CN117379919A - 一种挥发性有机废气排放系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机废气排放领域,公开了一种挥发性有机废气排放系统及方法,包括反应单元和处理单元,反应单元与处理单元之间设有排气管进行连通,排气管上设有压力调节阀;反应单元包括反应釜和进料管,进料管连接在反应釜上,进料管包括进料端和出料端,进料端位于反应釜外,出料端位于反应釜内,进料端上设有密封加料机构,密封加料机构对进料管进行密封。通过减低生产中产生的有机废气中空气的含量,增加有机废气分压,提高对有机废气的冷凝回收处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及有机废气排放领域,具体涉及一种挥发性有机废气排放系统及方法。
背景技术
化工医药在生产过程中会排放具有挥发性有机物质的有机废气,有机废气污染大,一般都存在易燃易爆、有毒有害、不溶于水、溶于有机溶剂、处理难度大等特点。因此,挥发性有机废气的达标排放的处理成本较高,进而给化工医药企业在生产成本和环评达标方面造成一定的压力。
现有化工医药企业进行有机废气处理时普遍采用冷凝回收法,冷凝回收法的基本原理是利用低温和高压使有机废气中的有机物质在液态冷凝器内凝结成液体,以达到净化废气的目的。在对有机废气进行排放处理前,需要先将反应单元中产生的有机废气排输送至处理单元,然后再通过处理单元对有机废气中的有机物质进行吸收、吸附等处理操作。目前,针对化工医药企业生产的易挥发有机废气冷凝回收处理系统的处理效果不够好,为了使废气达到排放标准需要将系统结构设计得相对复杂,进而会增加系统建设成本和运营成本。
发明内容
本发明意在提供一种挥发性有机废气排放系统及方法,通过减低生产中产生的有机废气中空气的含量,增加有机废气分压,提高对有机废气的冷凝回收处理效果。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:一种挥发性有机废气排放系统及方法,包括反应单元和处理单元,反应单元与处理单元之间设有排气管进行连通,排气管上设有压力调节阀;反应单元包括反应釜和进料管,进料管连接在反应釜上,进料管包括进料端和出料端,进料端位于反应釜外,出料端位于反应釜内,进料端上设有密封加料机构,密封加料机构对进料管进行密封。
本方案的有益效果为:通过进料管上设置的密封加料机构和排气管中的压力调节阀,大大降低反应单元中产生的有机废气中空气含量,从而提高有机物质气体的分压,进而增加所有有机物质的露点温度,最终实现有机物质气体能更加容易被冷凝液化,在降低冷凝液化处理所需冷凝成本的同时,使有机物质均能被有效、充分地被冷凝回收,以提高对易挥发有机废气的处理效果的目的;同时还降低了有机废气的处理量,也能进一步降低处理易挥发有机废气的难度。
本方案提供了与现有技术不同的有机废气冷凝回收处理系统的设计思路,通过对反应单元结构的改进,降低有机废气中的空气含量,增加各有机物质气体的分压,进而增加各有机物质气体的露点温度,降低冷凝处理难度;在降低空气含量使,又从两方面进行改进:
1.考虑在化工医药的实际生产中,进行固体投料的操作相对于液体投料更容易使空气大量进入到系统内部,进而在进料管上设置密封加料机构,实现在系统投料状态下,极大程度的减少空气通过进料管进入反应釜中的量,进而降低有机废气中空气的含量。
2.考虑到进行医药产品的化学反应的反应釜属于综合反应容器,因此反应釜在日常使用中无法做到绝对密封,这也就导致外界空气总会通过细小缝隙进入反应釜、混入反应产生的有机废气中,但通过压力调节阀使反应釜内部处于微正压的状态,内部微正压即可确保外界的空气无法进入反应釜,从而进一步降低本系统中排放的有机废气中的空气含量。
优选的,进料端的直径大于出料端的直径,且反应釜中设有反应溶液,进料管的出料端没入反应溶液内。
优选的,密封加料机构包括密封托盘和密封盖,密封托盘连接在进料管的进料端上,密封托盘中设有密封液,密封盖的底部浸于密封液中。
优选的,密封液与反应原料接触不发生反应。
优选的,密封加料机构包括第一密封阀和第二密封阀,且第一密封阀和第二密封阀之间存在储料段。
