大气课程设计.doc

目录一概述11.1设计目的11.2设计任务及要求11.3设计内容11.4设计资料1二方案选择22.1气态污染物处理技术方法比较22.2方案选择22.3工艺流程3三集气罩的设计33.1集气罩基本参数的确定33.2集气罩入口风量的确定4四填料塔的设计54.1填料塔参数的确定54.2填料塔高度及压降的确定8五储液池的设计95.1储液池尺寸计算95.2水泵的选取10六管网设计116.1风速和管径的确定116.2系统布置流程图116.3阻力计算11七烟囱设计137.1烟囱高度的设计137.2烟囱进出口内径计算147.3烟囱阻力计算14八风机的选择158.1风量与风压158.2动力系统的选择15九结论和建议15十参考文献16十一致谢16十二附录17一 概述1.1 设计目的通过对气态污染物净化系统的工艺设计，初步掌握气态污染物净化系统设计的基本方法。培养利用已学理论知识，综合分析问题和解决实际问题的能力，绘图能力，以及正确使用设计手册及相关资料的能力。1.2 设计任务及要求对某化工厂酸洗硫酸烟雾治理设施进行设计，其主要内容包括：集气罩的设计、填料塔的设计、管网的布置及阻力计算等，经过净化后的气体达到大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）中二类区污染源大气污染物排放限值。具体内容包括：主要设备的设计计算；工艺管道计算及风机选择；绘制治理设施系统图及Y型管图；编写课程设计说明书。1.3 设计内容1. 集气罩的设计2. 填料塔的设计3. 储液池的设计4. 管网的设计5. 烟囱的设计6. 设备选型1.4 设计资料1. 设计题：酸洗硫酸烟雾治理设施2. 已知条件；(1) 采用5%NaOH溶液在填料塔中吸收净化硫酸烟雾;(2) 标准状态下硫酸浓度为3000mg/m3，排风量为VG =0.60m3/s。经过净化后的气体达到70mg/m3。二 方案选择22.1 气态污染物处理技术方法比较表1 处理方法对比处理方法特点适用范围吸收法溶剂吸收法采用低挥发性或不挥发性溶剂对废气进行吸收，再利用废气分子和吸收剂物理性质的差异进行分离。吸收剂必须对去除的废气有较大的溶解性，吸收的效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构特征。适用于气态污染物浓度较高、温度较低和压力较高的场合。分析该厂废气，适合设计要求，可采用吸收法。冷凝法冷凝法利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压的这一性质，采用降低温度、提高系统的压力或者既降低温度又提高压力的方法，使处于蒸汽状态下的污染物冷凝并与废气分离。适用于废气体积分数在10-2以上的有机蒸汽，不适合处理低浓度的有机气体，分析该厂废气，该方法运行成本高，所以本设计不采用冷凝法。吸附法吸附法是当废气与多孔性固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子吸引力或化学键作用力，把废气组分吸附在固体表面的方法。适用于处理高流量，低污染物浓度的污染物，但吸附剂的成本高，不适合本设计。燃烧法燃烧法是将有害气体、蒸汽、液体转化为无害物质的过程。适用于净化那些可燃的或在高温情况下可以分解的有害物质，具有局限性。2.2 方案选择通过以上对四种方案的比较选择，本设计采用吸收法处理硫酸烟雾，即采用5%NaOH液体在填料塔中吸收净化硫酸雾。净化设备为填料塔。操作情况下，气相传质系数：；液相传系数：液气比为：2.3 工艺流程排放烟囱风机吸收塔集气罩酸洗废气三 集气罩的设计33.1 集气罩基本参数的确定集气罩的罩口尺寸应不小于罩子所在污染位置的污染物扩散的断面积。如果设集气罩连接风管的特征尺寸为d0，（圆形为直径，方形为短边），污染源的特征尺寸为E，集气罩距污染源的垂直距离H，集气罩口的特征尺寸为D0，集气罩喇叭口长度L，应满足d0/E0.2,1.0D0/E2.0和H/E0.7（若影响操作，可适当增大）和L/d03。由酸洗槽排风量VG=0.60m3/s，可知该厂酸洗处理规模较小，故采用单个集气罩进行废气收集即可。