大气课程设计说明书

1、江苏理工学院大气污染控制工程课程设计 高效雾化吸收异味气体处理系统设计高效雾化吸收异味气体处理系统设计 学院名称： 化学与环境工程学院 专 业： 环境工程 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 年 月 本本 科科 课课 程程 设设 计计 IANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY江苏理工学院大气污染控制工程课程设计高效雾化吸收异味气体处理系统设计摘 要：大气污染是我国当前最突出的环境问题之一，工业废气所排放的大量污染物是造成我国严重大气污染的最重要的原因，尤其是臭气，它主要来自污水处理厂分选车间、稳定化工艺及污泥脱水处理。其污染物的特性是：垃圾臭气成分复杂、臭度高，对人

2、体呼吸系统、消化系统及皮肤造成明显的伤害；硫化氢的嗅阈值极低，使处理后的气体能达到国家排放标准，但人的嗅觉仍能感觉到，且有较浓的刺激性。 本设计臭气基本情况为：臭度 5495；硫化氢 (H2S) 浓度 7.5mg/m3；甲硫醇(CH3SH)的浓度 0.75 mg/m3 ；废气流量 10000m3/h；当地大气压 100kPa；废气排放温度 35。按照恶臭污染物排放标准 GB14554-93，现有项目执行恶臭污染物厂界二级标准。因此，本设计所以选择污染物的排放浓度为：H2S 0.10 mg/m3,甲硫醇 0.01mg/m3。 经处理工艺的比较，最终选用高效雾化吸收异味气体处理系统设计工艺。该工艺

3、是一种湿-干法脱硫工艺，其脱硫过程是 H2S 被雾化的 NaOH 溶液，甲硫醇被 NaClO氧化后又被 NaOH 溶液吸收，该工艺的设备操作简单，系统能耗较小，减少投资，便于管理，使排放的气体达到恶臭污染物排放标准。关键字：废气处理；脱硫；吸收；填料塔江苏理工学院大气污染控制工程课程设计目 录 序 言 .1课程设计说明书 .2第一章 概 述 .21.1 设计依据和采用的标准和规范 .21.2 设计范围 .21.3 设计原则 .21.4 排气概况及自然条件.2第二章 废气处理工艺设计 .42.1 处理工艺的确定 .42.1.1 废气处理工艺的比较 .42.1.2 废气处理工艺的确定 .52.2

4、相关化学反应方程式 .52.3 处理构筑物的设计 .52.3.1 填料塔直径高度压降的设计 .62.3.2 填料塔内部构件的选取 .62.3.3 系统总阻力的计算 .62.3.4 风机和电机的选择 .72.3.5 费用核算.8第三章 设计计算书 .93.1 设计基础资料.9江苏理工学院大气污染控制工程课程设计3.2 填料塔直径高度的计算.93.2.1 标准状况下体积的换算.93.2.1 填料塔直径的确定.93.2.3 验算喷淋密度.123.2.4 填料塔高度 H.123.2.5 填料层压降P.133.3 填料塔内部构建的选取.133.3.1 气液进出口管径的选取.133.3.2 除雾器的选择

5、.133.3.3 壳体 .143.3.4 吸收液储存和循环水箱 .143.3.5 填料和格栅 .143.3.6 液位计和喷嘴 .153.4 系统总阻力.153.4.1 各管段的管径和流速.153.4.2 各管段局部阻力系数 .163.4.3 总压力损失.173.5 风机和电机的选择.183.5.1 风机的选型原则.183.5.2 风机计算 .193.5.3 风机和电机的选择 .193.6 费用核算.203.6.1 药剂费.203.6.2 电费.213.6.3 总费用.21参考文献 .22江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 1 页 共 22 页高效雾化吸收异味气体处理系统设计序 言近年来，工

