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摘要
華南橡膠輪胎廠投產10多年來，所排放的高含硫量廢氣，不但對周邊農業(yè)和林業(yè)生產造成很大危害，而且直接影響了周邊居民的身體健康。建廠以來, 該廠的污染問題一直成為群眾投訴的熱點。
近年來，各級環(huán)保部門和華南橡膠輪胎有限公司致力于解決廢氣污染擾民問題，先后建設了鍋爐廢氣和煉膠廢氣處理系統(tǒng)，在一定程度上減輕了污染，但仍然對周邊環(huán)境及附近居民存在影響。
橡膠輪胎生產過程中密煉機產生多組分廢氣，主要包括碳黑塵、橡膠顆粒、煉膠粉塵等塵類組份，機油、芳烴油組份及其非甲烷總烴、三苯、甲醇、甲硫醇、CS2、H2S等有機無機氣體。
本設計根據《中華人民共和國國家標準--大氣污染物綜合排放標準》（GB16297—1996）對華南橡膠輪胎有限公司橡膠煉膠廢氣進行處理。
首先，對煉膠廢氣進行除油處理，避免由于廢氣中的油類物質的影響，使除塵器的除塵效果下降，甚至導致其不能正常運行工作。
然后，采用袋式除塵器，進一步去除煉膠廢氣中的塵類物質。除塵器使用脈沖清灰方式，選用DMC84-Ⅱ型脈沖袋式除塵器。
最后，采用新型的環(huán)式吸附器及纖維活性炭對煉膠廢氣進行處理，凈化除味，使氣體達到排放標準?；钚蕴课綒怏w后，可用120°C的低壓蒸汽脫附再生。
關鍵詞：煉膠廢氣，除油器，袋式除塵器，環(huán)式吸附器
Abstract
The emissions that South China Tire & Rubber plant exhausted, which included high level of sulfur, not only cause a great risk to the agricultural and forestry industries nearby, but also affects the surrounding residents of their health directly since 10 years ago. The pollution problem has become the hot spot that people complains since then.
In recent years, the environmental protection departments at all levels and the South China Tire & Rubber Limited Company, Guangzhou committed to solving air pollution nuisance. The company has built a boiler and rubber exhaust emissions processing system, which has reduced pollution in a certain extent. But the exhaust emissions are still impacting the surrounding environment and the nearby residents there.
In rubber tire production process ,mixer produces multi-component emissions, including carbon black dust, rubber granules, rubber dust and other dust components; oil, aromatic oil components and non-methane hydrocarbons, toluene, methanol, methyl mercaptan, CS2, H2S and other organic and inorganic gases.
This design is set up to deal with the problem that South China Tire & Rubber Plant caused, during the process of wasted air exhausting treatment, according to “The National Standards of People's Republic of China -- atmospheric pollutant discharge standards” (GB16297- 1996)
First, eliminate the oil from the emissions, avoiding that the effect of the dust collector declines, even it can not operate properly with the oil.
Then, use bag filter on the process, and further removed the dust-like substances from the emissions. Bag filter uses pulse filter cleaning methods. DMC84- II pulse jet bag filter is selected.
Finally, the novel ring adsorption bed and activated carbon fiber are disposing the emission, cleaning the taste, reaching the gas emission standards. After absorbing the gases, Activated Carbon are renewed in the 120 ° C in low-pressure steam.
Keywords : Compound emissions, Oil remover, Bag filter, Ring adsorption bed
43
目 錄
1 緒論 1
1.1 工程概況 1
1.1.1 單位介紹 1
1.1.2 煉膠工藝流程 1
1.1.3 煉膠廢氣污染 1
1.1.4 煉膠廢氣性質 2
1.1.5 公司原來治理工藝 2
1.1.6 廢氣排放標準 3
