一种实验室混合废气一体化净化设备的制作方法

本实用新型涉及废气净化领域，更具体的说，涉及一种实验室混合废气一体化净化设备。

背景技术：

随着环境污染的加剧，人们对大规模工业生产的废气处理十分关注，却往往忽略实验室废气处理。科研院校实验室排放的废气一直游离于环保边缘，绝大多数的科研院校实验室废气均未经任何处理，直接高空排放；但由于实验、研发的需要，尤其是涉及到化学品使用的实验，往往会产生大量的挥发性废气，如硫化氢、氯化氢等无机物、甲醇、甲苯等有机物。虽然实验室废气排放量较小，但不采取一定的控制措施，将会对环境及学校周边的空气质量造成很大的影响。

而且，区别于标准化的工业流程，实验室废气中所含污染物的种类和浓度往往更加多样和难测，更有可能产生一些具有特殊毒性的化学物质，具有严重的潜在危险。实验室废气一般有如下几个特点：种类复杂、浓度波动大、间歇排放。目前国内还没有一套成熟的针对实验室实验过程排放的废气净化装置。根据调研，采取了控制措施的高校一般都简单用吸收或者活性炭吸附，不仅净化效果差，而且系统运行很不稳定。

经检索，已有先关的技术方案公开。例如，发明创造的名称为：有机垃圾发酵净化装置(专利号：ZL201520800022.6，申请日：2015.10.17)，其包括净化罐和引风机，引风机和净化罐通过管道法兰连接，引风机的入口管道与发酵系统连通，吸收发酵系统所产生的废气并输送到净化罐内，净化罐的底部存有植物溶液，其顶部开口设置有出口管道，在净化罐内自下而上依次设置有多孔材料过滤层、多孔吸附层和紫外线灭菌装置，且在多孔材料过滤层与多孔吸附层之间设置有雾化喷嘴，雾化喷嘴连接循环喷淋管道，循环喷淋管道的底端置于净化罐底部并浸于植物溶液中，循环喷淋管道上设置有循环泵。该申请案虽然具有多污染物的处理作用，但是由于不同的处理过程中的处理条件差异较大，致使污染物的去除效率较低。

此外，发明创造的名称为：喷淋和干法吸附组合式废气净化设备(专利号：ZL200920158702.7,申请日：2009.06.04)，其箱体的底部设有进风口和液槽，进风口与液槽连通，在底层箅子板上设有填料网管，在中层箅子板上设有填料环，在顶层箅子板上设有挡水板，挡水板的上面设有吸附层，吸附层与箱体顶部的出风口连通，在中层箅子板的下面设有第一喷淋咀，在顶层箅子板的下面设有第二喷淋咀，第一喷淋咀和第二喷淋咀通过管道于液泵连接。其具有传质推动力强劲，净化效率高的优点。

由于实验室废气的污染物成分复杂，单一的吸收过程难以将污染物有效去，因此在处理实验室废气的过程中往往需要采用多个废气处理过程；但是，不同的处理过程中的处理条件差异较大，要实现实验室废气的有效处理，势必要采用多个设备对废气进行多过程处理，因此废气处理设备往往占用较大的空间。然而，由于实验室空间有限，又难以同时安装多种废气处理设备，因此，现有的净化设备难以对实验室的废气进行有效处理；亟需开发设计出一种具有多过程控制的废气一体化净化设备，从而使得科研院所的废气得到有效处理。

技术实现要素：

1.实用新型要解决的技术问题

针对现有技术中的净化设备难以对实验室的废气进行有效处理的问题，提供一种实验室混合废气一体化净化设备，通过一体化净化设备，可对多种污染物进行同时净化，进一步还可以减小设备的占地面积，并可提高实验室废气的处理效率。