6、业废气所排放的大量污染物是造成我国严重大气污染的最重要的原因。工业废气指企业厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中产生的各种排入空气的含有污染物气体的总称。 这些废气有：二氧化碳、 二硫化碳、 硫化氢、 氟化物、 氮氧化物、 氯 氯花氢、 一氧化碳、 硫酸(雾)、 铅、 汞、 铍化物、 烟尘及生产性粉尘，排入大气，会污染空气。这些物质通过不同的途径呼吸道进入人的体内，有的直接产生危害，有的还有蓄积作用，会更加严重的危害人的健康。废气污染和生态环境恶化已成为经济发展的制约因素，保护大气环境是实施可持续发展的必由之路。我国工业结合技术改造，结构调整，开发综合利用新技术、新工艺和新设备，工业废气的治理也取得

7、了显著成就，一些地区的工业废气污染受到控制或缓解。 常用的废气处理方法有废气燃烧法、废气液体吸收法、废气活性炭吸附法。燃烧法只适用于净化那些可燃有害组分浓度较高的废气，或者是用于净化有害组分燃烧时热值较高的废气；采用吸附法时，当有机废气中含有易燃气体时，由于吸附过程中会产生热量，因此存在安全隐患，因此，吸附法要依据有机废气的性质合理采用。由于该工厂产生的恶臭气体主要是 H2S 和 CH3SH，而目前硫化物的处理多采用半干法或湿法，所以经比较，选择吸收法，选用高效雾化吸收异味气体处理工艺，它在实际的废气处理工程中也取得了显著环境效益和经济效益。江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 2 页 共

8、22 页课程设计说明书第一章 概 述1.1 设计依据和采用的标准和规范 （1）恶臭污染物排放标准 GB14554-93（2）简明通风设计手册（3）大气污染控制工程设计手册1.2 设计范围 工艺确定与构筑物的计算，各部分细部计算和高程计算。绘制填料吸收塔结构图、填料塔内部构件图。计算书与说明书的整理。1.3 设计原则根据环境治理与综合整治为指针，根据技术先进可靠，经济合理的原则进行总体和各单元构筑物的设计。1.4 排气概况及自然条件臭度为 5495硫化氢 (H2S) 浓度为 7.5mg/m3甲硫醇(CH3SH)的浓度为 0.75mg/m3 废气流量 10000m3/h当地大气压 100kPa废气

9、排放温度 35按照恶臭污染物排放标准 GB14554-93，现有项目执行恶臭污染物厂界二级标准。江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 3 页 共 22 页因此，本设计所以选择污染物的排放浓度为：H2S 0.10 mg/m3,甲硫醇 0.01mg/m3。表 1-1 恶臭污染物厂界标准值序号控制项目单位一级二级三级新扩改建现有新扩改建现有1氨mg/m31.01.52.04.05.02三甲胺mg/m30.050.080.150.450.803硫化氢mg/m30.030.060.100.320.604甲硫醇mg/m30.0040.0070.0100.0200.0355甲硫醚mg/m30.030.07

10、0.150.551.106二甲二硫mg/m30.030.060.130.420.717二硫化碳mg/m32.03.05.08.0108苯乙烯mg/m33.05.07.014199臭气浓度无量纲1020306070江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 4 页 共 22 页第二章 废气处理工艺设计2.1 处理工艺的确定2.1.1 废气处理工艺的比较常用的废气处理方法有废气燃烧法、废气液体吸收法、废气活性炭吸附法。燃烧法：只适用于净化那些可燃有害组分浓度较高的废气，或者是用于净化有害组分燃烧时热值较高的废气。由于有机气态污染物燃烧氧化的最终产物是 CO2和 H2O，因而使用这种方法不能回收到有用的

11、物质，但由于燃烧时放出大量的热，使排气的温度很高，所以可以回收热量。目前，在实际中使用的燃烧净化方法有直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。直接燃烧法虽然运行费用较低，但容易发生爆炸，并且浪费热能产生二次污染，因此目前较少采用；热力燃烧法通过热交换器回收了热能，降低了燃烧温度，但当 VOCs 浓度较低时，需加人辅助燃料，从而增大了运行费用；催化燃烧法由于燃烧温度显著降低，从而降低了燃烧费用，但由于催化剂容易中毒，因此对进气成分要求极为严格，同时催化剂成本高，使得该方法处理费用较高。吸附法：是处理低浓度 VOCs 的有效方法之一，它是采用吸附剂将气体中的 VOCs吸附，净化后的气体排入大气。由于活性炭性

