1、空塔氣速和橫截面積的確定
空塔氣速為氣體通過(guò)吸附器整個(gè)橫截面的速度?？账馑俚倪x擇, 不僅直接決定了吸附器的尺寸和壓降的大小, 而且還會(huì)影響吸附效率。氣速很小, 則吸附器尺寸很大, 不經(jīng)濟(jì); 氣速過(guò)大, 則壓降會(huì)增大, 使吸附效率受到影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳氣速。吸附設(shè)計(jì)中不能追求過(guò)高的吸附效率，把空塔速度取值降小，那樣會(huì)使吸附床體積、吸附劑用量和設(shè)備造價(jià)大為增高；反之也不宜取過(guò)大的空塔氣速那樣設(shè)備費(fèi)用雖低，但吸附效率下降很多，且體系壓降會(huì)隨空塔速率的增大上升很快，造成動(dòng)力消耗過(guò)大，因此因選取合適的空塔氣速，最適宜空塔氣速為0.8～1.2m/s，依此經(jīng)驗(yàn)結(jié)論，本設(shè)計(jì)確定
空塔氣速: U = 1.0 m/s.
原始條件：
處理風(fēng)量：Q＝20000m3/h ，設(shè)計(jì)溫度為35℃，壓力為1.01325×105Pa
由于廢氣中，空氣所占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于污染物所占比例，因此，廢氣性質(zhì)可以近似看作為干空氣的熱物理性質(zhì)，查《化學(xué)原理》附錄9得以下數(shù)據(jù)：
空氣混和物性質(zhì)：
流體密度ρf=1.147kg/m3，黏度為μf=1.94×10-5Pa.S，比熱容為Cp=1.005kJ/(kg.℃)
吸附得粒狀活性炭顆粒性質(zhì)：
平均直徑dp=0.003m，表觀密度ρs=670kg/m3，堆積密度ρB =470 kg/m3
固定床空隙率εf ＝0.5
橫截面積: S = Q/U= 20000/3600/1.0= 5.56 ㎡ D= m
2、固定床吸附層高度的計(jì)算
采用透過(guò)曲線(xiàn)計(jì)算法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)將含有一定濃度污染物的氣流連續(xù)通過(guò)固定床吸附器，在不同時(shí)間內(nèi)，確定確定吸附床不同截面處氣流中污染物的濃度分布，當(dāng)吸附床使用一段時(shí)間后，出口氣體污染物濃度達(dá)到某一允許最大濃度時(shí)，認(rèn)為吸附床失效。從氣流開(kāi)始通入至吸附床失效這段時(shí)間稱(chēng)為穿透時(shí)間，或保護(hù)作用時(shí)間。表示吸附床處理氣體量與出氣口污染物濃度之間的關(guān)系的曲線(xiàn)稱(chēng)為穿透曲線(xiàn)。穿透曲線(xiàn)的形狀和穿透時(shí)間取決與固定床的操作方法。操作過(guò)程的實(shí)際速率和機(jī)理、吸附平衡性質(zhì)、氣流速度、污染物入口濃度，以及床層厚度等都影響穿透曲線(xiàn)的形狀，此過(guò)程比較復(fù)雜，目前仍是只是近似過(guò)程的計(jì)算。
假定吸附床到達(dá)穿透時(shí)間時(shí)全部處于飽和狀態(tài)，即達(dá)到它的平衡吸附量a,也稱(chēng)a為靜活度，同時(shí)根據(jù)朗格謬爾等溫線(xiàn)假定靜活度不在與氣象濃度有關(guān)。在吸附作用時(shí)間ζ內(nèi)，所吸附污染物的量為
X= aSLρb
式中：X—— 在時(shí)間ζ內(nèi)的吸附量；
a —— 靜活度，重量，%；
S —— 吸附層的截面積，㎡；
L—— 吸附層高度，m；
ρb——吸附劑的堆積密度，設(shè)計(jì)為470 kg/m3
固定床雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于污染物在床層內(nèi)濃度分布是隨時(shí)間變化，計(jì)算比較復(fù)雜，因此目前工程上都是采用近似計(jì)算，通過(guò)算活性炭的作用時(shí)間進(jìn)行后處理的計(jì)算?；钚蕴康淖饔脮r(shí)間由下式算出：活性炭吸脫附設(shè)備
V=C×Q×t/W/d×10-9
式中：V――活性炭的裝填量，m3
C――進(jìn)口氣污染物的濃度，mg/m3
Q――氣流量，m3/h
t――活性炭的使用時(shí)間，h
W――活性炭原粒度的中重量穿透炭容，％
d――活性炭的堆密度0.8t /m3
V=Q/Vsp=20000/1000=20m3
