UVFenton净化处理工艺设计.doc

1、摘 要室内空气中可挥发有机污染物对人体的危害严重影像了人们的生活质量和身体健康，Fenton试剂法处理有机污水的研究较早。在液态时促进化学反应能够极大的提高低溶解性挥发性有机化合物(VOCs)的吸收率，进而提高去除率。本设计提出采用UV/Fenton法吸收处理硝基苯废气。硝基苯中的硝基为强钝化基，须在较强的条件下硝基苯才能发生亲电取代发应，生成间位产物，生物降解很难。Fenton试剂在紫外灯的照射下，能够产生较多的OH自由基，使硝基苯被氧化去除，去除效率高。关键词：有机废气，吸收塔，UV/Fenton法，硝基苯废气AbstractIt was fairly earlier to treat o

2、rganic wastewater with Fenton as a reagent. Promotion of chemical reactions at the liquid phase can significantly improve the rate of low-solubility volatile organic compounds(VOCs), and then increase the efficency of removal.In this design，the treatment of nitrobenzene with UV/Fenton is proposed .

3、The nitro of nitrobenzene is passivation, to be stronger in terms, nitrobenzene can happen electrophilic substitution, m-generation is producted, nitrobenzene biodegradable is difficult. Fenton in ultraviolet light irradiation, can produce more OH radicals, nitrobenzene is oxidation removal, with hi

4、gh removal efficiency. Key words : Organic emissions, Absorption tower, UV/Fenton, Nitrobenzene 目 录1绪论11.1硝基苯的特性11.2硝基苯对人体健康的危害11.3硝基苯的毒理学资料及环境行为11.4硝基苯有机废气处理的必要性22常用的净化方法32.1热力燃烧32.2催化氧化42.3炭吸附法52.4冷凝法82.5膜分离技术192.6变压吸附技术102.7生物处理技术102.8高压脉冲电晕法102.9臭氧分解法( Ozonolysis Method)112.10光分解法( Photeolysis M

5、ethod)112.11离子体分解法( Plasma Decomposition)123UV/FENTON净化处理法133.1UV/Fenton法氧化机理134设计资料154.1硝基苯废气的气量和组成154.2设计依据与原则154.3设计原则154.4设计范围154.4设计目标165 UV/FENTON净化处理工艺设计175.1工艺流程175.2工艺设计计算185.2.1 吸收塔尺寸的确定185.2.2 喷淋量的确定195.2.3 吸收塔附件的选择195.2.4吸收塔总压降225.2.5 管网设计225.2.6 风机及配套电机的选择277工程投资328运行费用338.1成本概算有关单价338.

6、2运行成本概算33参 考 文 献34致谢361绪论1.1硝基苯的特性硝基苯为淡黄色油状液体，有苦杏仁味，具有挥发性，能随水蒸汽同时挥发，可溶于醇，微溶于水。空气中容许浓度为1mgm，相对密度为 1.571(0)，熔点为 118，沸点为 319。硝基苯的分子式为：C6H5NO2可用于生产多种医药和染料中间体如苯胺、间氨基苯磺酸、二硝基苯等。亦可用作有机溶剂，有时在有机反应中作弱氧化剂用。如制造三芳基甲烷染料等。1.2硝基苯对人体健康的危害硝基苯侵入人体的途径主要有三种，吸入、食入、经皮吸收。硝基苯对人的危害与苯大体类似，主要引起高铁血红蛋白血症，可引起溶血及肝损害，除可以致癌、致畸形、致基因突变

7、，伤及人的中枢神经、组织器官及造血系统之外，它还可能造成中毒性肝炎，或者肝病。剧毒。口服15滴可致死。吸入蒸气或经皮肤吸收而引起中毒。急性中毒症状为神志不清、麻醉、心力衰褐、呼吸不匀，离开中毒环境后仍有嘴唇发紫等症状，家兔经口LD700mg/kg。由于醇类可使硝基苯中毒者血液毒性增加，因此班前班后禁酒。工作场所空气中最高容许浓度1E-6。生产设备要密闭，防止泄漏，通风要良好。操作人员要穿戴防护用具。1.3硝基苯的毒理学资料及环境行为急性毒性：LD50489mg/kg(大鼠经口)；2100mg/kg(大鼠经皮)；狗静脉150mg/kg，最小致死剂量；人(女性)经口200mg/kg，最小中毒剂量(

8、血液毒性)；人经口5mg/kg，最小中毒剂量(不悦感)。致突变性：细胞遗传学分析：啤酒酵母菌10mmol/管。生殖毒性：大鼠吸入最低中毒浓度(TCL0)：5ppm(6小时)，(90天，雄性)，影响精子生成，影响睾丸、附睾和输精管。硝基苯在水中具有极高的稳定性。由于其密度大于水，进入水体的硝基苯会沉入水底，长时间保持不变。又由于其在水中有一定的溶解度，所以造成的水体污染会持续相当长的时间。硝基苯的沸点较高，自然条件下的蒸发速度较慢，与强氧化剂反应生成对机械震动很敏感的化合物，能与空气形成爆炸性混合物。倾翻在环境中的硝基苯，会散发出刺鼻的苦杏仁味。80以上其蒸气与空气的混合物具爆炸性，倾倒在水中的

9、硝基苯，以黄绿色油状物沉在水底。当浓度为5mg/L时，被污染水体呈黄色，有苦杏仁味。当浓度达100mg/L时，水几乎是黑色，并分离出黑色沉淀。当浓度超过33mg/L时可造成鱼类及水生生物死亡。吸入、摄入或皮肤吸收均可引起人员中毒。中毒的典型症状是气短、眩晕、恶心、昏厥、神志不清、皮肤发蓝，最后会因呼吸衰竭而死亡。危险特性：遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。与硝酸反应强烈。燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳、氧化氮。1.4硝基苯有机废气处理的必要性去除空气中有害挥发性有机物（VOCS）是近十年来普遍关注的重点和研究的主要课题。VOCS来自室内生产工艺、设备、家具和围护结构在内的

