大气污染设计.doc

辽 宁 科 技 大 学课程设计说明书设计题目： 大气污染控制工程课程设计 学院、系： 化学工程学院 专业班级： 环境工程2007 学生姓名： 薛武丹 指导教师： 吕艳丽 学 号： 120073303040 成 绩： 2010年9月30日目录概论31.1任务来源31.2设计目的31.4设计规范31.5排放气态污染物的危害31.6设计原则41.7金刚砂的生产过程51.8处理要求52方案选择52.1气态污染物处理技术62.1.1吸收法62.1.2吸附法62.1.3冷凝法62.1.4燃烧法62.2方案选择7本设计采用吸收法处理硫酸烟雾工艺。净化设备为填料塔。72.3工艺流程7排放73处理系统73.1集气罩73.1.1集气罩的分类73.1.2集气罩的设计原则73.1.3集气罩的选择以及参数的确定83.2吸收塔83.3 管道83.4风机8平面布置图9参考文献9附录计算书10大气污染控制工程课程设计 酸洗废气净化系统设计任务指导书概论1.1任务来源辽宁科技大学化学工程学院环境工程07课程设计。1.2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和相关资料的能力。1.4设计规范烟气排放达标, 整套设备运行经济合理 ,占地面积较小执行标准是:大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）1.5排放气态污染物的危害目前，大气污染已经成为全球问题，而大气污染主要是人类活动造成的，危害人体舒适及健康。气态污染物对人体健康的危害表现为引起呼吸道疾病。在高浓度污染物的突然作用下，人体可发生急性中毒，甚至在短时间内死亡。长期接触低浓度污染物，会引起支气管炎、支气管哮喘、肺气肿和肺癌等病症。SO2在空气中的浓度达到（0.31.0）10-6时，人们就会问到它的气味。包括人类在内的各种动物，对SO2反应都会表现为支气管收缩，这可从气管阻力稍有增加判断出来。一般认为，空气中的SO2浓度在0.510-6以上，对人体健康已有潜在性影响，（13）10-6时多数人受到刺激，1010-6时加剧，个别人还会出现支气管痉挛。与颗粒物和水分结合的硫氧化物是对人类健康影响非常严重的公害。当大气中的SO2氧化成酸雨和硫酸烟雾时即使其浓度只相当于SO2的1/10，其刺激和危害也将更加显著。高浓度的CO能够引起人体在生理上和病理上的变化，甚至死亡。CO是一种夺去人体组织所需的有毒吸入物。氧化剂、臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN) 、过氧苯酰硝酸酯（PBN）和其他能使碘化钾的碘离子氧化的痕量物质，都成为光化学氧化剂。氧化剂会严重的刺激眼睛，当它和臭氧混在一起时，他们还会刺激鼻腔、喉，引起胸腔收缩，在浓度高达3.90mg/m 时，就引起剧烈的咳嗽，是注意力不能集中。城市大气中有很多有机化合物是可疑的质变物和致癌物，包括卤代甲烷、卤代乙烷、卤代丙烷、氯烯烃、氯芳烃、芳烃、氧化产物和氮化产物等。特别是多环芳烃类大气污染物，大多数有致癌作用，其中苯并芘是前致癌物质。城市大气中的苯并芘主要来自煤油等燃料的未完全燃烧及机动车排气。苯并芘主要通过呼吸道侵入肺部，并引起肺癌。从世界范围看，城市肺癌死亡率约比农村高2倍，有的城市高达9倍。1.6设计原则某厂生产用金刚砂，经过湿式研磨后，经浓硫酸酸洗处理。加酸时，有大量蒸汽，酸雾和其他有害气体产生，对车间环境和工人身体健康造成危害。为此，需要对酸洗产生的气体进行治理，以改善车间的环境及工人的操作条件。要求设计的净化系统效果好；操作方便；投资省，并且达到排放标准。1工艺特点间断加酸，加酸后料槽内温度可达100以上。2.废气特点废气成分：近似空气，酸雾含量为4500m3废气温度：60。3气象资料（1）气温：冬季 30 夏季 31（2）大气压力：冬季 734mmHg(97.3010Pa) 夏季 718mmHg(95.3210Pa)4.酸洗车间工艺布置图（参见图4-1-1）。说明：酸洗时，工人将预先装入金刚砂的700mm圆筒形斜槽，沿酸洗槽前方的轨道，推入酸洗槽位置后，向斜槽中加入浓硫酸，并不断搅拌。酸洗完后，将斜槽退出卸料；重新推入一桶新料进行酸洗。故酸洗为间断操作。1.7金刚砂的生产过程金刚砂的学名叫碳化硅，外观黑色，略有金属光泽，化学性质比硅砂稳定，因为硬度很高，所以在工业上常用作研磨材料。