Разработка наиболее рациональной технологической схемы очистки отходящих газов окрасочного производства при пневматическом распылении

В данном курсовом проекте выбран  радиальный (центробежный) вентилятор (рисунок 2), который представляет собой лопастное рабочее колесо турбинного типа, расположенное в спиральном корпусе. При вращении колеса воздух, поступающий через входное отверстие, попадает в каналы между лопастями колеса, под действием возникающей центробежной силы он перемещается по этим каналам, собирается спиральным корпусом и направляется в его выпускное отверстие.

1– лопастное колесо, 2– спиральный  корпус, 3–входное отверстие,

4–выходное отверстие

Рисунок 2– Радиальный (центробежный) вентилятор

Радиальные вентиляторы общего назначения применяются в стационарных системах вентиляции, кондиционирования, воздушного отопления, технологических установках и т.д. Они предназначены для перемещения невзрывоопасных газовых сред с температурой не выше 80 °С — для обычного исполнения (до 200 °С — для теплостойкого исполнения), содержащих твердые примеси не более 0,1 г/м3, не содержащих липких веществ и волокнистых материалов. Область применения и ограничения условий эксплуатации для радиальных вентиляторов специального исполнения [5].

3.2 Выбор гидрофильтра

Воздух, удаляемый от мест окраски распылением, всегда подвергается мокрой очистке от красочного аэрозоля в гидрофильтрах. Основным назначение гидрофильтра является предохранение от загрязнения (а при интенсивной пневматической окраске от забивания) вентиляционной системы (воздуховодов и вентилятора) краской. В гидрофильтрах также задерживаются частично и пары растворителей.

Существующие конструкции гидрофильтров имеют четыре основные элемента:

1. воздухопромывной канал, в котором происходит промывка воздуха водой;
2. водораздающие устройства (ванны – лотки, водопадающие трубы с отверстиями или форсунками);
3. отстойную ванну, куда стекает загрязненная вода;
4. каплеотделители в виде плоскостей или пластинчатых сепаратов, назначение которых задерживать капельную влагу, уносимую воздухом.

В данном проекте был выбран форсуночный гидрофильтр, работающий по принципу орошения воздушного потока распыленной форсунками водой. Данный тип гидрофильтров был разработан одновременно с внедрением в промышленность пульверизационного метода окраски. В промывных каналах этих гидрофильтров установлены форсунки. Каплеотделителем является пластинчатый сепаратор (рисунок 3).

Ванна для сбора и отстоя загрязненной воды располагается под камерой. Очищенная вода подается насосами по системе трубопроводов в водораздаточные устройства гидрофильтров. Для большого количества камер целесообразно применять централизованные очистные сооружения с бассейнами коагуляции, оснащенные насосными станциями и механизмами для очистки бассейнов от загрязнений. С целью ускорения процесса очистки воды в бассейн вводят коагулянты, способствующие быстрому разделению краски на легкую и тяжелую фракции, которые затем удаляются.

1– форсунки, 2– пластинчатый  сепаратор

Рисунок 3 – Форсуночный гидрофильтр

Коэффициент очистки воздуха — у гидрофильтров лежит в пределах 92—94% (для пыли) и 50—57% (для паров растворителей). Если рассматривать гидрофильтры по эксплуатационным показателям, то можно сказать, что почти у всех гидрофильтров  при  нормальной их работе (т. е. своевременной их очистке, обеспечивающей постоянное поступление воды) производительность приблизительно через 160 ч работы после очистки снижается на 15—20%. Главным недостатком большинства гидрофильтров является отсутствие стабильной равномерности подачи воды из за быстрого загрязнения отдельных водораздающих элементов, а также сложность очистки некоторых элементов (водоподающих труб с отверстиями и форсунками, пластинчатых сепараторов) [6].

