环保设备教案-1第一章气体净化系统设计

第一章气体净化系统的设计【课时安排】§1.1集气罩的设计4学时§1.2气体输送管网的设计2学时总计6学时【掌握内容】吸入气流的运动规律吹气气流的运动规律吸入气流与吹出气流的差别管道内气体流动的压力损失的计算流速当量直径计算法净化系统的管道系统设计【熟习内容】局部排气净化系统的构成和设计的基本内容各样集气罩的特色表示各样集气罩性能的参数及计算常用集气罩设计计算管道部署的原则管道系统的区分【教课难点】吸入气流的运动规律吹气气流的运动规律管道系统设计计算【教课要点】吸入气流和吹气气流的运动规律【教课目的】掌握常用集气罩的选择和设计计算掌握净化系统的管道系统设计；合理选择净化妆置。【教课内容】§1.1集气罩的设计【讲课时间】4学时【教课手段】讲堂讲解【教课过程】一局部排气净化系统的构成1．局部排气净化系统的观点：控制空气污染物在车间内外扩散的局部通风方法，简单地说，就是在局部污染源设置集气罩，把污染空气捕集起来经净化后排至室外，这是生产车间控制空气污染的最有效、最常用的方法。2．局部排气净化系统的基本构成：①集气罩：用以捕集污染空气的。

其性能对净化系统的技术经济指标有直接影响。

因为污染源设施构造和生产操作工艺的不一样，集气罩的形式是多种多样的。②风管：在净化系统顶用以输送气流的管道称为风管，经过风管使系统的设施和零件连成一个整体。③净化设施：为了防备大气污染，当排气中污染物含量超出排放标准时，一定采纳净化设施进行办理，达到排放标准后，才能排入大气。④通风机：通风机是系统中气体流动的动力．为了防备通风机的磨损和腐化，往常把风机设在净化设施后边．⑤烟囱：净化系统的排气装置．因为净化后的烟气中仍含有必定量的污染物，这些污染物在大气中扩散、稀释，并最后沉降到地面。为了保证污染物的地面浓度不超出大气环境质量标准，烟囱一定拥有必定高度。1、集气罩；2、排风管；3、净化设施；4、风机；5、烟囱；二局部排气净化系统设计的基本内容1．捕集装置的设计污伞物的捕集装置往常称为集气罩。设计内容主要包含集气罩构造形式．安装地点以及性能参数确立等内容．2．输送管道没计管道系统设计主要包含管道部署．管道内气体流速确立．管径选择．压力损失计算以及通风机选择等内容。3．净化设施选择或设计净化设施的选择或设计一般按以下程序进行：(1)工程检查。L仔细采集相关资料、全向考虑影响设施性能的各样要素；(2)依据排放标准和生产要求．计算需要达到的净化效率；(3)依据污染物性质和操作条件确立净化方法(汲取．吸附或除尘等)和净化流程(几级办理，能否预冷．调湿以及汲取剂或吸附剂选择等)。在此基础上，决定净化设施的选择范围；(4)对设施的技术指标和经济指标进行全面比较，选定最适合的净化妆置；确立净化设施的型号规格及运转参数。设汁知足其排放浓度达到当地排放标准的要求。4．排放烟囱设计主要内容包含构造尺寸及工艺参数(烟囱高度．出口直径，喷出速度等)的设计。三集气罩的基本形式1．按罩口气流流动方式：吸气式集气罩吹吸式集气罩2．按集气罩与污染源的相对地点及合用范围①密闭罩定义；密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。其作用原理是使污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内，仅在一定留出的罩上张口空隙处J吸入若干室内空气，使罩内保持必定负压，达到防备污染物外逸的目的．特色：排风量最小，控制成效最好，且不受室内横向气流的扰乱设计中应优先考虑采纳。分类：按密闭罩的围挡范围和构造特色，分为局部密闭罩：特色：体积小，资料耗费少，操作与检修方便；合用：产尘点固定、产尘气流速度较小且连续产尘的地址。整体密闭罩：特色：容积大，密闭性好。合用：多点尘源、携气流速大或有振动的产尘设施。大容积密闭罩：特色：容积大，可缓冲产尘气流，减少局部正压，设施检修可在罩内进行。合用：多点源、阵发性、气流速度大的设施和污染源。②排气柜定义；排气柜也称箱式集气罩。因为生产工艺操作的需要，在罩上有较大的操作孔。操作时，经过孔口吸入的气流来控制污染物外逸。其捕集机理和密闭罩相同，可视为开有较大孔口的密闭罩。化学实验室的通风柜和小零件喷漆箱就是排气柜的典型代表。特色：控制成效好，排风量比密闭罩大，而小于其余形式集气罩分类：用于热污染源的排气柜，吸气管应设在上部，使吸入气流于热射流方向一致用于冷污染源的排气柜，吸气管可设在冷设施的侧面或上部③外面集气罩定义；因为工艺条件的限制，有时没法对污染源进行密闭，则只好在其邻近设置外面集气罩。外面集气罩依赖罩口外吸入气流的运动而实现捕集污染物。特色：因为外面集气罩吸气方向与污染气流运动方向常常不一致，一般需要较狂风量才能控制污染气流的扩散，并且简单受室内横向气流扰乱，以致捕集效率降低分类：按集气罩与污染源的相对地点可将其分为四类：上部集气罩下部集气罩侧吸罩槽边集气罩外面吸气罩a-顶吸罩；b-底吸罩；c-侧吸罩；d-槽边集气罩④接受式集气罩定义；接受式集气罩即沿污染气流流线方向设置吸气罩口，污染气流即可借助自己的流动能量进入罩口接受式排气罩a-热源上部伞形接受罩；b-砂轮机接受罩⑤吹吸式集气罩定义；当外面集气罩与污染源距离较大，纯真依赖罩口的抽吸作用常常控制不了污染物的扩散，则能够在外面集气罩的对面设置吹气口，将污染气流吹向外面集气罩的吸气口，以提升控制成效，一般把这种依赖吹吸气流的综合作用来控制污染气流扩散的集气方式称为吹吸式集气罩特色：因为吹出气流的速度衰减的慢，以及气幕的作用，使室内空气混入量大为减少，所以达到相同的控制成效时，要比纯真采纳外面集气罩节俭风量，且不易受室内横向气流的于扰。槽子吹吸式排气罩四集气罩的特征（一）排风量1．排风量的测定方法：（1）实质测定罩口上的均匀吸气速度v0和罩口面积A0来确立Q=v0*A0（m3/s）（2）测定连结集气罩直管中的均匀速度V、气流动压Pd（或气流静压Ps）、管道断面面积A2PdQAVA或2PsQA2．排风量计算方法a控制速度法：指在罩口前污染物扩散方向的随意点上均能使污染物随吸入气流流入罩内并将其力捕集所一定的最小吸气速度。吸气气流有效作用范围内的最远点称为控制点。控制点距罩口的距离称为控制距离。采纳控制速度法计算集气罩的排风量，要点在于确立控制速度vx和集气罩口的速度散布曲线或气流速度衰减公式。控制速度法一般合用于污染物发生量较小的冷过程。流量比法：为了正确地计箅集气罩的排风量，日本学者研究了集气罩罩口上同时有污染气流和吸气气流的气流运动规律，提出了按罩口污染气流与吸气气流的流线合成来求取排风量的流量比法。（二）压力损失确实定PPd