金刚砂的生产过程需要家浓硫酸酸洗处理，加酸的时候有大量蒸汽、酸雾以及有害气体生成。1.8处理要求处理前硫酸烟雾浓度为4500mg/m。硫酸烟雾最高排放浓度小于45mg/m。2方案选择此次设计要求采用液体吸收法进行净化，即采用5%NaOH液体在填料塔中吸收净化硫酸雾。操作情况下：气相传质系数液相传系数 液气比:2.1气态污染物处理技术2.1.1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的方法，适用于气态污染物浓度较高、温度较低和压力较高的场合。适合设计要求。2.1.2吸附法 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货化学键作用力，把废气组分吸附在固体表面的方法，适合处理高流量，低污染物浓度的污染物，但吸附剂的成本高，不适合本设计。2.1.3冷凝法是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，适用于废气体积分数在10-2以上的有机蒸汽，但此方法运行成本高，不适合处理低浓度的有机气体，所以本设计不采用此方法。2.1.4燃烧法是将有害气体、整齐、液体、货烟尘转化为无害物质的过程，只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，本设计不采用。2.2方案选择本设计采用吸收法处理硫酸烟雾工艺。净化设备为填料塔。2.3工艺流程 烟囱吸收塔集气罩硫酸烟雾 风机 排放3处理系统 3.1集气罩3.1.1集气罩的分类按罩口气流流动方式可将集气罩分为两大类：吸气式集气罩和吹吸式集气罩。利用吸气气流捕集污染空气的集气罩称为吸气集气罩，而吹吸式集气罩则是利用吹吸气流来控制污染物扩散的装置。按集气罩与污染源的相对位置已经密闭情况还可以将吸气式集气罩分为密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩。 3.1.2集气罩的设计原则a.改善排放粉尘有害物的工艺和环境，尽量减少粉尘排放及危害。b.集气罩的吸气气流方向应尽可能与污染源污染气流运动方向一致，以充分利用污染气流的初始动能。 c.在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的开口面积，使风量最小。 d.集气罩的吸气气流不允许通过人的呼吸区在进入集气罩内，设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围。 e.集气罩的备置应与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作和设备检修。 f.集气罩应力求结构简单，坚固耐用而造价低，并便于制作安装和拆卸维修。 g.要尽可能避免或减弱干扰气流如堂风、逆风气流等对吸气气流的影响。h.集气罩尽可能包围或靠近污染源，使污染物的扩散限制在最小的围内，尽可能减小吸气范围，防止横向气流的干扰，减小排风量 3.1.3集气罩的选择以及参数的确定 采用伞型集气罩。有些生产过程或设备本身会产生或诱导气流运动，并带动污染物一起运动，如由于加热或惯性作用形成的污染气流。接受式集气罩即沿污染气流流线方向设置集气罩口，污染气流便可借助自身的流动能量进入罩口。根据金刚砂工艺特点以及酸洗操作类别取采用低悬罩其设计尺寸 =45 D0= 900（mm） d0=300 mm3.2吸收塔在填料塔内，气体由填料间的空隙流过，液体在在填料表面形成液膜并沿填料间的空隙而下流，气液两相间的传质过程在润湿的表面上进行吸收塔用填料塔 填料塔高度是2m 直径是2m 压降是3500 Pa.3.3 管道管道采用普通薄钢板，由于钢板制作的管道具有坚固，耐用，造价低，易于制作安装等优点。该系统管道采用光滑直管,接头处采用900或450弯管，3.4风机根据经验以及查风机表可选用926N05A及电动机Y160M22型号。 平面布置图另附A3纸一张参考文献【1】 化工设备设计全书编辑委员会编著.除尘设备设计【M】.上海科学技术出版社.【2】 吴忠标. 实用环境工程设计手册（大气污染控制工程）.化学工业出版社2002.【3】 郝吉明，马广大，王书肖. 大气污染控制工程【M】.