漆包线生产中挥发性有机溶剂回收工艺.docx

陕西理工学院毕业设计 2012年6月8日学 士 学 位 论 文作者: 李明旭 指导教师：葛红光专业名称：化学工程与工艺漆包线生产中挥发性有机溶剂回收工艺第 45 页 共 48 页 陕西理工学院毕业设计漆包线生产中挥发性有机溶剂回收工艺李明旭（陕西理工学院化学与环境科学学院化学工程与工艺专业081班，陕西 汉中 723001）指导教师：葛红光 摘要 本设计是500t/年漆包线生产中废气处理工段有机溶剂回收的工艺设计。主要包括四部分: 一 、绪论。二 、工艺方法的论证及选择(废气的冷凝，吸收及吸收剂解吸等工艺),工艺流程详述和说明。三 、主要设备的计算，论证和选型(空气冷却器，水冷凝器，吸收塔，膜蒸发器，吸附器等等)。四 、非工艺部分要求（防火防爆，给水排水，供电，土建，安全与劳保等）。 本设计所采用的工艺流程分三部分：冷却冷凝部分、吸收分离部分和吸附净化部分。冷凝冷却部分以冷空气和冷水为介质，使废气温度降低到沸点之下，并有效的利用其带有的大量热量。吸收分离部分，以白矿油为介质，回收废气中含有的挥发性有机溶剂，达到回收目的。吸附净化部分是以活性碳为吸附剂，对已经过吸收的废气进行进一步的净化处理，以达到排废要求，减少环境污染。 关键词 漆包线；二甲苯；甲酚；白矿油；废气回收Enameled wire production volatile organic solvent recovery processLiMingxuThe institute of chemistry and chemical engineering of Hunan University of Chemical engineering and process engineeringTeacher: GeHongguangAbstract: This design is the design of organic solvent recovery process,in the treatmenting section of waste gas for a 500 t/year enameled wire production. It mainly includes 4parts:A, the introduction. Second, the comparison and selection of process method , the technical process described and discussed. Three, the calculation,argumentation and selection of main equipment. Five, the requirements of process. This design using the process flow of three parts: cooling and condensation part, absorption and separation part and purification of adsorption part. Condensation and cooling using cold air and cold water for medium, made the waste gas's temperature reduced to under the boiling point , and effective used it with a lot of heat. Absorption and separation part, using white mineral oil as medium, recycling volatile organic solvent in waste gas. Adsorption and purification using activated carbon as the medium, for the further purification, in