算出三苯每小時(shí)的排放量：
“三苯”的濃度：ρ0＝（100＋80＋100）×20000×10-6＝5.6kg/h
假設(shè)吸附器的吸附器的吸附效率為85%，則達(dá)標(biāo)排放時(shí)需要吸附總的污染物的量為：5.6×85%＝4.76 kg/h
t＝V×W×d/C/Q×10-920×10%×0.8/280/20000
×10-9＝285h
則在吸附作用時(shí)間內(nèi)的吸附量：
X=4.76×285＝1356.6㎏
根據(jù)X= aSL ρb得：
L＝X/a/S/ ρb
根據(jù)活性炭的吸附能力，設(shè)靜活度為16kg甲苯/100kg活性炭
所以，L＝1356.6/0.16/5.56/470＝3.24m
3、吸附劑（活性炭）用量的計(jì)算
吸附劑的用量M：
M = LSρb=3.24×5.56 ×470 = 8600kg
吸附劑本身占據(jù)體積：
V＝LS＝3.24×5.56＝18.1m3
吸附劑床層體積：
V＝Vρs/ρb＝18.1×670/470＝25.8m3
設(shè)計(jì)吸附床層尺寸為L(zhǎng)×B＝6600mm×3200mm，則每塊塔板的截面積A3＝21.12m3。
取板上固定床高度H＝0.35m，
則吸附器中塔板數(shù)：n＝V/A3/H＝25.8/21.12/0.35=3.5=4塊
考慮安裝的實(shí)際情況，得到固定床吸附裝置的實(shí)際尺寸取為：
L×B×H＝7000mm×3300mm×3000mm
4、床層壓降的計(jì)算
流體通過(guò)固定床吸附器時(shí)，由于流體不斷地分流和回合，以及流體與吸附劑顆粒和器壁的摩擦阻力，會(huì)產(chǎn)生一定的壓降。在設(shè)計(jì)固定床吸附器時(shí)多采用流路模型估算床層壓力降，若對(duì)壓力降計(jì)算有更高的要求，則可直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)的床層壓力降用下式計(jì)算：
根據(jù)活性炭的性能：
＝220.76
△P1＝220.76×0.35＝77.27Pa
5、活性炭再生的計(jì)算
吸附劑的吸附容量有限，一般在1％～40％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）之間。要增大吸附裝置的處理能力，吸附劑一般都循環(huán)使用，即當(dāng)吸附劑達(dá)到飽和或接近飽和是，使其轉(zhuǎn)入脫附和再生操作。一般常用的再生方法有：升溫脫附、降壓脫附、置換脫附、吹打脫附、化學(xué)轉(zhuǎn)化再生法、溶劑萃取。此外，還有一些其他的吸附劑脫附再生方法，如電解氧化再生法、微生物再生法和藥物再生法等。至于工業(yè)上到底采用哪種操作方法，應(yīng)視具體情況選用既經(jīng)濟(jì)又有效的方法。生產(chǎn)實(shí)際中，常常是幾種方法結(jié)合使用。如活性炭吸附有機(jī)蒸氣后，可用通入高溫蒸氣再生，也可用加熱和抽真空的方法再生；沸石分子篩吸附水分后，可用加熱氮?dú)獾霓k法再生。
本設(shè)計(jì)采用升溫脫附，即在等壓下升高吸附床層溫度，進(jìn)行脫附，然后降溫冷卻，重新吸附。吸附床的操作溫度為T(mén)1，原料中吸附質(zhì)的分壓為Pa，當(dāng)吸附床達(dá)飽和后，吸附劑吸附容量為x1。假定吸附階段終了時(shí)，允許吸附后氣體中的吸附容量低于x2。升溫脫附可將吸附劑從T1升溫到T2，這是吸附劑容量可以低于x2。
1、 干燥吸附劑時(shí)空氣消耗量：
L＝W/l＝1/(X2-X1)×W
式中：L――干燥吸附劑時(shí)空氣的消耗量，kg
l――空氣的單位消耗量，即干空氣/H2O，無(wú)量綱
x1、x2――分別為離開(kāi)、進(jìn)入吸附劑層時(shí)空氣的含濕量即H2O/干空氣
W――干燥時(shí)驅(qū)走的水分，kg
由《化工原理》查表得，35℃時(shí)飽和水蒸氣蒸氣密度為0.03960kg/m3，則
L＝1/85%×（0.03960×20000）＝931.76kg
2、加熱空氣所消耗得空氣熱含量：
Q＝l×（I2－I1）W
式中：I2――由加熱器進(jìn)入吸附器的空氣熱含量，J/kg
mI1――進(jìn)入加熱器的空氣熱含量，J/kg
設(shè)利用120℃的熱風(fēng)進(jìn)行脫附，查得35℃時(shí)干空氣的熱含量為1.005KJ/（kg.℃），120℃時(shí)為1.009 KJ/（kg.℃），則：
Q=1/85%℃（1.009－1.005）×（120－35） ×（0.03960×20000）＝316.8 KJ