北京：高等教育出版社2010.附录计算书附录：计算说明书一、集气罩的设计1、集气罩基本参数的确定根据金刚砂工艺特点以及酸洗操作类别，本设计选用伞型集气罩装置，由设计资料知酸洗槽直径d=700mm，设计酸洗槽高H/1000mm取H=400mm=30 D0=1000 mm d0=300mm D-圆形罩口的直径，mm； d-酸洗槽的直径，mm；H-热源面到罩口的距离，mm。罩下口面积F0=1=0.785m罩上口直径设为d0=300mm则罩净高为h2=0.5-0.3/2=0.35m校核：d0/d=300/700=0.430.2 符合要求 1D0/d=1000/700=1.432 符合要求H/d=400/700=0.570.7 符合要求h2/d0 =350/300=1.173 符合要求2、集气罩入口风量的确定排风量的确定分两种情况：一种是运行中的集气罩是否符合设计要求，可用现场测定的方法来确定；另一种是在工程设计中，为了达到设计目的，通过计算来确定集气罩的排风量。冬季环境气温为-6，料槽内温度可达60C T=T1-T2(K)=(60+273)-（273-30）=90 K （2-1）其中T-温度，K;T1-料槽温度，K;T2-环境温度，K;F=0.7=0.385m q=8.98T1.25F/3600 （2-2）=8.98901.250.385/3600=0.266 KJ/s 其中q-热量流量，kJ/s;F-污染源断面积，m2。 热烟气流量Q0：Q0=0.403(qHF2)1/3 (2-3)=0.403(0.2660.400.3852)1/3 =0.101 m2/s H-集气罩距污染源的垂直距离，m 。最小吸入风量Q=Q0+vF (2-4)取v=0.6m/sF=F0-F =0.6359-0.385 =0.2509 m2 Q冬=0.101+0.60.2509=0.251m3/sQ最小吸入风量，m3/s;F集气罩罩口面积与污染面积之差，m2夏季环境温度为310C料槽内温度可达600C T=(60+273)（273+31)=29 K F=0.72=0.385m2 q=8.98T1.25F/3600=8.98291.250.385/3600 =0.065KJ/s Q=0.403(qHF2)1/3 =0.403(0.0650.400.3852)1/3 =0.063 m2/s 集气罩排风量Q夏=Q0+VF=0.063+0.60.2509=0.214 m3/s 由于冬季排风量大于夏季排风量，所以应以冬季排风量来计算。 3、集气罩压力损失的确定 集气罩的压力损失p一般表示为压力损失系数与直管中的压力pd之乘积的形式即 p=2/2(pa) 式中压力损失系数； 气体密度，kg/m3 气流的流速，m/s。通过集气罩口的流量系数和局部阻力系数表可知=0.11,气体密度为1.027kg/m3,取15m/s,则 p=2/2=0.11（1.027152/2） =12.71pa二、管网设计1、风速和管速的确定管道中风速v=40.43/0.20323.14=13.33 m/s 符合要求1020m/s2、阻力计算设计资料可知，混合气体中污染物浓度为4500mg/m3,混合气体温度为600C，冬季大气压为730mmHg(97.3010Pa)混合污染物体积分数：y=4.5/9822.4103=10.28104.混合气体平均分子量Mm=M1(1y)M2y=29(110.28104)9810.28104=29.071(g/mol)混合气体密度：=PMm/RT=(13.69.810.73029.071)/8.314(60+273)=1.134 kg/m3取摩擦阻力系数=0.02 管径d=200mm 1号管长1m ， 2号管长2m 管长共9m，一个标准弯头900 阻力系数0.75，2个标准3通管阻力系数1.圆形单管的单位摩擦阻力计算公式： R0=/du2/2=10.07式中R0比摩尔,Pa/m； 摩擦阻力系数； d圆管道直径； m烟气的密度，kg/m3 u管径中气流速度，m/s； u2/2动压，单位：Pa。沿程阻力损失计算公式Py=R0L=10.07*9=90.63Pa式中Py沿程阻力损失，单位：Pa； L网管长度，m。局部阻力损失计算公式：Pj=u2/2=+=277.06Pa 式中Pj局部损失，Pa；局部阻力系数；3、节点压力平衡管网内各分支管的压力损失相差应小于10%，否则应调整