断的学习和分析后，确定了本设计的处理工艺。本设计是处理50万m3/h印刷厂有机废气的工程设计，选择了吸附催化燃烧的工艺处理方式，对设备的各个部分进行了设备选型，采用绘图软件绘制工艺流程图。本设计优点在于绿色，环保，运用活性炭吸附有机废气，设备易操作，并且吸附效率高，将有机废转化成CO2和H2O，不会对环境造成污染，符合可持续发展的要求。但本设计仍有不足之处，在催化燃烧装置仍有改进的需要在设计此次工艺设计的过程中，学习了更多专业性的知识，也深刻认识到自身在专业知识储备方面还是有所缺陷，在今后的工作学习中，仍然不断提高自身的综合能力。

参考文献[1]严雪峰.某包装厂印刷有机废气处理工程设计[D].武汉工程大学,2015.[2]陈殿君,秦佩.活性炭吸脱附+催化燃烧处理有机废气的系统设计与应用[J].山东化工,2020,49(16):150-151.[3]王熠芯.RC+RTO工艺处理印刷厂有机废气[J].节能与环保,2019(0