鼓泡式酸碱废气处理器的制作方法

本实用新型涉及一种用于无机酸性(或碱性)废气进行无害处理的环保装置。主要应用于涉及酸碱化学品使用的化工、电子、冶金、电镀等行业的酸性或碱性废气处理，采用鼓泡式溶液吸收的方法进行高效中和处理，是废气排放企业解决环境治理的有效手段。

背景技术：

在化工、电子、冶金、电镀等行业的工业生产活动中，工艺中会使用诸如硫酸、盐酸、硝酸、氨水等化学试剂，这些化学试剂都存在挥发性，尤其在高温下产生酸性或碱性蒸汽，若直接排放到大气中会对环境造成污染，影响人们的健康。

根据GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》和GB14554-1993《恶臭污染物排放标准》中对氯化氢、硫酸雾、氟化物、氨气几种主要排放物的排放限值(以排气筒距地面高度15m为例)规定为：

企业一般在废气处理设施的设计时遵循以下原则：1、技术成熟，排放指标合格；2、安全可靠；3、设备技术先进；4、运行经济性；5、便于维护管理等。目前较成熟的处理方法为溶液吸收法，以液体为吸收剂，通过洗剂吸收装置使废气中的有害成分被液体吸收，从而达到净化的目的。

目前市场上典型的酸碱废气净化处理系统由通风和喷淋两部分组成。通风系统包括净化塔塔体、塔支架、通风风机和通风管道等，喷淋系统包括液箱、液泵、喷淋管路、阀门等部件。吸收系统采用液相分散型装置，即喷淋填充塔。其工作时吸收液通过填料塔顶部的喷淋装置被均匀的洒在填料层顶部，并沿着填料层自上而下呈膜状流动，而废气自塔下部进入，穿过填料层从塔顶排除。在此过程中，废气被迫多次改变方向、速度，与吸收液不断碰撞、接触，使废气与吸收液在填料层中充分接触反应，废气中的有害成分能够被吸收液充分吸收净化，通过塔内除雾后达标排放。

根据我们对企业实际无机酸碱废气的排放情况了解，一般具有以下特征：1、废气种类多；2、浓度变化大；3、间歇性操作。对于设计者而言，为一个庞大的生产线系统必须设计一个处理能力超强的废气处理系统才能勉强满足使用。但是往往工艺进行不连续、间歇排放及浓度变化使得对整个系统要求更高，加之近些年人们环保意识的增强，企业要承担起更大的社会责任，希望通过自己的努力把排放指标降低到一个更低的水平，这就为排放治理提出了更高目标，半导体工艺生产企业就有这方面的迫切需求。针对排放实际情况，要把排放指标降低到一个更低水平通过前述的大系统集中治理已很难满足要求，即使增加更复杂且成本高昂的设施也很难做得更好。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高效、独立运行的小型化一体式鼓泡式酸碱废气处理器，采用鼓泡式溶液吸收法进行中和吸收，为工艺生产提供满足排风量要求的废气处理动力条件，由于处理效果好，达到了远低于国家污染物排放指标的目标。

本实用新型的技术解决方案是：鼓泡式酸碱废气处理器，包括玻璃钢箱体(20)、防腐引风机(7、13、14)、钢制机架(10)、多支管交换器(21)、PVC风管(11)，钢制机架(10)采用角钢焊制而成，表面经过防锈处理，钢制机架(10)一端高一端低，钢制机架(10)高端设有引风机(7、13、14)，钢制机架(10)低端设有玻璃钢箱体(20)，钢制机架(10)底部设有减震支脚(25)，玻璃钢箱体(10)内设有多支管交换器(21)，玻璃钢箱体(10)上设有排风口(26)，排风口(26)法兰连接水气分离器(17)，引风机(7、13、14)的蜗壳高于与玻璃钢箱体的排风口(26)，二者之间用PVC软管(15)连接，软管两端通过管箍(16)固定，引风机(7、13、14)与箱体(20)处于串联关系，相对于废气流向，玻璃钢箱体(20)位于前端，引风机(7、13、14)位于后端；玻璃钢箱体(20)上设有进风口(28)，PVC风管(11)上焊制法兰(4)，用螺栓(6)连接至进风口(28)的法兰上，PVC风管(11)穿过进风口(28)，上端通过三通与进风管(3)粘接，下端通过PVC三通连接至玻璃钢箱体(20)内部的多支管交换器(21)，多支管交换器(21)设有3路风道支管，在玻璃钢箱体(20)内部呈对角线位置布设，多支管交换器(21)远离进风口一端用管道支架(33)固定在箱体(20)顶部，玻璃钢箱体(20)内设有吸收液(22)，多支管交换器(21)头伸入吸收液(22)中，净化后的气体经过水气分离器(17)由引风机(7、13、14)抽出，通过与引风机(7、13、14)蜗壳连接的排风管(1)排出，形成废气处理主风道；另外在进风管(3)与排风管(1)之间与废气处理主风道并联设有旁路阀(2)，形成待机工作的通路。

