大气课程设计

1、2021年12月14日大气污染控制课程设计作者:满进龙 酸性气体的净化设计安徽工程大学指导教师：蔡昌凤专业名称：环境工程目录课程设计任务书(四) 酸性有害气体III一，概述- 1 -1.1酸雨的危害- 1 -1.2酸洗废气的处理- 1 -二、 集气罩的设计及计算- 3 -2.1集气罩选择- 3 -2.2集气罩排风量确定- 3 -2.3集气罩的设计- 3 -三、填料塔的选型及计算- 6 -3.1填料塔参数确定- 6 -3.2填料层高度确定- 8 -四、 管道布置及计算- 9 -4.1风速和管径的确定- 9 -4.2进行净化系统设备及管道布置，并绘制出布置简图(看CAD图)- 10 -4.3阻力计

2、算- 10 -4.4节点压力平衡- 12 -4.5净化系统总压力损失- 13 -五、 辅助设备及选型计算- 13 -5.1 风机的确定：- 13 -5.2与风机标定工况计算- 14 -5.3风机、电机的选择- 14 -参考文献：- 14 -III课程设计任务书(四) 酸性有害气体一、 课程设计题目试对酸性有害气体进行净化系统设计，采用吸收工艺实现净化。按车间空气中有害物质的最高允许浓度限值进行验算，实现达标排放。二、 执行标准1、 各厂建厂时间为2004年，所在地区为二类地区。2、 环境空气质量标准 (GB30951996)；3、 车间空气中有害物质的最高允许浓度（T136-79）书P567排

3、放标准：排气筒高度15m，排放速率1.5kg/h , 排放浓度45mg/m3。三、 设计目的与任务1、 目的为培养富有时代特征的复合型人才，培养同学们认识分析和研究解决环境问题的能力和实际动手能力，尝试进行实践性教学环节的改革，开设大气环境污染控制工程课程设计。通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，强调综合性、设计性、研究性。通过设计，了解设计的内容、方法及步骤，培养同学们确定大气污染控制系统方案、设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力，提高就业竞争力。2、 任务根据所给基础数据和控制目标，完成对酸性有害气体污染源进行治理的项目设计。四、 设计内容与要求1、 污染治理工

4、艺的分析确定与计算：建议采用吸收工艺。根据酸性气体的蒸发量计算酸雾的排放量及污染物浓度，进行数质量衡算、处理效率、达标验算。对确定的污染治理工艺进行简要论述，并用工艺流程图简图表示选择结果。2、 集气罩设计计算：集气罩结构形式、尺寸、排风量及压损。3、 净化设备选择与选型计算：比较、选择设备类型、型号及规格，确定特征参数、设备主要结构参数及运行参数。4、 系统布置：确定各装置的位置，绘制平面图、剖面图、系统图，尺寸标注。建议使用Auto CAD制图。5、 管道布置及计算：绘制管道系统图，计算管径、压损、烟囱高度和出口内径、并联管道压损平衡、系统总压力损失。6、 辅助设备选型计算：包括配套水泵、

5、引风机选型、电机功率校核等。五、 基础数据 基本情况6：某铁制品加工厂采用10%20%的硫酸进行酸洗，系统的处理风量为2930 m3/h，主要生产条件如下表所示：生产条件酸槽尺寸酸液量每次酸洗量酸液温度酸洗时间酸雾浓度参数1800×1600×2000硫酸3t0.5t60-8020min480mg/m3要求：净化效率95%，酸雾排放浓度可满足排放标准。注：蒸发量计算公式：式中：M液体分子量，MH2SO4=98.08；(本设计是H2SO4) P相当于液体温度下饱和空气的蒸汽分压力，Pa； v蒸发液面上的空气流速，m/s； F蒸发液体的表面积，m2。一，概述 我国的能源结构以煤为

6、主，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。随着经济的快速发展，我国因燃煤排放的二氧化硫急剧增加，所造成的酸雨污染已经到了十分严重的程度，必须引起密切关注。1.1酸雨的危害弱酸性降水，可溶解地壳中的矿物质，供植物吸收。但如果酸度过高，如pH值低于5.0，就可能对人类及自然生态系统造成危害。酸雨带来的巨大损失是难以估量的，国外把酸雨称为“空中死神”。1.1.1酸液对人体的危害酸雨形成硫酸雾所产生的毒性很大，因为其微粒可侵入肺的深部组织，从而引起肺气肿和肺硬化等疾病而导致死亡。当空气中含有0.8 mg/m3硫酸雾时，就会使人难受致病。1.1.2对农作物、植被的危害受到酸雨侵蚀的农作物，由于叶内叶绿素含量