v22ξ——压力损失系数Pd——连结直管中的动压五集气罩的设计集气罩设计的基本要求：①集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物的扩散限制在最小的范围内，以便防备横向气流的扰乱，减少排肚量。②集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致，充分利用污染气流的初始动能。③在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的张口面积，以减少排风量；④集气罩的吸气气流不一样意经过人的呼吸区再进入罩内；⑤集气罩的构造不该阻碍人工操作和设施检修。（一）密闭罩的设计1．部署要求设置必需的察看窗、操作门和检修门；罩内应保持必定的均衡负压，防止烟尘逸出；尽量避开扬尘中心,防备大批物料随气流带至罩口被吸走；办理热物料时，应试虑热压对气流运动的影响，往常适合加大密闭罩容积，吸风点设于罩子顶部最高点。2．密闭罩的排肚量计算影响密闭罩排肚量的要素：罩子构造、罩内气流状况、工艺设施的种类、操作状况等排肚量Q:①按张口或空隙处空气的吸入速度计算：Q=F0V0V0—张口或空隙处空气的吸入速度，一般取0.5～1.5m/s2F0—张口或空隙的总面积，m②按经验公式或数据确立Q（对砂轮机和抛光机）Q=KD—每毫米轮径的排风量D—轮径，mm③对常有设施，依据设施型号、规格，常依据经验数据和相关手册来确立。（二）.排气柜的设计排气柜可使产生有害烟尘的操作在柜内进行1．构造形式A排气口在操作口对面（见图13-7a）操作口气流散布较均匀，有害气体外逸的可能性较小。B排气口设在柜顶（见图13-7b）操作口上部形成较大进气流速，而下部进气流速较小，造成有害气体外逸