order to achieve the row of waste requirements, to decrease environmental pollution.Key words: enameled; dimethylbenzene; cresol; white mineral oil; recycling of waste gas1 绪论71.1 漆包线71.2 我国有机溶剂使用现状71.2.1 工业有机溶剂的分类71.2.2 工业有机溶剂的特性81.3 二甲苯苯酚等物质的危害及国家规定91.4 废有机溶剂处理方法的国内外现状分析91.4.1 国内外处理现状91.4.2 处理方法分析91.4.3 回收方法的分析101.4.4 回收技术的选择111.4 设计任务112 废气回收工段的工艺过程及工艺选择132.1 本设计工艺路线祥述132.2 废气空气冷凝工艺132.3 废气水冷凝工艺132.4 吸收工艺132.5 蒸发分离工艺142.6 吸附排废工艺143 主要设备论证及选型153.1 换热器153.1.1 换热器类型153.1.2 流程安排153.1.3 加热剂和冷却剂的选择153.1.4 流体进出口温度的确定163.2 吸收塔163.2.1 吸收塔类型163.2.2 填料的类型163.2.3 填料塔附属结构163.3 蒸发器173.3.1 循环型蒸发器173.3.2 单程型蒸发器173.4 吸附器173.4.1 吸附剂173.4.2 吸附剂的种类174 主要设备工艺计算、选型194.1 总工艺的处理量计算194.2 空气冷凝器计算194.2.1 求总热交换量Q194.2.2求平均传热温差204.2.3 确定传热系数K204.2.4 求传热面积204.2.5 选择所用换热器型号214.3 水冷凝器1计算214.3.1 求总的热交换量Q214.3.2 确定换热器的总传热系数K224.3.3 确定冷却水的用量L224.3.4 废气的冷凝量224.3.5 求平均传热温差224.3.6 求总传热面积A234.3.7 选择管径及管速234.3.8 选取管长、确定管程数和总管数234.3.9 平均传热温差校正及壳程数244.3.10 管子排列264.3.11 管心距274.3.12 壳体内径274.3.13 折流板和支撑板274.3.14 选择换热器的型号284.4 吸收塔设计计算284.4.1 填料的特性284.4.2 进出塔个组分计算284.4.3 求吸收剂的流量294.4.4 求吸收塔设计气速u294.4.5 求吸收塔的塔径D314.4.6 计算每米填料的压降P314.4.6 求总传质系数Ky314.4.7 计算填料高度H344.4.8 吸收塔尺寸及相关辅助设备的选型354.5 蒸发器设计计算354.5.1 蒸发器处理量的计算354.5.2 蒸发器物料衡算354.5.3 热量衡算364.5.4 蒸发过程用时T364.5.5 传热面积A364.5.6 蒸发器选型374.6 冷凝器2设计374.6.1 求总热交换量Q374.6.2 求平均传热温差tm384.6.3 确定换热器传热系数K384.6.4 求传热面积384.6.5 确定冷却水的用量L394.6.6 选取管长、确定管程数和总管数394.6.7 管子排列404.6.8 壳体内径404.6.5 选择所用换热器型号404.7 吸附器设计414.7.1 吸附量计算414.7.2 吸附剂用量415 非工艺部分425.1 防火防爆和采暖通风425.1.1 防火防爆425.1.2 采暖通风425.2 给排水425.3 检化验项目425.4 电力，土建425.4.1 电力425.4.2 土建425.5 安全与劳保435.6 人员编制435.6.1 企业组织原则435.6.2 劳动力组织原则435.6.3全厂人员编制435.6.4 车间劳动制度435.6.5全厂人员编制435.6.6生产部门人员编制445.7 环境保护445.7.1环境保护概述445.7.2化工企业环境保护基本原则445.7.3化工企业环境保护的任务445.7.4化工企业环境保护相关规定445.7.5我国环境保护相关法规456 致谢461 绪论1.1 漆包线 漆包线作为一种电磁能转换和信号传输过程中必不可少的电工材料，广泛应用于各种电机、继电器、变压器等电子产品及其零配件的线圈绕组中。