7、降低，影响其光合作用，引起叶子枯萎和死亡使产量下降。荷兰全国54%的森林面积遭酸雨侵害，林木衰弱枯萎。重庆地区1982年一场pH值达3.9的酸雨使上万亩水稻叶片枯黄，状如火烤，几天后死亡。1.1.3对土壤、湖泊的危害酸雨淋溶土壤中的钙、镁、钾等营养元素，抑制有机物的分解和氮的固定，使土壤贫瘠，影响作物生长。酸雨得不到地表物质的饱和，使得河流、湖泊酸度增高，使水生动植物减少甚至绝迹，成为“死湖”。在加拿大，酸雨毁灭了1.4万个湖泊，另有4000个也濒临“死亡”。1.1.4对金属、建筑物的危害酸雨的腐蚀能力很强,大大加速了金属、建筑物、皮革、油漆、纺织品、橡胶等物质的腐蚀速度。德国慕尼黑的古画廊、

8、科隆大教堂，已被酸雨腐蚀得面目全非。柳州的柳江大桥其金属结构现在每年要维修一次，而在无酸雨的六十年代三、四年才维修一次。应该指出，酸雨和二氧化硫的影响是一个缓慢的过程。因此，目前沿尚不能定量地估算酸雨所造成的损失，有待于进行深入研究和探索。但从客观上看，酸雨对我国经济发展的威胁是十分严重的，已成为其经济发展的重要因素之一，一定要引起高度重视，并采取有效的措施，否则酸雨污染范围会进一步扩大，且危害强度也会加重。1.2酸洗废气的处理利用吸收塔处理废气已经是控制大气污染的有效控制方法。与传统的板式塔相比,填料塔具有生产能力大、分离效率高、压降小、操作弹性大、持液量小等优点。特别是在20世纪70年代,

9、由于新型填料、新型塔内件的开发应用和基础理论研究的不断深入,使填料塔的放大效应取得了实质性的突破,填料塔在化工企业得到了很好的应用。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。2设计任务某铁制加工厂采用10%-20%硫酸酸洗处理。加酸时，有大量蒸汽、酸雾及有害气体生成，对车间环境及工人身体健康造成严重危害。为此，需要对酸洗产生的废气进行治理，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。3设计资料3

10、.1 酸洗工艺特点酸洗时，工人将预先装入废铁的1800x1600x2000的方形料槽，沿酸洗槽前方的轨道，推入酸洗槽位置后，向料槽中加入20%硫酸，并不断搅拌。酸洗完后，将料槽推出卸料；重新装入一筒新料进行酸洗。故酸洗为间断操作，加酸后槽内温度可达100以上。3.2 废气特点废气成分：近似空气，标准状态下酸雾含量为480mg/m3；废气温度：60。3.3 气象资料气温：冬季：6 夏季：31大气压力：冬季：97.86kPa； 夏季：95.72kPa3.4 酸洗车间工艺布置图酸洗车间平面图见图T01，酸洗车间剖面图见图T02。4净化方案的选取一般的局部排气净化系统的基本组成为：集气罩、风管、净化设

11、备、引风机、烟囱。1) 集气罩：集气罩是用以捕集污染气流的。其性能对净化系统的技术经济指标有直接影响。由于污染源设备结构和生产操作工艺的不同，集气罩的形式是多种多样的。2) 风管：在净化系统中用以输送气流的管道称为风管，通过风管使系统的设备和部件连成一个整体。3) 净化设备：为了让防止大气污染，当排气中污染物含量超过排放标准时，不需次啊用净化设备进行处理，达到排放标准后，才能排入大气。即为该系统中的填料吸收塔。4) 通风机：通风机是系统中气体流动的动力设备。为了防止通风机的磨损和复试，通常把风机设在净化设备之后。5) 烟囱：烟囱是净化系统的排气装置。哟与净化后延期中仍含有一定量的污染物，这些污

12、染物在大气中扩散、稀释、悬浮或沉降到地面。为了保证污染物的地面浓度不超过环境空气质量标准，烟囱必须具有一定高度。由设计资料可知，产生的废气主要包括蒸汽、酸雾及有害气体。采用液体吸收法进行净化。可采用可采用5Na OH溶液在填料塔中吸收硫酸烟雾。操作条件下，气相分传质系数k Ga144 k mol/(m3·h·atm) 液相分传质系数k La0.7 h1推荐标准状态下液气比L/G2.54 L/m3。该排气净化系统如图1所示，包括酸洗废气集气罩、风管、填料塔、引风机、烟囱。酸洗废气填料塔（Na OH）引风机烟囱排放集 气罩图1 酸洗废气处理工艺流程依据执行的标准：1、各厂建厂时