2.技术方案

本实用新型的一种实验室混合废气一体化净化设备，包括吸收塔本体、吸附单元、喷淋单元和填料单元；所述的吸收塔本体底部设置有进气管道，吸收塔本体顶部设置有排气管道，所述的吸附单元、喷淋单元和填料单元由上至下依次设置于吸收塔本体内部；其中吸附单元包括吸附支撑板和吸附滤筒，吸附滤筒安装于吸附支撑板上，且吸附滤筒沿着吸收塔本体的高度方向布置，所述的吸附滤筒的筒壁上设置有滤筒气孔，所述的吸附滤筒外部缠绕有吸附材料。

优选地，吸附滤筒高度h与吸附滤筒直径d之间的关系如下：

其中，Q为处理废气流量，m³/s；v为处理废气流速，m/s；d为吸附滤筒直径，m；h为吸附滤筒高度，m。

优选地，所述的吸附支撑板固定设置于吸收塔本体内壁上，且吸附支撑板边缘与吸收塔本体内壁密封连接，所述的吸附支撑板平行于吸收塔本体的横截面。

优选地，所述的吸附滤筒为一端封闭的筒状结构，吸附滤筒的封闭端位于废气气流的上风侧。

优选地，所述的吸附单元还包括除沫器，所述的除沫器设置于吸附支撑板下部。

优选地，还包括洗涤液循环单元，该洗涤液循环单元与喷淋单元相连，且洗涤液循环单元为喷淋单元的提供洗涤液。

优选地，洗涤液循环单元包括循环泵、洗涤液出口和储水箱，所述的储水箱设置于吸收塔本体底部，储水箱上的洗涤液出口经循环泵与洗涤液喷头相连。

优选地，滤筒气孔上的吸附材料为活性炭纤维ACF或活性炭或沸石。

优选地，所述的吸附滤筒的顶部设置有滤筒密封圈。

3.有益效果

(1)本实用新型的一种实验室混合废气一体化净化设备，将污染物的填料吸收过程与吸附过程集成于一个净化设备之中，实现了在一个吸收塔本体完成了对废气污染物的吸收和吸附两个过程，其中吸收过程对水溶性废气和颗粒物进行吸收净化，吸附过程对不溶性的废气吸附净化，可对多种污染物进行同时净化，大大提高了净化设备对废气的处理能力，并提高了实验室废气的处理效率；

(2)本实用新型的一种实验室混合废气一体化净化设备，废气可由吸附滤筒筒壁上穿过吸附材料，使得气流过滤面由水平方向转变为吸附滤筒筒壁的竖直圆周方向，吸附过滤面向纵深发展，增大了废气吸附过程中的过滤面积，实现了在同一内径的吸收塔本体内具有不同废气流速，从而将废气的吸附、吸收过程集成于一个设备，减小了设备体积、占地面积及制造与运行成本，并提高了实验室废气的处理效率；

(3)本实用新型的一种实验室混合废气一体化净化设备，吸附滤筒模块化设计，吸附滤筒与安装孔的连接方式为可拆卸连接，使得吸附单元的吸附滤筒体积、质量较小，方便更换吸附滤筒。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的吸附滤筒与吸附支撑板配合示意图；

图3为本实用新型的吸附滤筒结构示意图；

图4为实施例1的吸附滤筒轴截面的结构示意图；

图5为实施例5的吸附滤筒轴截面的结构示意图。

示意图中的标号说明：

10、吸收塔本体；11、排气管道；12、进气管道；13、塔底座；14、吸收塔封头；15、检修孔；

20、吸附单元；21、吸附支撑板；22、吸附滤筒；221、滤筒密封圈；222、滤筒提手；223、滤筒气孔；23、除沫器；

30、喷淋单元；31、洗涤液喷头；

40、填料单元；41、填料支撑部件；42、吸收填料；

50、洗涤液循环单元；51、循环泵；52、洗涤液出口；53、储水箱。

具体实施方式

下文对本实用新型的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本实用新型可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本实用新型，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下对本实用新型作各种改变。下文对本实用新型的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本实用新型的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本实用新型的特点和特征的描述，以提出执行本实用新型的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。因此，本实用新型的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本实用新型的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本实用新型的元件和特征由附图标记标识。