由于漆包线对绝缘性能有特殊要求，生产漆包线的绝缘漆通常都要使用二甲苯和甲酚等溶剂或稀释剂。漆包线生产是在已拉制成的导线外涂以相应的绝缘漆溶液，在烘焙中首先将溶剂和稀释剂蒸发，再经过漆膜固化、冷却而制成。整体生产由漆包机完成。漆包机由放线装置、收线装置、退火装置、涂漆烘焙冷却装置和控制柜五大部分组成。其中涂漆烘焙冷却装置是漆包机的重要组成部分，它又分为涂漆室、烘炉和冷却架三部分构成1。传统漆包工艺如图1-1所示：图1-1 传统漆包工艺传统漆包工艺流程：放线退火涂漆烘培冷却收线。其中与有机溶剂回收有直接关系的是烘焙过程。 导线经过涂漆后进入烘炉，首先将漆液中的溶剂蒸发，然后固化形成一层漆膜，再涂漆，烘焙，如此反复数次，便完成了漆包的烘焙全过程。在漆包线的烘焙过程中产生的溶剂蒸发和裂解的低分子物必须及时排出炉膛，溶剂蒸气的浓度和气体湿度都影响烘焙过程的蒸发和固化，低分子物对漆膜的光洁光亮都有影响。溶剂蒸气的浓度关系到安全，所以及时排废对产品质量，生产安全，热能消耗都很重要。对溶剂蒸气的回收处理也在排废过程中完成。 从产品质量和安全生产考虑，排废量要大些，但是在排废同时带走大量的热量，因此排废要适量。漆包线排废废气处理常用催化燃烧法，排废量取决于溶剂使用量，空气湿度烘炉热量等，每使用1Kg溶剂，约需排废4050m³（室温）2。 目前我国产量大、使用广的漆包线漆主要是：聚酯漆，聚氨酯漆，聚酯亚胺漆，油性漆、缩醛漆、聚酰亚胺漆、聚酰胺酰亚胺漆等以及水性漆也有生产。目前在绝缘材料生产中用途最多的线型聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯。线形聚酯树脂：由饱和二元酸与二元醇制得的聚酯树脂属于线型聚酯，聚酯漆包线漆 ：用甘油（丙三醇）代替部分乙二醇3。 由于漆包线对绝缘性能有特殊要求，生产漆包线的绝缘漆通常要适应二甲苯，苯酚，甲酚等熔剂或稀释剂，绝缘漆涂覆在导体上经蒸发和烘烙后，剩下极少量残留在漆包线的漆膜中。1.2 我国有机溶剂使用现状1.2.1 工业有机溶剂的分类 随着涂料工业的快速发展，油漆种类不断增多，溶剂也被越来越广泛地使用。工业溶剂的分类依据主要有： (1) 按化学结构分类，有烃类溶剂、醇、酯、酮、醚类溶剂、缩醛类等； (2) 按溶剂沸点分类，可分为高、中、低沸点溶剂； (3) 按溶剂极性分类，可分为极性溶剂和非极性溶剂； (4) 按溶解能力分类，即根据对成膜物的溶解力，可分为真溶剂、助溶剂、稀释剂； (5) 按溶剂的特殊作用分类，可分为流平剂、增塑剂、软化剂等，这类溶剂大多也称为助剂，用量很小，但不可缺少4。1.2.2 工业有机溶剂的特性 几种常用油漆溶剂的特性如表1-1所示：表1-1 常用油漆溶剂特性表名称类别沸程闪点自燃点使用品种200号汽油脂肪烃150190>33油脂类、醇调、醇酸甲苯芳香烃109112-9.5536硝基、聚酯二甲苯芳香烃13514510490550醇酸、氨基、丙烯酸松节油植物性烃类1501703037253清漆、醇酸漆丁醇醇类11511937340420氨基醋酸乙酯酯类708572485硝基、丙烯酸从表1-1可以看出，虽然有机溶剂种类繁多，但是应用于各类溶漆以及洗漆的溶剂一般具有以下特征：(1) 溶解力强 溶解度是一种液体溶解某种物质的能力。K.B.值表示溶剂经Kauri-Butanol实验所得到的溶解度标准，是溶解度的测量单位。有机溶剂能降低物质的粘度和增加物质的流变性，防止沉淀或以固体形式分解。经测试甲苯的溶解能力很强，其溶解度为105 K.B.；而煤油的溶解力较差，溶解度为29 K.B.；芳香烃溶剂具有中、高溶解度，K.B.值约为6090；甲和二甲苯具有较高的溶解度，K.B.值约为80115。(2) 沸点及馏程范围、挥发程度适中一般溶剂油的沸点在100200即可满足使用需要，而高沸点溶剂油需要较高的生产成本，价格昂贵。