大气酸洗废气设计教材

1、大气污染控制工程课程设计酸洗废气净化系统设计说明书第一章 概论 31.1 设计任务 31.2 设计目的 31.3 酸洗废气的危害 31.3.1 酸洗废气对人体的危害 31.3.2 酸洗废气对植物的危害 41.3.3 酸洗气体对器物的影响 41.3.4 酸洗气体对大气能见度和气候的影响 41.4 设计规范 51.5 设计原则 51.6 金刚砂的生产过程 51.7 处理要求 5第二章 方案选择 62.1 设计方案要求 62.2 气态污染物处理技术方法比较 62.2.1 吸收（洗涤）法 62.2.2 冷凝法 62.2.3 吸附法 62.2.4 燃烧法 72.3 方案选择 7第三章 工艺流程及设备 7

2、3.1 工艺流程 73.2 集气罩 73.2.1 集气罩的分类 73.2.2 集气罩的设计原则 83.2.3 集气罩的选择以及参数的确定 83.3 吸收塔 83.4 管道 83.5 风机 9第四章 附录计算书 94.1 集气罩的设计 94.1.1 集气罩基本参数的确定 94.1.2 集气罩入口风量的确定 104.2 填料塔的设计 114.2.1 填料塔参数的确定 114.2.2 填料塔高度的确定 124.2.3 填料塔附件选择 134.2.4 填料塔总压降 144.3 管网设计 144.3.1 风速和管速的确定 144.3.2 阻力计算 144.4 动力系统选择 164.4.1 安全系数修正

3、164.4.2 动力系统选择 164.5 附属构建选择 164.5.1 管道支架 164.5.2 补偿器 16第五章 设计图纸（ A3 纸平面图） 1612第一章 概论1.1 设计任务某厂生产用金刚砂，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。1.2 设计目的通过设计酸洗废气净化系统， 使该厂的废气达到排放的标准， 同时减少酸洗 过程产生蒸汽， 酸雾和其他有害气体的排放， 有利于给车间以及工人营造一个良 好的工作生活环境，同时使有害气体的浓度大大降低，

4、减少了对人体、植物、动 物以及气候等造成的危害，同时保护了地球的环境。1.3 酸洗废气的危害目前，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， 大 气污染物对人体健康、植物、器物和材料，及大气能见度和气候皆有重要影响。由于该厂生产用金刚砂，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，对人体及环境产生极大的危害。特别是 S02、硫酸和硫酸烟雾，以及产生的酸雨等危害更加严重。以下是SO2等酸性气体对人类以及环境的影响。1.3.1酸洗废气对人体的危害污染物侵入人体主要通过表面接触、 食入含污染物的食物和水、 吸入被污染 的空气，对人体健康的危害主要

5、表现为引起呼吸道疾病。该厂用浓硫酸进行酸洗过程中，会有 S02产生，资料表明：S02在空气中的 浓度达到（O.31.O）X1O-6时，人们就会问到它的气味。包括人类在内的各种动 物，对S02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S02浓度在0.5X 10-6以上，对人体健康已有潜在性影响，（13） X 10-6时多数人受到刺激，10X 10-6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。 据动物实验

6、表明， 硫酸烟雾引起的生理反应要比单 一 SO2气体强420倍。1.3.2酸洗废气对植物的危害污染物对植物的伤害， 通常发生在叶子结构， 因为叶子含有整棵植物的构造 机理。最常遇到的毒害植物的气体就有 SO2。大气中含SO2过高，对叶子的危害首先是对叶肉的海绵状软组织部分，其次是对栅栏细胞部分。侵蚀开始时，叶子出现水浸透现象，干燥后，受影响的叶面 部分呈漂白色或乳白色。如果 SO2的浓度为（0.30.5）X 10-6,并持续几天后， 就会对敏感性植物产生慢性危害。SO2直接进入气孔，叶肉中的植物细胞时期转 化为亚硫酸盐，再转化成硫酸盐。当SO2过量的存在时，植物细胞就不能尽快地 吧亚硫酸盐转化

7、为硫酸盐，并开始破坏细胞结构。1.3.3酸洗气体对器物的影响对器物的损害主要包括玷污性损害和化学性损害两个方面， 化学性损害是指 由于污染物的化学作用，使器物和材料腐蚀或损坏。大气中SO2的及其生成的酸 雾、酸滴等，能使金属表面产生严重的腐蚀，使纺织品、纸品、皮革制品等腐蚀 磨损，是金属涂料变质， 降低其保护效果。 造成金属腐蚀最为有害的污染物一般 是 SO2。1.3.4酸洗气体对大气能见度和气候的影响大气污染最常见的后果之一是大气能见度的降低。 SO2和其他气态含硫化合 物在大气中以较大的反应速度生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子， 对能见度有潜在影 响。大气污染对能见度的长期影响相对较小， 但是对