实施例1

结合图1、图2、图3和图4所示，本实用新型的一种实验室混合废气一体化净化设备，包括吸收塔本体10、吸附单元20、喷淋单元30和填料单元40；上述的吸收塔本体10为竖直安装的圆筒结构，吸收塔本体10底部通过塔底座13安装于实验室楼顶或者实验室周围的地面上，或者其他安装平台上。吸收塔本体10底部设置有进气管道12，该进气管道12设置于吸收塔本体10的侧壁上，进气管道12用于将被净化的废气引入吸收塔本体10中。

吸收塔本体10顶部设置有排气管道11，排气管道11用于将洁净的空气排出，排气管道11通过吸收塔封头14与吸收塔本体10相连，且吸收塔封头14为圆弧形。上述的排气管道11与进气管道12之间的吸收塔本体10的内部，由上至下依次设置有吸附单元20、喷淋单元30和填料单元40。

吸附单元20包括吸附支撑板21、吸附滤筒22和除沫器23；所述的吸附支撑板21固定设置于吸收塔本体10内壁上，且吸附支撑板21边缘位置与吸收塔本体10相连，且吸附支撑板21边缘与吸收塔本体10内壁密封连接，从而防止废气由吸附支撑板21与吸收塔本体10内壁的缝隙中穿过，避免影响废气的去除效率。吸附支撑板21平行于吸收塔本体10的横截面，废气在吸收塔本体10中的主要流动方向为沿着吸收塔本体10的高度方向由下至上流动，因此吸附支撑板21垂直于气流的流动方向。吸附支撑板21上开设有正六边形阵列安装孔，吸附滤筒22安装于吸附支撑板21上，从而实现了吸附滤筒22通过正六边形阵列安装于吸附支撑板21上，吸附滤筒22模块化设计，使得吸附单元20的吸附滤筒22体积、质量较小，而且方便更换吸附滤筒22。

吸附滤筒22为一端封闭上下等径的筒状结构(如图4所示)，吸附滤筒22的封闭端位于废气气流的上风侧，吸附滤筒22的开口端位于下风侧，如图所示3，其吸附滤筒22的密封端设置于下部；且吸附滤筒22沿着吸收塔本体10的高度方向布置，即吸附滤筒22的长度方向与废气的流动方向平行。废气气流由下至上运动的过程中，废气气流冲击在吸附滤筒22下部的密封端，在吸附滤筒22密封端的作用下，气流分散至吸附滤筒22之间的竖直空间。吸附滤筒22顶部设置有滤筒密封圈221，该滤筒密封圈221与上述的吸附支撑板21的安装孔相配合，从而将吸附滤筒22密封安装于吸附支撑板21，防止吸附滤筒22与吸附支撑板21产生缝隙，从而影响废气的去除效率。吸附滤筒22顶部设置有滤筒提手222，该滤筒提手222方便将吸附滤筒22从安装孔中取出，方便更换。吸附滤筒22与安装孔的连接方式为可拆卸连接，并可以选择螺纹连接、法兰配合、卡扣配合等连接方式，模块化配合设置方便更换。所述的吸附滤筒22的长度方向与废气流动方向平行，其中吸附滤筒22的长度方向即为吸附滤筒22的高度方向，滤筒气孔223用于增大吸附滤筒22的过滤面积。

吸附滤筒22的筒壁上设置有滤筒气孔223，吸附滤筒22外部缠绕有吸附材料，滤筒气孔223上缠绕的吸附材料为层状的活性炭纤维ACF；其生产厂家为安徽佳力奇碳纤维有限公司。吸附材料将吸附滤筒22筒壁上的滤筒气孔223包裹，废气穿过吸附材料时可由吸附滤筒22筒壁上的滤筒气孔223进入吸附滤筒22内部，并由吸附滤筒22的开口端排出；从而实现了在同一内径的吸收塔本体10内，在不同区域截面上具有不同废气流速。不溶性污染物为乙酸己酯、三甲胺等，吸附单元20的吸附材料可将废气中的不溶性污染物有效去除。

