PCB廢氣凈化中聚丙烯填料塔的應(yīng)用分析
摘要：填料塔洗滌吸收凈化工藝不單應(yīng)用在化工領(lǐng)域,在低濃度工業(yè)廢氣凈化方面也能很好地發(fā)揮作用。工程實(shí)踐表明,合理的系統(tǒng)工藝和塔體設(shè)計(jì),是保證凈化效果的前提。在此淺述聚丙烯填料塔應(yīng)用于PCB 廢氣凈化的工藝設(shè)計(jì)以及工程問題。
1 隨著印制電路板(PCB)
產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,高技術(shù)污染問題日益突出,因其污染物多為復(fù)合型,不為大多數(shù)人所認(rèn)識,具有較高的毒害性。廢氣污染是PCB行業(yè)主要污染之一,因此,尋求一種高效率、低成本的有毒有害廢氣污染物治理技術(shù),成為我們研究及工程實(shí)踐的努力方向。
2 廢氣來源及特性
印制電路板生產(chǎn)工序復(fù)雜,較典型的主要有4 個(gè)工序產(chǎn)生廢氣: (1) 酸性蝕刻工序和酸洗工序均使用了硫酸及鹽酸溶液,有酸性氣體揮發(fā)出來。(2) 堿性蝕刻工序中,使用了堿性氯化銅蝕刻液,其基本成分為氯化銅、氯化銨、氨水,該工序有氨氣揮發(fā)出來。(3) 印刷工序使用了油墨,含有少量苯和二甲苯氣體揮發(fā)出來。(4) 在熱風(fēng)整平焊錫工序,使用了松香焊劑,有松香煙氣產(chǎn)生。
實(shí)際上揮發(fā)性氣體污染涉及生產(chǎn)工序的每個(gè)過程,包括黑化處理、化學(xué)銅、整板電鍍、弱蝕、樹脂粗化、除粘污、整板電鍍后處理、焊錫熱風(fēng)整平、蝕刻、涂布前處理、顯像、樹脂粗化、鍍金前處理、無電解鍍金、電解鍍金、鍍金后處理以及水溶性裝置等都需配以穩(wěn)定的排風(fēng)系統(tǒng)。本研究以處理風(fēng)量為20000 Nm3Ph的散堆填料塔為例,介紹聚丙烯(PP) 填料塔應(yīng)用于PCB廢氣凈化的工程實(shí)踐。
3 工藝設(shè)計(jì)
3.1 工藝條件
處理風(fēng)量 20 000 Nm3Ph ;廢氣特性 5 % HCl 廢氣;工作壓力 - 118 kPa ;廢氣溫度 25 ℃。
3.2 工藝流程
工藝廢氣由專用廢氣收集系統(tǒng)收集后,進(jìn)入填料塔進(jìn)行洗滌吸收,在填料塔中廢氣與吸收液充分接觸,廢氣中有害污染物被充分吸收,從而使廢氣得以凈化。凈化氣通過塔后段的除霧段去除氣體中的水分,最終處理后的廢氣由風(fēng)機(jī)輸送并經(jīng)排氣筒排放,吸收液應(yīng)及時(shí)定期更換,廢液經(jīng)廠內(nèi)排水系統(tǒng)進(jìn)入污水處理站處理。廢氣凈化工藝流程如圖1,填料塔系統(tǒng)見圖2。
 圖1 |
 圖2 |
3.3 塔體設(shè)計(jì)
塔體整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用聚丙烯板材制作。聚丙烯產(chǎn)品具有:質(zhì)輕、無毒、耐腐蝕、絕緣、耐磨、易加工及良好的機(jī)械和耐溫性能。還具有整體性強(qiáng)、表面平整平滑有光澤等特點(diǎn),其主要物理性能如表1。
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3.3.1 填料的選擇填料的選擇應(yīng)滿足以下幾個(gè)基本要求: (1) 具有較大的比表面積和良好的潤濕性; (2) 較高的空隙率;(3) 氣流阻力小; (4) 耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度大、穩(wěn)定性好、質(zhì)量輕,造價(jià)低。近年在低濃度廢氣凈化中常用的有PP、PVC 耐酸堿填料,典型的結(jié)構(gòu)有海膽型、特拉瑞、雙星球、花環(huán)型等。設(shè)計(jì)采用直徑為Dg51 型的花環(huán)PP 填料。聚丙烯花環(huán)填料幾何特性數(shù)據(jù)見表2。
表2 聚丙烯花環(huán)填料幾何特性
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3.3.2 吸收劑的選擇及用量
吸收液的選擇應(yīng)根據(jù)廢氣中有毒有害的成分、工廠的具體情況、經(jīng)濟(jì)效益等因素綜合考慮,在低濃度廢氣污染治理中,水是最常用的不可缺少的洗滌劑,為了提高效率,常在水中添加一定比例的吸收劑作為吸收液。
本設(shè)計(jì)采用5%氫氧化鈉水溶液作為吸收液。吸收劑用量確定主要取決于適當(dāng)?shù)囊簹獗?液氣比的大小由設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用兩個(gè)因素決定,工業(yè)上一般取最小液氣比的1～2倍。