1.2 設計要求 3
1.3 設計原則 4
2 煉膠廢氣凈化工藝的初步設計 5
2.1 煉膠廢氣凈化工藝流程方案分析 5
2.1.1 除油器 5
2.1.2 除塵器性能的比較及選擇 5
2.1.3 揮發(fā)性有機物污染控制方法的比較及選擇 11
2.1.4 吸附設備特點的比較及選擇 14
2.1.5 吸附劑吸附性能的比較及選擇 15
2.2 煉膠廢氣凈化工藝流程 20
3 凈化設備設計與選型 21
3.1 除油器選型 21
3.2 袋式除塵器設計與選型 21
3.2.1 袋式除塵器的結構形式 21
3.2.2 濾料選擇 22
3.2.3 清灰方式 23
3.2.4 袋式除塵器的設計 23
3.2.5 袋式除塵器的選型 24
3.3 活性炭吸附器的設計 25
3.3.1 設計參數 25
3.3.2 吸附裝置尺寸的確定 25
3.3.3 活性炭體積及飽和期的確定 25
3.3.4 吸附器床層壓降的計算 26
3.3.5 脫附蒸汽計算 27
4 管道設計及附屬設備選型 28
4.1 選擇管道管徑及管網布置 28
4.1.1 管徑的選擇 28
4.1.2 管網布置圖 29
4.2 管道壓降的計算 29
4.2.1 除油系統(tǒng) 30
4.2.2 除塵系統(tǒng) 31
4.2.3 吸附系統(tǒng) 31
4.2.4 管道計算表 35
4.3 風機的選擇 35
4.3.1 風量計算 35
4.3.2 風壓計算 36
4.3.3 風機的選擇 36
5 工程投資及運行費用 38
5.1 主要設備設施 38
5.2 工程投資 39
5.3 運行費用 39
參 考 文 獻 40
致 謝 42
1 緒論
1.1 工程概況
1.1.1 單位介紹
廣州市華南橡膠輪胎有限公司（簡稱“華輪”）位于廣州市番禺區(qū)東環(huán)路116號，是全國第一家引進技術專業(yè)生產子午線輪胎（萬力、萬里星、新迪）的企業(yè)，公司年生產能力500萬條，是目前我國華南地區(qū)最大的子午線輪胎生產基地。先后被評為 “中國石油和化學工業(yè)百強企業(yè)”、“2003年度廣東省優(yōu)秀企業(yè)”、“廣東省百強企業(yè)”?！叭f力”輪胎被國家商務部列入“重點扶持和發(fā)展的名牌出口產品”、“廣州工業(yè)重點培育發(fā)展具有知識產權的名牌產品”，“萬力牌”全鋼子午線輪胎榮獲“2004年度中國名牌產品”稱號。
華輪生產技術從美國費爾斯通引進，設備由美國、日本、德國等引進，裝備性能和生產技術在國內同行業(yè)處于領先水平。2003年1月，華輪被評為廣東省“省級技術中心”；2003年5月，華輪通過評審，獲得“廣州市高新技術企業(yè)”稱號?，F在華輪是國內子午線輪胎規(guī)格花紋最齊全的廠家，生產轎車輪胎從80至35系列、載重胎有無內胎和有內胎共10個系列400多個規(guī)格花紋產品，每年均有30多個新的規(guī)格花紋品種推向市場，生產和研發(fā)能力在國內處于領先地位，高檔轎車子午線輪胎多次填補國內自主設計開發(fā)和生產空白。
1.1.2 煉膠工藝流程
天然橡膠經過烘膠、切片后，在密煉機內煉膠，其目的是適當降低橡膠彈性，并使之具有一定的塑性。塑料后的膠料經壓片、冷卻后與合成膠、清機油以及其它化工原料（如防老劑、粘合劑和促進劑等）按工藝配方，分別用秤稱量后，投入密煉機進行混煉，混煉膠經壓片機壓片后，進入膠片冷卻機掛片冷卻至室溫，即完成初煉。初煉膠經稱量后投入密煉機，再將部分化工原料經稱量后投入密煉機，進行混煉，經壓片機出片后進入膠片冷卻裝置，冷卻至室溫疊片，送膠料存放區(qū)存放。
1.1.3 煉膠廢氣污染
華南輪胎廠投產10多年來，所排放的高含硫量廢氣，不但對周邊農業(yè)和林業(yè)生產造成很大危害，而且直接影響了周邊居民的身體健康。建廠以來, 該廠的污染問題一直成為群眾投訴的熱點。
隨著我市經濟社會的持續(xù)快速發(fā)展，城市化進程步伐的加快，華南橡膠輪胎有限公司逐漸被城區(qū)的橋福園、華盛新村、僑虹花園等居民區(qū)包圍，煉膠臭氣問題日益凸顯，居民投訴不斷。
近年來，各級環(huán)保部門和華南橡膠輪胎有限公司致力于解決廢氣污染擾民問題，先后建設了鍋爐廢氣和煉膠廢氣處理系統(tǒng)，在一定程度上減輕了污染，但仍然對周邊環(huán)境及附近居民存在影響。
1.1.4 煉膠廢氣性質
橡膠輪胎生產過程中密煉機產生多組分廢氣，主要包括碳黑塵、橡膠顆粒、煉膠粉塵等塵類組份，機油、芳烴油等油類組份及其非甲烷總烴、三苯、甲醇、甲硫醚、CS2、H2S等有機無機氣體。系統(tǒng)處理風量為22500m3/h。
根據公司提供的有關技術資料，排放點排放的廢氣量及廢氣中苯、甲苯、二甲苯濃度估算如下：
苯 ： 100 mg/ m3
甲 苯： 550 mg/m3
二甲苯： 250mg/m3
溫 度： 常 溫
1.1.5 公司原來治理工藝
廣州華南橡膠輪胎有限公司從2003年至今一直想方設法消除生產過程中產生的煉膠煙氣及異味，采用自主開發(fā)的“煉膠尾氣活性炭吸附系統(tǒng)”，并與科研單位合作進行技改、改用環(huán)保膠等，使異味明顯變淡。
2003年上半年，華輪公司投資300多萬元自主開發(fā)了“煉膠尾氣活性炭吸附系統(tǒng)”，對工藝廢氣集中收集、除塵再經活性炭吸附后排放。為更有效地消除異味，該公司從2004年9月至今，又先后和7家廢氣異味處理專業(yè)公司和科研機構、高等院校進行技術交流，尋求異味治理方案。2005年3月，他們采用上海嘉頓環(huán)保公司的低溫等離子體處理方法后，最初效果并不理想。經過分析，他們發(fā)現主要原因是前端袋式除塵裝置一直未能正常發(fā)揮效力，使等離子體工業(yè)有機廢氣凈化裝置不能正常工作。2006年4月，該設備經過改進后重新投入運行。他們還從國外購進了500噸環(huán)保膠，在一定程度上減輕了污染，但問題仍未得到很好地解決，所排放的難聞有毒廢氣仍對周邊環(huán)境及附近居民造成較為嚴重的影響。
密煉機排料廢氣 褶皺式除塵器 風機 活性炭塔
排放 風機
圖1.1原有廢氣處理工藝流程
1.1.6 廢氣排放標準
表1.1 工業(yè)廢氣大氣污染物排放限值
污染物
顆粒物
苯
甲苯
二甲苯
非甲烷總烴
甲醇
碳黑塵
粉塵
排放濃度限值
mg/m3
18
120
12
40
70
120
190
注：根據《中華人民共和國國家標準—大氣污染物綜合排放標準》（GB16297—1996）選擇列出.