玻璃钢箱体(20)上设有排液口(30)、补液口(29)，人口及观察窗(27)、液位指示器(5)和电气箱(8)，排液口(30)下面通过PVC弯头设有排液阀(24)，为PVC球阀；补液口(29)侧面通过PVC管路连接补液阀(19)，为PVC球阀；人口及观察窗(27)为方孔，上面盖有透明PVC盖板(18)，液位指示器(5)采用透明有机玻璃管制成，安装在便于观察的箱体(20)侧位，并刻有标尺，电气箱(8)安装在固定引风机(7、13、14)的钢架底座上，面板上设有引风机(7、13、14)启停控制按钮和运行状态指示灯。

多支管交换器(21)的交换器头(36)为多孔结构。

玻璃钢箱体中吸收液(22)内设有塑料球花(23)。

交换器(21)的三路支管远离进风口(28)的短、靠近进风管的长，即远离进风口(28)的支管伸入吸收液(22)液面下的距离少，相邻两路支管的交换器头(36)高低相差2cm±0.5，以平衡风压。

引风机(7、13、14)蜗壳底部与箱体(20)之间设有回水引流管(9)。

本实用新型就是针对酸碱废气处理的高要求而灵活设计开发的一种高效、方便使用的处理装置。在设计初期我们做了大量的实验并采集了相关数据，对方案进行优化，本废气处理器的基本工作原理仍为溶液吸收法，把它设计成独立的箱式结构，就近加装在废气产生浓度大、波动大的工艺设备与原有喷淋处理塔之间，增强了一级处理，减少了对整个系统的处理压力，有效降低了污染物排放量。本装置可以根据废气产生是酸性或碱性物质，选用不同类型的药剂进行中和处理。由于该装置在工艺开展时独立使用控制，在非工作时段通过旁通阀以保持值班排风，可显著节约运行费用。由于本装置安全可靠，灵活方便使用，还可以应用在电镀、实验室等酸碱废气处理场所，为其提供一种便捷有效的处理手段。

附图说明

附图1是鼓泡式酸碱废气处理器主视图。

附图2是鼓泡式酸碱废气处理器左视图。

附图3是鼓泡式酸碱废气处理器俯视图。

附图4是处理器玻璃钢箱体示意图。

附图5是鼓泡式多支管多孔交换器结构图。

附图6是图5的A-A视图

附图7是处理器水气分离器主视图。

附图8是处理器水气分离器俯视图。

图中标注说明如下：

1：排风管；2：旁路阀；3：进风管；4：连接法兰；5：液位指示器；6：螺栓；7：电机；8：电气箱；9：回流管；10：处理器钢制机架；11：PVC风管；12：风机法兰；13：风机蜗壳；14：叶轮；15：PVC软管；16：管箍；17：水气分离器；18：透明PVC盖板；19：补液阀；20：玻璃钢箱体；21：多支管交换器；22：吸收液；23：PP塑料球花；24：排液阀；25：减震支脚；26：排风口；27：人口及观察窗；28：进风口；29补液口；30：排液口；31：入口PVC总管；32：PVC三通；33：固定支架；34：卡箍；35：PVC弯头；36：交换器头；37：海绵发泡橡胶密封条。