10、所有物品，并在室内扩散、传递和反应。硝基苯化合物常用于硝基苯制造、苯胺、联苯胺、偶氮苯、染料生产的原料，是染料、苦味酸及苦胺酸、苯胺、炸药、香料、医药、农药等有机合成工业中最重要的基本中间体之一，也常用于有机溶剂。硝基苯废气对人体危害极大，属重度危害有机物，少量就能引起中毒，严重时昏迷、抽搐、呼吸麻痹，具有致突、致畸、致癌性。各国对大气中硝基苯浓度均有严格限制。我国规定居住区大气中硝基苯最高允许浓度为0.01mg/m3，车间空气中最高允许浓度为5mg/m3。362常用的净化方法VOC的控制可以从多种途径实现。最经济的方法是通过清洁生产的途径减少VOC的使用和散发。但对于一些工艺过程和生产而言，

11、清洁生产的路还很长，不可避免的还会有大量的VOC会被排放，末端治理技术仍然是必不可少的一种手段。同样在这些治理技术中也存在清洁工艺和污染工艺之分。目前常用或已有实际应用的净化和回收VOC的方法有两类，一类是破坏性方法，包括热力燃烧法，催化燃烧法、工业锅炉或加热器燃烧法；另外一类是非破坏性方法，即将VOC净化和并回收，这类方法有活性炭吸附法、冷凝法、膜分离法、生物法等；其他正在开发的方法有光催化氧化法、等离子法等。热力燃烧法、催化燃烧法、吸附法等传统方法已在VOC的控制上得到了广泛的应用，但这类方法也在不断的改进和提高以增加控制效率、扩展应用范围和减低费用。2.1热力燃烧现代的热力燃烧系统已不再

12、是以往的明火燃烧（如火矩），其对各类挥发性有机污染消除效率设计为95%99%。这类系统设计用于气量200010000m3/h ,浓度范围在1002000ppm的场合。通常的燃烧温度为7001000，停留时间为0.51.0s，并可通过配置热回收系统来减少运行费用，在国外和国内的石化企业中应用很广。热力燃烧系统的实际运行温度取决于处理气体的性质、浓度和要求的净化效率。在污染组分不易燃烧或入口浓度较低的情况时，需要输入较多的能量和较长燃烧区停留时间才能确保所需的净化效率。燃烧在1000进行时会产生一定量的热力NOx，造成二次污染。在处理卤代有机化合物时，生成的酸性产物及由此可能造成的腐蚀问题要求设备

13、防腐和对尾气进行进一步的净化处理。燃烧法的改进主要体现在燃烧器的改进设计。美国Alzeta公司设计了一种内向式、绝热辐射燃烧器。该装置为双层圆桶式结构，VOC与燃烧气首先进入外圆环空间，然后通过一多孔陶瓷圆环燃烧器强制混合燃烧，最后从中心排出。由于陶瓷燃烧器的，而燃烧区为陶瓷环内表面，因此只需较低的温度和较短的停留时间就可达完全燃烧。该装置可在数秒内就加热到操作温度，很适用于间歇式操作。由于采用了内向流设计，辐射热在陶瓷的内表面间交换，使得燃烧器即使在空气过量系数大于2的情况下也能维持所需的操作温度。该装置的操作温度为870980，处理能力为260360Nm3/m2陶瓷面积。对含氯或不含氯氢类

14、的净化效率大于99.9，NOx和CO的含量低于10ppm，设备占地小，对燃烧需求量也较小。还有一种燃烧法为界面燃烧，是在热力燃烧的基础上发展起来的，其特点是在燃烧室内增加了蓄热能力大的填充物。填充物预热到600，从上徐徐向下移动，与上升的有害气体在上升过程中热量愈得愈多，温度愈来愈高，直到起燃温度后开始氧化分解，最后反应温度650750。填充物在装置内不断循环，处理过程连续进行。净化后的排放气体与循环下降的低温填充物热交换后，约在100左右的温度下排入大气。在750下对苯的净化效率为99.8；在800下则已接近100。表2.1 表面燃烧与一般热力燃烧的比较表面燃烧一般热力燃烧1m3空间中填充直

15、径13mm球时，表面积达250m31 m3空间内壁面积最大仅为6m3停留时间0.050.1s停留时间0.30.5s填充层型的热回收装置的传热系数K=628837.36kJ/(hm2)列管式热交换器的传热系数K=83.74167.47kJ/(hm2)2.2催化氧化与热力燃烧系统一样，催化氧化处理系统也是一种燃烧，不同之处在于，由于催化剂的作用，催化氧化的温度在370480，用于气量2000200000m3/h，浓度范围在1002000ppm的场合。与热力燃烧相比，催化氧化适用于低浓度及气体循环使用的场合。常用于气体流量和浓度波动的场合。其净化效率通常大于90，最大为95。其热力回收系统主要为间接回收。催化材料易受硫、氯和硅等非VOC物质的毒害而失活。由于更换催化剂的费用非常昂贵，因此其应用要少于热力燃烧。催化燃烧的改进主要集中在新型催化剂的研究上.重点为如何防止催化剂因卤素、硫化物或NO2而造成的失活及和磷、铅、锌。砷、汞或其他重金属引起的中毒。如美国联信公司开发的处理卤代氢的催化剂对磷