12、价比高，它是目前最常用的吸附剂。但当有机废气中含有易燃气体时，由于吸附过程中会产生热量，因此存在安全隐患，解决办法是限制入口气流的 VOCs 含量小于 25%。当 VOCs 分子量大于 130 且具有低挥发性（沸点大于 240 ）时，吸附剂会对其强烈吸附，从而导致解吸困难；相反，当VOCs 分子量小于 45 时，又出现了吸附不牢的情况，而且对于混合型有机废气当其中的有机物分子量相差过大时，吸附效果也不佳。因此，吸附法要依据有机废气的性质合理采用。吸收法：当采用某种液体处理气体混合物时，在气-液相的接触过程中，气体混合物中的不同组分在同一种液体中的溶解度不同，气体中的一种或数种溶解度大的的组分将

13、进入到液相中，从而使气相中各组分相对浓度发生了改变，即混合气体得到分离江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 5 页 共 22 页净化，这个过程称为吸收。吸收法可分为化学吸收及物理吸收，物理吸收使废气中一种或几种组分溶解于选定的液体吸收剂中，这种吸收剂应具有与吸收组分有较高的亲和力，低挥发性，吸收液饱和后经加热解吸再冷却重新使用。本法适合于温度低、中高浓度的废气，需配备加热解析冷凝等回收装置，装机体积大、投资较大，要选择一种廉价高效的低挥发性吸收液，同时还应注意吸收液二次污染的处理。 2.1.2 废气处理工艺的确定H2S 不稳定，具有酸性、还原性、可燃性，它是无色有刺激性气味的气体。蒸汽压 2

14、026.5kPa/25.5，闪点：-50，熔点：-85.5，沸点：-60.4，溶解性：溶于水、乙醇，溶解度：1：2.6（溶于水），密度：相对密度(空气=1)1.19由于该工厂产生的恶臭气体主要是 H2S 和 CH3SH，目前硫化物的处理多采用半干法或湿法。燃烧法可能去除有用的物质，而且本设计的废气处理量较大，有机废气的化学活性高，浓度相当，最终选择液体吸收法，采用高效雾化吸收异味气体。它是一种湿-干法脱硫工艺，其脱硫过程是 H2S 被雾化的 NaOH 溶液，甲硫醇被 NaClO 氧化后又被 NaOH 溶液吸收，该工艺的设备操作简单，系统能耗较小，减少投资，便于管理，使排放的气体达到恶臭污染物排

15、放标准。图 2-1 废气吸收示意图2.2 相关化学反应方程式(1)H2S+2NaOHNa2S+H2O(2)CH3SH+4NaClOCH3OH+H2SO3+4NaClH2SO3+2NaOHNa2SO3+2H2O废气碱吸收烟囱排放引风机江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 6 页 共 22 页2.3 处理构筑物的设计2.3.1 填料塔直径高度压降的设计标准状态下的处理气流量 Vs=8747.7m3/h塔径 D=2.2m填料层厚度 h=1.6m，分二层，每层 0.8 米填料层压降P=627.84Pa填料塔高度 H=6.8m2.3.2 填料塔内部构件的选取（1）气液进出口管径均选取 560mm。（2

16、）除雾器的选择：根据实际情况，本设计选用的是重力沉降型除雾器，丝网型结构。（3）壳体选用具有耐酸耐碱性质的玻璃钢（FRP）。（4）吸收液储存和循环水箱分别设 1m。（5）填料和格栅本设计选用塑料鲍尔环（乱堆）填料因子，规格为 38mm38mm1.44mm。格栅通常选用丝网型格栅，孔径应小于 38mm。（6）液位计和喷嘴液位计安装在水箱上，用以读取水箱内液面高度，以保证充足的水量。 喷嘴将吸收液充分润湿填料，填料塔的中间部位可设 3 个喷嘴，两侧相应少些，分别设 2 个喷嘴。2.3.3 系统总阻力的计算(1)设漏风率为 10% 管段 1：设备密闭罩 =1.0 90弯头（取 r/d=1.25）1

