【《制药污水臭气净化工程中的污水站废气处理工艺设备设计分析案例》3700字】

II制药污水臭气净化工程中的污水站废气处理工艺设备设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u19867制药污水臭气净化工程中的污水站废气处理工艺设备设计分析案例 197481.1碱洗塔设计计算 113731.2生物滴滤塔设计 8污水站废气设计风量为4000m3/h，所需设备主要为一级的碱洗塔与二级的生物滴滤塔。废气处理工艺设备设计主要是碱洗塔与生物滴滤塔的设计。1.1碱洗塔设计计算污水站废气含有高浓度的硫化氢气体，属于酸性废气，采用碱洗塔吸收会有较好的效果。碱洗塔的设计当从其塔型、塔径、填料层高度等方面进行设计。碱洗塔又称酸碱洗涤塔，是一种对工业生产所产生的废气进行净化处理的设备，是废气净化塔类产品中的一种。根据材质分碳钢碱洗塔与玻璃钢碱洗塔。碱洗塔就是根据酸碱中和的原理，通过喷淋碱液对酸性废气进行冲淋以达到净化的目的，但是想要处理效果达到国家二级处理标准，还需要在其后添加其他的设备。酸性废气通过风管由下而上进入塔内，途径滤料层与喷嘴喷出的中和液充分接触混合。吸收后的废气继续向上经过第二层滤料层，产生相同的步骤，再次发生酸碱中和反应，然后向上通出。塔内的填料层需要添加，这样可以使得废气和洗涤液接触充分，同时还需设计循环液的循环系统，使得洗涤液能够循环往复利用，减少浪费，利用充分后再一并同工业污水排入污水站的入水口。图5.1为某污水站的碱洗塔实地图。图5.1某污水站的碱洗塔（1）塔型选择常用的吸收塔类型有板式塔、填料塔、喷洒塔、文丘里吸收器等，本设计采用填料吸收塔的设计，各类型塔型及其特点，还有选择原因分析详情见表5.1。表5.1污水站碱洗塔塔型适用性分析塔型特点是否适用原因分析板式塔空塔速度高、生产能力大、清洗简便且造价低廉，适用于气量大、浓度高的废气，缺点是不易操作，阻力也比较大，气体变动的适应性比较差。否本设计废气设计风量为4000m3/h，风量较小，此外废气中硫化氢气体浓度有较大波动，因而板式吸收塔就不适用了，文丘里吸收器也是同样如此。喷洒塔所需液气比较大，故而也不考虑。填料塔的安装检修容易，操作弹性高，还具有气体变动适应性强的特点，故而本设计采用填料塔作为碱洗塔。填料塔结构简单、造价低廉，气体变动的适应性比较强，适用于小风量。是喷洒塔结构简易，造价低廉，还具有除尘效果，但是有易堵塞的缺点。否文丘里吸收器体积小，处理量大，可兼作冷却除尘设备，但是噪声大、能耗高。否（2）填料选择鉴于填料塔有填料易堵塞的缺陷，研究发现，采用乱堆填料能够一定程度上降低堵塞的可能性，近年来塑料多面空心球的应用越来越广泛。该空心球造价低廉，轻质但是机械强度高，同时它的气速较高，比表面积大，气液可以做到充分接触，且其操作弹性高，很大程度上可以降低能耗，提高传质效率。此外多面空心球由于是塑料材质，塑料具有良好的耐腐蚀性，能够很好的避免废气中硫化氢气体的腐蚀，且抗废气冲击能力强，适用性比较强。综上所述，本设计填料采用塑料多面空心球，直径为38mm。（3）空塔气速计算空塔气速是由填料塔的液泛速度所决定。本设计将采用埃克特通用关联图法来计算填料塔的泛点速度，进而得出空塔气速。图5.2埃克特通用关联图u—空塔气速，使用液泛线时，此即泛点气速，m/s；WL、WG—液体和气体的质量流率，kg/s；ρV、ρL—液体与气体的密度，kg/m3；φ—填料因子，m-1；Ψ—水的密度与溶液密度之比；μL—液体粘度，mPa·s；g—重力加速度，9.81kg/s2填料塔吸收液为碱液，本设计的碱液浓度低，可以近似于水，故液体粘度和密度等参数均取25℃时的水相应的值；废气近似空气，故气体密度ρL取25℃时空气的密度值。查询《化学化工物性手册》所得的埃克特通用图各个参数具体取值，比对可得泛点速度约为2.79m/s。而一般情况下空塔气速为泛点速度的0.5-0.8。但是实际情况下一般难以达到，结合实际，统筹分析，本设计采用0.4的比例，故空塔气速u=1.12m/s.（2）塔径计算碱洗塔的塔径D通过圆形管道内的流量公式计算，即（5.1）废气气量VG=4500m3/h，设计的空塔气速u=1.12m/s，根据式（5-1）可计算得出填料塔的直径：根据我国压力容器公称直径标准（GB/T9019-2015）进行圆整后,设计塔径为1200mm。计算实际空塔气速：（5.2）此时的操作气速为泛点速度的40%，气速偏小，但仍可以适用。（3）填料规格核算本设计的填料塔的填料采用φ38mm的乱堆型的塑料多面空心球。填料塔的塔径D=1200mm，所以D/φ=1200/38=32。一般认为直径比至少大于8，对于一些材料可能大些，因为32>8，故采用直径38mm的填料符合要求。（4）填料层高度计算以废气中的H2S为计算依据，将废气中的其他污染物换算为H2S的量进行计算。污水站的各个废气组分的源强数据详情见表5.2。根据表5.2的各污染物源强数据，换算后的源强为1.33kg/h。