13、间为2004年，所在地区为二类地区。2、环境空气质量标准 (GB30951996)；3、车间空气中有害物质的最高允许浓度（T136-79）书P567排放标准：排气筒高度15m，排放速率1.5kg/h , 排放浓度45mg/m3。2、 集气罩的设计及计算2.1集气罩选择空气污染物在车间的扩散机理是污染物依附于气流运动而扩散的。对于生产过程散发到车间空气中的污染物，只要控制住室内二次气流的运动，就可以控制污染物的扩散和飞扬，从而达到改善车间内外空气环境质量的目的。局部排气通风方式，就是在局部污染源设置集气罩，将污染气流捕集起来并经净化装置净化后排至室外。这是控制车间污染最常用、最有效的方法。按罩口

14、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成为吸气式集气罩，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及合适范围，还可将吸气式集气罩分为密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩等。根据资料中生产工艺可知宜采用外部集气罩中的上部集气罩。 2.2集气罩排风量确定本设计中采用控制速度法的方法来计算集气罩的排风量。控制速度法：从污染源散发出的污染物具有一定的扩散速度，该速度随污染物扩散而逐渐减少。所谓控制速度系指在罩口前污染物扩散方向的任一点上均能使污染物随吸入气流集气罩内捕集所比武的最小吸气速度。吸气气流有效作

15、用范围内的最远带你成为控制点。控制点距罩口的距离成为控制距离。根据工艺设备及操作要求，由于为1800x1600的方形，处理风量即排风量Q=2930m3/h=0.814m3/s，根据控制要求安排罩口几何中心与控制点的距离为500mm。 设定控制速度为0.8m/s。具体计算如下：A=Q/V=0.814/0.8=1.0175m2选择圆形集气罩A=3.14*d2/4经计算d=1.14m取污染源的特征尺寸为d=1.2m2.3集气罩的设计集气罩基本参数的确定集气罩的罩口尺寸应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（圆形为直径，方形为短边），污染源的特征尺寸为d，集气罩距

16、污染源的垂直距离H，集气罩口的特征尺寸为，集气罩喇叭口长度，应满足d0.2,1.0d2.0和Hd0.7（若影响操作，可适当增大）和3。如下图所示：由设计资料知：b=1600mm,d=w=1800mm取H=400mm则B=b+0.5H=1600+0.5*400=1800mm=W=w+0.5H=1800+0.5*400=2000mm集气罩下口面积为F0=WB=3.6m2集气罩下口边高为h1=0.25 F00.5=0.25*3.60.5=0.474m集气罩上口直径拟定为=400mm(>140)则集气罩喇叭口长度=（_）/2=(2_0.4)/2=0.8m校核/d=400/1800=0.22>

17、;0.2 1.0</d=2000/1800=1.11<2.0 H/d=400/1800=0.22<0.7 /=0.8/0.4=2<3基本符合要求三、填料塔的选型及计算3.1填料塔参数确定（1） 拟选用填料的规格及相关参数填料类型工程直径DN /mm外径×高×厚d×h×/mm比表面/( m2/m3)空隙率/%个数n/m3干填料因子/ m-1阶梯式填料2525*12.5*0.51570.9397160273（2） 计算泛点气速Uf本设计采用5%Na OH溶液为吸收液（参数近似取水的参数）, 废气温度为60，标准状态下取液气比L/G=3

18、L/ m3H2SO4的摩尔比用y(H2SO4)表示 y(H2SO4)=3.21*22.4/(98*1000)=0.073%Mm=M空（1- y(H2SO4)）+M酸* y(H2SO4)=29*（1-0.073%）+98*0.073%=29.1Ts=（273+t）K=273+60=333K所以 =P*Mm/(RT)=101.3*29.1/(8.314*333)=1.065 kg/ m3 Qv=0.814m3/s=2930 m3/h QL= Qv*(L/G)/1000=2930*3/1000=8.79 m3/h G= Qv*=2930*1.065=3120.45 kg/h L= QL* =18.4

19、4*1055=19454.2 =19454.2/3120.45*(1.065/1055)0.5=0.1981 查表得=0.055 =（0.055*9.81*1055/(273*(1000/1055)*1.065*1.00.2)0.5 =1.44 m/s所以uf= =1.44 m/s（3） 计算操作气速u=0.8uf=0.8*1.44=1.152 m/s（4） 计算塔径，并进行圆整D塔=(4Qv/(u)0.5=(4*0.814/(3.14*1.152) 0.5=0.949m圆整D=1.0m（5） 利用圆整后的塔径重新计算操作气速u u=4Qv/(D2)=4*0.814/(3.14*1.02)=1

