实验室废气净化工艺设计开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1、目的及意义

某科研楼(共4层)产生大量的实验室气体污染,主要成分包括粉尘(1层)、有机废气(2层)、无机废气(3层)等污染物,极大的影响了周边的大气环境及居民的身体健康。。

本设计就是针对理科楼(1~3层)产生的有机和无机废气,设计出一套行之有效的工艺,使理科楼排放的实验室废气能够得到有效的控制,达到治理污染物、改善环境质量的目的。

2、国内外研究现状分析

目前化学实验室废气排放绝大多数采用直接排放的方式,一般实验室采用管道集中到楼顶,风机直接排放的方式,也有的实验室采用分散式排风扇直接排放,基本上未作废气处理,只有少数国家重点实验室进行废气处理后排放。集中直接排放虽在某种程度上局部改善了操作人员的工作环境,但仍直接对大气造成了污染,严重地影响了周边地区的生态环境,其损失无法用货币来衡量。

目前针对无机类化学物产生的废气处理方法可分为两大类:第一类处理方法的原理相同,主要靠水雾或水幕来捕捉含HCL、NHO、HF、SOO、CLO等微粒,使有害物溶于水,经水雾或水幕净化、气液分离后所排放的气体中有害物的含量降到国家环保允许排放标准,也可以根据实际情况采用碱液来代替水对废气进行处理;第二类处理方法的原理为干式吸收法,主要靠具有较强吸附性能的吸附介质在与废气接触的过程中,利用其强大的吸附功能截住废气中的各种有害物,使排放气体中的有害物的含量降到国家环保允许排放标准。

有机废气种类繁多,来源广泛,治理难度大,一次性投资和操作费用高,基本上无回收利用价值。

早在1925年欧洲就开发出固定床活性碳吸附装置,1958年8本也开始使用该项技术。这是一种非常经典、成熟的方法,可用于治理任何浓度的常温有机废气,但处理低浓度、大风量有机废气时,设备庞大,不经济。对于排气温度较高的高浓度有机废气的治理,首先由美国于1950年开发成功以天然气为燃料的直接燃烧技术。1965年日本与美国合作,将该项技术引入日本。该法需将有机废气加热到760℃,方可将有机溶剂氧化分解为无害的CO2和H2O,其缺点是燃料费高,故在欧美等天然气便宜的地区应用广泛。后来人们开发出催化燃烧技术,由于催化剂的作用可在300~350℃的低温下将有机溶剂氧化分解,因此大大降低了燃料费并且产生的NOX量非常少。其缺点是需对废气中易引起催化剂中毒的物质和粉尘进行前处理,另外,在催化燃烧装置中使用的热交换器换热效率较低,约在50%。为了提高热效率,降低运行成本,美国于1975年开发出换热效率在90%以上的蓄热式燃烧装置。由于其运行费用的降低,因此,可用于治理中等浓度有机废气。随后欧洲也开展了该项技术的开发。日本针对美国蓄热燃烧方式又开发出催化燃烧装置的改良型—蓄热催化氧化方法,并于1977年由日铁化工机首先售出产品。该产品可较经济地对高、中浓度的、温度较高的有机废气进行治理。

总体而言,按照处理的方法,有机废气处理的方法主要有两类:一类是回收法,另一类是消除法。回收法主要有炭吸附、变压吸附、冷凝法及膜分离技术,回收法是通过物理方法,用温度、压力、选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离VOC的。消除法有热氧化、催化燃烧、生物氧化及集成技术;消除法主要是通过化学或生化反应,用热、催化剂和微生物将有机物转变成为CO2和水。

2. 研究的基本内容与方案


3、基本内容和工艺方案

基本内容

(1)了解实验室废气的产生、危害及常用治理手段;

(2)了解废气产生环节、废气特点;

(3)掌握相关废气处理工艺的主要原理的特点;设计出一套针对实验室废气处理工艺,并且画出相关设计图纸。

工艺方案

各个实验室的污染源即实验室中的通风柜,污染物经过通风柜的收集,被设置于楼顶上的风机抽吸入风道,爬升至楼顶的各装置内。根据污染物种类的种类及各实验室的特殊性,选择了四套针对不同实验室的工艺流程,其中涉及到加热装置、催化燃烧装置、脱硫脱硝一体化装置、换热器、酸雾吸附器等。

图1 工艺流程图

(1)通风柜

通风柜也称箱式集气罩。由于生产工艺操作的需要,在罩上开有较大的操作孔。操作时,通过孔口吸入的气流来控制污染物外逸。其捕集机理和密闭罩相似,即将有害气体发生源围挡在柜状空间内,可视为开有较大孔口的密闭罩。其特点是控制效果好,排风量比密闭罩大,而小于其他形式集气罩。通风柜排气点的位置,对于有效的排除有害气体,不使之从操作口泄出有着重要影响。

(2)管道

通风管道是为了使空气流通,降低有害气体浓度的一种市政基础设施。

(3)风机

通风机是依靠输入的机械能,提高气体压力并排送气体的机械,它是一种从动的流体机械。

(4)催化燃烧装置

催化燃烧装置是在现阶段非常常用的一种去除有机废气的装置之一。气体进入催化燃烧装置,接触催化剂,可燃烧的物质在有温度的条件下(gt;200℃)以及在催化剂的作用下与氧气发生反应,生成二氧化碳与水。

(5)脱硫脱硝一体化装置

在这里采用袋式除尘器,再经过加工后作为脱硫脱硝一体化的装置。在袋式除尘器的布袋的背风面(PDFE)上涂我们研制的催化剂,迎风面上主要用于脱硫除尘。气体经过装置是接触催化剂,在有温度的条件下(gt;200℃)以及在催化剂的作用下与与氨气发生反应,去除氮氧化物生成氮气与水。

(6)换热器

换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备,是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到流程规定的指标,以满足工艺条件的需要,同时也是提高能源利用率的主要设备之一,也称热交换器。

(7)加热器

加热器原理的核心的是能量转换,最广泛的就是电能转换成热能。生物能是以生物为载体将太阳能以化学能形式贮存的一种能量,它直接或间接地来源于植物的光合作用。除此之外,还有核能、风能这些能量转换模式,但是一般都需要转换成电能使用。

(8)酸雾吸附装置

酸雾吸附器是废气处理工程中常用的净化设备。有“立式”及“卧式”两种酸雾吸附器,具有产品设计合理,并采用最新的高科技填料,阻力损失少,比表面积大,化学反应完善,气液比选用合理,吸收净化效率高,耐腐蚀,耐老化性能好,便于安装维护等特点。


3. 研究计划与安排

4、进度安排

第1~2周:进行毕业实习,撰写毕业实习报告。

第3~4周:明确设计任务,确定工艺方案,撰写开题报告,翻译外文文献。

第5~8周:根据设计资料,按照相关规范确定设计参数,进行管道的设计计算。根据设计尺寸,实验室方位等特点进行平面布置和高程布置。

第9~12周:完成6-8张CAD图纸的绘制。

第13~14周:完善设计说明书细节。

第15周:准备答辩。

4. 参考文献(12篇以上)

5、参考文献

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[5] 上海市工业设备安装公司等.全国通用通风管道配件图表第一版[M].中国建筑工业出版社,1979

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