大氣課程設(shè)計(jì)[共23頁]

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1、 目錄 一． 概述 1 1.1 設(shè)計(jì)目的 1 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 1.4 設(shè)計(jì)資料 1 二． 方案選擇 2 2.1 氣態(tài)污染物處理技術(shù)方法比較 2 2.2 方案選擇 2 2.3 工藝流程 3 三． 集氣罩的設(shè)計(jì) 3 3.1 集氣罩基本參數(shù)的確定 3 3.2 集氣罩入口風(fēng)量的確定 4 四． 填料塔的設(shè)計(jì) 5 4.1 填料塔參數(shù)的確定 5 4.2 填料塔高度及壓降的確定 8 五． 儲液池的設(shè)計(jì) 9 5.1 儲液池尺寸計(jì)算 9 5.2 水泵的選取 10 六． 管網(wǎng)設(shè)計(jì) 11 6.1 風(fēng)速和管徑的確定 11 6.2 系統(tǒng)布置流程

2、圖 11 6.3 阻力計(jì)算 11 七． 煙囪設(shè)計(jì) 13 7.1 煙囪高度的設(shè)計(jì) 13 7.2 煙囪進(jìn)出口內(nèi)徑計(jì)算 14 7.3 煙囪阻力計(jì)算 14 八． 風(fēng)機(jī)的選擇 15 8.1 風(fēng)量與風(fēng)壓 15 8.2 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(jì)目的 通過對氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)，初步掌握氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)際問題的能力，繪圖能力，以及正確使用設(shè)計(jì)手冊及相關(guān)資料的能力。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 對

3、某化工廠酸洗硫酸煙霧治理設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包括：集氣罩的設(shè)計(jì)、填料塔的設(shè)計(jì)、管網(wǎng)的布置及阻力計(jì)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： ①主要設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算； ②工藝管道計(jì)算及風(fēng)機(jī)選擇； ③繪制治理設(shè)施系統(tǒng)圖及Y型管圖； ④編寫課程設(shè)計(jì)說明書。 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 集氣罩的設(shè)計(jì) 2. 填料塔的設(shè)計(jì) 3. 儲液池的設(shè)計(jì) 4. 管網(wǎng)的設(shè)計(jì) 5. 煙囪的設(shè)計(jì) 6. 設(shè)備選型 1.4 設(shè)計(jì)資料 1. 設(shè)計(jì)題：酸洗硫酸煙霧治理設(shè)施 2. 已知條件； (1) 采用5%NaOH

4、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 2 2.1 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(diǎn) 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(jìn)行吸收，再利用廢氣分子和吸收劑物理性質(zhì)的差異進(jìn)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(jì)要求，可采用吸收法。 冷凝法 冷凝法利用

5、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(jī)蒸汽，不適合處理低濃度的有機(jī)氣體，分析該廠廢氣，該方法運(yùn)行成本高，所以本設(shè)計(jì)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(shí)，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(jì)。 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

6、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(jì)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(jī) 吸收塔 集氣罩 酸洗廢氣 三． 集氣罩的設(shè)計(jì) 3 3.1 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(kuò)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

7、口長度L，應(yīng)滿足d0/E＞0.2,1.0＜D0/E＜2.0和H/E＜0.7（若影響操作，可適當(dāng)增大）和L/d0≤3。 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(gè)集氣罩進(jìn)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<=1.5<2.0 =0.625<0.7 =1.92<3 校核結(jié)果表明設(shè)計(jì)參數(shù)全部滿足設(shè)計(jì)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

8、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(jì)算，Q=0.655(m3/s) 校核管道中風(fēng)速：=13.3 (m/s),符合要求(10~20m/s) 上式中ΔT——溫差，K T1——料槽溫度, K T2——環(huán)境溫度，K

9、q——熱量流量，kJ/s Q0——-熱煙氣流量, m3/s Q——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，0.5~1.0m/s 四． 填料塔的設(shè)計(jì) 4 4.1 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(gè)數(shù) n/m3 干填料因子 m-1 陶瓷鮑爾環(huán)填料 Φ38 38384 150 78% 13400 356 (2) 計(jì)算泛點(diǎn)氣速 本設(shè)計(jì)采用5%NaOH