取E=800mm，H=500mm则：集气罩下口面积：=1.13m2集气罩下口罩裙高：=0.27m集气罩上口直径拟定为=250mm集气罩喇叭口长度：=0.48m校核： 1.0=1.52.0=0.6250.7=1.923校核结果表明设计参数全部满足设计要求3.2 集气罩入口风量的确定冬季：环境温度为6，加酸后槽内温度可达100=0.424kJ/s=0.151m3/s=0.63m2取吸气罩入口速度=0.8 m/s=0.655m3/s夏季：环境温度为31，加酸后槽内温度可达100=0.248 kJ/s=0.127m3/s取吸气罩入口速度=0.8 m/s=0.631m3/s由于冬季排风量大于夏季排风量，应以冬季排风量来计算，Q=0.655(m3/s)校核管道中风速：=13.3 (m/s),符合要求(1020m/s)上式中T温差，K T1料槽温度, K T2环境温度，Kq热量流量，kJ/sQ0-热烟气流量, m3/sQ最小吸入风量，m3/s 集气罩罩口面积与污染面积之差，m2最小吸入速度，0.51.0m/s四 填料塔的设计44.1 填料塔参数的确定1. 填料的规格及相关参数(1) 拟选用陶瓷鲍尔环填料的规格及相关参数表2 填料参数填料类型规格mm尺寸mm比表面积m2/m3孔隙率%堆积个数n/m3干填料因子m-1陶瓷鲍尔环填料383838415078%13400356(2) 计算泛点气速本设计采用5%NaOH溶液为吸收液,。标准状态下酸雾含量为3000mg/m3 ，温度为60。标准状态下取液气比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混合气体的分子量QG气体流量，m3/s或m3/h QL吸收液流量，m3/s或m3/h WG气体的质量流速，kg/hWL吸收液的质量流速，kg/h查埃克特关联图取P=150mm水柱/m填料=0.13uL取1m/s，=0.95=1.92m/s上式中uf泛点气速，m/s干填料因子，m-1(3) 计算操作气速=1.54m/s计算塔径，并圆整=0.74=0.8m(4) 重新计算操作气速=1.3/s=0.68 处于的50%70%内，符合要求(5) 校核填料直径与塔体直径的比=0.0480.1，符合要求(6) 校核填料塔的喷淋密度当填料dL喷minL喷min=最小润湿率填料比表面积=0.08150=12m3/(m2h)填料塔横截面积：=0.50m2=14.15m3/(m2h) L喷min，符合要求4.2 填料塔高度及压降的确定1. 计算填料层高度Z由资料可知标准状态下，酸雾含量为3000mg/m3；查大气污染物综合排放标准，硫酸烟雾最高允许排放浓度为70mg/m3；操作情况下，气相传质数为当地冬季大气压取Ps=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进口处气体中硫酸的摩尔百分比 Y2出口处气体中硫酸的摩尔百分比 NOG传质单元数传质单元高度，mZ填料层高度，m2. 填料层压降根据所取P=150mm水柱/m填料，1mmH20的压强为9.8Pa填料层压降为：PZ=1509.84.5=6615Pa3. 填料塔相关附件的选择表3 填料塔附件表附件名称装置层高度(mm)阻力(Pa)封头100折板除雾器200100多环管喷淋器400多孔盘式液体再分布装置30050栅板支承板200斜口气体分布器400400废液收集槽400支座2004. 填料塔总高度=6.5m5. 填料塔总压降=7365Pa五 储液池的设计55.1 储液池尺寸计算1. 设计容量（单位时间内的流量减去过程中的蒸发量，此处取蒸发系数为0.2，单位时间为1h）=8.85m32. 取储液池直径=1.5m，则储液池高度为：=5.0m5.2 水泵的选取1. 输水管的规格吸收液的输送采用不易结垢，水流阻力小，耐腐蚀、高压的PPR管，直径取60mm；当储液池内水深小于0.5m时，补充吸收液。则水泵全扬程为：=6m=0.69m/s=0.001m/s直管段长度和摩擦系数都较小，所以直管段阻力损失不计，弯管R/d=1.5，=取0.17=0.08m所以水泵的全扬程为：=5.6m2. 水泵型号的选择根据水泵的全扬程和流量，选取IS80-65-160型单级单吸离心泵，额定轴功率为0.67kW，额定电机功率为15kW。六 管网设计66.1 风速和管径的确定保证管内风速在1020m/s的范围内，本设计采用13.3m/s，保证较小的压力损失。考虑到废气中含有硫酸酸雾，风管采用耐酸合金钢管，管径为250mm。6.2 系统布置流程图见附录6.3 阻力计算1. 由4.1.1计算得混合气体密度=1.065 kg/ m3单位摩擦阻力的修正系数为：=0.90=0.97查得材料制作风管的粗糙度表，薄合金板K=0.150.18，取K=0.15=1.182. 