酸洗廢氣凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 廣州大學(xué)市政技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱： 酸洗廢氣凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)系 部 環(huán)境工程系 專 業(yè) 環(huán)境工程技術(shù) 班 級(jí) 11環(huán)境 姓 名 馮韋華 指導(dǎo)教師 戴 苗 2013年 06 月 1 日酸洗廢氣凈化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)前言：隨著人口的劇增和城市化的加劇，煤和石油燃燒排放到大氣中的二氧化硫越來越多，它在大氣中與水蒸氣和氧氣混合，生成硫酸，形成酸雨。酸雨被人們稱為“空中死神”，它對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害已成為舉世矚目的環(huán)境問題?？刂拼髿庵卸趸虻暮繜o疑是當(dāng)今正在努力的一個(gè)問題。而酸洗產(chǎn)生的廢氣中含有大量酸性氣體，合理處理廢氣中的酸性氣體是控制大氣污染的必要措施。本設(shè)計(jì)書由廣州大學(xué)市政技術(shù)學(xué)院環(huán)境工程系環(huán)境工

2、程技術(shù)專業(yè)戴苗老師指導(dǎo)設(shè)計(jì)，同時(shí)在編寫的工程中，得到了廣大同學(xué)的支持與幫助，在此一并表示衷心的感謝！由于時(shí)間倉(cāng)促，加之設(shè)計(jì)者水平有限，設(shè)計(jì)書中不妥之處在所難免，懇請(qǐng)審閱老師批評(píng)指正。 設(shè)計(jì)者 2013年6月1日 目錄 概述一、確定凈化方案61設(shè)計(jì)目的62設(shè)計(jì)任務(wù)63設(shè)計(jì)資料64凈化方案的選取7二、集氣罩的設(shè)計(jì)81.集氣罩基本參數(shù)的確定82.集氣罩入口風(fēng)量的確定9三、填料塔的設(shè)計(jì)111.填料塔參數(shù)確定11（1）擬選用陶瓷鮑爾環(huán)填料的規(guī)格及相關(guān)參數(shù)11（2）計(jì)算泛點(diǎn)氣速uf11（3）計(jì)算操作氣速12（4）利用圓整后的塔徑重新計(jì)算操作氣速12（5）校核填料直徑與塔體直徑的比12（6）校核調(diào)料塔的噴淋

3、密度122.填料層高度確定13（1）計(jì)算填料層高度Z13（2）計(jì)算填料塔床層壓降13（3）計(jì)算填料塔壓降14四、管網(wǎng)設(shè)計(jì)14管道流速、設(shè)計(jì)流量142凈化系統(tǒng)設(shè)備及管道布置簡(jiǎn)圖143各管段的斷面尺寸和比摩阻15管道水力計(jì)算表154各管段的局部阻力系數(shù)165. 各管段的沿程阻力和局部阻力以及總阻力186對(duì)并聯(lián)管路進(jìn)行阻力平衡計(jì)算：20（1）匯合點(diǎn)A20（2）匯合點(diǎn)B21五、動(dòng)力系統(tǒng)選擇211. 風(fēng)機(jī)的確定：212. 與風(fēng)機(jī)標(biāo)定工況計(jì)算223動(dòng)力系統(tǒng)的選擇22六、參考文獻(xiàn)22概述：我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)因燃煤排放的二氧化硫急劇增加，所造成的

4、酸雨污染已經(jīng)到了十分嚴(yán)重的程度，必須引起密切關(guān)注。1.1酸雨的危害弱酸性降水，可溶解地殼中的礦物質(zhì)，供植物吸收。但如果酸度過高，如pH值低于5.0，就可能對(duì)人類及自然生態(tài)系統(tǒng)造成危害。酸雨帶來的巨大損失是難以估量的，國(guó)外把酸雨稱為“空中死神”。1.1.1酸液對(duì)人體的危害酸雨形成硫酸霧所產(chǎn)生的毒性很大，因?yàn)槠湮⒘？汕秩敕蔚纳畈拷M織，從而引起肺氣腫和肺硬化等疾病而導(dǎo)致死亡。當(dāng)空氣中含有0.8 mg/m3硫酸霧時(shí)，就會(huì)使人難受致病。1.1.2對(duì)農(nóng)作物、植被的危害受到酸雨侵蝕的農(nóng)作物，由于葉內(nèi)葉綠素含量降低，影響其光合作用，引起葉子枯萎和死亡使產(chǎn)量下降。荷蘭全國(guó)54%的森林面積遭酸雨侵害，林木衰弱枯萎

5、。重慶地區(qū)1982年一場(chǎng)pH值達(dá)3.9的酸雨使上萬(wàn)畝水稻葉片枯黃，狀如火烤，幾天后死亡。1.1.3對(duì)土壤、湖泊的危害酸雨淋溶土壤中的鈣、鎂、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，抑制有機(jī)物的分解和氮的固定，使土壤貧瘠，影響作物生長(zhǎng)。酸雨得不到地表物質(zhì)的飽和，使得河流、湖泊酸度增高，使水生動(dòng)植物減少甚至絕跡，成為“死湖”。在加拿大，酸雨毀滅了1.4萬(wàn)個(gè)湖泊，另有4000個(gè)也瀕臨“死亡”。1.2酸洗廢氣的處理利用吸收塔處理廢氣已經(jīng)是控制大氣污染的有效控制方法。與傳統(tǒng)的板式塔相比,填料塔具有生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓降小、操作彈性大、持液量小等優(yōu)點(diǎn)。特別是在20世紀(jì)70年代,由于新型填料、新型塔內(nèi)件的開發(fā)應(yīng)用和基礎(chǔ)理論研究