10、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——?dú)怏w流量，m3/s或m3/h QL——吸收液流量，m3/s或m3/h WG——?dú)怏w的質(zhì)量流速，kg/h WL

11、——吸收液的質(zhì)量流速，kg/h 查埃克特關(guān)聯(lián)圖 取ΔP=150mm水柱/m填料 =0.13 uL取1m/s，=0.95 =1.92m/s 上式中uf——泛點(diǎn)氣速，m/s ——干填料因子，m-1 (3) 計(jì)算操作氣速 =1.54m/s 計(jì)算塔徑，并圓整 =0.74=0.8m (4) 重新計(jì)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 =0.048<0.1，符合要求 (6) 校核填料塔的噴淋密度 當(dāng)填料d<75mm時(shí)，填料的最小潤濕率為0.08m3/(m2h)，要求L噴>L噴min L噴min=最小

12、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(jì)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(jìn)

13、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，m Z——填料層高度，m 2. 填料層壓降 根據(jù)所取ΔP=150mm水柱/m填料，1mmH20的壓強(qiáng)為9.8Pa 填料層壓降為：ΔPZ=1509.84.5=6615Pa 3. 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 200 100 多環(huán)管噴淋器 400 多孔盤式液體再分布裝置 300 50 柵板支承板 200 斜口

14、氣體分布器 400 400 廢液收集槽 400 支座 200 4. 填料塔總高度 =6.5m 5. 填料塔總壓降 =7365Pa 五． 儲液池的設(shè)計(jì) 5 5.1 儲液池尺寸計(jì)算 1. 設(shè)計(jì)容量（單位時(shí)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(shí)間為1h） =8.85m3 2. 取儲液池直徑=1.5m，則儲液池高度為： =5.0m 5.2 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(shí)，補(bǔ)充吸收液。 則水泵全揚(yáng)程為： =6m =0.

15、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(jì)，彎管R/d=1.5，ζ=取0.17 =0.08m 所以水泵的全揚(yáng)程為： =5.6m 2. 水泵型號的選擇 根據(jù)水泵的全揚(yáng)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(jī)功率為15kW。 六． 管網(wǎng)設(shè)計(jì) 6 6.1 風(fēng)速和管徑的確定 保證管內(nèi)風(fēng)速在10~20m/s的范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)采用13.3m/s，保證較小的壓力損失。 考慮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(jì)算 1.

16、由4.1.1計(jì)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=0.15~0.18，取K=0.15 =1.18 2. 各管段阻力計(jì)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(jì)算表”得單位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，則 =1.7Pa 局部阻力損失：集氣罩ζ=0.11；插板閥ζ=0.1；90彎頭，R/d==1.5，ζ=0.17 =35.8Pa 管段3-4-5 沿程阻力損失：根據(jù)d3-4-5=250mm,

17、V3-4-5=13.3m/s，查“全國通用通風(fēng)管道計(jì)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，ζ=0.17，數(shù)量2個(gè) =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(jì)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，ζ=0.17，數(shù)量3個(gè) =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(jì)算表”得單位摩擦

18、阻力Rm=0.836mmH20，則 =21.1Pa 局部阻力損失：天圓地方連接管，ζ=0.1，數(shù)量2個(gè) =18.8Pa 表4 硫酸煙霧凈化系統(tǒng)阻力計(jì)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/Pa 1-2-3 13.3 250 90.5 集氣罩 0.11 35.8 8.44 0.2 1.7 37.5 插板閥 0.10 90彎頭 0.17 3-4-5 13.3 250

19、 90.5 90彎頭2 0.34 32.0 8.44 1.5 27.9 59.9 Δp=37.5+59.9=97.4 1.7 0.1 5-6 1.3 800 0.86 吸收塔 7365 Δp=97.4+7365=7462.4 6-7-8 13.3 250 90.5 90彎頭3 0.51 48.0 8.44 3.9 88.6 136.6 Δp=7462.4+136.6=7599 6.6 8-9 13.3 250 90.5 天圓地方2 0.20 18.8 8.44 2.0 21.1 39.9 Δp=7599+39.