3.3.3 液泛氣速與填料壓降填料塔塔徑的設(shè)計(jì)是根據(jù)選定的操作氣速來確定的,填料塔的氣速不能任意提高,當(dāng)氣速達(dá)到一定值時(shí),塔的壓降陡然升高,氣體夾帶液沫嚴(yán)重,塔的正常運(yùn)行狀態(tài)被破壞,此時(shí)的氣速稱為液泛氣速,不同的填料和物系具有不同的泛點(diǎn)氣速,由Ecket等人提出的液泛、壓降和各種因素之間的關(guān)系曲線圖,其關(guān)系如圖3。
 圖3 Eckert 填料塔液泛點(diǎn)和壓降通用關(guān)系圖 |
操作氣速u0 一般根據(jù)填料塔的液泛氣速ut 確定,根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),操作氣速按液泛氣速的60 %～80 %選用,取u0 = 212 mPs。
3.3.4 塔徑的設(shè)計(jì)
化工和環(huán)境工程中通常認(rèn)為當(dāng)混合氣體中溶質(zhì)濃度低于5 %～10 %時(shí)為低濃度吸收。由于氣體成分、物性、濃度、吸收劑用量、氣速等因素的影響,塔徑、塔高均不同。在氣體處理量Q一定時(shí),塔徑D 可根據(jù)選用的空塔氣速u0 求得:
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整個(gè)填料塔的高度應(yīng)包括填料層高度、填料段間隙、塔頂和塔底等各部分的高度,一般填料段間隙0125～110m。鑒于廢氣顆粒物較少,無需另設(shè)沉淀槽,只需在塔體下部保持一定液位,作為循環(huán)液槽使用,形成塔槽合一的整體結(jié)構(gòu)。
3.3.6 填料層壓力降的核算
為盡量減少計(jì)算誤差,滿足工程設(shè)計(jì)的需要,填料層壓力降一般采用較為實(shí)用的公式核算:
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3.3.7 塔壁厚度確定
填料塔在負(fù)壓下操作,塔體為外壓圓筒,外壓薄壁在壓應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)塔壁失去原有形狀,產(chǎn)生壓癟失穩(wěn)現(xiàn)象。塔壁厚直接關(guān)系到塔體穩(wěn)定性。據(jù)文獻(xiàn),外壓短圓筒的外壓( P) 計(jì)算公式為:
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Ex ———圓筒的軸向彈性模量;
Ey ———圓筒的環(huán)向彈性模量;
vxy ———軸向泊松比;
vyx ———環(huán)向泊松比;
K ———穩(wěn)定性安全系數(shù)。
本例確定塔體設(shè)計(jì)壓力- 118 kPa ,即外壓P =118 kPa ,確定塔體壁厚時(shí),可先假定一個(gè)t0,計(jì)算( P)值,若( P) ≥P 且接近P ,則可視t0即為所求的理論壁厚。另考慮到塔體壁厚的加工誤差、支承梁對塔壁的附加載荷、煙氣管道、監(jiān)視窗等的開孔補(bǔ)強(qiáng)、下部塔體貯液等諸因素,相應(yīng)考慮不同的壁厚附加量。
4 工程效果
本廢氣處理工藝已成功應(yīng)用于多家PCB企業(yè),較具代表性的是在番禺南沙開發(fā)區(qū)某外資電子企業(yè)實(shí)施的工藝廢氣凈化處理工程, 總處理規(guī)模20 萬m3Ph,分10個(gè)填料塔處理。每個(gè)塔配備補(bǔ)水和加藥自動控制系統(tǒng),噴淋液在液槽中匯集,通過循環(huán)泵提供恒定水壓,進(jìn)行循環(huán)洗氣,控制系統(tǒng)根據(jù)工藝調(diào)節(jié)提供自動排水、補(bǔ)水及加藥時(shí)間。當(dāng)液位降低時(shí),自動啟動補(bǔ)水系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水,并有自動報(bào)警功能。該項(xiàng)目已通過環(huán)保監(jiān)測,完全達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),效果明顯。
5 結(jié)束語
聚丙烯散堆填料塔應(yīng)用于工業(yè)廢氣治理具有以下特點(diǎn):
(1) 填料塔具有很高的傳質(zhì)負(fù)荷,傳遞速率可以通過改變填料層高度得到調(diào)整;
(2) 填料層阻力小,運(yùn)行能耗低;
(3) 使用壽命長;
(4) 填料塔內(nèi)必須保持氣液分布均勻,不合理的分布方式會導(dǎo)致治理效率的降低;
(5) 大直徑填料塔給實(shí)際安裝帶來一定的困難,塔成本和運(yùn)行成本也隨之增加;
(6) 由于洗滌塔為PP 材質(zhì),對煙氣溫度有較高的要求,一般要求溫度低于60℃。對外置設(shè)施應(yīng)注意因太陽曝曬引至溫升,在負(fù)壓下的塑性變形。
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