过滤过程中，废气可由吸附滤筒22筒壁上穿过吸附材料，吸附滤筒22使得气流过滤面由水平方向转变为吸附滤筒22筒壁的竖直圆周方向，吸附过滤面向纵深发展，增大了废气吸附过程中的过滤面积，总过滤面积可以达到塔横截面积的数倍至十数倍。同时节约连接管路、减小设备占地、降低系统阻力。由于填料单元40吸收废气中的污染物时与吸附单元20吸附废气中的污染物时，吸收和吸附过程中对气流过滤速度的要求差别很大，因此，在传统概念中，不可能将填料单元40与吸附单元20集成于等径的吸收塔本体10内，而本申请案打破了现有技术的技术偏见，实现了在同一内径的吸收塔本体10内，在不同区域截面上具有不同废气流速，从而将废气的吸附、吸收功能集成于一个设备之中，减少工程整改工作量及投入。并且降低了净化设备的阻力较大的问题，避免了风机预留的余压不足的问题。

现有技术的填料单元40吸收过程和吸附单元20的吸附过程往往位于两个不同的设备之中，且两个设备在连接的过程中需要采用弯管或者扩张管进行转向、变径处理，大大增大了设备的阻力，而由于将填料单元40吸收过程和吸附单元20的吸附过程集中于一体化设备中，有效的减小设备的阻力。

填料单元40包括填料支撑部件41和吸收填料42，所述的填料支撑部件41设置于吸收塔本体10，该填料支撑部件41是具有多孔结构的支撑板，并为于喷淋单元30的下部，吸收填料42装铺于填料支撑部件41并形成填料单元40；所述的吸收填料42可以是诸如丝网波纹填料、板波纹填料等规整填料；或者是诸如拉西环、鲍尔环、阶梯环等散装填料，本实施例选择丝网波纹填料，从而扩大传质面积、增强吸收效果。当不安装吸附单元20时，本实施例的净化设备可仅作为填料单元40吸收废气设备。在填料单元40废气中的无机污染物与洗涤剂中的碱性溶液充分接触，从而将废气中的颗粒物、水溶性污染物去除，其中所述的水溶性污染物如HCl、乙醇等。其中颗粒物可被填料单元40的吸收过程所吸收。

除沫器23设置于吸附支撑板21下部，废气的处理过程中，除沫器23可将废气中的气泡去除，从而避免气泡对吸附滤筒22吸附过程的影响。由于水雾粒径较大，在废气经过除沫器23时被丝网除沫器23截留下来，并形成更大水滴，水滴在重力作用下流至下部的填料单元40。

本实施例的吸附滤筒22高度h与吸附滤筒22直径d之间的关系如下：

其中Q为处理废气流量，m³/s；v为处理废气流速，m/s；d为吸附滤筒22直径，m；h为吸附滤筒22高度，m；n为吸附滤筒22的个数，个。其中v＝0.10～0.60m/s；本实施例的吸附材料为活性炭纤维ACF，且型号为BET2000型，根据吸附材料选定气流的过滤速度为

v＝0.15m/s，本实施例中Q＝10000m³/h＝2.78m³/s，d＝0.1m。

吸收塔本体10的内径D＝1.2m，则取n＝31个；则h＝1.42m；所述的滤筒气孔223上缠绕的吸附材料的厚度为δ，δ＝(0.5～1)v＝0.05～0.60m，取δ＝0.15×0.6＝0.09m。其中吸附材料的单层厚度为5mm，则吸附滤筒22的筒壁上缠绕有18层活性炭纤维ACF，且缠绕后滤筒气孔223的孔隙率ζ>60％。