三苯、甲硫醚、甲硫醇、CS2、H2S均不允許直接排入大氣中。
1.2 設計要求
（1）根據以上資料，對廣州市華南橡膠輪胎有限公司煉膠廢氣凈化工藝進行初步設計。
（2）編寫設計說明計算書。
（3）繪制工程設計圖紙8張（A4）以上。
A4號圖紙：工藝流程圖；風機控制線路圖；袋式除塵器安裝外形圖；活性炭吸附VOCs工藝圖。
A3號圖紙：袋式除塵器結構圖；環(huán)式吸附器結構圖；立面管網布置圖；平面布置圖。
1.3 設計原則
（1）綜合考慮采用先進工藝、技術、設備、材料、投資經濟性等因素，以較少的投資，取得較大的社會、環(huán)境和經濟效益；
（2）采用技術成熟、先進可靠的工藝和處理效果好的設備，確保環(huán)保設施運行正常；
（3）按現有場地條件考慮設計，整個工程做到布局合理、占地空間小、外形結構美觀、投資小等幾項特點；
（4）以設備為主，工藝簡單合理，設備使用壽命長，維護簡單、方便；并且處理效果穩(wěn)定，確保處理廢氣達到國家環(huán)保標準排放。
2 煉膠廢氣凈化工藝的初步設計
2.1 煉膠廢氣凈化工藝流程方案分析
針對現有廢氣的情況和廠里的實際情況，采用“預處理＋除塵裝置＋活性炭吸附裝置”的多級處理方案，確保廢氣排放異味得到控制。
2.1.1 除油器
由于廢氣中含有的油類物質，會對袋式除塵器的除塵效果造成影響，甚至會導致除塵器不能正常使用，所以氣體在進入袋式除塵器之前必須進行除油預處理。
除油器的作用:
（1）避免生產廢氣中的油份、水份吸附在濾袋表面，以至降低除塵器處理效率和增大設備阻力。
（2）防止油份、顆粒物阻塞活性炭細孔，使吸附劑性能下降，增大吸附層的阻力。
（3）通過除油器的預處理作用，對廢氣進行初步治理，有利于后續(xù)處理設備發(fā)揮最大的工作效率。
2.1.2 除塵器性能的比較及選擇
從氣體中去除或捕集固態(tài)或液態(tài)微粒的設備稱為除塵裝置，或除塵器。根據主要除塵機理，目前常用的除塵器可分為：①機械除塵器；②電除塵器；③袋式除塵器；④濕式除塵器等。
除塵器的選擇主要從技術指標（主要包括粉塵性質和運行條件）和經濟指標兩方面來進行。
（1）根據粉塵性質選擇除塵裝置 被捕集粉塵的性質直接影響裝置的性能，尤其是粉塵的粒徑分布，對裝置性能的影響更大。一般首先根據粉塵的粒徑分布和裝置的凈化效率（總效率和分級效率）來選擇裝置種類。目前，由于對許多除塵裝置尚缺乏可靠的分級效率曲線，所以在工程上常根據經驗和實驗數據進行粗略的選擇。
（2）根據運行條件選擇除塵裝置 凈化系統(tǒng)的運行條件也是影響裝置性能的重要因素。所謂運行條件，在這里主要是指系統(tǒng)的操作工況（溫度、壓力等）和氣體的性質。如前所述，分級效率曲線是選擇除塵器的重要依據。但是，分級效率曲線僅適用于某一特定溫度和壓力狀況及特定的含塵氣體，即隨運行條件的改變，曲線必然發(fā)生變化。所以，選擇裝置時，還必須考慮裝置本身對運行條件的適應性。
（3）經濟指標主要包括設備費、運行費、維修費、占地面積、占地空間體積、使用壽命等。
如果要對除塵裝置進行全面評價，除了上面的技術指標和經濟指標外，還應該考慮除塵裝置的安裝、操作、檢修的難易程度等問題。阻力低、除塵效率高是目前評價除塵裝置的主要指標。[1、2]
表2.1為不同除塵器的分級效率的比較，表2.2為各種除塵裝置的耐溫性，表2.3則是各種除塵器的綜合性能比較。
表2.1 不同除塵器的分級效率
除塵器名稱
全效率/%
不同粒徑（μm）是的分級除塵效率/%
0~5
5~10
10~20
20~44
>44
帶擋板的沉降室
58.6
7.5
22
43
80
90
普通的旋風除塵器
65.3
12
33
57
82
91
長錐體旋風除塵器
84.2
40
79
92
99.5
100
噴淋塔
94.5
72
96
98
100
100
電除塵器
97.0
90
94.5
97
99.5
100
文丘里除塵器（Δp=7.5kPa）
99.5
99
99.5
100
100
100
袋式除塵器
99.7
99.5
100
100
100
100
表2.2 各種除塵裝置的耐溫性
除塵器種 類
旋風除塵器
袋式除塵器
電除塵器
濕式除
塵 器
普 通
濾 料
玻璃絲
濾 料
干式
濕式
最高使用溫度
400℃
80～120℃
250℃
350℃
80℃
400℃
備注
特高溫者（＜1000℃）可采用內襯耐火材料以提高耐溫性
溫度隨濾料種類而異
聚四氟乙烯濾料的耐溫性和價格與之差不多
高溫時易產生粉塵比電阻隨溫度而變化的問題
溫度過高會產生使絕緣部分失效的問題
特高溫時，在入口內襯的耐火材料，由于與水接觸，存在因冷卻而出現的問題
表2.3 常用除塵器的性能及其費用比較
除塵器名稱
適用的粒徑范圍/μm
效率/%
阻力/Pa
設備費
運行費
重力沉降室
>50
<50
50~130
少
少
慣性除塵器
20~50
50~70
300~800
少
少
旋風除塵器
5~30
60~70
800~1500
少
中
沖擊水浴除塵器
1~10
80~95
600~1200
少
中下
臥式旋風水膜除塵器
≥5
95~98
800~1200
中
中
沖擊式除塵器
≥5
95
1000~1600
中
中上
文丘里除塵器
0.5~1
90~98
4000~10000
少
大
電除塵器
0.5~1
90~98
50~130
大
中上