17、个弯头 =0.2江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 7 页 共 22 页 填料塔入口处变径管的局部压力损头忽略不计，=0管段 2：填料塔出口处变径管的局部压力损头 =0.25 90弯头（取 r/d=1.25）3 个弯头 =30.2=0.6管段 3：90弯头（取 r/d=1.25）2 个弯头 =0.22=0.4风机入口处变径管的局部压力损头忽略不计，=0两个三通（=90）=20.7=1.4两个阀门 =20.3=0.6风机出口处变径管的局部压力损失 =0.25管段 4：带扩散管的伞形风帽，取 h/d=0.4， =1.0（2）各管段长度、管径、流速、局部阻力损失、摩擦压力损失等总结如表 2-1：

18、表 2-1 压力损失表编号流量 L长度 l管径D流速u动压U2/2局部阻力系数局部阻力损失Z单位长度摩擦压力损失Rm摩擦压力损失Rml管段压力损失（Z+Rml）110000555011.7821.2106.6315121.6210000655011.7820.8569.731887.7310000855011.7822.65217.31324241.3411000462010.262.41.062.41.87.269.6 总压力损失=121.6+87.7+241.3+69.6=520Pa2.3.4 风机和电机的选择（1）风机选型计算风量（Qf）K1：管网漏风附加系数，一般送、排风系统 K1=1

19、.051.1，取 1.1 K2:设备漏风附加系数，按有关设备样本选取，K2一般处于 1.021.05 范围，取1.05则：Qf =K1K2Q=11550m3/h （2）风机选型计算全压（Pf）1-管网计算的总压力损失附加系数。对于定转速风机，按 1.11.15 取值，取江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 8 页 共 22 页1.1 2-通风机全压负差系数，一般可取 2=1.05（国内风机行业标准） 则：Pf=(P1+PS)2=1260Pa(3)查取相关表格，选择机号 No.6.3， 传动方式 C，主轴转速 1800r/min，序号 3 的风机，其全压为 1580Pa,流量为 11550 m

20、3/h，内效率为 90.5%，所需功率 5.49kW,电动机型号为 Y200L(JO282-4)，功率为 30（40）kw 所需功率 N= = Umin）6 .902 . 24/1000344440U2经核算，选用塔径 2.2m 符合要求。江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 13 页 共 22 页3.2.4 填料塔高度 H废弃进入时硫化氢的体积分数：61106 . 5340224. 00085. 0Y废气出口处的硫化氢体积分数：8210.56.422100013401.00.10Y则：6868621211026. 1105 . 6/106 . 5ln105 . 6106 . 5/YlnYY

21、-YY填料层总高m6 . 1101.261000.82.22.214. 33600347 .87470.0010.1-000010.0015 . 74YP0.82DSHH6-22去除总量取 H=1.6m ，所以，填料层分两层，高度分别为 0.8m。设置水箱 1m，空气管径 0.70m，格栅厚 0.2m，填料层与喷淋口距 0.5m，喷淋口距下层填料 0.5m，除雾器高 0.3m则：填料塔总高 h=1+0.3+0.7+0.5+(0.2+0.4+0.28+0.02+0.8)*2+0.3+0.6=6.8m3.2.5 填料层压降P纵坐标：,312.0067 . 0.0230gu2L0.2Lv2）（横坐标

22、：1.126根据以上两个数值，在图 3-1 中确定塔的操作点，P/Z=409.81=392.4Pa/m 即填料层的总压强降为 1. 6392.41.3=627.84Pa。3.3 填料塔内部构建的选取江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 14 页 共 22 页3.3.1 气液进出口管径的选取气体进口管径的取值一般为（mm）：560，630，700，800，900，1120，1250，1400 等3若取管径 560mm，则风速 表 3-2 一般通风系统风管内的风速（m/s）生产厂房机械通风民用及辅助建筑物风管部位钢板及塑料风管砖及混泥土风管自然通风机械通风干管6144120.51.058支管28