油品从初馏点到干点这一温度范围称为馏程或沸程，温度范围窄的称为窄馏分，温度范围宽的称为宽馏分。油品馏程大致如下：煤油200300；航空煤油130250；轻柴油250350；润滑油350520；重质燃料油>520；汽油40-200。 (3) 不含任何机械杂质，外观清澈。 (4) 闪点和燃点高，毒性小 闪点是在规定条件下，油品加热后所逸出的蒸气与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度。溶剂油的闪点和燃点高，其在运输、使用过程中更难因产生闪火而发生燃烧。大多数有机溶剂含有毒性，而作为溶漆的溶剂一般毒性很小，但是溶剂油中混入其他有机物会使馏程不合格并增加毒性。 (5) 稳定性好，储存时不分解，不吸潮 作为溶漆、洗漆的有机溶剂要求性质稳定，常温常压下不易分解。溶剂油在储存及使用过程中难免会与空气中的氧气接触，特别是在高温且有金属催化作用时，更容易被氧化。溶剂油氧化过程中首先生成酮、醇、醚等含氧有机物，继而生成有机酸（包括溶于水的低分子有机酸和溶于油的高分子有机酸）。腐蚀产物可进一步加速油品的老化，油品深度氧化的结果是生成缩合物，其中包括胶质、沥青质、油泥及其它沉淀物。国内大部分乳油中的溶剂是甲苯和二甲苯，以及甲醇和乙醇等。有机溶剂在乳油制剂中的含量高达5090%。有机溶剂进入环境中能大量杀死土壤中的微生物及其它有益生物，造成土壤板结，肥力下降；亦能进入大气圈和水体，残留时间长，污染环境6。1.3 二甲苯苯酚等物质的危害及国家规定 本次设计中需要回收的是漆包线漆漆溶剂中的二甲苯，因此以下主要讨论以二甲苯为主要构成的洗漆废溶剂油。 二甲苯的主要用途是作为化工原料和溶剂，也可用于生产苯酐、染料、杀虫剂和药物，如维生素等，亦可作为航空汽油添加剂，其工业用途非常广泛。工业用二甲苯三种异构体的毒性略有差异，均属低毒类。长时间处于高浓度二甲苯环境会对人体神经系统产生影响，如记忆丧失和肾功能改变，并产生内出血现象和神经系统紊乱。二甲苯作为有机溶剂产生大量的二甲苯气体，严重影响周围大气环境质量，国内已在研究其水溶性环保替代产品。在国际范围以二甲苯作为有机溶剂的替代品研究早已展开。 漆包线生产中所用的溶剂或稀释剂甲酚、二甲苯属于一级毒性的化工材料，对人体的呼吸系统、摄食系统、眼睛和皮肤等都会造成严重的损害，对水质、空气会造成严重的污染，影响动植物的正常生长。漆包线生产中使用的绝缘漆,二甲苯和甲酚等溶剂的含量达70%，在烘焙过程中挥发出来，而一般空气过量系数为理论量的1.21.3倍。因此，废气直接排放既不符合政策，又浪费资源7。1.4 废有机溶剂处理方法的国内外现状分析 有机化合物简称VOC (Volatile Organic Compounds)一般作为溶剂使用。废有机溶剂作为各类工业生产活动的生产附带产品，其种类繁多。由于受其用途的影响，各种废有机溶剂又具有不同的特性。对某些闪点较低的溶剂和混合有银粉类的溶剂不适宜进行回收处理。其他的废油即溶剂在进行回收时，需严格标注废溶剂产品种类，不可混放。对于所有种类的废溶剂油都需要注意防止静电，以防火防爆8。1.4.1 国内外处理现状 鉴于废溶剂油的诸多特点，国内外通常处理废溶剂油的方法是将其作为燃料焚烧以获取其热能。普通焚烧的技术含量不高，方便简易，但在处理时需防火防爆，焚烧产生的废气需达到排放标准，否则将产生大气污染上世纪70年代之前，美国曾经简单地将工业废油、废溶剂倒置山洞、坑道或加土掩埋，但后来发现这样处理可能会危害周围环境，引发生态问题。70年代初，国外就着手开展了利用可燃性危险废弃物作为替代燃料应用于水泥生产的研究。现在，国外大多数行业的废溶剂油一般采取某一特定的精馏工艺回收再利用。对于比较昂贵的废溶剂油，厂家比较重视其中的甲醇、丙酮、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、四氯乙烯的回收。 废溶剂的回收一般都采用蒸馏法，而且通常采用蒸汽间接加热，蒸馏65100，采用工艺如下：废溶剂接收槽蒸馏工序冷凝器滗析器。 