袋式除塵器
0.5~1
90~98
1000~1500
中上
大
現將各種除塵器的性能特點分述如下：
1、旋風除塵器的性能特點
旋風除塵器有以下明顯的優(yōu)點：
（1）設備結構簡單，體積小，制造費用低。
（2）除塵器內部沒有傳動機構及運動部件，維護、修理方便。
（3）可用于高溫含塵煙氣的凈化，例如一般碳鋼制造的除塵器可以處理350°C的煙氣，而以耐火材料作為內壁襯的除塵器則可以處理500°C的煙氣。
（4）可以承受內、外壓力。
（5）可以干法清灰，有利于回收有價值的粉塵。
（6）除塵器內易于敷設耐磨、耐腐蝕內襯，因而可以凈化含高腐蝕性粉塵的煙氣。
（7）可以用做多級除塵系統(tǒng)中的第一級除塵器。
選用旋風除塵器時，同時應該注意以下問題：
（1）旋風除塵器適用于處理凈化密度較大、粒度較粗（一般大于5μm）、非纖維性的粉塵，而對于較細和纖維性的粉塵，其凈化效率較低（但細筒長錐形高效旋風除塵器對細塵也有一定的凈化效果）。
（2）不宜處理氣體流量波動太大的場合，入口風速一般為12~25m/s，但是阻力也隨速度的平方增長，從效率和阻力綜合考慮，入口的最佳速率大約為16~22m/s。
（3）對于非濕式旋風除塵器，不宜凈化黏結性粉塵，而且在處理相對濕度較高的含塵氣體是，應注意避免因結露而造成的黏結。
（4）由于旋轉氣體速度很高，固體顆粒物對器壁的磨損較快，應采取防磨措施。
（5）由于通常旋風除塵器是負壓運行的，所以在設計和運行過程匯總，應特別注意防止旋風除塵器底部漏風，必須選擇氣密性好的卸灰裝置，以避免除塵效率下降。實踐表明，旋風除塵器漏風5%，效率降低50%，若漏風15%，效率接近于零。
（6）在并聯(lián)使用旋風除塵器時，應合理設計連接除塵器的分風管和匯風管，盡可能使進入各旋風除塵器的風量相等、風壓平衡。
2、袋式除塵器的性能特點
袋式除塵器的主要優(yōu)點：
（1）袋式除塵器在處理含微米和亞微米數量級的粉塵氣體時效率較高，一般可達90%，甚至99.99%以上。
（2）袋式除塵器可以捕集多種干性粉塵，特別是在處理比電阻較高的粉塵時，比用電除塵器的凈化效率高很多。
（3）含氣體濃度在相當大的范圍內變化時，除塵器的除塵效率和阻力受其影響不大。
（4）袋式除塵器規(guī)格多樣，使用靈活，可以適應不同氣量的含塵氣體，其處理煙氣量可從幾立方米每小時到幾百萬立方米每小時。
（5）這種除塵器可以做成小型的，安裝在散塵設備上或散塵設備附近，也可安裝在車上制成移動式過濾器，這種小巧、靈活的袋式除塵器特別適用于塵源較分散的時候。
（6）運行穩(wěn)定可靠，沒有污泥處理、廢水污染和液體冰凍等問題，操作、維護簡單。
袋式除塵器不足之處：
（1）袋式除塵器的應用主要受濾料的耐高溫和耐腐蝕等性能的影響。通常使用的濾料可耐溫250°C左右。煙氣溫度如果超過280°C時，需要采用特殊的耐高溫的礦物或金屬纖維。
（2）處理高溫含塵煙氣時，需要采取降溫措施，會導致除塵系統(tǒng)復雜化和造價的提高；如果使用特殊濾料，將會增大投資費用。
（3）這種除塵器不適用于凈化含黏結性和吸濕性強的塵粒的煙氣。用袋式除塵器凈化煙氣時不能低于露點溫度，否則將會產生結露現象而堵塞布袋濾料的孔隙；處理露點很高的煙氣時，需要采取保溫或加熱措施。
（4）凈化煙氣量小于17000m3/h時，投資費用比電除塵器少；煙氣量大于17000m3/h時，投資費用要比電除塵器大。
（5）袋式除塵器不同程度上存在著占地面積大、濾袋易損壞、換袋困難、勞動條件差等問題。
（6）煙氣溫度較高，或是含酸、堿性微?；驓怏w成分，這些情況都會降低濾袋的壽命。
3、電除塵器的性能特點
電除塵器的優(yōu)點：
（1）除塵效率高。如果設計合理，安裝施工質量高，電除塵器可以達到任何除塵效率的要求。目前，工業(yè)上已用的電除塵器，除塵效率達到99%以上已屬常見。其對氣體凈化的程度，可根據生產工藝條件及國家規(guī)定的排放標準來確定。
（2）可以處理的煙氣量大。一般單臺電除塵器處理煙氣量從幾萬立方米到幾十萬立方米，在工業(yè)上能凈化105~106m3/h煙氣的電除塵器已得到普遍使用。
（3）對煙塵濃度和粒徑分散度的適應性比較好。一般電除塵器入口粉塵濃度范圍為10~30g/m3；如果粉塵濃度很高，可以在前面設置一級預除塵裝置。能捕集小于100μm的不同粒徑的塵粒，對于 0.1μm的粉塵粒子仍有較高的除塵效率。
（4）可以凈化溫度較高的含煙氣。電除塵器都是由金屬構件組成，因此可以適應高溫環(huán)境。當用于凈化350°C以下的煙氣時，可長期連續(xù)運行。也可以凈化更高溫度煙氣，但是需要特殊設計。
（5）電除塵器的結構簡單，氣流速度低，壓力損失小。干式電除塵器的壓力損失大約為100~200Pa，濕式電除塵器的壓力損失高些，通常只有200~300Pa。
（6）電除塵器的能量消耗比其他類型除塵器要低。如凈化1000m3/h的煙氣時，電除塵器的電能消耗約為0.2~0.8kW·h。
（7）自動化程度高。電除塵器可以實現微機控制，遠距離操作，減少維護工作量。運行費用低。
（8）可以在高壓（可達1013250Pa）或真空條件下操作。
電除塵器的缺點：
（1）建造電除塵器一次投資費用高，鋼材消耗大。據估算，平均1m2的收塵面積所需鋼材大約為3.5~4t。
