RM新时代|投资官网

冷凝法是用來分離氣體中可以冷凝的組分，目前主要用于回收廢氣中有價值的 溶劑，而不是單獨通過冷凝法來達到廢氣排放的限值。若要通過冷凝法來凈化有機 廢氣并達到符合規(guī)定的限值，則要求冷卻溫度很低。例如：甲醇需要小于一80℃, 而二氯甲烷則要求小于一100℃,這樣操作費也就太高，極不經(jīng)濟。因此，在有機 廢氣凈化中，冷凝法主要是回收溶劑，并作為廢氣凈化的一道預處理工序。

從蒸氣狀態(tài)轉變?yōu)橐后w狀態(tài)的過程稱為冷凝。冷凝法的原理是：根據(jù)物質(zhì)在不 同溫度下具有不同飽和蒸氣壓的性質(zhì)，借降溫或升壓，使廢氣中有機組分的分壓等 于該溫度下的飽和蒸氣壓，則有機組分冷凝成液體而從氣相中分離出來。通常的說 法是：在一定壓力下，當氣體的溫度達到露點以下時，即冷凝成液體。冷凝法的效 果主要取決于VOC的蒸氣壓與溫度的關系。在一定壓力下，各種有機物的蒸氣/ 冷凝液的平衡隨溫度的變化關系如圖2.7所示由圖可知，如果在水的冰點以 上的溫度下進行冷凝，則借冷凝法來凈化有機廢氣實際上達不到規(guī)定的排放限值 （圖中限值是按德國TA-Luft法規(guī)分類標出）。對于某些高沸點有機物是容易冷凝 而被分離，并可使其達到排放要求，但有時生成的冷凝物非常黏稠，很難從冷凝器 中排出。

通過提高壓力可以明顯地改善冷凝效果。因為蒸氣的飽和蒸氣壓僅與溫度有 關，當總壓提高時不會升高。例如將冷凝器前的廢氣總壓提高一倍，之后又膨脹到 原來的壓力，那么在同樣冷凝溫度情況下，蒸氣分壓經(jīng)膨脹后只有未加壓前的~ 半。蒸汽殘留量甚至小于一半，因為冷凝增加后的氣體總體積也大大減小。

在實際應用中，經(jīng)常碰到的是多組分蒸氣混合物，若已知單組分的飽和蒸氣壓 曲線，則可按拉烏爾定律大致地估算混合物的總蒸氣壓，并求得相應必需的冷凝 溫度。

有機廢氣凈化的冷凝法一般劃分為三個溫度范圍和三種不同類型的冷卻劑或冷 凍劑：

① 2（rc——冷卻水、冷凍水（有時也可用空氣冷卻）；

② <~50°C——冷凍鹽水；

③ <-120°C-^液氮。

冷凝法對高沸點VOC的凈化效果較好，而對低沸點的則較差，一般都是部分 冷凝。如果廢氣中溶劑的含量低于10g/Nm3,為達到排放標準而用冷凝法凈化 VOC廢氣，通常溫度要求達到一40C以下。一般冷凝法處理有機廢氣的流量和 VOC含量范圍是：流量小于3000Nm3/h,廢氣中VOC約占0.5%-10% 

原圖中乙醇和異丙醇圖標相同，兩條曲線幾乎完全重疊

冷凝法所用的設備主要是冷凝器。冷凝器形式分直接接觸式冷凝器和表面換熱 式冷凝器，即直接冷凝和間接冷凝。在直接接觸式情況下，廢氣中的VOC蒸氣與 冷的液體直接接觸而冷凝。所用的冷凝器如同上節(jié)所述的吸收設備一樣，大多采用 噴灑塔，文丘里洗滌器或填料塔。直接接觸式大多用水來冷卻廢氣，雖然設備簡 單，投資少，但會造成二次污染，即廢氣凈化問題轉變?yōu)閺U水處理問題。表面換熱 式冷凝器主要有管束式換熱器和翅片式換熱器，后者是用空氣作為冷卻介質(zhì)，即空 冷器°直接冷凝法和間接冷凝法凈化VOC廢氣的裝置流程，如圖2. 8所示。

原則上只有當廢氣處理量較小而可冷凝物質(zhì)的濃度相對較高時，才可用冷凝 法。如果用水或空氣作為冷卻劑，一般是不能達到排放標準的，必須作進一步凈 化；而在廢氣處理量大、濃度低的有機廢氣凈化情況下，通常冷凝法與其他方法 （如吸附、燃燒氧化）聯(lián)合使用，冷凝法僅作為凈化過程前的預處理工序，借以降 低后續(xù)氣體凈化裝置的投資和操作費用。有機蒸氣的低溫冷凝法，例如在某些化工 和醫(yī)藥工業(yè)中對小氣量、高濃度的有機廢氣進行處理時，用液氮作為冷劑，溫度在 —100C、甚至更低的條件下進行冷凝凈化，既回收了溶劑，又可使排放氣符合法 規(guī)要求，但先決條件是：生產(chǎn)過程本來要用液氮。這里一個例子是用于柔軟劑生產(chǎn) 時氯代甲烷排放氣的回收和凈化，如圖2. 9所示。

因為反應需要過量的氯代甲烷溶劑，所以未反應的氯代甲烷蒸氣經(jīng)減壓后從反 應釜排出（還含有少量的各種醇類和少量惰性氣體N2）,并送至深冷冷凝器中 冷凝回收，回收的氯代甲烷溶劑又返回到反應釜中。常壓下氯代甲烷的沸點為 

—23.7°C,冰點為一98"C；以及根據(jù)氯代甲烷的飽和蒸氣壓與溫度關系曲線(例 如：當溫度為一50笆時，氯代甲烷的飽和濃度約為1000g/m3；而當溫度為一150笆 時，則為0.001g/m3),為確保冷凝器的正常操作，既能有高的回收率又可使排放 的廢氣符合法規(guī)，而且液氮用量*少，采用三級冷凝方案：從循環(huán)冷卻器出來的氮 氣用于第*級預冷凝器，使一部分氯代甲烷液化，從而減少了液氮消耗；第二級冷 凝器是主冷凝器，大部分氯代甲烷在此冷凝，溫度約為一ioo°c；第三級冷凝器是 控制廢氣排放達標，溫度約為一165°C；因為大部分溶劑已回收，所以不會結冰、 堵塞。冷凝產(chǎn)物氯代甲烷的貯罐是用液氮保冷的容器，使其處于沸點以下并不再蒸 發(fā)。該裝置是Degussa在西班牙的子公司所設計制造的，據(jù)稱氯代甲烷的回收量為 800kg/h,回收率大于99%,排放凈化氣中含有機殘留物小于100g/h。

必須指出的是：有機廢氣在低溫下冷凝，其中所含的水分、C（）2和其他組分 會凍結，從而導致裝置部分的堵塞和影響傳熱效果，因此必須用加熱方法定期清 除。此外，當用冷凝法回收溶劑時，有機組分的濃度常處于爆炸濃度范圍之內(nèi)，因 此對裝置安全等級的要求極高。