在某些特别易挥发不稳定溶剂如正己烷等的回收工艺中也可使用活性炭，吸附在活性炭上的溶剂采用蒸汽法很容易回收。对于一些毒性大，含有重金属的有机溶剂的处理规定非常严格，目前这些废溶剂的处理以热分解为主。在热分解技术中，燃烧罐技术和接触湿式氧化是两种可供选择的新技术，但接触湿式氧化需在高压下运行，不仅装置成本较高，而且对操作要求也较高。 相对于国外污染物处置，国内对于废溶剂油的处理无论是从观念上还是从技术方法上都比较滞后，仍处于国外上世纪三十、四十年代的水平，乱排放现象比较严重。直接排入水体对于企业来说可以节省大量的处理费用，但是对周围水体、土壤等生态环境造成了毁灭性的打击。因此我国正加强完善法律、法规，对于各类污染物处理作出相应的规定，并制定各类污染物的限制排放标准9。1.4.2 处理方法分析 国内普遍采用的废溶剂油处置方法有稀释法、焚烧法和减压蒸馏法等，其中以焚烧方法最为普遍。 (1) 催化燃烧是以Pt , Pd , CuO , NiO等作为催化剂，在较低温度(150600)下使VOC氧化分解为CO2和H2O，温度选择与气体量、组成和停留时间有关，如某漆包线厂的含苯系物的烘干废气通过Pt催化剂床层，在580、停留时间1s的条件下，被氧化成CO2和H2O，出口气中VOC可达到排放标准。催化燃烧温度相对低，节省燃料，但催化剂的价格高，且不能处理含尘气体，使用一段时间后要进行清理，出去表面附着物，延长使用寿命。 (2) 稀释法将少量的废溶剂油用大量的废水稀释，在达到污水生化指标后排放到污水处理厂或者直接排入地表水体，由于大部分有机溶剂均不同程度地含有毒性，导致地表水体生态系统破坏严重，更有甚者破坏地表水体附近的土壤生态系统。这种做法浪费大量的水资源并且容易造成严重的水体污染。水是人类不可或缺的资源，我国北方多数为缺水或极为缺水区，水资源的合理有效利用关系到人民群众的生计，因此稀释法不可取。 (3) 直接燃烧有焚烧炉法和火炬法。焚烧炉法是将废气通入焚烧炉内燃烧，恶臭气体采用此法处理，其焚烧温度不高，停留时间不超1s，焚烧后高温烟气经废热锅炉回收热量产生蒸汽。火炬法常在石油化工厂使用，处理热值高、能维持高温燃烧的废气，废气在高空大气中燃烧。为了减少污染节约能源，火炬法逐步被气柜回收代之。焚烧法虽然能够比较完全地处理液体废弃物，大大减少废弃物体积，但是焚烧方法要达到标准，其工艺要求非常严格，燃烧气体停留时间与溶剂成分、燃烧温度和去除率有关。对于98%去除率，未卤代物在900时停留时间为0.75s，卤代物在1100时需要停留时间1s，对于99%去除率，未卤代物，如停留时间为0.75s则要求燃烧温度980，卤代物如控制停留时间1s则需要1200，有些废溶剂油中的复杂有机物需要焚烧温度达到1300以上才能完全转化为二氧化碳和水，且燃烧气体需要洗涤处理；焚烧工艺不达标将产生更为严重的二恶英污染以及烟尘粉尘污染，这给周围环境带来巨大压力，而目前国内出于经济考虑，大部分焚烧炉都不达标，因此该方法不可取。 由于废气组成复杂多变，且多数VOC气体易爆，在处理时要考虑废气与空气的混合方式，一般空气过量系数为理论量的1.21.3倍。 根据废气的物理化学性质选择不同方法或几种方法的组合来回收VOC废气中的有机溶剂，可减少污染并有一定的经济效益。对于回收困难的废气可采用焚烧法进行处理。尽量要采用清洁生产技术，避免二次污染10。1.4.3 回收方法的分析 VOC的主要回收技术有冷凝法、吸附法、吸收法和膜分离法。通过采用选择性吸附剂、选择性膜渗透来分离回收有机溶剂的。(1) 冷凝法冷凝法是将废气冷却到露点温度以下，使有机物冷凝成液滴而分离出来的简单回收方法。常用冷却介质有冷水、冷冻盐水和液氮。该技术仅用于VOC含量高气体量小的有机废气回收处理。回收率与有机物的沸点有关，沸点越高，回收率越高。大部分VOC受爆炸极限的限制，气体中含量不会太高，因此该技术一般作为一级处理技术与其他技术结合使用。(2) 吸附法 吸附法去除VOC的原理是利用比表面积非常大的活性炭、碳纤维、沸石等吸附剂的多孔结构将VOC分子截留，是气体净化。吸附法分为固定床吸附法、流动床吸附法和浓缩轮吸附法。 