（2）電除塵器的除塵效率受粉塵物理性質影響很大，特別是粉塵比電阻的影響更為突出。電除塵器最適宜捕集比電阻104~5×1010Ω·cm的粉塵粒子。凈化小于104Ω·cm或大于1011Ω·cm的粉塵粒子，除塵效率是很低的，此時，就必須對煙氣采取一定的調制措施，才能取得必要的效果。
（3）電除塵器不適于直接凈化高含塵濃度的氣體。如要使用，需設置一級預除塵裝置。
（4）電除塵器對設備制造、安裝質量和維修管理技術要求很高。
（5）需要高壓變電及整流控制設備，因有高壓操作，需特別注意人身安全。
（6）設備龐大，占地面積較多。
（7）當處理可燃氣體或捕集可燃顆粒時，有爆炸的危險性。
（8）負電極在電暈放電時會導致臭氧的產生。
4、濕式除塵器的性能特點
與其他除塵器相比濕式除塵器的優(yōu)點：
（1）在耗用的能量條件下，濕式除塵器的除塵效率比干式除塵器的除塵效率高。
（2）可以處理高溫、高濕、高比電阻以及粉塵黏結性大的含塵氣體。
（3）安全性好，可以處理可燃性的含塵氣體。
（4）對細小的粒子也能達到較高的除塵效率。
（5）在除塵的同時，還可以去除氣體中的水蒸氣及某些有害氣態(tài)污染物，具有除塵、冷卻和凈化的作用。
（6）結構簡單，占地面積小，一次性投資小。
濕式除塵器的缺點：
（1）從濕式除塵器排出的沉漿或廢液需要處理，否則會造成二次污染。
（2）凈化含有腐蝕性的氣態(tài)污染物時，洗滌水（或液體）具有一定的腐蝕性，金屬設備容易被腐蝕，除塵器和污水處理設施都必須采取防腐措施。
（3）在寒冷的地區(qū)，冬天使用濕式除塵器容易凍結，所以需要采取防凍措施。
（4）不適于凈化含憎水性和水硬性粉塵氣體，而且氣體中含遇水容易引起自燃或結垢的粉塵時也不宜使用。
（5）多數情況下需要安裝除水器。
（6）能耗比較大。
（7）水源不足的地方使用比較困難。[3、6]
由以上分析可得出，旋風除塵器除塵效率不如其他三種除塵器高，要使處理后的煙氣滿足排放要難度較大，其多用做多級除塵系統(tǒng)的第一級除塵器，不宜單獨使用。煉膠廢氣中的碳黑塵、橡膠顆粒、煉膠粉塵等塵類物質不具有親水性，不宜采用濕式除塵器。其中橡膠顆粒的比電阻較大，使用電除塵器的效果不佳。另外，本設計的處理風量為10000m3/h，小于17000m3/h，袋式除塵器的投資費用比電除塵器少，而且袋式除塵器的除塵效率也較高，操作、維護簡單。所以本設計采用袋式除塵設備。
2.1.3 揮發(fā)性有機物污染控制方法的比較及選擇
揮發(fā)性有機物（簡稱VOCs），是一類有機化合物的統(tǒng)稱。在常溫下它們的蒸發(fā)速率大，易揮發(fā)。其危害正被人們逐漸認識，許多污染現象與危害都與其有關。
1、燃燒法控制VOCs污染
用燃燒方法將有害氣體、蒸氣、液體或煙塵轉化為無害物質的過程稱為燃燒法凈化，亦稱焚燒法。燃燒法凈化時所發(fā)生的化學反應主要是燃燒氧化作用及高溫下的熱分解。因此，這種方法只能使用于凈化那些可燃的或在高溫情況下可以分解的有害物質。對化工、噴漆、絕緣材料等行業(yè)的生產裝置中所排出的有機廢氣，廣泛采用燃燒凈化的手段。燃燒法還可以用來消除惡臭。由于有機氣態(tài)污染物燃燒氧化的最終產物是CO2和H2O，使用這種方法不能回收到有用的物質，但由于燃燒時放出大量的熱，使排氣的溫度很高，所以可以回收熱量。
當混合氣體中含有的氧和可燃組分在一定的濃度范圍內，某一點被燃著時產生的熱量，可以繼續(xù)引燃周圍的混合氣體，此濃度范圍就是燃燒極限濃度范圍。當燃燒在有限空間內迅速蔓延，則形成爆炸。使用這種方法時要注意防止發(fā)生爆炸。
2、吸收（洗滌）法控制VOCs污染
溶劑吸收法采用低揮發(fā)或不揮發(fā)溶劑對VOCs進行吸收，再利用VOCs分子和吸收劑物理性質的差異進行分離。吸收效果主要取決于吸收劑的吸收性能和吸收設備的結構特征。
吸收劑必須對被去除的VOCs有較大的溶解性，同時吸收劑的蒸氣壓必須相當低。橡膠煉焦廢氣以三苯、甲醇、甲硫醇、CS2等為主，這些有機物質的溶解性都不大，用吸收法控制此類污染物的效果并不顯著。
3、冷凝法控制VOCs污染
冷凝法利用物質在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓這一性質，采用降低溫度、提高系統(tǒng)的壓力或者既降低溫度又提高壓力的方法，使處于蒸氣狀態(tài)的污染物（如VOCs）冷凝并與廢氣分離。該法特別適用于處理廢氣體積分數在10-2以上的有機蒸氣。冷凝法在理論上可達到很高的凈化程度，但是當體積分數低于10-6時，須采取進一步的冷凍措施，使運行成本大大提高。所以冷凝法不適宜處理低濃度的有機氣體，而常作為其他方法凈化高濃度廢氣的前處理，以降低有機負荷，回收有機物。
通常用壓縮法使氣態(tài)有害物質在臨界溫度和臨界壓力下變成液態(tài)，從而除去或回收有害物質，但由于費用較高，目前使用較少。
4、吸附法控制VOCs污染
含VOCs的氣態(tài)混和物與多孔性固體接觸時，利用固體表面存在的未平衡的分子吸引力或化學鍵力，把混合氣體中VOCs組分吸附留在固體表面，這種分離過程稱為吸附法控制VOCs污染。吸附操作已廣泛應用于石油化工、有機化工的生產部門，成為一種重要的操作單元。在大氣污染控制領域，因為吸附劑的選擇性強、能有效分離其他過程難以分開的混合物、能有效地去除低濃度有毒有害物質而得以廣泛應用。
VOCs污染控制的吸附工藝流程見圖2.4。