气柜内易形成涡流，可能在对面和顶部同时设置排气口2．部署要求：尽量避开门窗和其余进风口排气柜的排肚量计算：=Q1+u0A0β式中：Q-排气柜的排肚量；Q1—罩内工艺生产过程产生的污染气体量；u0-操作口的最小均匀吸气速度，一般采纳0.5～1.5m/s，对危害性大的烟气，取较大值；A0-操作口的面积；β-安全系数，一般状况下介于1.05～1.10（三）外面集气罩的设计①侧吸罩：罩口为圆形或矩形（宽长比W/L≥0.2），沿罩子轴线的气流速度衰减公式为u0C(10x2A0)uxA0u0C(10x2A0)uxA0式中：u0-罩口气流速度，m/s；ux-控制点的控制速度；x-罩口到控制点的距离，m；A0-罩口面积，m2；C-系数，与外面吸气罩的构造、形状和部署状况相关，取1或0.75②侧吸罩为条缝罩（宽长比W/L<0.2）罩子轴线的气流速度衰减公式为v0CXLvxA0QCXLvxL—条缝罩张口长度，mC—系数③冷过程上部集气罩QKPHvxP—罩口敞开面周长H—罩口至污染源距离K—安全系数，K=1.4④槽边集气罩（四）.接受式排气罩的设计a.低悬罩（罩口高度<1.5A1/2）A-热设施的水平投影面积热射流量=热设施的水平投影面积上所产生的开端对流热射流量，其计算式为：Q0.403(qHA2)1/3b.高挂罩（罩口高度>1.5A1/2）设热设施水平投影面的直径为d，则热射流在距热设施h处的断面均匀流速、断面直径和气流量可由经验式计算实质排肚量计算式：Q′=Q+uzA式中：Q-罩口断面上热射流的流量；uz-罩口断面上热射流的均匀流速；-罩口的扩大面积（五）.吹吸式集气罩合用：在槽、台宽度较大（≥2m）的工作槽上，采纳此类排气罩控制污染物的扩散，成效较佳。设计时注意事项1）防备吹气射流产生曲折；2）条缝口宽度速度；3）吹气罩排肚量；4）吹气口高度。Appendix：集气罩的集气机理一集气罩的捕集机理集气罩罩口气流运动方式有两种：一种是吸气口气流的吸入流动；一种是吹气口气流的吹出流动。1．吸入气流的运动规律点状吸气口气流运动状况当吸气口面积较小时，可视为“点汇流”假定：流动没有阻力，在吸气口外气流流动的流线是以吸气口为中心的径向线，等速面是以吸气口为球心的球面。（1）经过每个等速面的吸肚量相等为Q，等速面的半径分别为r1和r2，相应的气流速度为v1和v2，则有Q=4r12v1=4r22v2或v1/v2=（r2/r1）2结论：a点汇外某一点的流速与该点的至吸气口距离的平方成反比;吸气口吸入气流速度衰减很快，设计集气罩时，应尽量减少罩口到污染源的距离，以提升捕集效率。2）若在吸气口的四周加上挡板，吸气范围减少一半，其等速面为半球面，则吸气口的吸肚量为22Q=2r1v1=2r2v2结论：a在相同的距离上造成相同的吸气速度，即达到相同的控制成效时，吸气口不设档板的吸肚量比加档板时大一倍;在吸肚量相同的状况下，在相同的距离上，有挡板的吸气口的吸气速度比无挡板的大一倍。所以，在设计外面集气罩时，应尽量减少吸气范围，以便加强控制成效。3）实质中吸气口老是有必定的大小的，气体流动也是有阻力的，所以，吸气区气体流动的等速面不是球面而是椭球面。P507图13—3，图13—4及图13—5绘制了吸气区内气流流线和速度散布，直观的表示了吸气速度和相对距离的关系。4）吸气口气流速度散布拥有以下特色：a在吸气口邻近的等速面近似与吸气口平行，随离吸气口距离x的增大，渐渐变为椭圆面．而在1倍吸气口直径d处已靠近为球面。所以，当x/d>1时可近似看作点汇，吸肚量Q可按式（9—1），（9—2）计算。当x／d<l时，应依据相关气衰减公式计算。b吸气口气流速度衰减较快。如图