23、280.50.725查表 3-2 选用塑料风管，干管的风速范围为 614 m/s 则 v 满足要求。液体管径通常取 20mm。3.3.2 除雾器的选择除雾器用来除去塔内上部逸出的气体中的雾滴。除雾器的种类主要有：重力沉降型；惯性碰撞型；离心分离型；吸附过滤型；静电吸引型等。目的是将气体中携带的雾沫或夹带的液滴分离出来。一般直径大于50m 的液滴可用重力沉降法分离，5m 以上的液滴可用惯性碰撞与离心分离的形式除去，对于更小的细液滴则采用先凝聚后除液的方法，或采用高效的纤维过滤器及静电除雾器等。目前在烟气脱硫大型装置中应用较多的除雾器结构形式有：折板式、波纹挡板式、人字形、板翅式、涡轮旋风式、丝网

24、型等。根据实际情况，本设计选用的是重力沉降型除雾器，丝网型结构。3.3.3 壳体 废气中含有的污染物 H2S 和 CH3SH 具有强酸性和碱性，所以壳体选用具有耐酸耐碱性质的玻璃钢（FRP）。3.3.4 吸收液储存和循环水箱吸收液储存和循环水箱是废气处理系统中另一个重要部分。LmgSQv/7.114/14.355.03600/200002江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 15 页 共 22 页吸收液储存根据吸收液的用量，并使吸收槽有一定的富裕量。吸收槽可设 1m，并通过不断补充药剂量来满足生产需求。循环水箱为喷雾氧化提供水源，将吸收液加以反复利用，节约生产成本，设水箱高度 1m。3.3.

25、5 填料和格栅在填料塔内，气体由填料间的空隙流过，液体在填料表面形成液膜并沿填料间的空隙而下流，气液的传质过程在润湿的填料表面上进行，因此，填料塔的生产能力和传质速率均与填料特性密切相关。在选择填料时，一般要求比表面积和空隙率要大，填料的润湿性能好，单位体积填料的质量轻，造价低，并有足够的力学强度。填料的种类很多大致可分为实体填料与网体填料两类。实体填料有环形填料（如拉西环、鲍尔环及阶梯环）和鞍形填料（如弧鞍、矩鞍）以及栅板、波纹板填料。网体填料主要是由金属丝网制成的各种填料，如鞍形网、波纹网填料等。本设计选用塑料鲍尔环（乱堆）填料因子，规格为 25mm25mm1.2mm。格栅主要起了承托的作

26、用，其上接除雾器和填料，通常选用丝网型格栅，同时值得注意的是格栅的孔径应小于填料的孔径，避免填料通过孔径而下落，则格栅孔径应小于 25mm。3.3.6 液位计和喷嘴液位计安装在水箱上，用以读取水箱内液面高度，以保证充足的水量。 喷嘴将吸收液充分润湿填料，填料塔的中间部位可设 3 个喷嘴，两侧相应少些，分别设 2 个喷嘴。3.4 系统总阻力江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 16 页 共 22 页3.4.1 各管段的管径和流速图 3-2 工艺流程示意图（1）设漏风率为 10% 则：管段 1 管段 2 管段 3 的风量 L=10000 m3/h 则：管段 1 管段 2 管段 32 流速为 v=

27、s/m7 .110.5536004100002管段 4 的风量 L=100001041.1=11000 m3/h 则：v=s/m2 .1062. 036004110002 由图 3-3 查得：不同管径对应的流速和单位长度摩擦压力损失，总结如表 3-3.江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 17 页 共 22 页图 3-3 圆形风管沿程摩擦压力损失线算图3.4.2 各管段局部阻力系数管段 1：设备密闭罩 =1.0 90弯头（取 r/d=1.25）1 个弯头 =0.2 填料塔入口处变径管的局部压力损头忽略不计，=0管段 2：填料塔出口处变径管的局部压力损头 =0.25 90弯头（取 r/d=1.