圖2.4 活性炭吸附VOCs工藝
含VOCs的混合氣體先去除顆粒狀污染物后，在經過調壓器調整壓力，然后進入吸附床進行吸附凈化，凈化后的氣體排入大氣環(huán)境。當吸附床Ⅰ內的活性炭飽和后，通過閥門轉換至吸附床Ⅱ進行吸附。向吸附床Ⅰ通入蒸氣進行脫附，解吸出來的蒸氣（空氣）混合物冷凝后由濃縮器、分離器進行分離，脫附后的活性炭用熱空氣干燥后循環(huán)使用，一般可重復使用五年。該法適用于處理中低濃度VOCs尾氣，吸附效果取決于吸附劑性質、VOCs種類、濃度、性質和吸附系統(tǒng)的操作溫度、濕度、壓力等因素。在一般情況下，不飽和化合物比飽和化合物吸附更完全，環(huán)狀化合物比直鏈結構的物質更易被吸附。
5、生物法控制VOCs污染
生物法控制VOCs污染是近年發(fā)展起來的空氣污染控制技術，該技術已在德國、荷蘭得到規(guī)?；瘧?，有機物去除率大都在90%以上。與常規(guī)處理法相比，生物法具有設備簡單、運行費用低、較少形成二次污染等優(yōu)點，尤其在處理低濃度、生物降解性好的氣態(tài)污染物時更顯其經濟性。
國內僅就生物滴濾塔運行工況進行了初探，生物法控制VOCs污染工藝尚未發(fā)展成熟。[1、4]
本設計需要處理的多組份煉膠廢氣中含有的碳黑塵、膠粉為易燃性、易爆性物質，清機油為易燃性液態(tài)物質。三苯、甲醇、甲硫醇、CS2、H2S均屬于有毒有害有惡臭類物質，環(huán)保要求廢氣要除味達標排放。從成份中不難看出，采用催化燃燒顯然不適用，采用濕法處理技術也無明顯效果，采用吸附法除味幾乎是唯一選擇。
2.1.4 吸附設備特點的比較及選擇
吸附工藝根據吸附劑在吸附器上的工作狀態(tài)，可將吸附器分為固定床、移動床和流化床過程，相應的三種吸附器的主要特點比較見表2.6。
表2.6三種吸附器主要特點比較
類型
主要特點比較
固定床
吸附器
1．結構簡單、制造容易、價格低廉
2. 適用于小型、分散、間歇性的污染源治理
3．吸附和脫附交替進行、間歇操作
4．應用廣泛
移動床
吸附器
1．處理氣體量大，吸附劑可循環(huán)使用，適用于穩(wěn)定、連續(xù)、量大的氣體凈化
2. 吸附和脫附連續(xù)完成
3．動力和熱力消耗較大，吸附劑磨損較為嚴重
流化床
吸附器
1．結構復雜，造價昂貴
2．氣體和固體接觸相當充分
3. 生產能力大，適合治理連續(xù)性、大氣量的污染源
4．吸附劑和容器的磨損嚴重
移動床、流化床吸附器的使用范圍較廣泛，不受處理風量、風速等條件限制，但這兩種吸附器動力和熱量消耗較大，吸附劑磨損較為嚴重。固定床吸附器應用廣泛、結構簡單，技術成熟,如圖2.7。
圖2.7 吸附/脫附流程圖
固定床吸附器按照床層吸附劑的填充方式可分為立式、臥式、環(huán)式幾種。環(huán)式吸附器的結構比立式和臥式吸附器要復雜。吸附劑填充在具有多孔的兩個同心圓筒構成的環(huán)隙之間，因此具有比較大的吸附截面積。待凈化的氣體從吸附器的底部接管進入，沿徑向通過吸附劑床層，然后從塔體上部的排氣管排出。環(huán)式吸附器的特點是吸附器比較緊湊，吸附截面積大，且在不太高的流體阻力下具有較大的產生能力；可以避免立式吸附器引起的氣流阻力較大、能量消耗較大以及臥式吸附器操作過程中在吸附床表面容易產生氣流分布不均，引起溝流和短路現象，故采用之。
2.1.5 吸附劑吸附性能的比較及選擇
吸附劑的種類很多，可分為無機的和有機的，天然的和合成的。天然礦產如活性白土、漂白土和硅藻土等，經過適當的加工，就可形成多孔結構直接作為吸附劑使用，一般用與石油制品的脫色和溶劑的精制等。天然沸石如絲光沸石、斜發(fā)沸石等，可直接用于環(huán)境保護中的NOx治理、水處理，脫除重金屬離子以及海水提鉀等。合成無機材料吸附劑有活性炭、活性炭纖維、硅膠、活性氧化鋁和合成沸石分子篩等。特別是合成分子篩有嚴格的孔道結構，它的性能經調節(jié)和不斷改進，具有較高的選擇性和催化性能，適用于分離性能非常類似的物質，近年來還研制出多種大孔吸附樹脂，與活性炭相比，它具有選擇性良好、性能穩(wěn)定、再生容易等優(yōu)點，常用于廢氣治理、廢水治理、維生素的分離及過氧化氫的精制等。幾種常用吸附劑的物理性質見下表2.3。
1、白土
白土分為漂白土和酸性白土。漂白土是一種天然黏土，其主要成分是硅鋁酸鹽。這種黏土經加熱和干燥后，可形成多孔結構的物質。將其碾碎和篩分，取其一定細度的顆粒即可作為吸附劑。漂白土吸附劑對各種油類脫色很有效，并可除去油中的臭味，使用后的漂白土，經洗滌及灼燒除去吸附在表面和孔隙內的有機物后，可重復使用。
SiO2與Al2O3比值比較低的白土，不經酸化處理是沒有吸附活性的。只有經硫酸或鹽酸處理后才具有吸附能力。用硫酸處理的工藝條件是，硫酸的濃度為20%~40%，溫度為353~383K，時間為4~12h。酸處理后的白土經洗滌、干燥、碾碎即可獲得酸性白土，酸性白土的脫色效率比天然漂白土高。
表2.3 常見吸附劑的主要特性
物理性質
吸 附 劑 種 類
活性炭
活性氧化鋁
硅膠
沸石分子篩
真密度/(g/cm3)
1.9~2.2
3.0~3.3
2.2~2.3
2.0~2.5
表觀密度/(g/cm3)
0.6~1.0
0.9~1.0
0.8~1.3
0.9~1.3
堆積密度/(g/cm3)
0.35~0.6
0.50~1.00
0.50~0.75