固定床吸附法 固定床吸附法的特点是吸附于脱附在同一床层上实现，为保证吸附过程的连续性，需2台及以上的吸附器同时工作，其中一些吸附器进行吸附同时，另一些进行再生。活性炭的应用最为广泛，由于其易吸附水，不实用于温度高于40，气体相对湿度超过50%的气体吸附处理，也不适用于活性大的熔剂的吸附，该类有机物在活性炭表面反应而堵塞碳孔。活性炭纤维是以有机化合纤维为原料经特殊加工制成。是很细的纤维状物质，具有巨大的比表面积、外表面积和微孔结构，纤维上很多微孔可直接与有机物接触，更易于吸附低浓度VOC。由于吸附能力强，吸附装置小，吸附剂用量低，处理费用低。 流动床吸附法 流动床吸附系统有吸附单元和脱附单元组成。废气有吸附床底部进入向上流动使吸附剂流态化，VOC与吸附剂接触后吸附，净化的废气由顶部排出，进入脱附单元。在脱附单元内加热吸附剂使有机物脱附，将气体引入冷凝单元去回收邮寄溶剂。再生后的吸附剂送回吸附单元顶部继续吸附操作。 浓缩轮法 浓缩轮是一个装满吸附剂的旋转轮，废气由轮上游侧进入浓缩轮的吸附区，净化后的废气由下游排出；同时另一股流量较小，温度较高的脱附气超废气反方向进入脱附区，将已吸附的VOC脱附出来。浓缩轮以一定的速度缓慢旋转，在一个系统内就可以完成吸附脱附操作，降低了设备投资费用。 (3) 吸收技术 吸收技术是一种成熟的化工单元操作过程，适用于大气量，中浓度的含VOC废气处理。该技术是利用液体吸收剂与废气直接接触而将VOC吸收，按机理分为物理吸收和化学吸收，通常为物理吸收，使用的吸收剂有柴油、煤油、水和其他熔剂。任何可溶解于吸收剂的有机物都可以从气相转移到液相中，然后对吸收液处理。当吸收液为水是采用精馏处理就可以回收有机溶剂；为非水时，需进行吸收剂再生。 (4) 膜分离 膜分离技术是采用对有机物有选择性透过的高分子膜，在一定压力下是VOC渗透而分离。当废气进去系统后，膜选择性的让VOC气体通过而被富集，净化气体在另一侧可排放，VOC富集气提去冷凝回收系统回收，此法可分离90%的VOC。 膜分离适用于中高浓度（VOC含量高于1×10-3）的废气处理。系统费用与进口气流速成正比而与浓度关系不大，最好用于高浓度小流量，有较高回收价值的有机溶剂回收，设备投资较高。但该技术减少二次污染，前景广阔。 (5) 减压蒸馏 减压蒸馏法采取减压蒸馏塔来回收废溶剂油中的主要成分，其工艺通过降低塔釜内压强来降低溶剂挥发温度，回收效果较好，但是减压蒸馏设备要求气密性高，生产时能耗大，投入较大，该方法存在缺点较为明显。前两种处理方法浪费了废溶剂油中具有经济价值的二甲苯，第三种方法则浪费了大量的能源，均无法有效地实现节能、环保、安全的目的，因此寻找一种合理有效的方法来回收工业废溶剂油中的二甲苯是一个亟待解决的问题11。1.4.4 回收技术的选择 回收技术选择主要取决于VOC的无理和化学性质、废气流量、浓度、温度、使用溶剂企业经济条件等。 由于碳吸收技术简单有效，使其成为VOC回收的首选技术，当此法不合适时，可考虑采用冷凝、膜分离、吸收技术。一般来讲，当VOC含量为5%10%时，首选冷凝法；当VOC含量为0.5%5%时，选用膜分离技术；当VOC含量低于0.5%时，首选选吸附技术。从流量方面考虑，处理大流量废气优先考虑吸附法；小流量时用膜分离和冷凝法。 碳吸收技术适用于气量大、VOC浓度不超过5×10-3的有机废气处理，含量太高设备不安全，需在吸附前进行稀释，且颗粒碳不适于处理含酮、酯的气体。活性炭纤维和沸石扩大了吸附法的应用范围。碳吸附技术也受某些限制，如废气湿度不超过50%，使用时温度不高于40.对于过低浓度VOC废气处理可用浓缩轮技术再结合其他方法进行有机溶剂回收12。1.4 设计任务 本设计为年产500t漆包线生产中的废气回收工段设计。本设计是参考汉中市汉中厚华电工材料有限公司的废气回收工段设计。厂址：汉中市郊区，东经117°18´，北纬34°17´，海拔高度34米本地具有大陆性气候特点。