20、.03m/s u/ uf=1.03/1.44=71.5%,处于uf的50%80%内，符合要求（6） 校核填料直径与塔体直径的比（应小于1/81/10）d/D=25/1000=0.025<(1/81/10),符合要求（7） 校核调料塔的喷淋密度【当填料d<75mm时，填料的最小润湿率为0.08m3/(m2·h)】。要求L喷>L喷min；L喷min=最小润湿率×填料比表面积=0.08*157=12.56 m3/(m2·h)塔截面积A=*D2/4=3.14*1.02/4=0.785m2L喷= QL /A =18.44/0.785=23.49m3/(m2

21、·h)> L喷min,符合要求3.2填料层高度确定（1） 计算填料层高度Z由资料可知：标准状态下，酸雾含量为480mg/m3； 操作情况下，气相传质系数液相传质系数当地大气压为Ps=734 mmHg=97.86kPa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45mg/m3本设计要求达到净化的95% 所以Y1= y(H2SO4)= 0.011% Y2=0.05*22.4*10-3/98=0.0011% =ln0.011%-ln0.0011% =2.30 Q v N=Ps*Q v*Tn/(Ts*P n)=97.86*0.814*273/(333*101.3)=0.645m

22、3/s=0.645*3600=2322m3/h =2322/22.4=217.29kmol G= Q v N*=217.29*1.065=103.66kmol Z=G*/=103.66*2.30/144=1.66m（2） 计算填料塔床层压降 由上面计算可得横坐标为：=0.1981纵坐标计算得：=71.5%2*0.055=0.039在填料塔泛点速度通用关联图中，根据横、纵坐标值定出塔的工作点。其位置在p=45mmH2O/m处 由于1mmH2O/m=9.80665Pa 所以填料床层压力降为：45mmH2O/m=45*9.80665=441.30Pa/m（3） 计算填料塔压降 则该填料塔得压降为:

23、p=p*h=441.3*1.66=732.56Pa4、 管道布置及计算4.1风速和管径的确定由于管道内风速在1020ms的范围内所以 V=18.12(m/s) 则 D管=(4Q/(V)0.5=（4*0.841/(3.14*18.12)）0.5=0.243155m圆整后D管=0.250m所以 V= 4Q/ (D管2)= 4*0.841/(0.2502*3.14)=17.14(m/s)在1020ms的范围内,符合根据一般通风系统中常用空气流速，利用薄钢板为风管材料4.2进行净化系统设备及管道布置，并绘制出布置简图(看CAD图)4.3阻力计算管段1：根据Q=0.841m3/s,v=17.14m/s,

24、查环保设备设计手册中的圆形风管单位长度摩擦距离线算图（以后简称查图）可得d=250mm,Rm0=11.4Pa/m。Kt=(273+20)/(273+t)0.825=(273+20)/(273-6)0.825=1.08Kp=(P/101.3)0.9=(97.86/101.3) 0.9=0.97查各种材料制作风管的粗糙度表，薄钢板K=0.150.18，取K=0.15Kr=(Kv)0.25=(0.15×17.14)0.25=1.27校正后，Rm=Kt·Kp·Kr·Rm0=1.08×0.97×1.27×11.4=15.16Pa/m则

25、摩擦压力损失为PL1=L·Rm=10×15.96=159.6Pa各管件局部压损系数（查手册）为：集气罩：；90°弯头（R/D=1.0）, ； =0.11+0.26=0.37则局部压损： =0.37*1.065*17.142/2=57.88Pa则该管段总压损为：P1=PL1+Z=159.6+57.88=217.48Pa管段2：根据Q=0.841m3/s,v=17.14m/s,查图可得d=250mm,Rm0=11.4Pa/m,修正后Rm=12Pa/m则摩擦压力损失为PL2=L·Rm=1.6×12=19.2Pa入口渐缩管，0.10;90°弯头（R/D=1.0）, ；入口渐扩管，0.04。 =2*0.26+0.10+0.04=0.66则局部压损： =0.66*1.065*17.142/2=103.25Pa则该管段总压损为：P2=PL2+Z=19.2+103.25=122.45Pa管段3：根据Q=0.841m3/s,v=17.41m/s,查图可得d=250mm,Rm0=12Pa/m,则摩擦压力损失为PL3=L·Rm=15×12=180Pa则该管段总压损为：P3=PL3=180Pa4.4净化系统总压力损失P=P1+P2+P3+Z=217.48+122.45+180+732.56 =1252.49Pa5、