0.60~0.75
平均孔徑/A
15~50
40~120
10~140
--
比表面積/%
700~1500
150~350
200~600
400~750
操作溫度上限/K
423
773
673
873
再生溫度/K
373~413
473~523
393~423
473~573
2、活性炭和活性炭纖維
活性炭是應用最早、用途較廣的一種優(yōu)良吸附劑。它是由各種含炭物質如煤、木材、石油焦、果殼、果核等碳化后，再用水蒸氣或化學藥品進行活化處理，制成孔穴十分豐富的吸附劑，比表面積在700~1500m2/g范圍內，具有優(yōu)異的吸附能力?？讖椒植家话銥椋夯钚蕴?0A以下，活性焦炭20A以下，炭分子篩10A以下。炭分子篩是新近發(fā)展的一種孔徑均一的分子篩型新品種，具有良好的選擇吸附能力。
活性炭是一種具有非極性表面，為疏水性和親有機物的吸附劑，故活性炭常常被用來吸附回收空氣中的有機溶劑和惡臭物質，在環(huán)境保護方面用來處理工業(yè)廢水和治理某些氣態(tài)污染物。
活性炭纖維是一種較新型的高效吸附劑。它是用超細的活性炭微粒與各種纖維素、人造絲、紙漿等混合制成的各種形態(tài)的纖維狀活性炭。微孔范圍在0.5~1.4nm，比表面積大。對各種無機和有機氣體、水溶液中的有機物、重金屬離子等具有較大的吸附量和較快的吸附速率，其吸附能力比一般的活性炭高1~10倍，特別是對一些惡臭物質的吸附量比顆粒活性炭要高出40倍左右。目前主要用于氣相吸附。
表2.4 工業(yè)用活性炭的物理性質
吸附劑
真密度/（g/cm3）
顆粒密度/（g/cm3）
填充密度/（g/cm3）
空隙率/％
細孔容積/cm3 /g）
比表面積/（m2/g）
平均孔徑/à
顆粒活性炭
2.0~2.20
0.6~1.0
0.35~0.60
0.33~0.45
0.50~1.1
700~1500
12~40
粉末活性炭
1.90~2.20
--
0.15~0.60
0.45~0.75
0.50~1.40
700~1600
15~40
3、活性氧化鋁
活性氧化鋁一般指氧化鋁的水合物加熱脫水而形成的多孔結構物質。它是一種極性吸附劑，無毒，對多數氣體和蒸氣是穩(wěn)定的，浸入水或液體中不會溶脹或破碎，機械強度好?；钚匝趸X的比表面積約為150~350m2/g，宜在473K至523K下再生。循環(huán)使用后，其物化性能變化很小。由于它對水分的吸附容量大，常用于高濕度氣體的脫濕和干燥，也可用于石油氣的脫硫以及含氟廢氣的凈化。
4、硅膠
硅膠是一種堅硬無定性鏈狀和網狀結構的硅酸聚合物顆粒，其分子式為SiO2·nH2O，由硅酸鈉（水玻璃）與硫酸或鹽酸經膠聚、洗滌、干燥、烘焙而成。硅酸為親水性的極性吸附劑，而難于吸附非極性的有機物質。當硅膠吸附氣體中的水分時，可達到自身重量的50%。硅膠的吸附熱很大，吸附水分是能夠放出大量的熱量，使硅膠溶劑破碎。在工業(yè)上硅膠多用于氣體的干燥和從廢氣中回收極為有用的烴類氣體，也可用作催化劑的載體。
5、分子篩沸石
分子篩是一種人工合成的泡沸石，具有多孔骨架的硅鋁酸鹽結晶體，與天然泡沸石一樣是水合鋁硅酸鹽的晶體，其化學通式：Mex/n[(Al2O3)x(SiO2)y]·mH2O，式中的x/n是價數n的金屬原子數。分子篩在結構上有許多孔徑均勻的孔道與排列整齊的孔穴，這些孔穴不但提供了很大的比表面積，而且它只允許直徑比孔徑小的分子進入，故稱為分子篩。根據孔徑大小不同和SiO2與Al2O3不同，分子篩可分為不同的型號：3A（鈉Y）、4A（鈉A）、5A（鈣A）、10X（鈣X）、13X（鈉X）、Y（鈉Y）、鈉絲光沸石型等。[4、8]
研究表明，活性炭吸附VOCs性能最佳，原因在于其他吸附劑（如硅膠、金屬氧化物等）具有極性，在水蒸氣共存條件下，水分子和吸附劑極性分子進行結合，從而降低了吸附劑吸附性能，而活性炭分子不易與極性分子相結合，從而提高了吸附VOCs能力。同時活性炭對CS2、H2S也有較好的吸附凈化作用，不必另外增設煙氣脫硫裝置。
氣體流量和濃度的波動對活性炭吸附器沒有大的影響?；钚蕴课较到y(tǒng)常用來處理氣量200～100000m3/h，濃度范圍在20～5000ppm的氣體。設備的尺寸取決于氣量和濃度。活性炭吸附系統(tǒng)的投資費用不高，操作靈活，運行成本與其他方法相比通常也較低。固定床吸附裝置的空塔速度一般取0.5m/s以下，吸附劑和氣體的接觸時間取0.50～2.0s以上，吸附層壓力損失應控制小于1kPa。在有害氣體濃度較高時，為了適應工藝連續(xù)生產的需要，多采用雙罐式并聯(lián)系統(tǒng)，一罐吸附，另一罐脫附，交替切換使用。
吸附罐內可填充顆粒炭或纖維炭，此兩種炭的性能比較列于表2.5。纖維炭的各項性能指標均優(yōu)于顆粒炭，因此用其做成的吸附裝置體形小、吸附及脫附速率均比較快、節(jié)約能耗，且回收溶劑品質高，國內已有定型成品供應。
表2.5 顆粒炭和纖維炭的性能比較
活性炭名稱
顆粒炭
纖維炭
形態(tài)
直徑4~6mm圓柱體
10~20μm纖維
目測單重/（g/m2）
--
100~300
填充密度/(g/cm3)
0.40~0.50
0.01~0.10
外表面積/(m2/g)
~0.01
1.5~2.0
比表面積/(m2/g)
900~1000
1000~1500
平均細孔直徑?