本实施例的喷淋单元30上设置有洗涤液喷头31，洗涤液喷头31均匀的布置于填料单元40的上部，洗涤液喷头31可均匀的向填料单元40喷入洗涤液，使得洗涤液充分润湿填料单元40，本实施例的洗涤液为碱性溶液；废气中的酸性气体和水溶性污染物在填料单元40中与洗涤液充分接触，并发生反应将废气中的污染物去除。本实用新型针对科研院校实验室废气的特点，采用一体化的废气净化设备有效的解决了现有治理设备的各项不足，在保证废气中各种污染物稳定达标排放，并且充分利用现有实验室现有的废气管道，减少工程整改工作量及投入。

实施例2

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处，还包括洗涤液循环单元50，该洗涤液循环单元50与喷淋单元30相连，且洗涤液循环单元50为喷淋单元30的提供洗涤液。洗涤液循环单元50包括循环泵51、洗涤液出口52和储水箱53，所述的储水箱53设置于吸收塔本体10底部，洗涤液由喷淋单元30喷出，并由填料单元40流至吸收塔本体10底部，储水箱53用于收集汇集在吸收塔本体10底部的洗涤液，储水箱53上的洗涤液出口52经循环泵51与洗涤液喷头31相连。所述的洗涤液的种类依工况可分别选择水、酸性溶液、碱性溶液等不同种类液体，本实施例选择的为碱性溶液，使得废气中的酸性废气及水溶性物质与填料表面的碱性洗涤液传质吸收、反应，从而将废气中的酸性气体和水溶性污染物有效去除。当洗涤液循环单元50不工作时，一体化设备可单独用作吸附器，即仅仅利用吸附滤筒22对废气的污染物进行吸附。

本实施例的一种实验室混合废气一体化净化设备的废气净化方法，其步骤为：

A、喷淋单元30向填料单元40上喷洒上洗涤液，洗涤液将填料单元40充分润湿；

B、填料单元40吸收过程，废气经进气管道12进入吸收塔本体10，废气先进入填料单元40，废气与填料单元40吸附的洗涤液充分接触，废气中的水溶性污染物和颗粒物被填料单元40吸附去除；此过程中洗涤液循环单元50可持续的为喷淋单元30提供洗涤剂，洗涤剂对废气清洗完成后，会在重力的作用下穿过填料单元40并流动至吸收塔本体10底部，被储水箱53持续的收集。

C、吸附单元20吸附过程，废气去除水溶性污染物后运动至吸附单元20，废气经吸附滤筒22的滤筒气孔223穿过吸附单元20，废气经过滤筒气孔223的过程中，废气中的不溶性污染物与吸附材料充分接触，并被吸附材料所吸附。

填料单元40吸收过程，通过洗涤液喷头31水喷淋，颗粒物被洗涤液滴包裹并与其包裹物粘结形成比重较大的微团，停留在填料单元40的吸收填料42表面或落入吸收塔底部循环水箱，废气在经过吸收填料42过程中，废气中可溶性污染物溶解在洗涤液中，并洗涤液中的溶液反应而去除，不溶性污染物则随气流继续向上运动至吸附单元20吸附过程，吸附单元20扩大吸附过程中的吸附面积，从而降低了吸附过程中的气体运动速度，并使得不溶性污染物在吸附剂材料表面发生吸附截留，从而实现废气吸附净化过程。

实施例3

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：停机检修吸附器时，拆卸吸收塔封头14，通过滤筒提手222将吸附滤筒22取出，去除滤筒表面的吸附材料，并更换新的吸附材料，更换后新滤筒安装固定在原位，再将吸收塔封头14安装于吸收塔本体10顶部。所述的吸收塔本体10还设置有检修孔15，所述的检修孔15用于检修吸收塔本体10，打开检修孔15对吸收塔本体10进行清理，该检修孔15同时也可以作为洗涤液、液位等参数的观察孔。所述的吸附材料为层状的活性炭或沸石。

吸附支撑板21上开设有矩形阵列或圆周阵列的安装孔，吸附滤筒22安装于吸附支撑板21上，从而实现了吸附滤筒22通过矩形阵列或三角形阵列或圆周阵列安装于吸附支撑板21上。