6、集氣罩的設(shè)計(jì)計(jì)算
在工業(yè)生產(chǎn)中，常用于控制各種顆粒物和氣態(tài)污染物的方法是將有害物質(zhì)在發(fā)生源收集起來(lái)，經(jīng)過(guò)凈化設(shè)備凈化后排到大氣中，這就是局部排氣凈化系統(tǒng)，這種系統(tǒng)所需要的風(fēng)量最小，效果好，能耗也少，是生產(chǎn)車(chē)間控制空氣污染最有效、最常用的方法。
局部排氣凈化系統(tǒng)主要由集氣罩、風(fēng)管、凈化設(shè)備、風(fēng)機(jī)、煙囪等組成。局部排氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括污染物的捕集裝置、管道系統(tǒng)、凈化設(shè)備設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分。
該系統(tǒng)用以捕集污染物的裝置大多數(shù)呈罩子形狀，通常稱(chēng)為集氣罩。它是氣體凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它可將粉塵及氣態(tài)污染物導(dǎo)入凈化系統(tǒng)，同時(shí)防止污染物向生產(chǎn)車(chē)間及大氣擴(kuò)散。集氣罩的性能對(duì)整個(gè)氣體凈化系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果有很大的影響。設(shè)計(jì)完善的集氣罩能在不影響生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)操作的前提下，用較小的排風(fēng)量獲得最佳的控制效果;而設(shè)計(jì)不良的集氣罩即使用很大的排風(fēng)量也達(dá)不到預(yù)期的目的。在控制氣體中擴(kuò)散效果相同的前提下，排風(fēng)量越大，則整個(gè)凈化系統(tǒng)也越大，投資與運(yùn)行費(fèi)用也相應(yīng)增加。因此，集氣罩的設(shè)計(jì)是氣體凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。
7、集氣罩氣流的流動(dòng)特性
研究集氣罩罩口氣流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律對(duì)于有效捕集污染物是十分重要的。集氣罩罩口氣流運(yùn)動(dòng)方式有兩種：一種是吸氣口氣流的吸入流動(dòng)；另一種是吹氣口氣流的吹出流動(dòng)。了解吸入氣流、吹出氣流以及兩種氣流合成的吹吸氣流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是合理設(shè)計(jì)和使用集氣罩的基礎(chǔ)。吸入氣流和吹出氣流的流動(dòng)特性是不同的。吹出氣流在較遠(yuǎn)處仍能保持其能量密度，吸入氣流則在離吸氣口不遠(yuǎn)處其能量密度急劇下降。這亦表明，吹出氣流的控制能力大，而吸入氣流則有利于接受。因此，可以利用吹出氣流作為動(dòng)力，把污染物輸送到吸氣口再捕集，或者利用吹出氣流阻擋、控制污染物的擴(kuò)散。
8、集氣罩的分類(lèi)及設(shè)計(jì)原則
集氣罩的種類(lèi)繁多，應(yīng)用廣泛。按其氣流流動(dòng)的方式可分為兩大類(lèi)：吸氣式集氣罩和吹氣式集氣罩。按集氣罩與污染源的相對(duì)位置及密閉情況，還可將吸氣式集氣罩分為:密閉罩、排氣柜、外部集氣罩、接受式集氣罩等。其集氣罩的設(shè)計(jì)原則為：
（1）集氣罩應(yīng)盡可能包圍或靠近污染源，使污染物的擴(kuò)散限制在最小的范圍內(nèi)，盡可能減少氣吸氣范圍，防止橫向氣流的干擾，減少排風(fēng)量。
（2）集氣罩的吸氣氣流盡可能與污染氣流運(yùn)動(dòng)方向一致，以充分利用污染氣流的初始動(dòng)能。
（3）在保證控制污染的條件下，盡量減少集氣罩的開(kāi)口面積，使排風(fēng)量最小。
（4）集氣罩的吸氣氣流不允許通過(guò)人的呼吸區(qū)再進(jìn)入罩內(nèi)。設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮操作人員的位置和活動(dòng)范圍。
（5）集氣罩的配置應(yīng)與生產(chǎn)工藝協(xié)調(diào)一致，力求不影響工藝操作和設(shè)備維修。