20、9=7638.9 9-10 7.5 330 30.0 煙囪 106.1 Δp=7638.9+106.1=7745 七． 煙囪設(shè)計(jì) 7 7.1 煙囪高度的設(shè)計(jì) 煙囪的有效源高H為： =4.6m 煙囪的幾何高度Hs為： Hs=H-ΔH<4.6m 上式中 Q——排放源強(qiáng)，mg/s `u——煙囪出口處平均風(fēng)速，m/s c0——大氣H2SO4環(huán)境目標(biāo)值，mg/m3 cb——大氣H2SO4背景濃度，mg/m3 ——垂直擴(kuò)散參數(shù)與橫向擴(kuò)散參數(shù)之比，0.5~1.0 ΔH——煙氣抬升高度，m 《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB16297-199

21、6》中規(guī)定酸洗廢氣排放煙囪不應(yīng)低于15m，所以本設(shè)計(jì)中煙囪高度取15m。 7.2 煙囪進(jìn)出口內(nèi)徑計(jì)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(jì)算 煙囪抽力ΔPc為： = 21.4Pa 上式中H——產(chǎn)生抽力的管道高度，m ta——外部空氣溫度，℃ tf——計(jì)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(jì)算表”得單位摩擦阻力Rm=0.220mmH20，則 =33.3Pa 局部阻

22、力損失：風(fēng)管與煙囪接口，ζ=0.1 =94.2Pa 煙囪的總壓降為： =106.1Pa 八． 風(fēng)機(jī)的選擇 8 8.1 風(fēng)量與風(fēng)壓 風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q’為： m3/h 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓Pr為： =8519Pa 8.2 動力系統(tǒng)的選擇 查閱風(fēng)機(jī)手冊可選用9-19型高壓離心通風(fēng)機(jī)（No5.6），配套電機(jī)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(jì)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?cái)?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(kuò)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)

23、 [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. 2010 [2] 吳忠標(biāo). 實(shí)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. 2001 [3] 童華. 環(huán)境工程設(shè)計(jì). 化學(xué)工業(yè)出版社. 2009 [4] 魏先勛. 環(huán)境工程設(shè)計(jì)手冊(修訂版). 湖南科學(xué)技術(shù)出版社. 2002 [5] 劉天齊. 三廢處理技術(shù)手冊(廢氣卷). 化學(xué)工業(yè)出版社. 1999 [6] 續(xù)魁昌. 分機(jī)手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社. 1999 [7] 郭東明. 硫氮污染防治工程技術(shù)極其應(yīng)用. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2001 [8]鄭銘. 環(huán)保設(shè)備. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2

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25、250mm d/R=1.5 6個(gè) 90彎頭（水管） d=60mm d/R=1.5 2個(gè) 耐酸合金鋼管 d=250mm Rm’=8.44Pa L總=9.6m PPR水管 d=60mm L總=7.5m 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 1個(gè) 測量范圍<7.1m3/h 陶瓷鮑爾環(huán)填料 38384 Φ38 2.3m3 折板除霧器 ΔP=100Pa 1個(gè) 多環(huán)管噴淋器 d=700mm 1個(gè) 多孔盤式液體再分布裝置 ΔP=50Pa 1個(gè) 斜口氣體分布器 ΔP=400Pa 1個(gè) 水泵 IS80-65-160型單級單吸離心泵 1臺 電機(jī)功率15kW 風(fēng)機(jī)及電機(jī) 9-19型高壓離心通風(fēng)機(jī)No5.6，配套電機(jī)為Y160M1-2 1臺 電機(jī)功率為11kW 構(gòu) 筑 物 填料塔 D=0.8m，H=6.5m 1座 儲液池 D=1.5m，H=5.0m 1座 煙囪 D上=0.33m，D下=1m，H=15m 1座 填料塔示意圖  21 管網(wǎng)系統(tǒng)圖