28、25）3 个弯头 =30.2=0.6管段 3：90弯头（取 r/d=1.25）2 个弯头 =0.22=0.4风机入口处变径管的局部压力损头忽略不计，=0两个三通（=90）=20.7=1.4江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 18 页 共 22 页两个阀门 =20.3=0.6风机出口处变径管的局部压力损失 =0.25管段 4：带扩散管的伞形风帽，取 h/d=0.4， =1.0表 3-4 三通局部阻力系数局部阻力系数2313100.06150.09200.12250.15300.18350.21400.25450.280.20表 3-5 带扩散管的伞形风帽局部阻力系数 h/D0.10.20.3

29、0.40.50.60.70.80.91.0进风1.320.770.600.480.410.300.290.280.250.250.25排风2.601.300.800.70.600.60-0.60-0.60-（2）各管段长度、管径、流速、局部阻力损失、摩擦压力损失等总结如表：编号流量 L长度 l管径D流速u动压U2/2局部阻力系数局部阻力损失Z单位长度摩擦压力损失Rm摩擦压力损失Rml管段压力损失（Z+Rml）110000555011.7821.2106.6315121.6210000655011.7820.8569.731887.7310000855011.7822.65217.3132424

30、1.3411000462010.262.41.062.41.87.269.6 3.4.3 总压力损失单塔总压力损失=管段压力损失+设备压力损失总压力损失=121.6+87.7+241.3+69.6=520Pa江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 19 页 共 22 页3.5 风机和电机的选择3.5.1 风机的选型原则在选择风机前，应了解国内风机的生产和产品质量情况，如生产的风机品种、规格和各种产品的特殊用途，以及生产厂商的产品质量、后续服务等情况等综合考虑。 根据风机输送气体的性质不同，选择不同用途的风机。如输送易燃易爆气体的应选防爆型风机；输送煤粉的应选择煤粉风机；输送有腐蚀性气体的应选择

31、防腐风机；在高温场合工作或输送高温气体的应选择高温风机；输送浓度较大的含尘气体应选择排尘风机等。在风机样本给出的标定条件下，根据风机样本性能参数选择风机型号。风机选择应使工作的处在高效率区，即不应低于风机最高效率的 90%。同时还要注意风机工作的稳定性。样本中以表格形式提供数据的性能表上的数据点都是处在高校而又稳定工作的工况下，可以直接选用。当出现有两种以上的风机可供选择时，应优先考虑效率较高的机号较小、调节范围较大的一种。当风机配用的电机功率75KW 时，可不设预启动装置。当排送高温烟气或空气而选择离心锅炉引风机时，应设预启动装置及调节装置，以防冷态运转时造成过载。对有消声要求的通风系统，应

32、首先考虑低噪声风机，例如效率高、叶轮圆周速度低的风机，且使其在最高效率点工作；还要采取相应的消声措施，如装设专用消声设备。风机和电机的减震措施，一般可采用减震基础，如弹簧减震器或橡胶减震器等。在选择风机时，应尽量避免采用风机并联或串联工作。当风机联合工作时，应尽可能选择同型号同规格的风机并联或串联工作；当采用串联时，第一级风机到第二级风机之间应有一定的管路联结。江苏理工学院大气污染控制工程课程设计第 20 页 共 22 页3.5.23.5.2 风机计算风机计算3.5.33.5.3 风机和电机的选择风机和电机的选择风机选型计算风量（Qf）:风机的风量应在净化系统计算总排风量上附加风管和设备的漏风

33、量。Qf =K1K2Q=11550m3/h式中：Q-系统设计最大总排风量，m3/h K1-管网漏风附加系数，一般送、排风系统 K1=1.051.1，取 1.1 K2-设备漏风附加系数，按有关设备样本选取，K2一般处于 1.021.05 范围，取 1.05风机选型计算全压（Pf） Pf=(P1+PS)2=1260Pa式中： P-管网计算总压力损失，Pa PS-设备的压力损失，Pa，可按有关设备样本选取 1-管网计算的总压力损失附加系数。对于定转速风机，按 1.11.15 取值，取 1.1 2-通风机全压负差系数，一般可取 2=1.05（国内风机行业标准）查取相关表格4，选择机号 No.6， 传动方式 C，主轴转速 1800r/min，序号 3 的风机，其全压为 1580Pa,流量为 11550m3/h，内效率为 90.5%，所需功率 6.65kW,电动机型号为Y132S-2,功率为 7.5kW 则：离心通风机型号：47211 No.6 C 右 90修正：m 查表 3-7，取电动机直联，m=1.0表 3-7 传动方式与机械效率传动方