具体实施方式

1.鼓泡式酸碱废气处理器设计的基本要求。

1)酸碱废气处理效率不小于90％。

2)废气处理能力＞1500m³/h。

3)进风管管口风速>13m/s。

4)补液功能，液位观察器。

5)风机独立启停控制、过载保护、运行状态显示功能。

6)设计鼓泡式多支管多孔交换器结构，满足处理效率和排风量两项指标。

7)处理器和管路等材料耐酸碱腐蚀，密封良好。

8)设计人口便于观察与检修。

9)废液排放口。

2.基本结构

本废气处理器整体结构见附图1、2、3。

本废气处理器结构主要由玻璃钢箱体20、防腐引风机7、13、14、钢制机架10、多支管交换器21、PVC风管11和其它辅助部件构成。

钢制机架10采用50*50mm料厚5mm的角钢焊制而成，表面经过防锈处理，设计成一端高一端低，引风机7、13、14底座用螺丝固定在机架10高端，处理器玻璃钢箱体20坐在低端的方形角钢槽架上，底部设计六个减震支脚25，玻璃钢箱体10内设有多支管交换器21，玻璃钢箱体10上设有排风口26，排风口26法兰连接水气分离器17，引风机的蜗壳13高于与玻璃钢箱体的排风口26，二者之间用PVC软管15连接，通过管箍16固定，引风机7、13、14与玻璃钢箱体20处于串联关系，相对于废气流向，处理器玻璃钢箱体20位于前端，引风机7、13、14位于后端。玻璃钢箱体20上设有进风口28，处理器风道主要采用直径Φ200mm的PVC风管粘结而成，主风道从进风管3进入，PVC风管11上焊制法兰4，通过法兰4与处理器玻璃钢箱体20的进风口28连接，下端通过PVC三通连接至玻璃钢箱体20内部的多支管交换器21，多支管交换器21设计为三路风道支管，在玻璃钢箱体20内部呈对角线位置布设，交换器21远端用管道支架33固定在箱体20顶部，玻璃钢箱体20内设有吸收液22，交换器21头伸入吸收液22，净化后的气体经过与箱体排风口26法兰连接的水气分离器17由引风机7、13、14抽出，通过与引风机7、13、14蜗壳连接的排风管1排出，形成废气处理主风道。另外在进风管3与排风管1之间与废气处理主风道并联安装旁路阀2，形成待机工作的通路。除PVC管道采用PVC胶粘结或PVC焊条焊接硬连接以外，所有法兰连接处的密封采用8mm厚三元乙丙材质的海绵发泡橡胶条37用螺丝6连接法兰压紧密封。

本废气处理器玻璃钢箱体20设有排液口30、补液口29、人口及观察窗27、液位指示器5和电气箱8等辅助部件。排液口30下面通过PVC弯头设有排液阀24，排液阀24为1吋PVC球阀，通过Φ50mm的PVC弯头和管路固定在玻璃钢箱体20的底部，补液口29侧面通过PVC管路连接补液阀19，补液阀19为1/2吋PVC球阀，通过Φ25mm的PVC管路固定在玻璃钢箱体20的侧上部。人口及观察窗27设计为方孔，上面盖有12mm厚透明PVC盖板18。液位指示器5采用Φ15透明有机玻璃管制成，安装在便于观察的箱体侧位，并刻有标尺。电气箱8安装在固定引风机7、13、14的钢架底座上，面板上安装有引风机7、13、14启停控制按钮和运行状态指示灯。

1)整机工作原理设计

本废气处理器是采用鼓泡式溶液吸收的方法进行无机废气处理的装置。处理器设计成箱式结构见附图4，独立引风机7、13、14收集的废气从进风口3吸入，通过多支管交换器21引入吸收液22中，交换器头36设计成多孔结构，玻璃钢箱体20中吸收液22内放入塑料球花23以改变气体流向，增强气体与溶液的接触，达到充分吸收有害物质的效果，处理后的净化气体通过引风机7、13、14引入排风管1排出。吸收溶液可以根据被处理气体是酸性或碱性使用碱性(NaOH)或酸性(H2SO4)药剂配制溶液。

