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,在低濃度工業廢氣凈化方面也能很好地發揮作用。工程實踐表明,合理的系統工藝和塔體設計,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) 
    產業的不斷發展,高技術污染問題日益突出,因其污染物多為復合型,不為大多數人所認識,具有較高的毒害性。廢氣污染是PCB行業主要污染之一,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,成為我們研究及工程實踐的努力方向。
     2 　廢氣來源及特性
     印制電路板生產工序復雜,較典型的主要有4 個工序產生廢氣:(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,有松香煙氣產生。
    實際上揮發性氣體污染涉及生產工序的每個過程,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定的排風系統。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排氣筒排放,吸收液應及時定期更換,廢液經廠內排水系統進入污水處理站處理。廢氣凈化工藝流程如圖1,填料塔系統見圖2。

    313 　塔體設計
   塔體整體結構設計采用聚丙烯板材制作。聚丙烯產品具有:質輕、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、穩定性好、質量輕,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,典型的結構有海膽型、特拉瑞、雙星球、花環型等。設計采用直徑為Dg51型的花環PP 填料。聚丙烯花環填料幾何特性數據見表2。
     表2 　聚丙烯花環填料幾何特性
     外徑×高×厚Pmm 堆積個數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廢氣中有毒有害的成分、工廠的具體情況、經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的液氣比,液氣比的大小由設備投資和運行費用兩個因素決定,工業上一般取*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系曲線圖,其關系如圖3。

                       圖3 　Eckert 填料塔液泛點和壓降通用關系圖

 

     操作氣速u0 一般根據填料塔的液泛氣速ut確定,根據生產經驗,操作氣速按液泛氣速的60 %～80 %選用,取u0 = 212 mPs。
     31314 　塔徑的設計
     化工和環境工程中通常認為當混合氣體中溶質濃度低于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,作為循環液槽使用,形成塔槽合一的整體結構。
     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,產生壓癟失穩現象。塔壁厚直接關系到塔體穩定性。據文獻,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 ———圓筒的環向彈性模量;
       vxy ———軸向泊松比;
       vyx ———環向泊松比;
       K ———穩定性**系數。
      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,較具代表性的是在番禺南沙開發區某外資電子企業實施的工藝廢氣凈化處理工程,總處理規模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,噴淋液在液槽中匯集,通過循環泵提供恒定水壓,進行循環洗氣,控制系統根據工藝調節提供自動排水、補水及加藥時間。當液位降低時,自動啟動補水系統進行補水,并有自動報警功能。該項目已通過環保監測,完全達到規定的排放標準,效果明顯。監測結果見表3。
表3 　監測結果  
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 　結束語
聚丙烯散堆填料塔應用于工業廢氣治理具有以下特點:
 (1) 填料塔具有很高的傳質負荷,傳遞速率可以通過改變填料層高度得到調整;

 (2) 填料層阻力小,運行能耗低;
 (3) 使用壽命長;
 (4) 填料塔內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,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。