气候特征如表1-2所示：表1-2 汉中市郊区气候特征年平均气温25极端最高气温43.6（1972.6.11）极端最底气温5.6（1969.2.6）最大风速23.4m/s最大平均风速19.3m/s全年风向东、东北夏季风向东、东南2 废气回收工段的工艺过程及工艺选择 漆包线涂漆后经过焙炉烘烤，溶剂蒸发，然后排出废气，废气回收处理工段主要任务是将废气中含有的有机溶剂冷凝成液体或通过吸收剂和吸附设备从废气中分离，而达到净化的目的。下面分别对其中工艺进行论证。2.1 本设计工艺路线祥述 如附图A1工艺流程图所示，首先将排出的高温废气经过一个空气冷凝换热器，与冷空气进行热交换，将被加热的冷空气通入焙炉，并将继续通过水冷凝器，由冷水冷却到30左右，实现废气中大部分有机溶剂的液化，收集并储存；再将未冷凝的废气通入填料吸收塔，由吸收剂（白矿油）吸收后，有机溶剂的含量已经极少，再通过吸附器完成净化。由于处理量较少，吸收剂的解吸采用间隙处理，待一段时间，吸收剂中有机溶剂含量达到一定程度的时候，通入薄膜蒸发器分离，薄膜蒸发器的热量可由经空气冷凝后的高温废气提供。溶剂蒸气再通过水冷凝器冷凝回收后，再通入吸附器排废。本工艺很好的利用了废气携带的大量热量，为之后蒸发提供热量，并使进入焙炉内的空气稳定到300左右，保证漆包线质量。2.2 废气空气冷凝工艺 漆包线生产中蒸发出的溶剂为甲酚（沸点191）和二甲苯（沸点138.4），沸点较高，其蒸气易冷凝，因此，可采用空气冷却和水冷凝的方法回收大部分漆包线加工中蒸发出的甲酚和二甲苯。 漆包机顶部排出的废气温度约为600，首先以空气作为冷却介质、逆流换热对其进行冷却，可将含甲酚和二甲苯的废气温度降低到325左右。热交换后冷空气温度可升至300左右，该热空气直接通入漆包机的蒸发段用于涂漆烘焙，可替代部分电加热，使热量得到大量回收利用。这部分热气流进入烘膛后，使烘膛中热对流加剧，温度则更加趋于均匀一致。同时，由于该热空气的温度在300左右，比漆包机中心温度600要低，就使得漆包机的蒸发区更加平稳，由于蒸发速度有所减慢，防止了漆包线由于蒸发过快而产生针孔等不良现象，对进一步提高产品质量起到重要作用。另外经过降温后的325左右的废气可通过间隙处理膜蒸发器，为二甲苯甲酚在回收剂中蒸发分离提供热量。2.3 废气水冷凝工艺 经空气预冷后的废气进一步用水进行冷却，可将温度降低至约3545，因为甲酚和二甲苯的沸点都比较高，在此过程中，大部分甲酚和二甲苯气体将被冷凝而得到回收。处理后废气含有极少量的二甲苯，甲酚。2.4 吸收工艺经空气预冷和水冷后的废气中仍含有部分未被冷凝的甲酚和二甲苯气体，仍不能直接排放。可采用有机溶剂进行吸收处理。经大量实验研究，选用5#白矿油（沸点342.7）作为吸收剂。白矿油(white oil；white mineral oil)，为经高度精炼及纯化之产品，具有良好的氧化安定性，化学稳定性，光安定性，无色、无味，不腐蚀纤维纺织物。白矿油的质量标准如下表2-1所示：表2-1 白油质量标准项 目计量标准质 量 指 标5710运动粘度（40）m2/s4.14-5.066.12-7.489.0-11.0闪点（开口）不低于110 130 140 倾点，不高于 -5 -5 -5 颜色，不低于赛氏号+25+25+25腐蚀试验（级）100、3H111水 份%无无无 白矿油对甲酚和二甲苯有极好的溶解性，可完全互溶，因而采用白矿油为吸收剂非常容易吸收甲酚和二甲苯，吸收率可达96%以上。二甲苯的沸点为138.4、甲酚的沸点为191，而白矿油的沸点为342.7，白矿油与甲酚和二甲苯的沸点相差较大，因而白矿油易与二甲苯和甲酚进行分离。白矿油循环吸收一定时间后，不需精馏，使用薄膜蒸发器蒸馏即可将白矿油与二甲苯和甲酚进行分离。2.5 蒸发分离工艺 吸收剂白矿油与废气经过充分接触后，可将废气中96%溶剂回收至吸收剂中，但是由于处理量较少，故采用间隙生产。吸收剂白矿油储存在吸收剂灌内，经循环多次使用后，吸收剂白矿油内有机溶剂（二甲苯，甲酚）的含量达一定程度时，将其通过减压降膜蒸发器，二甲苯的沸点为138.4、甲酚的沸点为191，而白矿油的沸点为342.7，白矿油与甲酚和二甲苯的沸点相差较大，将空气冷凝后325左右废气作为热源，通过减压蒸发，可很容易将二甲苯，甲酚蒸发，实现分离。