2)处理器结构设计

根据灵活安装使用的需要，把处理器箱体20(附图4)与引风机7、13、14设计成一体式结构，引风机7、13、14独立提供动力，气流要克服水的阻力选用5KW的三相电机7，同时可控制吸收液22液位以达到所需的风速要求，经测算水位控制高于交换器头21下端约15cm±3就可达13m/s以上的风速。

处理器设计成箱式结构，材质采用玻璃钢，制作加强筋、板厚8mm以满足工作时承受负压的要求。箱体20顶上开有进风口28，排风口26，人口及观察口27三个开口，上侧部有补液口29，下有废液排液口30，侧面安装液位指示器5以便监控液位。

3)鼓泡式多支管多孔交换器结构

本实用新型酸碱废气处理器首要目标是要有优良的酸(碱)有害物质吸收能力，专门设计了鼓泡式多支管多孔交换器结构(见附图5、6)。把收集的废气经过进风管3引入吸收液22中，废气与溶液产生物理吸收与化学吸收，物理吸收是废气中的有害成份在吸收液中溶解，化学吸收是废气中的成份与溶液产生明显化学反应。本处理器设计成多支管就是为增大气体与吸收液的接触面积，同时设计交换器头36为多孔结构是为了把气体分散均匀地排入水中，同时水中放置PP塑料球花23改变气泡形状和气流方向，充分溶解与反应，在二者共同作用下获得了最佳的吸收效果。为保证处理效果，考虑多管结构远离进风口的支管风阻大，因此交换器21的三路支管远离进风口28的短、靠近进风管的长，即远离进风口28的支管伸入吸收液22液面下的距离少，相邻两路支管高低相差2cm±0.5，以平衡风压。考虑鼓泡会引起交换器管路震动，必须如附图1中所示用固定支架33和卡箍34将交换器管件加强固定。

4)水气分离与凝结水的处理

废气经中和吸收净化后通过风机13排出，在排放的气体中含有较高的水蒸气，为防止水气大量排出吸收液22被消耗或在风机蜗壳或管道中聚集影响处理器运转，专门在风机进风入口前安装如附图7、8所示的水气分离器17，此结构使水气在通道变向通过，附着在隔板上的水气凝结流回箱内。另外部分水气会通过分离器后凝结在风机蜗壳和排气管中，专门在引风机7、13、14蜗壳底部与箱体之间设计回水引流管9，起到凝结水的回流作用。

5)补水和排水设计

处理器运行中必然会消耗溶液造成液位下降，经调试可知，运行8H水位会下降3cm左右。为提高补水效率，把事先配制好的溶液(浓度约16～25％)通过耐腐蚀泵送至加液管路中，打开补液阀门19补液。运行一段时间后，由于中和的作用，箱内溶液会有盐类生成并变稠，吸收效果变差，这时需打开排液阀24排放废液并冲洗，一般工作一周需做此工作，废液通过PVC下水管道排至废水站处理达标后排放。

2.实际试验结果

1)处理效率验证

把本废气处理器连接安装在半导体清洗设备后侧，开展相关工艺活动，工艺使用的化学试剂为50％盐酸和50％硝酸混合液，三个石英缸槽同时加温至80℃，满负荷进行硅片腐蚀清洗工艺。实测入口氯化氢的含量为185mg/m³左右，出口浓度为17.8mg/m³左右，远低于国标排放指标100mg/m³要求，处理效率≈90.38％>90％的处理效率目标。

2)排风风速的测量和排风风量计算

添加吸收液，从液位指示器5上观察液位，使交换器头没入水中15cm±3左右，开启处理器使机器正常工作，用风速仪测量进风口风速约为14.3m/s，完全满足设计和使用要求。处理器的进风管口径为∮200mm，按下式计算，排风量＝14.3×0.1×0.1×3.14×3600≈1616.5m³/h>1500m³/h的设计要求。

3.结论

根据以上试验情况可以看到，鼓泡式酸碱废气处理器满足设计要求，目前已应用于西安派瑞功率半导体变流技术股份有限公司的废气综合治理系统中，取得了很好的废气治理效果。