聚丙烯填料塔應用于PCB 廢氣凈化的工程實踐

(廣州市中綠環(huán)保有限公司,廣州510655)摘要　填料塔洗滌吸收凈化工藝不單應用在化工領域,在低濃度工業(yè)廢氣凈化方面也能很好地發(fā)揮作用。工程實踐表明,合理的系統(tǒng)工藝和塔體設計,是保證凈化效果的前提。在此淺述聚丙烯填料塔應用于PCB廢氣凈化的工藝設計以及工程問題。
     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,因其污染物多為復合型,不為大多數(shù)人所認識,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)工序復雜,較典型的主要有4 個工序產(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) 在熱風整平焊錫工序,使用了松香焊劑,有松香煙氣產(chǎn)生。
    實際上揮發(fā)性氣體污染涉及生產(chǎn)工序的每個過程,包括黑化處理、化學銅、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)定的排風系統(tǒng)。本研究以處理風量為20000Nm3Ph的散堆填料塔為例,介紹聚丙烯(PP) 填料塔應用于PCB廢氣凈化的工程實踐。
     3 　工藝設計
     311 　工藝條件
     處理風量　20 000 Nm3Ph ;廢氣特性　5 % HCl 廢氣;工作壓力　-118 kPa ;廢氣溫度　25 ℃。
     312 　工藝流程
     工藝廢氣由專用廢氣收集系統(tǒng)收集后,進入填料塔進行洗滌吸收,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,*終處理后的廢氣由風機輸送并經(jīng)排氣筒排放,吸收液應及時定期更換,廢液經(jīng)廠內(nèi)排水系統(tǒng)進入污水處理站處理。廢氣凈化工藝流程如圖1,填料塔系統(tǒng)見圖2。

    313 　塔體設計
   塔體整體結(jié)構(gòu)設計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、易加工及良好的機械和耐溫性能。還具有整體性強、表面平整平滑有光澤等特點,其主要物理性能如表1。

    31311 　填料的選擇填料的選擇應滿足以下幾個基本要求: (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、機械強度大、穩(wěn)定性好、質(zhì)量輕,造價低。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。設計采用直徑為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
     外徑×高×厚Pmm 堆積個數(shù)P個·m- 3 堆積密度Pkg·m- 3比表面積Pm3·m- 3   空隙率Pm3·m- 3
     51 ×19 ×3 ×3     25000           103            1800                              189
     31312 　吸收劑的選擇及用量
    吸收液的選擇應根據(jù)廢氣中有毒有害的成分、工廠的具體情況、經(jīng)濟效益等因素綜合考慮,在低濃度廢氣污染治理中,水是*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。
     本設計采用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?shù)囊簹獗?液氣比的大小由設備投資和運行費用兩個因素決定,工業(yè)上一般取*小液氣比的1～2倍。
     31313  液泛氣速與填料壓降填料塔塔徑的設計是根據(jù)選定的操作氣速來確定的,填料塔的氣速不能任意提高,當氣速達到一定值時,塔的壓降陡然升高,氣體夾帶液沫嚴重,塔的正常運行狀態(tài)被破壞,此時的氣速稱為液泛氣速,不同的填料和物系具有不同的泛點氣速,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,操作氣速按液泛氣速的60 %～80 %選用,取u0 = 212 mPs。
     31314 　塔徑的設計
     化工和環(huán)境工程中通常認為當混合氣體中溶質(zhì)濃度低于5 %～10%時為低濃度吸收。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,塔徑D可根據(jù)選用的空塔氣速u0 求得:

    整個填料塔的高度應包括填料層高度、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)。
     31316 　填料層壓力降的核算
     為盡量減少計算誤差,滿足工程設計的需要,填料層壓力降一般采用較為實用的公式核算:

     31317 　塔壁厚度確定
     填料塔在負壓下操作,塔體為外壓圓筒,外壓薄壁在壓應力達到一定值時塔壁失去原有形狀,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,外壓短圓筒的外壓(P) 計算公式為:

       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**系數(shù)。
      本例確定塔體設計壓力- 118 kPa ,即外壓P =118kPa ,確定塔體壁厚時,可先假定一個t0,計算( 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)視窗等的開孔補強、下部塔體貯液等諸因素,相應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)實施的工藝廢氣凈化處理工程,總處理規(guī)模20萬m3Ph,分10個填料塔處理。每個塔配備補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、補水及加藥時間。當液位降低時,自動啟動補水系統(tǒng)進行補水,并有自動報警功能。該項目已通過環(huán)保監(jiān)測,完全達到規(guī)定的排放標準,效果明顯。監(jiān)測結(jié)果見表3。
表3 　監(jiān)測結(jié)果  
污染源名稱 污染物Pmg·m -3    
                            
氯化氫 硫酸霧 粉塵  
黑化處理 11608  11938  -  
黑化處理 1134  21582  -  
化學銅裝置 31572  21680  -  
整板電鍍 11230  11696  -  
整板電鍍 21258  21538  -  
弱蝕裝置、樹脂粗化、    

除鉆污、整板電鍍后處理 11293 11502    
焊錫熱風整平置 11590  11919  52102   
蝕刻裝置     
涂布前處理、顯像裝置 11730  21325  -  
鍍金前處理、無電解鍍金、     
電解鍍金、鍍金后處理、 11859  21226  -  
水溶性裝置     

5 　結(jié)束語
聚丙烯散堆填料塔應用于工業(yè)廢氣治理具有以下特點:
 (1) 填料塔具有很高的傳質(zhì)負荷,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致治理效率的降低;
 (5) 大直徑填料塔給實際安裝帶來一定的困難,塔成本和運行成本也隨之增加;
 (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℃。對外置設施應注意因太陽曝曬引至溫升,在負壓下的塑性變形。