~26
14~20
在空塔速率10cm/s，z＝10cm時吸附速率/[(g/g)/ min]
0.03
0.47
在空塔速率5cm/s，z＝10cm時吸附速率/[(g/g)/ min]
28.5
97.5
表2.6 幾種國產活性炭的主要性能
型號
粒度/mm
堆積密度/g/cm3
強度/%
水分/%
吸苯率/%
碘值/mg/g
比表面積/m2/g
孔體積/cm3/g
太原5＃炭
直徑3~5
長3~8
<0.6
>85
<10
--
642.1
713
--
太原8＃炭
直徑1.5
長2~4
0.495
>75
8~10
>35
859.8
926
0.81
上海14＃炭
直徑3～4
長8~15
--
>95
5
>25
--
--
--
上海15＃炭
直徑3~4
長8~15
<0.6
>95
<5
--
>220
--
--
新化X－16炭
直徑3~3.5
長3~8
<0.5
>90
<10
>30
--
976
0.63
纖維活性炭氈
厚2~8
0.05~0.15
--
--
20~30
900~1470
800~1700
--
2.2 煉膠廢氣凈化工藝流程
煉膠廢氣處理工藝流程：
廢氣 復合濾油器 袋式除塵器 環(huán)式吸附器 排放
圖2.7 工藝流程圖
3 凈化設備設計與選型
3.1 除油器選型
選擇復合濾油器，由耐腐蝕不銹鋼板制作，外型尺寸1500mm×1500mm×2000mm，內部由蜂窩濾清器和濾油氈組成。組成示意圖如下：
復合濾油器組成示意圖
蜂窩濾清器、濾油氈均可拆卸和清冼，當含油量達到一定程度，設備阻力增大，可以拆卸清冼，定期更換即可。
3.2 袋式除塵器設計與選型
3.2.1 袋式除塵器的結構形式
1、圓袋
圓筒形濾袋應用最廣，其結構簡單，易于清灰，且受力均勻，連接簡單，成批換袋容易。其直徑過小有可能造成堵灰，直徑過大，則有效空間的利用率較低，因此，一般為120~300mm，濾袋一般取2~3.5m，濾袋長度和直徑之比一般為10~25。
2、下進氣
采用這種進氣方式的除塵器，一般進氣口都設在灰斗上部。含塵氣體進入后，由于空間突然擴大，氣流速度降低，使得煙氣中較粗的塵粒有可能在灰斗中直接沉降下來，只有較細的微塵（小于3μm）進入袋濾室與濾袋接觸，從而減輕塵粒對濾袋的磨損，延長清灰周期，提高濾袋使用的壽命。
3、外濾式
含塵氣體由濾袋外部進入，塵粒在濾袋外表面被捕集，凈化氣體由袋內排出的過濾方式稱為外濾式。外濾式除塵器的濾袋內部必須設置支撐骨架，以防止過濾時濾袋吸癟。
4、密閉式
采用密閉式時，一般將除塵器設在風機的吸入段，這樣除塵器處于負壓狀態(tài)下運行，因而又稱為負壓式或吸入式。這種方式對風機葉輪的磨損小，可延長風機的使用壽命。為避免漏風，殼體必須嚴格密閉、保溫。
3.2.2 濾料選擇
毛纖維濾布（呢料），通常是由羊毛織成的絨布，比棉布厚，纖維細，透氣性好，阻力小，容塵量大，過濾效率較高，粉塵易于清除，耐酸、耐堿性能好，使用與處理90°C的氣體，但價格較高。
在毛纖維濾布中摻入部分價格低廉的棉纖維濾布，做成半羊毛濾布，除塵效果、透氣性、容塵量沒有明顯降低，阻力增大也不顯著，價格也適中。[6、7]
表3.2 濾料主要性能
商品名稱
原料或聚合物
密度/(g/cm3)
最高使用溫度/°C
長期使用溫度/°C
20°C以下的吸濕性/%
拉伸強度/105Pa
斷裂延伸率/%
65%
95%
羊毛
蛋白質
1.32
100
80~90
10~15
21.9
10~17
25~35
棉
纖維素
1.54
95
75~85
7~8.5
24~27
30~40
7~8
商品名稱
耐磨性
耐熱性
耐有機酸
耐無機酸
耐堿性
耐氧化劑
耐溶劑
干熱
濕熱
羊毛
較好
-
-
較好
較好
很差
差
較好
棉
較好
較好
較好
較好
很差
較好
一般
很好
3.2.3 清灰方式
脈沖噴吹清灰是利用4~7atm的壓縮空氣反吹，產生強度較大的清灰效果。壓縮空氣的脈沖產生沖擊波，使濾袋振動，導致積附在濾袋的顆粒層脫落。這種清灰方式有可能使濾袋清灰過度，繼而使粉塵通過率上升，因此，必須選擇適當壓力的壓縮空氣和適當的脈沖持續(xù)時間（通常為0.1~0.2s）。每清灰一次，叫做一個脈沖，全部濾袋完成一個循環(huán)的時間稱為脈沖周期，通常60s。[1]
表3.3袋式除塵器推薦的過濾風速(m/min)
等級
粉塵種類
清灰方式
振打與逆氣流聯(lián)合
脈沖噴吹
反吹風
1
炭黑、氧化硅、鉛、鋅的升華物以及其他在氣體中由于次凝和化學反應而形成的氣溶膠、去污粉、活性炭
0.45~0.6
0.8~2.0
0.33~0.45
2
鐵及鐵合金的升華物、鑄造塵,氧化鋁、由水泥磨排出的水泥、碳化爐升華物
0.6~0.75
1.5~2.5
0.45~0.55
3
煤、飛灰、陶瓷生產的粉塵、炭黑、顏料、石灰石、礦塵、鋁土礦
0.7~0.8
2.0~3.5
0.6~0.9
4
石錦、纖維塵、珠光石、橡膠生產中的粉塵、鹽、面粉
0.8~1.5
2.5~4.5
-
5
煙草、皮革粉、混合飼料、木材加工中的粉塵、粗植物纖維
0.9~2.0
2.5~6.0
-
3.2.4 袋式除塵器的設計
1、處理氣體量的確定 由于氣體量較大，采用并聯(lián)兩臺袋式除塵器，現在以一臺為基準計算
2、過濾風速的選取
采用脈沖噴吹清灰，由袋式除塵器推薦過濾風速表格可知，橡膠生產中的粉塵屬于等級4，一般為2.5~4.5m/min。
選取本除塵器的過濾速度為vF =3。
3、過濾面積的確定
（1）總過濾面積
（2）單條濾袋面積
濾袋直徑：
濾袋長度：
（3）濾袋數量
條
圖3.1 脈沖袋式除塵器
3.2.5 袋式除塵器的選型
選擇DMC84-Ⅱ型脈沖袋式除塵器，其性能詳見表3.2。[6、7]
表3.4 DMC84-Ⅱ型脈沖袋式除塵器的性能
技術性能
過濾面積/m2
濾袋數量/個
濾袋規(guī)格/mm
處理風量/m3·h-1
工作溫度/°C
設備阻力/mmH2O
除塵效率/%
DMC
84-Ⅱ
63
84
φ120×2000
7560~
15120
<120
100~
120
99以上
技術性能
過濾風速/ m·min-1
清灰噴吹壓力/MPa
噴吹耗氣量 / m3·min-1
電磁脈沖閥/個
脈沖控制儀型號
排灰電機功率/kW
設備質量/kg
DMC
84-Ⅱ
2~4
0.5~0.7
0.252~0.504
14
LMK
1.1
2280
3.3 活性炭吸附器的設計
3.3.1 設計參數
苯 ： 100 mg/ m3
甲 苯： 550 mg/m3
二甲苯： 250