然后再将分离后的吸收剂白矿油送回储罐，继续吸收。而蒸发的有机溶剂（二甲苯，甲酚）蒸气再通入水冷凝器，用冷水将其冷凝成液体，实现回收。2.6 吸附排废工艺 经白矿油吸收后的尾气中甲酚和二甲苯已近微量，由于活性碳适合吸附低浓度废气，故将此尾气再通过活性碳吸附器后可达标排放。定期对吸附器中的活性碳进行更换，以保证废气质量 。3 主要设备论证及选型3.1 换热器 换热器是石油，化工，食品等其他工业必备通用设备，在生产中占有重要地位化工生产中换热器可作为加热器，冷却器，冷凝器，蒸发器和再沸器。根据热量交换原理可分为间壁式，混合式和蓄热式，间壁式换热器应用最多，本设计采用间壁式换热器。3.1.1 换热器类型 (1) 夹套式换热器 这种类型的换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单，但是传热系数不高。夹套式换热器广泛应用于反应过程的加热和冷却。 (2) 沉浸式蛇管换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体。蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。 (3) 喷淋式换热器 这种换热器是将换热管成排的固定在钢架上，热流体在关内流动，冷却水从上方喷淋而下。其传热效果较沉浸式大有改善。 (4) 套管式换热器 套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成，次换热器一种流体在管内流动，另一种走环隙。其结构简单，传热系数大，推动力大，能承受高压，应用亦方便。 (5) 管壳式（列管式）换热器是最经典的间壁式换热器，其应用历史悠久，至今仍占换热器主导地位。可分为如下几种类型： 固定管板式 ：用于冷热流体温差不大时，其机构简单成本低，但清洗困难，要求管外流体清洁不易结垢。 浮头式换热器 ：这种换热器两端的固定板又一端尅轴向自由浮动，不但完全消除了热应力，还可将整个管束抽出，便于清洗，但其结构比较复杂，造价也高。 U形管式换热器 ：其每根换热管都弯成U形，进出口按章在同一个管板两侧，以隔板分开，每根管子可自由伸缩，结构上比浮头式简单，但管程不易清洗，只用于清洁不易结垢流体。 本设计工艺中含有三个换热器，其中一个空气冷凝器，两个水冷凝器，综上比较，三个换热器均采用固定管板式换热器13。3.1.2 流程安排 在列管式换热器中，冷、热流体的流程，需进行合理安排，一般应考虑以下原则：(1) 易结垢流体应走易于清洗的一侧。对于固定管板式、浮头式换热器，一般应使易结垢流体流经管程，而对于U型管换热器，易结垢流体应走壳程。 (2) 有时在设计上需要提高流体的速度，以提高其表面传热系数，在这种情况下，应将需要调高流速的流体放在管程。这是因为管程流通截面积一般较小，而且易于采用多管程结构提高流速。 (3) 具有腐蚀性的流体应走管程，这样可以节约耐腐蚀材料用量，降低换热器成本。 (4) 压力高的流体应走管程。这是因为管子直径小，承压能力强，能够避免采用耐压的壳体和密封措施。 (5) 具有饱和蒸汽冷凝的换热器，应使饱和蒸汽走壳程，便于排出冷凝液。 (6) 粘度大的流体应走壳程，因为壳程内的流体在折流板的作用下，流通截面和方向都不断变化，在较低的雷诺数下就可达湍流状态。 应该说明的是，上述要求常常不能同时满足，在设计中应考虑其中的主要问题，首先满足其中较为重要的要求14。3.1.3 加热剂和冷却剂的选择一般情况下，用作加热或冷却的流体是由实际情况决定的，但有些时候则需要设计者自行选择。在选用加热剂或冷凝剂时，首先应满足所能达到的加热或冷却温度外，还应考虑其来源方便，价格低廉，使用方便。在化工生产中，水使常用的冷凝剂，饱和水蒸气是常用的加热剂。 本设计中空气冷凝器采用空气做冷凝剂，其他两个谁冷凝器，顾名思义，以水作为冷凝剂15。3.1.4 流体进出口温度的确定 工艺条体的进出口温度是工艺条件所规定的。加热剂或冷却剂的进口温度也是确定的，但其出口温度有时可由设计者决定。该温度直接影响加热剂