大氣課程設(shè)計.doc

目錄一概述11.1設(shè)計目的11.2設(shè)計任務(wù)及要求11.3設(shè)計內(nèi)容11.4設(shè)計資料1二方案選擇22.1氣態(tài)污染物處理技術(shù)方法比較22.2方案選擇22.3工藝流程3三集氣罩的設(shè)計33.1集氣罩基本參數(shù)的確定33.2集氣罩入口風(fēng)量的確定4四填料塔的設(shè)計54.1填料塔參數(shù)的確定54.2填料塔高度及壓降的確定8五儲液池的設(shè)計95.1儲液池尺寸計算95.2水泵的選取10六管網(wǎng)設(shè)計116.1風(fēng)速和管徑的確定116.2系統(tǒng)布置流程圖116.3阻力計算11七煙囪設(shè)計137.1煙囪高度的設(shè)計137.2煙囪進出口內(nèi)徑計算147.3煙囪阻力計算14八風(fēng)機的選擇158.1風(fēng)量與風(fēng)壓158.2動力系統(tǒng)的選擇15九結(jié)論和建議15十參考文獻(xiàn)16十一致謝16十二附錄17一 概述1.1 設(shè)計目的通過對氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)的工藝設(shè)計，初步掌握氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。培養(yǎng)利用已學(xué)理論知識，綜合分析問題和解決實際問題的能力，繪圖能力，以及正確使用設(shè)計手冊及相關(guān)資料的能力。1.2 設(shè)計任務(wù)及要求對某化工廠酸洗硫酸煙霧治理設(shè)施進行設(shè)計，其主要內(nèi)容包括：集氣罩的設(shè)計、填料塔的設(shè)計、管網(wǎng)的布置及阻力計算等，經(jīng)過凈化后的氣體達(dá)到大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16297-1996）中二類區(qū)污染源大氣污染物排放限值。具體內(nèi)容包括：主要設(shè)備的設(shè)計計算；工藝管道計算及風(fēng)機選擇；繪制治理設(shè)施系統(tǒng)圖及Y型管圖；編寫課程設(shè)計說明書。1.3 設(shè)計內(nèi)容1. 集氣罩的設(shè)計2. 填料塔的設(shè)計3. 儲液池的設(shè)計4. 管網(wǎng)的設(shè)計5. 煙囪的設(shè)計6. 設(shè)備選型1.4 設(shè)計資料1. 設(shè)計題：酸洗硫酸煙霧治理設(shè)施2. 已知條件；(1) 采用5%NaOH溶液在填料塔中吸收凈化硫酸煙霧;(2) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下硫酸濃度為3000mg/m3，排風(fēng)量為VG =0.60m3/s。經(jīng)過凈化后的氣體達(dá)到70mg/m3。二 方案選擇22.1 氣態(tài)污染物處理技術(shù)方法比較表1 處理方法對比處理方法特點適用范圍吸收法溶劑吸收法采用低揮發(fā)性或不揮發(fā)性溶劑對廢氣進行吸收，再利用廢氣分子和吸收劑物理性質(zhì)的差異進行分離。吸收劑必須對去除的廢氣有較大的溶解性，吸收的效果主要取決于吸收劑的吸收性能和吸收設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征。適用于氣態(tài)污染物濃度較高、溫度較低和壓力較高的場合。分析該廠廢氣，適合設(shè)計要求，可采用吸收法。冷凝法冷凝法利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓的這一性質(zhì)，采用降低溫度、提高系統(tǒng)的壓力或者既降低溫度又提高壓力的方法，使處于蒸汽狀態(tài)下的污染物冷凝并與廢氣分離。適用于廢氣體積分?jǐn)?shù)在10-2以上的有機蒸汽，不適合處理低濃度的有機氣體，分析該廠廢氣，該方法運行成本高，所以本設(shè)計不采用冷凝法。吸附法吸附法是當(dāng)廢氣與多孔性固體接觸時，利用固體表面存在的未平衡的分子吸引力或化學(xué)鍵作用力，把廢氣組分吸附在固體表面的方法。適用于處理高流量，低污染物濃度的污染物，但吸附劑的成本高，不適合本設(shè)計。