优选的,处理单元包括缓冲罐和若干冷凝机构,冷凝机构均包括相互连接的冷凝器和收集罐,缓冲罐与冷凝器连接。
优选的,还提供一种挥发性有机废气排放方法,基于权利要求4所述的一种挥发性有机废气排放系统,具体包括:设置反应单元反应的表压大于0MPa且小于0.1MPa。
本方案的有益效果:在设计反应单元内部反应环境处于微正压状态时,考虑到大于或等于0.1MPa时,反应釜即为压力容器,压力容器需要进行备案等一系列申请批准后才能进行安装使用,且使用操作更加复杂,因此微正压环境下还能便于系统设备的建设和后续使用。
优选的,根据反应单元内的表压确定进料管的长度;在确定进料管的长度时,根据以下公式进行:h>(P内-P外)/ρ·g,式中:h为进料管的长度,P内为反应单元内部的表压,P外为反应单元外部的表压,ρ为反应溶液的密度,g为反应溶液的重力加速度。
附图说明
图1为本发明实施例1中反应釜的结构示意图;
图2为本发明实施例1中进料管的剖视图;
图3为本发明实施例1中处理单元的结构示意图;
图4为本发明实施例2中进料管的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明:
说明书附图中的附图标记包括:反应釜1、进料管2、进料端21、出料端22、密封托盘23、密封盖24、第一密封阀25、第二密封阀26、储料段27、排气管3、压力调节阀31、加压风机4、第一冷凝器41、第一收集罐42、第二冷凝器43、第二收集罐44、缓冲罐45。
实施例1
实施例1基本如附图1-3所示,如图1所示的一种挥发性有机废气排放系统,包括反应单元和处理单元。其中,反应单元用于进行化工医药产品的反应制备,处理单元则用于对反应单元中产生的具有挥发性的有机废气进行处理回收,以使有机废气达到排放标准,符合环保要求。
含有有机物质的有机废气是工业废气中最难处理的尾气,有机废气在自然环境下难以降解,导致对有机废气的控制一直是环评达标的重点和难点。目前,针对有机废气处理系统的开发设计大多都侧重研究处理单元中对有机物质的冷凝回收方面。然而,经研究发现,现有化工医药企业将生产过程中产生的有机废气输入处理单元的形式主要包括两种:一是将反应釜1中产生的挥发性有机物质利用真空泵直接抽走;二是在反应釜1开启投料模式时,利用真空泵把挥发的溶剂和空气一起带走。在整个系统生产过程中,存在大量空气随着原料输送进入系统内部的情况,尤其是在进行固体原料的添加过程中,外界空气会大量进入反应釜1中,外界进入的空气与产生的有机物质混合在一起,导致系统需要排放的有机废气浓度低且体积大、有机废气的分压小露点温度低,使进行冷凝液化处理时需要使用低温水进行冷却才能却保证冷凝效果。
根据道尔顿分压定律、拉乌尔定律分析推演并现场实验验证,明确每一种有机物质在空气(或惰性气体)中的分压大小与露点温度是一一对应的,同时遵循有机物质分压越大露点温度也越高的规律,进而研发得到对挥发性有机废气排放的新技术设计,在有机物质总量确定后,若能通过减少空气含量,即可增加有机物质在系统中的分压,气体分压增加则相对应的露点温度增加,进而能使处理单元有效地对有机物质进行冷凝回收。基于此,本实施例通过防止空气进入系统内部实现减少排放气体中空气含量的目的。另外,考虑在化工医药的实际生产中,进行固体投料的操作相对于液体投料更容易使空气大量进入到系统内部,因此本实施例中,投入的原料为固体原料。
如图1所示,反应单元包括反应釜1和进料管2,进料管2通过焊接的方式固定在反应釜1的顶部,进料管2包括进料端21和出料端22,整体呈喇叭状,且进料端21的直径大于出料端22的直径,以便工作人员精准投料,减小出料端22直径能降低投料时空气进入量。同时,由于出料端22的底部相对较小,因此在投料的过程中,进料端21大量的固体原料由上至下逐渐滑落聚集,从而能将进料管2的底部进行动态的封堵,在持续进料的过程中,汇聚堆积着下滑的原料减小空气在投料状态下由进料管2进入反应釜1的量,进一步实现降低有机废气中空气含量的目的。进料端21位于反应釜1之上,出料端22位于反应釜1内部,本实施例里中,进料端21没入反应釜1中的反应溶液中,进而在实现进料管2底部液封;由于固体原料与反应液接触时即开始化学反应、产生有机废气,而进料管2底部的出料端22没入反应液中,因此,产生的有机物质气体的一部分会进入进料管2中,进一步防止外界空气通过进料管2进入反应釜1内,减小有机废气中空气的含量。