 

3.3  Выбор адсорбера

Аппараты, с помощью которых происходит разделение газообразных и жидких сред поверхностью пористого твердого тела называются адсорберами. Наиболее распространено применение адсорберов для разделения паровых или газовых сред, осушки или очистки газа, а также для улавливания ценных органических веществ из газообразных сред.

В роли адсорбентов выступают твердые пористые вещества, самыми распространенными адсорбентами являются силикагель и активированный уголь. В адсорберах поглощающие вещества применяют в виде гранул от 2 до 8 мм, либо в виде пылевых частиц от 50 до 200 мкм. В промышленности применяют адсорберы нескольких типов:

• С неподвижным зернистым адсорбентом;

• С перемещающимся зернистым адсорбентом;

• С кипящим слоем адсорбента.

В данном курсовом проекте выбран вертикальный адсорбер с неподвижным зернистым слоем загрузки имеющий конструкцию полой вертикальной емкости, с размещенной в ней слоем адсорбента (рисунок 4).

Газовый поток на очистку подается в верхнюю часть аппарата через штуцер 5 для подачи исходной смеси через распределительную сетку 6. Очищенный газовый поток выводится из адсорбера через штуцер 16. Адсорбент загружается через загрузочный люк 4, а отработанный адсорбент удаляется через разгрузочный люк 2. Десорбция осуществляется путем подачи через штуцер 23 водяного пара к барботеру 20, имеющему перфорированную тороидальную поверхность для более равномерного протекания процесса десорбции. Штуцер 7 предусмотрен для отвода паров при десорбции, а в штуцер 8 устанавливается предохранительный клапан для безаварийного протекания процесса.

1– слой гравия,  2 – разгрузочный люк, 3– сетка,4 – загрузочный люк,

5– штуцер для подачи исходной смеси, 6– распределительная сетка,

7–штуцер для отвода паров, 8–  штуцер для предохранительного  клапана,

9 – коническая крышка, 10 – грузы, для предотвращения уноса адсорбента  при десорбции, 11– кольцо жесткости, 12–корпус, 13–слой адсорбента,

14–опорное кольцо, 15– решетка, 16–штуцер для отвода очищенного газа, 17– балки, 18–смотровой люк, 20– барботер, 21– днище, 22–опоры балок,

23–штуцер для подачи водяного  пара через барботер

Рисунок 4 – Вертикальный адсорбер

Процесс поглощения определенного вещества адсорбентом будет происходить до определенного момента, после чего осуществляют процесс десорбции. Данный процесс заключается в прекращении подачи газообразной среды в адсорбер, затем начинается подача перегретого водяного пара. Его перемещение происходит в направлении обратном движению газовой среды. Смесь пара и извлеченного из газовой среды вещества выводится из адсорбера и поступает на ректификацию в специальную установку или в отстойник. Процессы десорбции и адсорбции длятся одинаковое время, а после процесса десорбции через слой адсорбента пропускают горячий воздух, в результате чего адсорбент просушивается. Затем в адсорбер поступает прохладный воздух, который охлаждает адсорбент до определенной температуры. После того, как адсорбент остынет, процесс адсорбции повторяется [7].

На основании исходных данных были выбраны соответствующие аппараты для очистки загрязненного газового потока.  Данные аппараты были подобраны из конструктивных соображений и по их производительности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РАСЧЕТ АППАРАТОВ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА

4.1 Расчет выбросов при нанесении лакокрасочных материалов

Исходные данные:  На участке  расположена  окрасочная  камера  для пневматической окраски изделий ручным распылителем. Для окраски  изделий  используются следующие  лакокрасочные  материалы:  грунтовка

ВЛ- 02 с разбавителем ксилолом, лак АК-113 с растворителем Р-5. Максимальные часовые Вч и общие годовые Вр расходы лакокрасочных материалов приведены в таблице 1 [8].