（6）集氣罩應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用而造價(jià)低，并便于制作安裝和拆卸維修。
（7）要盡可能避免或減弱干擾氣流辱穿堂風(fēng)、送風(fēng)氣流等對(duì)吸氣氣流的影響；
雖然集氣罩的結(jié)構(gòu)不十分復(fù)雜，但由于各種因素的相互制約，要同時(shí)滿(mǎn)足上述要求并非易事，應(yīng)充分了解生產(chǎn)工藝、操作特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。
9、集氣罩的選型
由于受工藝條件限制，一般產(chǎn)生有機(jī)廢氣的車(chē)間無(wú)法進(jìn)行密閉，且噴氣車(chē)間室內(nèi)橫向氣流干擾較小，可采用外部集氣罩的上部傘形罩，如 附圖5 所示
其基本參數(shù)如下：
排風(fēng)量：Q = 20000 m3/h
鋼板制圓形風(fēng)管，取風(fēng)速12 m/s
風(fēng)管直徑： m
圓整為 800㎜
規(guī)格為800 ㎜×1.0 ㎜
風(fēng)管橫截面積： 0.50㎡
則實(shí)際風(fēng)管氣速： ＝ 11.1 m/s
10、吸附前的預(yù)處理
對(duì)于一般的有機(jī)廢氣的工藝過(guò)程所產(chǎn)生的塵霧在高速?lài)姵鰰r(shí)，誘導(dǎo)周?chē)目諝饬鲃?dòng)，加上工作點(diǎn)的不斷變換，又與工件周?chē)目諝獯罅炕旌希诜磸棜饬骷败?chē)間內(nèi)橫向氣流作用下，塵霧呈無(wú)序發(fā)散。這些粉塵含量不高，粒徑較小，絕大部分在10um以下，若未經(jīng)處理，將很快堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。
目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)這些塵霧特別是噴漆污染的治理非常重視，凈化方式多種多樣，有干式過(guò)濾法、濕式過(guò)濾法、燃燒法、催化燃燒法、吸附法、蒸餾析法等，根據(jù)不同產(chǎn)品的特性、產(chǎn)品生產(chǎn)狀況以及經(jīng)濟(jì)性、場(chǎng)地情況進(jìn)行選擇。
本設(shè)計(jì)除霧處理采用前置式干式除塵過(guò)濾器，具體運(yùn)行參數(shù)如下：
處理風(fēng)量：Q=20000 m3/h
過(guò)濾速度：u =1.2～1.5 m/s
過(guò)濾面積：S =20000/3600/1.4 =4.0 m2
過(guò)濾器的尺寸：長(zhǎng)×寬×高＝700×2000×2000mm
設(shè)備阻力：P2< 350Pa
數(shù)量：一臺(tái)；
采用鋼板進(jìn)行燒焊，過(guò)濾箱采用抽屜方式放置雙層進(jìn)口干式除塵和除霧過(guò)濾材料，容塵量大、凈化效率高、阻力低、過(guò)濾風(fēng)速大、阻燃。干式過(guò)濾材料使霧狀物變成松散粉塵狀，材料飽和后可取出拍打、抖落，或用吸塵器吸塵后重復(fù)使用多次。
11、管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
只有通過(guò)各種管道把各種凈裝置連接在一起才能組合成完整的凈化系統(tǒng)，因此，管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)是凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的組成部分，合理地設(shè)計(jì)、施工和使用管道系統(tǒng)，不僅能充分發(fā)揮凈化裝置的能效，而且直接關(guān)系到設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)合理性。管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常是在凈化系統(tǒng)中的各種裝置選定之后進(jìn)行的，主要包括管道系統(tǒng)的配置和管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算等兩個(gè)方面的內(nèi)容。
無(wú)錫威爾肯主要生產(chǎn)濾筒除塵器,鍋爐除塵器,防爆除塵器,廢氣處理設(shè)備,脈沖布袋除塵器,活性炭吸脫附設(shè)備