实施例4

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：所述的吸附滤筒22通过三角形阵列安装于吸附支撑板21上，吸附滤筒22的数量与洗涤液喷头31的数量相同，所述的洗涤液喷头31也通过三角形阵列安装于吸收塔本体10的横截面上，洗涤液喷头31与吸附滤筒22一一对应设置，且洗涤液喷头31与吸附滤筒22的轴线在同一条直线上。洗涤液喷头31再向填料单元40喷洒洗涤液的过程中，可以将洗涤液均匀的喷洒于填料单元40，使得可溶性气体的吸收效果更好。

但是，进一步的研究发现，洗涤液喷头31与吸附滤筒22对应设置，同时提高了吸附滤筒22对废气中有机物的吸附效率，其中的原因可能是洗涤液喷头31在喷洒洗涤液的过程中，洗涤液有利于促进废气的气流合理分布，促使气体运动至吸附滤筒22时均匀的分布于吸附滤筒22筒壁周围，并在吸附滤筒22对废气进行过滤，从而提高了过滤效果。合理布置洗涤液喷头31，以提高洗涤液喷头31下部的填料单元40的吸收效率，这是本领域的常规思维，但是采用洗涤液喷头31与吸附滤筒22对应设置，以提高洗涤液喷头31上部的吸附滤筒22的吸附效果却是本领域技术人员所难以想象到，因此本设计具有非显而易见性。退一万步说，即使吸附过滤面向纵深发展增大了废气吸附过程中的过滤面积是容易想到的，但是将洗涤液喷头31与吸附滤筒22对应设置以提高废气的吸附处理效率，是本领域的技术人员所难以想到的，技术人员不经过创造性的劳动，也不可能将洗涤液喷头31与吸附滤筒22对应设置而提高吸附滤筒22的吸附效率。

实施例5

如图5所示，本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：吸附滤筒22为具有锥度的空心圆台，也即为倒置的圆台形，该吸附滤筒22的轴截面为倒置的梯形，且吸附滤筒22上底面面积小于下底面面积，其中d＝1/2×(上底边+下底边)。

现有技术中，当没有将气流过滤面由水平方向转变为吸附滤筒22筒壁的竖直圆周方向时，本领域的技术人员更不会将吸附滤筒22设置为圆台形；退一万步说，即使技术人员跨越了非显而易见性的创造之后，还能将吸附滤筒22设置为圆台形，那么按照一般的设计思路，为了让吸附滤筒22筒壁对气流具有更好的过滤效果，现有的技术人员势必会将圆台的侧面设为迎着气流的来风方向，即将吸附滤筒22设置为圆台形，且吸附滤筒22上底面面积大于下底面面积，而不会将吸附滤筒22设置为倒置的圆台形；因为按照一般的思路，圆台的侧面设为迎着气流的来风方向更有利于与气流接触，并提高气流的吸附过滤效果。

而本实施例却打破现有技术的技术偏见，将吸附滤筒22设置为倒置的圆台形(如图5所示)，吸附滤筒22过滤废气的过程中，废气可由吸附滤筒22筒壁上穿过吸附材料，吸附滤筒22使得气流过滤面由水平方向转变为吸附滤筒22筒壁的竖直圆周方向，吸附过滤面向纵深发展，增大了废气吸附过程中的过滤面积。与此同时，在吸附滤筒22吸附废气污染物的过程中，由于吸附滤筒22底部的过滤面积大于顶部的过滤面积，经吸附滤筒22筒壁过滤后的废气进入吸附滤筒22筒内，气流在向上运动的过程中，由于吸附滤筒22的横截面的面积逐渐减小，使得吸附滤筒22筒内的气体会再次穿过吸附材料，并与吸附材料进行接触，从而提高了吸附的吸附效果。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本实用新型。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本实用新型的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本实用新型或本申请和本实用新型的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本实用新型的示例性实施例，但是本实用新型并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、(例如各个实施例之间的)组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本实用新型的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。