9一

3所示，当

x/d=1

时，该点气流速度已大概降至吸气口流速的7.5%。关于构造必定的吸气口，无论吸气口风速大小怎样，其等速面形状大概相同。而吸气口构造形式不一样．其气流衰减规律则不一样。2．吹气气流的运动规律（1）定义：空气从孔口吹出，在空间形成一股气流称为吹气流或射流（2）分类：按孔口形状：圆形，矩形和扁矩形（长短边之比大于10：1）按射流孔口形状：圆射流，矩形射流和扁射流(条缝射流)据空间界壁对射流的拘束条件：自由射流（吹向无穷空间）和受限射流；按射流内部温度变化：等温射流和非等温射流；据射流产生的动力：机械射流和热射流．（3）等温自由射流的特色：射流边沿有卷吸四周空气的作用，这主假如因为紊流动量互换惹起的。b因为射流边沿的卷吸作用，射流断面不停扩大，其扩散角约为15o—20o。射流流量随射流长度增添而增大。c射流核心段呈锥形不停减小。关于扁射流，距吹气口的距离x、与吹气口高度2bo的比值x/2bo=2.5从前为核心段．核心段轴线上射流速度保持吹气口上的均匀速度v。0d核心段此后（扁射流x/2bo>2.5）,射流速度渐渐降落。射流各断面的速度值虽不一样，但其无因次速度散布相像。射流中的静压与四周静止空气的压强相同．射流各断面动量相等。二吸入气流与吹出气流的差别1．吹出气流因为卷吸作用，沿射流方向流量不停增添，射流呈锥形；吸入气流的等速面为椭圆球面，经过各等速面的流量相等，并等于吸进口的流量。2．射流轴线上的速度基本上与射程成反比，而吸气区内气流速度与距吸气口的距离的平方成反比。所以吸气口能量衰减很快，其作用范围较小。三吹吸气流的运动规律吹吸气流是两股气流组合而成的合成气流§1.2气体输送管网的设计【讲课时间】2学时【教课手段】讲堂讲解【教课过程】一管道内气体流动的压力损失包含两种：a摩擦压力损失或沿程压力损失：因为气体自己的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的压力损失b局部压力损失：气体流经管道系统中某些局部构件时，因为流速大小和方向改变形成涡流而产生的压力损失总压力损失=沿程压力损失＋局部压力损失1．沿程压力损失PlPLlv2lRm4Rs2此中Rv2m4Rs2式中Rm—单位长度管道的摩擦压力损失，简称比压损(或比摩阻)，Pa／m；l—直管段长度，m；入——摩擦压损系数；v——管道内气体的均匀流速；m／s；ρ——管道内气体的密度，kg/m3；Rs——管道的水力半径，m．它是指流体流径直管段时，流体的断面积A(m2)与湿润周边x(m)之比，即Rs=A/x(m)（1）圆形管道（流体为气体）Rs=nd2／4／d=d／4m2/2(Pa／m)R=入/d*pv2）矩形管道：①流速当量直径计算法：假定：矩形管道和某圆形管道的压损系数相等，即入圆=入矩；圆形管道的流速与矩形管道的流速亦相等，即v圆=v矩；当圆形管道比压损与矩形管道比压损相等时，则该圆形管道的直径就称为此矩形管道的流速当量直径，以dv表示由dv值，再由dv和矩形管道内的实质流速去查圆形管道的比压损计算表，获得的Rm值或入／

d值即可作为矩形管道的

Rm或入／

d值②用“计算表”直接计算：上述的“计算表”已经考虑到了矩形风管和圆形风管的差别，并已在相应表中作了变换。使用时，可依据已知的流量和选用的流速在“计算表”中直接查出需要设计的管道尺寸和RL值。2．局部压力损失Pm气体流经管道系统中的异形管件(如阀门、弯头、三通等)时，因为流动状况发生忽然变化，所产生的能量损失称为局部压力损失。局部压力损失在管道系统的总压力损失中占有很大比重。局部压力损失一般用动压头的倍数表示，即v2Pm(Pa)2式中ξ——局部压损系数，相关设计手册中能够查到；v——异形管件处管道断面均匀流速，m／s；局部压损系数往常是经过实验确立的。实验时，先测出管件前后的全压差(即该管件的局部压力损失)，再除以相应的动压pv2／2，即可求得ξ值。二管道计算步骤以下：1．第一确立各抽风点地点微风量，气体净化妆置、风机和其余零件的型号规格，风管资料等．2．依据现场实质状况部署管道，绘制管道系统轴测图，并进行管段编号，标明长度微风量。3．确立管道内的气体流速．4．依据系统各管段的风量和选择的流速确立各管段的断面尺寸。输送渺小颗粒粉尘(如筛分和研磨细粉)，d>=80mm；输送较粗粉尘(如木屑)，d>=l00mm；输送粗粉尘(有小块物)，d>=130mm。5．风管断面尺寸确立后，应按管内实质流速计算压损．压损计算应从最不利环路损最大的环路)开始。

(系统中压6．对并联管道进行压力均衡计算。7．计算除尘系统的总压力损失(即系统中最不利环路的总压力损失)。8．由总风量Q、总压损⊿P选择通风机和电机例题：P16例1-2三管道系统部署1．管道部署的一般原则：管道部署应从系统整体布局出发，对全车间管线全盘问虑，一致规划，力争简单，紧凑，缩短管线，减少占地和空间，节俭投资，方便安装、调理和维修。2．区分系统的原则：凡发