各管段阻力计算如下：管段1-2-3沿程阻力损失：根据d1-2-3=250mm,V1-2-3=13.3m/s，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，则=1.7Pa局部阻力损失：集气罩=0.11；插板阀=0.1；90弯头，R/d=1.5，=0.17=35.8Pa管段3-4-5沿程阻力损失：根据d3-4-5=250mm,V3-4-5=13.3m/s，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，则=27.9Pa局部阻力损失：90弯头，R/d=1.5，=0.17，数量2个=32.0Pa管段6-7-8沿程阻力损失：根据d6-7-8=250mm,V6-7-8=13.3m/s，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，则=88.6Pa局部阻力损失：90弯头，R/d=1.5，=0.17，数量3个=48.0Pa管段8-9沿程阻力损失：根据d8-9=250mm,V8-9=13.3m/s，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，则=21.1Pa局部阻力损失：天圆地方连接管，=0.1，数量2个=18.8Pa表4 硫酸烟雾净化系统阻力计算管段编号流速/ms-1直径/mm动压/Pa局部阻力损失沿程阻力损失总阻力/Pa备注局部阻力系数局部阻力损失/Pa单位摩擦阻力/Pa长度/m沿程阻力损失/Pa1-2-313.325090.5集气罩 0.1135.88.440.21.737.5插板阀 0.1090弯头 0.173-4-513.325090.590弯头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弯头3 0.5148.08.443.988.6136.6p=7462.4+136.6=75996.68-913.325090.5天圆地方2 0.2018.88.442.021.139.9p=7599+39.9=7638.99-107.533030.0烟囱106.1p=7638.9+106.1=7745七 烟囱设计77.1 烟囱高度的设计烟囱的有效源高H为：=4.6m烟囱的几何高度Hs为：Hs=H-H4.6m上式中 Q排放源强，mg/su烟囱出口处平均风速，m/s c0大气H2SO4环境目标值，mg/m3cb大气H2SO4背景浓度，mg/m3垂直扩散参数与横向扩散参数之比，0.51.0H烟气抬升高度，m大气污染物综合排放标准GB16297-1996中规定酸洗废气排放烟囱不应低于15m，所以本设计中烟囱高度取15m。7.2 烟囱进出口内径计算烟囱出口处烟气流速为该处平均风速的1.5倍，所以=7.5m/s=0.33m为提高烟囱稳固性，取烟囱底部外径为1m。7.3 烟囱阻力计算烟囱抽力Pc为：= 21.4Pa上式中H产生抽力的管道高度，mta外部空气温度，tf计算管段中烟气的平均温度，B大气压力，Pa沿程阻力损失：根据Ds=330mm,V8-9=7.5m/s，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力Rm=0.220mmH20，则=33.3Pa局部阻力损失：风管与烟囱接口，=0.1=94.2Pa烟囱的总压降为：=106.1Pa八 风机的选择88.1 风量与风压风机风量Q为：m3/h风机风压Pr为：=8519Pa8.2 动力系统的选择查阅风机手册可选用9-19型高压离心通风机（No5.6），配套电机为Y160M1-2，功率为11kW。主要设备及构筑物九 结论和建议本设计结构简单紧凑，便于建设及管理，适用于单酸洗池，排风量为0.6m3/s左右的小型工厂，如酸洗池数量增加，可增加集气罩的数量，并相应增加风管直径，适当扩大填料塔的塔径及塔高，以保证废气处理效果。十 参考文献1 郝吉明，马广大，王书肖. 大气污染控制工程(第三版). 北京：高等教育出版社. 20102 吴忠标. 实用环境工程手册大气污染控制工程. 化学工业出版社. 20013 童华. 环境工程设计. 化学工业出版社. 20094 魏先勋. 环境工程设计手册(修订版). 湖南科学技术出版社. 20025 刘天齐. 三废处理技术手册(废气卷). 化学工业出版社. 19996 续魁昌. 分机手册. 机械工业出版社. 19997 郭东明. 硫氮