VOCs源頭回收治理技術(shù)之三：

為什么壓縮機壓縮提高了溶劑回收效率

1、基本概念

大氣壓：101.325kPa；

某種氣體的含量：通常指的是該氣體的體積濃度。

分壓Pv：氣體某一組分體積濃度c×氣體整體的壓力P。

Pv=c×P           公式（1）

如二氯甲烷的含量為c=30.5%，在大氣壓環(huán)境下(P=101.325kPa)，此時(shí)的分壓：Pv=c×P=30.5101.325=30.9kPa 

因此知道分壓也可以反算濃度。

c=Pv÷P           公式（2）

飽和分壓Pv′：氣體達到飽和濃度時(shí)對應的分壓。

分壓原理：某一組分在空氣或者氮氣中的飽和分壓Pv′在某一溫度T下是固定不變的，和氣體整體的壓力P無(wú)關(guān)。

舉例：查表，二氯甲烷在10℃時(shí)飽和蒸氣壓Pv′為30.9KPa，若在大氣壓環(huán)境下(P=101.325KPa)，那么此時(shí)氣體中二氯甲烷的飽和濃度：

c′=Pv′÷P=30.9KPa÷101.325KPa=30.5%

若在8公斤壓力下（800KPa），因為溫度還是10℃，溫度不變飽和蒸汽壓不變，還是30.9KPa，此時(shí)氣體中二氯甲烷的飽和濃度：

c′=Pv′÷P=30.9KPa÷（800KPa+101.325KPa）=3.4%

2、氣體壓縮的工程實(shí)例

原料藥生產(chǎn)工藝中通常采用真空泵，用真空法收集反應釜或其它形式的反應裝置中產(chǎn)生的有機廢氣。在真空泵前、后安裝冷凝和冷凍裝置將低蒸發(fā)溫度的VOCs氣體部分冷凝為液態(tài)有機溶劑。根據道爾頓定理：混合氣體中各種氣體的分蒸氣壓力，就等于氣體所占體積的百分比。比如，現有一個(gè)大氣壓的空氣，其中氧氣的體積占20%，那么氧氣的分蒸氣壓力就是0.2個(gè)大氣壓。

圖（1） 單純冷凝流程示意圖

以二氯甲烷和空氣的混合氣為例：20℃時(shí)二氯甲烷的飽和蒸氣壓是47.39KPa，由公式（2）計算可知，此時(shí)二氯甲烷在混合氣中的含量約為46.8%?？紤]到真空泵前后的氣體壓力變換不大，將該混合氣降到0℃。0℃時(shí)二氯甲烷的飽和蒸氣壓是19.2KPa,二氯甲烷在混合氣中的比例約為18.9%。由此可以看出，采用圖（1）所示的流程，將二氯甲烷和空氣的混合氣由20℃降為0℃，約有74%的二氯甲烷冷凝析出變?yōu)橐后w溶劑。但是仍有26%的二氯甲烷不凝氣體隨混合氣體進(jìn)入后續廢氣處理裝置。

在VOCs源頭回收治理中，我們采用了“等溫壓縮”的工藝，即在真空泵之后，配置壓縮機，將0℃的二氯甲烷混合氣體的壓力由一個(gè)大氣壓，增加到九個(gè)大氣壓，即表壓800KPa。然后再將該混合氣體冷到0℃，見(jiàn)圖（2）壓縮+冷凝流程示意圖。

圖（2） 壓縮+冷凝流程示意圖

基于分壓原理，且不考慮溫度變化，由公式（1）可計算，濃度c=18.9%,此時(shí)二氯甲烷分壓：

Pv=c×P=18.9×（800+101.325）=170.3KPa

但根據分壓原理，0℃時(shí)飽和蒸氣壓只與溫度有關(guān)，0℃飽和蒸氣壓為19.2KPa，170.3KPa遠遠大于此次值，多出來(lái)的這部分的二氯甲烷就會(huì )變成液態(tài)，使氣體狀態(tài)二氯甲烷分壓會(huì )維持在Pv =19.2KPa，由公式（2）計算，此時(shí)氣體中二氯甲烷含量：

c=Pv÷P=19.2÷（101.32+800）×100%=2.1%

基于以上計算，將20℃時(shí)二氯甲烷和空氣的混合氣，壓縮到800KPa（表壓）后，再降到 0℃，混合氣中只含有2.1%的二氯甲烷不凝氣體，約有97.6%的二氯甲烷冷凝析出變?yōu)橐后w溶劑。進(jìn)一步降低溫度，仍有二氯甲烷冷凝析出。

對比上述兩種工藝流程，壓縮+冷凝的源頭回收治理效率比單純的冷凝工藝高 1.32倍，即壓縮+冷凝工藝回收了多的二氯甲烷溶劑，也容易實(shí)現尾氣的達標排放。

壓縮過(guò)程中溫度控制在75℃以下，遠離二氯甲烷氣體的會(huì )爆炸范圍。稱(chēng)之為安全的“等溫壓縮”過(guò)程。

圖（3） VOCs的源頭回收裝置（照片由南京碳環(huán)生物質(zhì)能源有限公司提供）