燃燒法燃燒法是將有害氣體、蒸汽、液體轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的過程。適用于凈化那些可燃的或在高溫情況下可以分解的有害物質(zhì)，具有局限性。2.2 方案選擇通過以上對四種方案的比較選擇，本設(shè)計采用吸收法處理硫酸煙霧，即采用5%NaOH液體在填料塔中吸收凈化硫酸霧。凈化設(shè)備為填料塔。操作情況下，氣相傳質(zhì)系數(shù)：；液相傳系數(shù)：液氣比為：2.3 工藝流程排放煙囪風(fēng)機吸收塔集氣罩酸洗廢氣三 集氣罩的設(shè)計33.1 集氣罩基本參數(shù)的確定集氣罩的罩口尺寸應(yīng)不小于罩子所在污染位置的污染物擴散的斷面積。如果設(shè)集氣罩連接風(fēng)管的特征尺寸為d0，（圓形為直徑，方形為短邊），污染源的特征尺寸為E，集氣罩距污染源的垂直距離H，集氣罩口的特征尺寸為D0，集氣罩喇叭口長度L，應(yīng)滿足d0/E0.2,1.0D0/E2.0和H/E0.7（若影響操作，可適當(dāng)增大）和L/d03。由酸洗槽排風(fēng)量VG=0.60m3/s，可知該廠酸洗處理規(guī)模較小，故采用單個集氣罩進行廢氣收集即可。取E=800mm，H=500mm則：集氣罩下口面積：=1.13m2集氣罩下口罩裙高：=0.27m集氣罩上口直徑擬定為=250mm集氣罩喇叭口長度：=0.48m校核： 1.0=1.52.0=0.6250.7=1.923校核結(jié)果表明設(shè)計參數(shù)全部滿足設(shè)計要求3.2 集氣罩入口風(fēng)量的確定冬季：環(huán)境溫度為6，加酸后槽內(nèi)溫度可達(dá)100=0.424kJ/s=0.151m3/s=0.63m2取吸氣罩入口速度=0.8 m/s=0.655m3/s夏季：環(huán)境溫度為31，加酸后槽內(nèi)溫度可達(dá)100=0.248 kJ/s=0.127m3/s取吸氣罩入口速度=0.8 m/s=0.631m3/s由于冬季排風(fēng)量大于夏季排風(fēng)量，應(yīng)以冬季排風(fēng)量來計算，Q=0.655(m3/s)校核管道中風(fēng)速：=13.3 (m/s),符合要求(1020m/s)上式中T溫差，K T1料槽溫度, K T2環(huán)境溫度，Kq熱量流量，kJ/sQ0-熱煙氣流量, m3/sQ最小吸入風(fēng)量，m3/s 集氣罩罩口面積與污染面積之差，m2最小吸入速度，0.51.0m/s四 填料塔的設(shè)計44.1 填料塔參數(shù)的確定1. 填料的規(guī)格及相關(guān)參數(shù)(1) 擬選用陶瓷鮑爾環(huán)填料的規(guī)格及相關(guān)參數(shù)表2 填料參數(shù)填料類型規(guī)格mm尺寸mm比表面積m2/m3孔隙率%堆積個數(shù)n/m3干填料因子m-1陶瓷鮑爾環(huán)填料383838415078%13400356(2) 計算泛點氣速本設(shè)計采用5%NaOH溶液為吸收液,。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下酸霧含量為3000mg/m3 ，溫度為60。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下取液氣比L/G=3L/ m3=0.069%T=273+t=273+60=333K所以:=1.065 kg/ m3=1050kg/m3=0.655m3/s=2358 m3/h=1.96510-3m3/s=7.074m3/h=2511.3kg/h=7427.7kg/h=0.094上式中M混合氣體的分子量QG氣體流量，m3/s或m3/h QL吸收液流量，m3/s或m3/h WG氣體的質(zhì)量流速，kg/hWL吸收液的質(zhì)量流速，kg/h查?？颂仃P(guān)聯(lián)圖取P=150mm水柱/m填料=0.13uL取1m/s，=0.95=1.92m/s上式中uf泛點氣速，m/s干填料因子，m-1(3) 計算操作氣速=1.54m/s計算塔徑，并圓整=0.74=0.8m(4) 重新計算操作氣速=1.3/s=0.68 處于的50%70%內(nèi)，符合要求(5) 校核填料直徑與塔體直徑的比=0.0480.1，符合要求(6) 校核填料塔的噴淋密度當(dāng)填料dL噴minL噴min=最小潤濕率填料比表面積=0.08150=12m3/(m2h)填料塔橫截面積：=0.50m2=14.15m3/(m2h) L噴min，符合要求4.2 填料塔高度及壓降的確定1. 