进料端21上设有密封加料机构,密封加料机构实现对进料管2的密封,本实施例中,密封加料机构包括密封托盘23和密封盖24。如图2所示,密封托盘23通过焊接的方式套接固定在进料管2的进料端21上,且固定后密封托盘23位于水平面。密封托盘23中盛放有密封液,密封盖24盖合于密封托盘23之中后,密封盖24的底部浸没于密封液中从而通过密封液和密封盖24实现对进料管2的密封。另外,密封液选用与固体原料接触时不产生反应的液体,以防止工作人员加料时,操作失误导致固体原料与密封托盘23中的密封液接触出现剧烈反应,造成安全事故。
如图1所示,反应单元还包括有排气管3,排气管3通过法兰连接于反应釜1的顶部上,排气管3的另一端与处理单元连接,通过排气管3将反应釜1内部产生的有机废气排入处理单元中进行回收处理。同时,排气管3内部安装有一个压力调节阀31,排气管3中的压力调节阀31工作时对通过排气管3的有机废气起到一定阻挡作用,从而使小部分有机废气不能及时从排气管3中排出,有机废气的排出受到滞后使反应釜1内部变成一个微正压状态。考虑到进行医药产品的化学反应的反应釜1属于综合反应容器,因此反应釜1在日常使用中无法做到绝对密封,这也就导致外界空气总会通过细小缝隙进入反应釜1、混入反应产生的有机废气中,但通过压力调节阀31使反应釜1内部处于微正压的状态,内部微正压即可确保外界的空气无法进入反应釜1,从而进一步降低本系统中排放的有机废气中的空气含量。
如图3所示,处理单元包括加压风机4、缓冲罐45和若干冷凝机构,冷凝机构均包括相互连接的冷凝器和收集罐。本实施例中,冷凝机构设有两个,分别为相互连接的第一冷凝器41和第一收集罐42,以及相互连接的第二冷凝器43和第二收集罐44,且第一收集罐42与第二冷凝器43之间设有管道进行连通。同时,反应单元中的排气管3的另一端与缓冲罐45之间设有管道进行连通,缓冲罐45与第一冷凝器41连接,第二收集罐44与加压风机4的进风口之间连接,加压风机4的出风口连接有废气排放管。反应釜1中反应产生的有机废气通过排气管3进入缓冲罐45中暂存,以稳定处理单元运行的稳定性;接着,有机废气先进入第一冷凝器41中进行冷却,且在第一冷凝器41中,有机废气中一部分有机物质气体遇冷液化,并被收集在第一收集罐42中,其余有机废气通过管道经第一收集罐42再进入到第二冷凝器43中;随后,经过一轮冷凝液化的有机废气再在第二冷凝器43中作进一步冷却,使有机废气中的其余有机物质再次冷凝液化,在第二冷凝器43中液化后的有机物质收集在第二收集罐44中;经两轮冷凝处理后,本实施例中的有机废气达到排放标准,在加压风机4作用下被排放至大气中。
并且,本实施例中还提供一种挥发性有机废气排放处理的方法,基于上述处理系统的结构,具体包括:控制反应单元反应的表压大于0MPa且小于0.1MPa;并根据反应单元内的表压确定进料管的长度;在确定进料管的长度时,根据以下公式进行:
h>(P内-P外)/ρ·g
式中:h为进料管的长度,P内为反应单元内部的表压,P外为反应单元外部的表压,ρ为反应溶液的密度,g为反应溶液的重力加速度。。
本方案中,通过进料管2上设置的密封加料机构和排气管3中的压力调节阀31,大大地降低反应单元中产生的有机废气中空气含量;不仅能降低有机废气的处理量,还能提高有机物质气体的分压,以增加所有有机物质的露点温度,进而使有机物质气体能更加容易地被冷凝液化,在降低冷凝液化处理所需冷凝成本的同时,使有机物质均能被有效、充分地被冷凝回收,以提高对易挥发有机废气的处理效果,在未设置复杂冷凝处理系统的情况下,使有机废气的处理能达到排放标准。反应釜1中设置表压小于0.1MPa的微正压状态,在防止外界空气通过细小缝隙混入产生的有机废气中,也避免反应釜1中内部压力过大、造成安全事故或影响反应的正常进行。同时,考虑到大于或等于0.1MPa时,反应釜即为压力容器,压力容器需要进行备案等一系列申请批准后才能进行安装使用,且使用操作更加复杂,因此微正压环境下还能便于系统设备的建设和后续使用。