Таблица 1 – Состав каждого вида лакокрасочного материала

Лакокрасочный материал, растворитель, процент разбавления	Вч (кг/ч)	Вр (кг/год)	fa (%)	fp (%)	Компоненты летучей части лакокрасочных материалов и растворителей
					Наименование	δк  (%)
Грунт ВЛ–02	0,83	7270,8	21	79	Бутанол Этанол Ксилол Ацетон	28,2 37,6 6,0 28,2
Растворитель ксилол (80%)	2,1	480	-	100	Ксилол	100
Эмаль АК–194	2,3	20148	35	72	Бутилацетат Бутанол Этанол Толуол	50,0 20,0 10,0 20,0
Растворитель Р-5 (25%)	0,9	400	-	100	Ацетон Бутилацетат Толуол	30 30 40

 

1. Расчет массовых и валовых выбросов загрязняющих веществ от грунта ВЛ-02 и его разбавителя – растворителя ксилола. Величина,

δа  = 30% для пневматического способа окраски.

1. Грунт ВЛ-02 без разбавления

А) Массовые выбросы:

• Массовые выбросы грунта в окрасочной камере без учета очистки в гидрофильтре определяется по формуле:

                             (3)

где – максимальный часовой расход лакокрасочного материала с  

         учетом   реального технологического процесса (кг/ч);

– процентное содержание в общей массе лакокрасочных материалов сухого остатка (красочного аэрозоля) при исходной вязкости;

 –  процентное содержание, выделившегося  аэрозоля краски при пневматическом способе окраски;

  – коэффициент эффективности местных отсосов;

– переводной коэффициент из часов в секунды.

• Массовые выбросы каждого компонента летучей части ЛКМ определяют по формуле:

                                 (4)

где – максимальный часовой расход лакокрасочного материала с   

         учетом   реального технологического процесса (кг/ч);

– процентное содержание в общей массе лакокрасочных  материалов летучей части (одного или нескольких растворителей – компонентов  при исходной вязкости);

 –  процентное содержание, самостоятельного растворителя или любого компонента в летучей части лакокрасочного материала;

 –  коэффициент испарения  летучей части;

  – коэффициент эффективности местных отсосов;

– переводной коэффициент 

Б) Валовые выбросы:

• Валовое выделение аэрозоля грунта в окрасочной камере определяют по формуле:

                             (5)

где – расход лакокрасочного материала за год по данным   

                предприятия (кг/год);

– процентное содержание в общей массе лакокрасочных  материалов сухого остатка (красочного аэрозоля) при исходной вязкости;

 –  процентное содержание, выделившегося  аэрозоля краски при пневматическом  способе окраски;

  – коэффициент эффективности местных отсосов;

• Валовые выбросы каждого компонента летучей части ЛКМ определяют по формуле:

                               (6)

где –  расход лакокрасочного материала за год по данным   

                предприятия (т/год);

– процентное содержание в общей массе лакокрасочных  материалов летучей части (одного или нескольких растворителей – компонентов  при исходной вязкости);

 –  процентное содержание, самостоятельного растворителя или любого компонента в летучей части лакокрасочного материала;

 –  коэффициент испарения  летучей части;

  – коэффициент эффективности местных отсосов;

1.  Массовые и валовые выбросы аэрозоля краски с учетом очистки в    гидрофильтре:

                                   (7)

где –  массовый выброс грунта в окрасочной камере без учета    очистки в гидрофильтре;

  – коэффициент эффективности очистки в гидрофильтре;

                               (8)

где –  валовый выброс грунта в окрасочной камере без учета    очистки в гидрофильтре;

2.   Массовые и валовые выбросы разбавителя – ксилола, рассчитываются по формулам (4) и (6):

2. Грунт ВЛ-02 с учетом разбавления

2.  Расчет массовых и валовых выбросов загрязняющих веществ от краски эмаль АК-194 и ее разбавителя – растворителя Р-5. Величина, δа  = 30% для пневматического способа окраски.
1. Эмаль АК-194 без разбавления

А) Массовые выбросы:

• Массовые выбросы эмали в окрасочной камере без учета очистки в гидрофильтре определяется по формуле (5):