計算填料層高度Z由資料可知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，酸霧含量為3000mg/m3；查大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，硫酸煙霧最高允許排放濃度為70mg/m3；操作情況下，氣相傳質(zhì)數(shù)為當(dāng)?shù)囟敬髿鈮喝s=98kPa= y(H2SO4)= 0.069%=0.0016%=ln0.069%-ln0.0016%=3.76=27.3(L/mol)=171.8kmol/(m3h)=4.5m上式中Y1進口處氣體中硫酸的摩爾百分比 Y2出口處氣體中硫酸的摩爾百分比 NOG傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元高度，mZ填料層高度，m2. 填料層壓降根據(jù)所取P=150mm水柱/m填料，1mmH20的壓強為9.8Pa填料層壓降為：PZ=1509.84.5=6615Pa3. 填料塔相關(guān)附件的選擇表3 填料塔附件表附件名稱裝置層高度(mm)阻力(Pa)封頭100折板除霧器200100多環(huán)管噴淋器400多孔盤式液體再分布裝置30050柵板支承板200斜口氣體分布器400400廢液收集槽400支座2004. 填料塔總高度=6.5m5. 填料塔總壓降=7365Pa五 儲液池的設(shè)計55.1 儲液池尺寸計算1. 設(shè)計容量（單位時間內(nèi)的流量減去過程中的蒸發(fā)量，此處取蒸發(fā)系數(shù)為0.2，單位時間為1h）=8.85m32. 取儲液池直徑=1.5m，則儲液池高度為：=5.0m5.2 水泵的選取1. 輸水管的規(guī)格吸收液的輸送采用不易結(jié)垢，水流阻力小，耐腐蝕、高壓的PPR管，直徑取60mm；當(dāng)儲液池內(nèi)水深小于0.5m時，補充吸收液。則水泵全揚程為：=6m=0.69m/s=0.001m/s直管段長度和摩擦系數(shù)都較小，所以直管段阻力損失不計，彎管R/d=1.5，=取0.17=0.08m所以水泵的全揚程為：=5.6m2. 水泵型號的選擇根據(jù)水泵的全揚程和流量，選取IS80-65-160型單級單吸離心泵，額定軸功率為0.67kW，額定電機功率為15kW。六 管網(wǎng)設(shè)計66.1 風(fēng)速和管徑的確定保證管內(nèi)風(fēng)速在1020m/s的范圍內(nèi)，本設(shè)計采用13.3m/s，保證較小的壓力損失?？紤]到廢氣中含有硫酸酸霧，風(fēng)管采用耐酸合金鋼管，管徑為250mm。6.2 系統(tǒng)布置流程圖見附錄6.3 阻力計算1. 由4.1.1計算得混合氣體密度=1.065 kg/ m3單位摩擦阻力的修正系數(shù)為：=0.90=0.97查得材料制作風(fēng)管的粗糙度表，薄合金板K=0.150.18，取K=0.15=1.182. 各管段阻力計算如下：管段1-2-3沿程阻力損失：根據(jù)d1-2-3=250mm,V1-2-3=13.3m/s，查“全國通用通風(fēng)管道計算表”得單位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，則=1.7Pa局部阻力損失：集氣罩=0.11；插板閥=0.1；90彎頭，R/d=1.5，=0.17=35.8Pa管段3-4-5沿程阻力損失：根據(jù)d3-4-5=250mm,V3-4-5=13.3m/s，查“全國通用通風(fēng)管道計算表”得單位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，則=27.9Pa局部阻力損失：90彎頭，R/d=1.5，=0.17，數(shù)量2個=32.0Pa管段6-7-8沿程阻力損失：根據(jù)d6-7-8=250mm,V6-7-8=13.3m/s，查“全國通用通風(fēng)管道計算表”得單位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，則=88.6Pa局部阻力損失：90彎頭，R/d=1.5，=0.17，數(shù)量3個=48.0Pa管段8-9沿程阻力損失：根據(jù)d8-9=250mm,V8-9=13.3m/s，查“全國通用通風(fēng)管道計算表”得單位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，則=21.1Pa局部阻力損失：天圓地方連接管，=0.1，數(shù)量2個=18.8Pa表4 