并且,进料管的长度也需要根据实际反应设备的建设需求进行特殊的设计,进料管的出料端会没入反应容溶液中以实现液封,同时,为了确保在微正压环境下,固体物料的顺利进料和反应溶液与固定物料的顺利反应,需要根据不同反应溶液的其密度和重力加速度进行进一步的计算确定,上述计算公式为本发明人在实际设计中经多次实验得到。
实施例2
如图4所示的一种挥发性有机废气排放系统,与实施例1不同的是:密封加料机构包括第一密封阀25和第二密封阀26,且第一密封阀25和第二密封阀26之间形成有储料段27。需要说明的是,本实施例中的密封加料机构则不再包括密封托盘23和密封盖24。
如图4所示,第一密封阀25设置于进料端21的顶部,第二密封阀26设置于第一密封阀25的下方。在需要向反应釜1中投入原料时,先打开第一密封阀25并保持第二密封阀26关闭,然后将待投的原料通过第一密封阀25投入进料管2的储料段27中,当投料量足够或原料堆积至与第一密封阀25接触时,停止投料并关闭第一密封阀25;接着确保第一密封阀25关闭的状态下打开第二密封阀26,原料在重力作用下通过进料管2的出料端22落入反应釜1内部的反应液中。
本实施例中同样能有效地减小在固体原料的投料过程中、因进料口开启而通过进料管2进入反应釜1中的量。根据不同化工医药生产操作模式,设置储料段27为不同的长度,以确保每次定量投料的量能与储料段27的容量相差不大,当第二密封阀26关闭且打开第一密封阀25进行投料操作时,固体原料能将储料段27几乎填满,从而能减少储料段27中存在的空气,进而在关闭第一密封阀25打开第二密封阀26实现投料时,减少空气通过进料管2进入反应釜1中的量,降低排放的有机废气中的空气的含量,增加有机废气中各有机物质的分压,最终通过提高各有机物质的露点温度,以便通过较简单的处理系统设计和冷却成本实现对有机物质的高效冷凝。
以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明技术方案的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种挥发性有机废气排放系统,其特征在于:包括反应单元和处理单元,反应单元与处理单元之间设有排气管进行连通,排气管上设有压力调节阀;反应单元包括反应釜和进料管,进料管连接在反应釜上,进料管包括进料端和出料端,进料端位于反应釜外,出料端位于反应釜内,进料端上设有密封加料机构,密封加料机构对进料管进行密封。
2.根据权利要求1所述的一种挥发性有机废气排放系统及方法,其特征在于:进料端的直径大于出料端的直径,且反应釜中设有反应溶液,进料管的出料端没入反应溶液内。
3.根据权利要求2所述的一种挥发性有机废气排放系统,其特征在于:密封加料机构包括密封托盘和密封盖,密封托盘连接在进料管的进料端上,密封托盘中设有密封液,密封盖的底部浸于密封液中。
4.根据权利要求3所述的一种挥发性有机废气排放系统,其特征在于:密封液与反应原料接触不发生反应。
5.根据权利要求2所述的一种挥发性有机废气排放系统,其特征在于:密封加料机构包括第一密封阀和第二密封阀,且第一密封阀和第二密封阀之间存在储料段。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种挥发性有机废气排放系统,其特征在于:处理单元包括缓冲罐和若干冷凝机构,冷凝机构均包括相互连接的冷凝器和收集罐,缓冲罐与冷凝器连接。
7.一种挥发性有机废气排放方法,其特征在于:基于权利要求4所述的一种挥发性有机废气排放系统,具体包括:设置反应单元反应的表压大于0MPa且小于0.1MPa。
8.一种挥发性有机废气排放方法,其特征在于:根据反应单元内的表压确定进料管的长度;在确定进料管的长度时,根据以下公式进行:
h>(P内-P外)/ρ·g
式中:h为进料管的长度,P内为反应单元内部的表压,P外为反应单元外部的表压,ρ为反应溶液的密度,g为反应溶液的重力加速度。
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