8、气候产生的大规模影响， 则 其结果肯定是极为严重的。SO2等排放产生的酸雨，对环境更是造成极大的危害。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设计原则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100C以上。2 废气特点：近似空气，标准状态下酸雾含量为4000mg/m3。温度为60 C。3 气象资料：气温：冬季，-6 C ;夏季,31 C。大气压力：冬季，734mmHg(97.86X 103Pa);夏季，718mmHg(95.72X 103Pa

9、)。 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。1.6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。1.7处理要求处理前硫酸烟雾浓度为4000mg/m3。硫酸烟雾最高排放浓度小于45mg/m3。第二章 方案选择2.1 设计方案要

10、求此次设计要求采用液体吸收法进行净化，即采用 5%NaO液体在填料塔中吸 收净化硫酸雾。2.2 气态污染物处理技术方法比较2.2.1吸收（洗涤）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。吸收剂必须对去除的废气有较大的溶解性，同时，如果需回收有用的组分， 则回收组分不得和其他组分互溶。 吸收剂再吸收的运行条件下， 必须具有较好的 化学稳定性及无毒无害； 吸收剂摩尔质量要尽可能低， 以使它的吸收能力最大化。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

11、合设计要求，可采用吸收法。2.2.2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。2.2.3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。224燃烧法燃烧法是将有害气体、整齐、液体、货

12、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，所以该设计不采用燃烧法。2.3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%NaO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 kGa =144kmol/(m3 h atm)(latm =101325Pa)；液相传系数kLa =0.7h。液气比为：L/G =2.54L/m3。第三章工艺流程及设备3.1工艺流程酸洗废气集气罩 円吸收塔円风机円 烟囱 L排放3.2集气罩3.2.1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

13、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。3.2.2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

14、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。3.2.3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。3.3 吸收塔在填料塔内， 气体

15、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。填料塔压降是 4500Pa.3.4 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。3.5风机根据经验以及查风机表可选用 9-26N05A及电动机Y160MZ 2型号第四章附录计算书4.1集气罩的设计 4.1.1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。如图所示:4.1.2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

16、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。一、冬季环境气温为-6oC，料槽内加酸后温度可达100 C , :T =100 -(-6) =106 K;2 2F =0.25 3.14 0.7 =0.385mq= 8.98 ：T1.25 F 3600 = 8.98 106125 0.385 3600 = 0.327kJ/s热烟气流量：Q0 =0.403(qHF2)13 = 0.403 (0.327 0.5 0.3852)13 = 0.117nVsd 2F = F0 - F = 0.95 - 0.385 = 0.5

17、65 m取吸气罩入口速度：w-0.7m/s，集气罩最小吸入风量：Q =Q0 vF 0.117 0.7 0.565 = 0.513m/s式中：-T 温差，K;T1料槽温度，K; T 2环境温度，K;q 热量流率，kJ/s ; F污染源断面积，m；H 集气罩距污染源的垂直距离，m。二、夏季环境气温为31oC，料槽内加酸后温度可达100 C，T =100 -31 =69K;F = 0.25 3.14 0.72 = 0.385mlq =8.98 T1.25 F 3600 = 8.98 691.25 0.385 3600 = 0.191kJ/s热烟气流量：Q0 =0.403(qHF2)13 = 0.40

18、3 (0.191 0.5 0.3852)13 = 0.097 mVs集气罩最小吸入风量：Q = Q0 v F = 0.097 0.7 0.565 二 0.493nVs由于冬季排风量大于夏季排风量，应以冬季排风量来计算。校核管道中风速：4 疋 0 531v2 = 16.34 m/s，符合要求的 1020m/s.3.14 0.224.2填料塔的设计421填料塔参数的确定 1、填料的规格及相关参数本设计拟选用75*45*5规格陶瓷鲍尔环填料（乱堆）填料参数为：，122m = 103m2, m3。2、本设计采用质量分数为5%的NaOH为吸收液，可近似取水的物理参数取气液比Lg =4由式L_Wl MlG

19、Wg Mm，可得WG_ M L *LM m *G1829.0514 =2.478则肿严。.5=2 478 汉厂 .028 )0.5 = 0.07951000查埃克特通用关联图知 U f（_）叮2 = 0 148gPLP吸收液温度为20 C，L =1mPas，则？二二水-1可得uJ0.148 汉 1000 汉9.81 丫122 X1 X1.082 X10.2二 3.139 m/s.3、操作气速为u=0.7uf - 0.7 3.139 = 2.2 m/s。4、由于集中处理三个集气罩的排气量，则填料塔中的混合气体体积流量为VG =3Q =3 0.513 = 1.539 nVs填料塔塔径：D =、4V

20、g = . 4 1.539- =0.944 m,则圆整后 D=1m. V 兀u 、3.14 汉 2.24工1 5395、此时操作气速 u =. =1.96 m/s。3.14 1d 756校核料塔直径与塔体直径的比：d =5 =0.075 :：: (0.125 0.1)，符合要求。D 10007、校核填料塔的喷淋密度当填料d 75mm寸，填料的最小湿率为0.08 m3/(m2 h)，最小喷淋量为：L喷 min = (MWR )a = 0.08 103 = 8.24 m3 /(m2 h).204481000 0.785 1-26.05m3/(m2h) L喷min ,符合要求。4.2.2填料塔高度的