表5.2污水站废气组分源强数据表废气组分浓度（mg/m3）速率（kg/h）2-丙硫醇20.60.217丙酮16.50.327乙酸乙酯11.70.225硫化氢720.30.557初步计算总填料层高度，计算过程如下：参考熊振湖[29]等人编写的《大气污染防治技术及工程应用》中提到的填料塔填料层高度的计算计算，填料高度H用下面公式计算：（5.3）液气比L/VG是根绝工程经验所确定的，取值为6L/m3，此时的液体流量根据下式得出：废气的气体密度及气体粘度与空气保持一致，液体密度取水相应的值，气相扩散系数取硫化氢的气相扩散系数。查询《化学化工物性手册》所得的各参数详情：风量VG（m3/h）：4500；液体流量L（m3/h）：29；塔径D（m）：1.2；气体密度ρG（kg/m3）：1.18；液体密度ρL（kg/m3）：996.95；气相扩散系数DG（m2/s）：1.33×10-5；气体粘度μG（Pa·s）：1.84×10-5；气体的空塔质量流速：（5.4）液体的空塔质量流速：（5.5）气相施密特数：（5.6）气相传质单元高度：（5.7）液相施密特数：（5.8）液相传质单元高度：（5.9）式中HG、HL——气相、液相传质单元高度，m；α，m，n，β，q——由填料规格和操作范围所决定的常数，这里分别取值0.894，0.41，-0.45，2.61×10-3，0.22。G’、L’——气体、液体的空塔质量流速，kg·m-2·s-1；ScG、ScL——气相、液相的施密特数；μG、μL——气相、液相的粘度，Pa·s，这里分别取1.84×10-5，8.973×10-4；DG、DL——溶质在气相、液相中的扩散系数，m2·s-1，这里分别取1.33×10-5，1.99×10-9；ρG、ρL——气相、液相的密度，kg·m-3，这里分别取1.18、996.95。吸收因数：查询《化学化工物性手册》可得20℃时硫化氢溶于水的相平衡常数K=1.53由此可得到吸收因数：（5.10）气相总传质单元高度：（5.11）气相总传质单元数：（5.12）式中S——脱吸因数，为吸收因数的倒数，即S=1/A=1/2.62=0.38。以废气中的硫化氢为计算依据，处理效率为99%，废气摩尔质量近似于空气的摩尔质量，取29g/mol，此时硫化氢（摩尔质量为34g/mol）进出塔气体中的溶质组分摩尔比为：（5.13）（5.14）（5.15）X2为进塔液体中溶质组分的摩尔比，此处为0。因此气相总传质单元数：（5.16）因此填料层高度：（5.17）即当液体喷淋量为29m3/h，去除效率为90%时，计算而出的填料层高度为2.32m，考虑到设计填料层高度需要留有一定的处理余量，本设计填料层高度取3m，由于塔径（D=1.2m）较小，故设计填料层分为两段，每段为1.5m，每层填料与塔径之比h/D=1.5/1.2=1.25，一般来说h/D＞0.8是较为可行的填料层高度，故本设计能够满足要求。（5）喷淋密度核算塔径为1200mm，液气比为L/V=6.0L/m3，气体流量VG为4500m3/h，则液体流量L=29m3/h，所以塔截面的喷淋密度为：（5.18）一般而言，最小的喷淋密度为5-12m3/(m2·h)，所以26m3/(m2·h)是最小喷淋密度的2.2-5.2倍，喷淋密度符合要求。1.2生物滴滤塔设计参考钱东升[30]等人的关于板式滴滤塔高效净化废气的研究，本生物滴滤塔的设计将采用板式滴滤塔的形式设计。生物滴滤塔反应器材质选用有机玻璃，该材质耐腐蚀，机械强度高，安全稳定，且在国内的应用比较成熟。滴滤塔的填料将采用直径38mm的塑料多面空心球的乱堆填料，理由及分析同5.1所述。（1）运行条件进气浓度c=150mg/m3进气风量=4500m3/h停留时间t=40s最大有机负荷ρ=50g/（m3/h）最佳液气比L/G=1.4L/m3空塔气速v=0.4m/s（2）BTF设计及选材生物滴滤塔可以看作一种的化学填料塔，故其设计计算可以参考一般填料塔的设计计算。生物滴滤塔的空塔气速、塔径、填料层高度核算类似于5.1碱洗塔的设计计算，在这里具体步骤不一一赘述，结果详见表5.3。填料层以上空间一般取0.8-1.4m，本设计选用1.4m；填料层以下空间一般取1.2-1.5m，本设计取1.5m，进气管距填料层0.5m，底部用于承装未及时排出的喷淋液。塔总高H=1.4+1.4+5.0+1.5=9.3m。因此，整个板式滴滤塔由总高为9300mm，内径为2000mm的有机玻璃构成。填料层高度为2.5×2=5m。此外，生物滴滤塔的进气管与前置的碱洗塔的出气管径保持一致，都为φ400的ERP风管。支撑底座采用支承式支座，内部支撑装置采用较为普遍的栅板型支撑装置，进液管直径选用φ150mm的直管，喷淋装置采用旋流式喷淋器，由于BTF产雾量少，所以可选用丝状除雾器安装在排气口之下。由于本滴滤塔的塔体采用有机玻璃钢设计，有机玻璃钢材质机械强度高，且本设计的的总的设计风量也不是很大，故而本设计的壁厚可以相应降低一些。滴滤塔的塔体壁厚设计为50mm。表5.3生物滴滤塔设备核算一览表指标结果是否符合改进措施空塔气速（m/s）0.40否在BTF前添加气泵增加气速到1.11m/s填料规格（D/φ）52.6＞8是填料分层高度（h/D）1.25>0.8是喷淋密度核算m3/(m2·h)9.23＞5是本研究采用板式生物滴滤塔处理