[科普中国]-旋转轮

工程环境空气中，有机废气的排除，一直是空气处理工作的难题。旋转轮设备，应用到有机废气处理工程的吸附和脱附工序中，实现吸附工序设备和脱附工序设备的一体化，将两个工序的有效结合，做到工序连续、不间断地自动切换。

简介随着人们生活水平的提高，为避开夏季炎热的气候，堂馆建筑、办公大楼、商场超市均引进大容量中央空调。然而，长时间相对封闭的室内空调环境，在其给人们营造凉爽舒服的同时，也凝聚了能产生多项疾病的有机废气。工程环境空气中，有机废气直接影响周边人们生活与工作的质量，有效排除有机废气的设备研究，一直是环保工程技术人员探讨的难题。回旋轮设备改造应用，创出了一条既能吸附又能脱附处理有机废气的一体化设计的路子。1

有机废气处理转轮内部结构改造要求为了使传统的转轮设备应用到有机废气处理的吸附和脱附工序中，将转轮的内部改造成适合工序的结构。转轮内部的密封系统均布分割为 8个、10 个、12 个或16 个区域，各区域都为单独的脱吸附室，区域之间不连通。区域内部装填能处理有机废气的吸附材料，如蜂窝碳、纤维碳或颗粒碳等。转轮沿中轴在做缓慢连续旋转，以保证整个过程的脱附和吸附同时进行。以均布分割为12 个区域的转轮为例，如图1 所示。

连续的8 个区域为吸附区域，1 个区域为脱附区域，由吸附区向脱附区方向转动，进脱附区前的 1个区域为过渡区，出脱附区的第一个区域为过渡区，第二个区域为冷却区。转轮在旋转的过程中，脱附和吸附的区域在不断的变换。1

改造后的转轮处理有机废气原理当要处理的有机废气进入转轮 240℃扇形的吸附区域时，废气中的有机污染分子被转轮内的吸附剂吸收，沿着旋转方向，第一吸附区旋转到第八吸附区时，该区域的转轮因吸收了一定量的污染有机分子而趋向饱和；随着转轮的转动，该区域经过渡区后进脱附区进行热风脱附处理。脱附的过程，热风同时对吸附材料进行加热。当转到冷却区时，主要对吸附材料进行冷却处理，使吸附材料恢复吸附功能。整个转轮饶着中心轴旋转，在脱吸附的气体流向始终保持不变情况下，实现脱吸附区域的不间断连续工作。1

有机废气处理转轮改造后各项参数的分析设备的驱动采用变频可调节马达。通过调节旋转周期T 小时，即调节吸附区域的工作时间。假定每个吸附区域的吸附时间 T吸/h，脱附时间T脱/h。以均布分割为12 区域的转轮的结构为例，旋转周期与脱、吸附时间之间的关系如下：

T吸=2/3T；

T脱=1/12T；

假定吸附材料吸附的饱和时间 T饱/h，吸附饱和调节系数 λ（λ=0.5～0.9）。

T饱=T吸/λ。

假定完全脱附时间 T全小时，脱附调节系数 τ（τ=0.9～0.98）。

T全=τT脱假定单区吸附材料有效吸附面积 G/m2，吸附材料厚度L/m。单周期内，有效吸附材料的体积W吸/m3，有效脱附处理的体积 W脱/m3。吸附材料饱和吸附率为η（kg/m3）。饱和吸附总量为 H饱/kg, 单周期内允许通过转轮吸附区的有机物总量为 H允/kg。其参数的相互关系如下：

W吸=8GL；

W脱=GL;

H饱=ηW吸；

H允=λH饱。

处理废气吸附风量为 M（m3/h），脱附风量M1（m3/h），废气平均含污率 δ（kg/m3）。那么单周期内允许通过转轮吸附区的有机物总量为 H允与处理量和旋转周期的关系如下：H允=δMT。

适合吸附材料工作的有机废气的流速范围是VMIN（m/s）到VMAX（m/s），假定吸附区流速为V吸（m/s）。其关系如下：

V吸=450m/GT；

VMIN≤V吸≤VMAX。

适合脱附流速范围是 V1MIN（m/s）到V1MAX（m/s）。假定吸附区流速为 V脱（m/s）。其关系如下：

V脱=3600 M1/（GT）；

V1MIN≤V脱≤V1MAX。

在转轮设备设计时，待处理废气的吸附风量、废气含污率及吸附材料饱和吸附率为定量范围。满足吸附的各个参数范围的条件下，实现吸附的近饱和工作的同时，还必须满足脱附区的完全脱附。设计时，转轮的旋转周期为可调节的。为保证脱吸附的平衡，必须在调节旋转周期时，相应调节脱附的风量。满足的参数关系如下：

M/M1=64 V吸/V脱

对于不同分区的转轮，各个参数之间的关系不是全部一样的。具体通过调节就可得出有关的关系式。通过上述的关系式，能够计算出有效吸附、脱附的过风面积，吸附材料的装填量，转轮的旋转周期，吸附及脱附的过风速度，脱附风量，转轮的内外直径，转轮的厚度等参数的许可范围。转轮驱动采用变频控制，脱附风量采用可调性的，其目的是在废气的总量发生变化或废气的浓度发生变化时，通过调节转轮的旋转周期来改变脱附和吸附的时间，达到脱附和吸附能连续和平衡。1

有机废气处理转轮的工作流程有机废气经过滤后进入吸附单元，完成吸附后由吸附风机排出（见图2）。

脱附风机带动两路气，一路为干净空气，还有一路为有机废气对冷却区进行冷却后，相当于加热的废气。两路气体汇合并经加热器加热到脱附要求的温度后进脱附区，对吸附材料进行脱附处理后，由脱附风机排出到燃烧室或回收单元做进一步处理。

回旋转轮设备应用在有机废气处理上的意义从转轮工作流程示意图上，可以清楚看到，设备的结构比较简单。关键是实现了有机废气处理工艺中吸附和脱附两个单元的有效整合，不需要停机就能在吸附和脱附两工序上进行连续的、不间断地自动切换。不需要有备用吸附床，实现了设备的一体化。回旋转轮结构，目前已比较成熟，该设备易于操作，运行可靠，操控方式先进；适合处理的有机废气量的范围广，从 5000～100000m3/h 都能有效处理；设备的运行费低廉，节省能耗；可以连续长期运转，无需更换吸附材料，机械部分也没有经常需要更换的易损件。它的运行维护，非常简便可靠。

通过系统分析可以确定，将回旋转轮设备应用到有机废气处理的吸附工序和脱附工序上，实现吸附工序设备和脱附工序设备的一体化。将两个工序有效结合，做到两工序连续、不间断自动切换，达到设备优化设计的目的。真正为有机废气的处理，提供有效的优良设备。1

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学