21、确定1、填料层高度的计算由设计资料知:气相传质系数 kGa =144kmol/(m3 h atm)(latm = 101325Pa)；液相传系数 kLa =o.7h，当地大气压 P=734mmHg(97.86X 103Pa)。3 4混合气体中污染物的体积分数：y=4.0/98 X 22.4 X 10 =9.14 X 10 。入塔气体中污染物的体积含量 y2 = y = 0.000914；出塔气体中污染物的体积含量y 0.045 22.4 0.001 =1.03 10*。98则入塔气体中污染物的分压 PA2 = Py2 二 0.966 0.000914 = 0.000883atm 二 92.7P

22、a 出塔气体中污染物的分 PA1 = Py1 = 0.966 1.03 10* =0.00000995atm = 1.04Pa 吸收液中活性组分的临界浓度Gkp =bkPA =2=411.429PakLa0.7填料塔液相进口的临界浓度CkP -411.429PA -411.429 0.0000099 0.00409kmol /m3填料塔液相出口的临界浓度Ckp = 411.429PA =411.429 0.000883 = 0.363kmol/m35 40汉10液相进口处活性组分的浓度 CB =5h=1.25kmol/m1100X10 1000液相总浓度 Ct 二1000 =55.556kmo

23、l/m3由物料平衡式知G (Pa2 一 PaJ(Cb2 -Cb)P 21 bCTB2B1得 bCT(PA2Pa) L 即 2x55.556,0.000883 0.00000995) _ 4 得-P(CB2 -Cbi) = G，_0.966(CB2 -1.25)_得 CB =1.225kmol/m3因为Ckp1 CB1, Ckp2 CB2，所以塔中反应为界面反应。得 V=27.323L/mol。求60 C时气体的摩尔体积 V填料塔床层高:284h =0.966 1440.000709 4巳0.0000574 p二 5.13m气体的摩尔流率：G 川 V 2 3600693 27323 3600 =

24、284kmol/(m2 h) 兀D2 43.14汇 1422.4273273 60液体的摩尔流率：L = 4 284 = 1136kmol/(m2 h) = 20448kg/(m2 h)212、填料塔床层压降的计算u2ggl)叮2曲122連仁0.0499.811000查埃克特通用关联图知：由于前已计算横坐标为0.148，查埃克特通用关联图可知 p =490Pa/m。填料塔床层压降： 皆=490 5.13 =2514Pa。4.2.3填料塔附件选择 1、 选用斜口气体分布器，进口管直径340mm进口风速16.96m/s，阻力约500P&2、选用栅板支承板，阻力约200P&3、选用多孔盘管式液体分布

25、器，阻力约 50Pa4、选用液圭寸排液装置。5、选用折板除雾器，出口管直径 200mm阻力约100P&424填料塔总压降P = 2514500 20050 100 =3364Pa由于本设计要求填料塔的压力损失为 4500Pa,设计计算出的总压降小于设 计要求，所以符合本设计。4.3管网设计4.3.1风速和管速的确定由于要求管道内风速在1020m/s的范围内，本设计选用v=16.34m/s左右, 以保证较小的压力损失，并以此为标准选择管径，圆整后复核风速（见填料塔设 计）。4.3.2阻力计算由设计资料可知，混合气体中污染物浓度为4000mg/m混合气体温度为60C,冬季大气压为 734mmHg（

26、97.86X 103Pa）.混合污染物体积分数：3 4y=4.0/98 X 22.4 X 10 =9.14 X 10混合气体平均分子量：4 4Mm=M y) + My=29X (1 9.14 X 10 ) + 98X 9.14 X 10 =29.063 g/mol混合气体密度:PMRT13.6 9.81 0.914 29.0638.314 (273 60)1.28kg/m3-2根据式Ro爲V（羽何；Py叫以及出一 V计算系统阻力。见表1 1 NaOH容液吸收法净化硫酸烟雾系统阻力计算表管段 编号流量(m3/s)直径(mm)动压(Pa)局部阻力损失部分沿程阻力损失部分总阻力(Pa)备注局部阻力损

27、失系数局部阻力系数总和局部阻力损失(Pa)沿程 阻力 系数长度(m)沿程 阻力 损失(Pa)1-230.513200137集气罩：0.110.761040.100.5137.8141.8两支管相差6%90。弯头：0.232.25插板阀：0.10/三通：0.59/4-530.513200137集气罩：0.110.941290.100.3114.3133.345。弯头：0.23/插板阀：0.10/三通：0.59/3-61.02628014390。弯头：0.230.61870.0711.0115102Ap1三通：0.380.477-860.513200137集气罩：0.111.63223.30.100.5115.2238.5两支 管相 差0.2%90。弯头(2个):0.460.40插板阀：0.100.20245。弯头：0.14/三通：0.82/4-391.53934014990。弯头(2个):0.460.4668.50.0590.8643.4111.9邙23.6710.869-101.539/吸收塔3364310-111.53934014990。弯头(2个):0.6