硫酸煙霧凈化系統(tǒng)阻力計算管段編號流速/ms-1直徑/mm動壓/Pa局部阻力損失沿程阻力損失總阻力/Pa備注局部阻力系數(shù)局部阻力損失/Pa單位摩擦阻力/Pa長度/m沿程阻力損失/Pa1-2-313.325090.5集氣罩 0.1135.88.440.21.737.5插板閥 0.1090彎頭 0.173-4-513.325090.590彎頭2 0.3432.08.441.527.959.9p=37.5+59.9=97.41.70.15-61.38000.86吸收塔7365p=97.4+7365=7462.46-7-813.325090.590彎頭3 0.5148.08.443.988.6136.6p=7462.4+136.6=75996.68-913.325090.5天圓地方2 0.2018.88.442.021.139.9p=7599+39.9=7638.99-107.533030.0煙囪106.1p=7638.9+106.1=7745七 煙囪設(shè)計77.1 煙囪高度的設(shè)計煙囪的有效源高H為：=4.6m煙囪的幾何高度Hs為：Hs=H-H4.6m上式中 Q排放源強，mg/su煙囪出口處平均風(fēng)速，m/s c0大氣H2SO4環(huán)境目標(biāo)值，mg/m3cb大氣H2SO4背景濃度，mg/m3垂直擴散參數(shù)與橫向擴散參數(shù)之比，0.51.0H煙氣抬升高度，m大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB16297-1996中規(guī)定酸洗廢氣排放煙囪不應(yīng)低于15m，所以本設(shè)計中煙囪高度取15m。7.2 煙囪進出口內(nèi)徑計算煙囪出口處煙氣流速為該處平均風(fēng)速的1.5倍，所以=7.5m/s=0.33m為提高煙囪穩(wěn)固性，取煙囪底部外徑為1m。7.3 煙囪阻力計算煙囪抽力Pc為：= 21.4Pa上式中H產(chǎn)生抽力的管道高度，mta外部空氣溫度，tf計算管段中煙氣的平均溫度，B大氣壓力，Pa沿程阻力損失：根據(jù)Ds=330mm,V8-9=7.5m/s，查“全國通用通風(fēng)管道計算表”得單位摩擦阻力Rm=0.220mmH20，則=33.3Pa局部阻力損失：風(fēng)管與煙囪接口，=0.1=94.2Pa煙囪的總壓降為：=106.1Pa八 風(fēng)機的選擇88.1 風(fēng)量與風(fēng)壓風(fēng)機風(fēng)量Q為：m3/h風(fēng)機風(fēng)壓Pr為：=8519Pa8.2 動力系統(tǒng)的選擇查閱風(fēng)機手冊可選用9-19型高壓離心通風(fēng)機（No5.6），配套電機為Y160M1-2，功率為11kW。主要設(shè)備及構(gòu)筑物九 結(jié)論和建議本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于建設(shè)及管理，適用于單酸洗池，排風(fēng)量為0.6m3/s左右的小型工廠，如酸洗池數(shù)量增加，可增加集氣罩的數(shù)量，并相應(yīng)增加風(fēng)管直徑，適當(dāng)擴大填料塔的塔徑及塔高，以保證廢氣處理效果。十 參考文獻(xiàn)1 郝吉明，馬廣大，王書肖. 大氣污染控制工程(第三版). 北京：高等教育出版社. 20102 吳忠標(biāo). 實用環(huán)境工程手冊大氣污染控制工程. 化學(xué)工業(yè)出版社. 20013 童華. 環(huán)境工程設(shè)計. 化學(xué)工業(yè)出版社. 20094 魏先勛. 環(huán)境工程設(shè)計手冊(修訂版). 湖南科學(xué)技術(shù)出版社. 20025 劉天齊. 三廢處理技術(shù)手冊(廢氣卷). 化學(xué)工業(yè)出版社. 19996 續(xù)魁昌. 分機手冊. 機械工業(yè)出版社. 19997 郭東明. 硫氮