6、的不斷深入,使填料塔的放大效應(yīng)取得了實(shí)質(zhì)性的突破,填料塔在化工企業(yè)得到了很好的應(yīng)用。一、 確定凈化方案1設(shè)計(jì)目的通過對(duì)氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)，初步掌握氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。培養(yǎng)利用已學(xué)理論知識(shí)，綜合分析問題和解決實(shí)際問題的能力，繪圖能力，以及正確使用設(shè)計(jì)手冊(cè)及相關(guān)資料的能力。2設(shè)計(jì)任務(wù)某廠生產(chǎn)用金剛砂，經(jīng)濕式研磨后，需加濃硫酸酸洗處理。加酸時(shí)，有大量蒸汽、酸霧及有害氣體生成，對(duì)車間環(huán)境及工人身體健康造成嚴(yán)重危害。為此，需要對(duì)酸洗產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行治理，以改善車間的環(huán)境及工人的操作條件。要求設(shè)計(jì)的凈化系統(tǒng)效果好、操作方便、投資省，并且達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。3設(shè)計(jì)資料3.1 酸洗工藝特點(diǎn)酸洗

7、時(shí)，工人將預(yù)先裝入金剛砂的700mm的圓筒形料槽，沿酸洗槽前方的軌道，推入酸洗槽位置后，向料槽中加入濃硫酸，并不斷攪拌。酸洗完后，將料槽推出卸料；重新裝入一筒新料進(jìn)行酸洗。故酸洗為間斷操作，加酸后槽內(nèi)溫度可達(dá)100以上。3.2 廢氣特點(diǎn)廢氣成分：近似空氣，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下酸霧含量為3210mg/m3；廢氣溫度：60。3.3 氣象資料氣溫： 冬季：6 夏季：31大氣壓力： 冬季：97.86kPa； 夏季：95.72kPa3.4 酸洗車間工藝布置圖酸洗車間平面圖見圖T01，酸洗車間剖面圖見圖T02。4凈化方案的選取一般的局部排氣凈化系統(tǒng)的基本組成為：集氣罩、風(fēng)管、凈化設(shè)備、引風(fēng)機(jī)、煙囪。1) 集氣罩：集

8、氣罩是用以捕集污染氣流的。其性能對(duì)凈化系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有直接影響。由于污染源設(shè)備結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)操作工藝的不同，集氣罩的形式是多種多樣的。2) 風(fēng)管：在凈化系統(tǒng)中用以輸送氣流的管道稱為風(fēng)管，通過風(fēng)管使系統(tǒng)的設(shè)備和部件連成一個(gè)整體。3) 凈化設(shè)備：為了讓防止大氣污染，當(dāng)排氣中污染物含量超過排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須采用凈化設(shè)備進(jìn)行處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，才能排入大氣。即為該系統(tǒng)中的填料吸收塔。4) 通風(fēng)機(jī)：通風(fēng)機(jī)是系統(tǒng)中氣體流動(dòng)的動(dòng)力設(shè)備。為了防止通風(fēng)機(jī)的磨損和腐蝕，通常把風(fēng)機(jī)設(shè)在凈化設(shè)備之后。5) 煙囪：煙囪是凈化系統(tǒng)的排氣裝置。由于凈化后的煙氣中仍含有一定量的污染物，這些污染物在大氣中擴(kuò)散、稀釋、懸浮或沉降

9、到地面。為了保證污染物的地面濃度不超過環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，煙囪必須具有一定高度。由設(shè)計(jì)資料可知，產(chǎn)生的廢氣主要包括蒸汽、酸霧及有害氣體。采用液體吸收法進(jìn)行凈化?？刹捎每刹捎?NaOH溶液在填料塔中吸收硫酸煙霧。操作情況下，氣相傳質(zhì)系數(shù)液相傳質(zhì)系數(shù)推薦標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下液氣比L/G2.54 L/m3。本次設(shè)計(jì)取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下液氣比L/G=3L/m3該排氣凈化系統(tǒng)如圖1所示，包括酸洗廢氣集氣罩、風(fēng)管、填料塔、引風(fēng)機(jī)、煙囪。酸洗廢氣填料塔(NaOH)引風(fēng)機(jī)煙囪排放集 氣罩圖1 酸洗廢氣處理工藝流程二、 集氣罩的設(shè)計(jì)1. 集氣罩基本參數(shù)的確定集氣罩的罩口尺寸應(yīng)小于罩子所在污染位置的污染物擴(kuò)散的斷面積。如果設(shè)集氣罩連

10、接風(fēng)管的特征尺寸為（圓形為直徑，方形為短邊），污染源的特征尺寸為d，集氣罩距污染源的垂直距離H，集氣罩口的特征尺寸為，集氣罩喇叭口長(zhǎng)度，應(yīng)滿足d0.2,1.0d2.0和Hd0.7（若影響操作，可適當(dāng)增大）和3。如下圖所示：由設(shè)計(jì)資料知：d=700mm,取H=450mm 則：集氣罩下口面積為= 0.88m2集氣罩下口邊高為= 0.47m集氣罩上口直徑擬定為=200mm(>140)則集氣罩喇叭口長(zhǎng)度0.43m校核：=0.286>0.2 1.0<=1.5<2.0 =0.64 =2.15<3校核結(jié)果表明設(shè)計(jì)參數(shù)全部滿足設(shè)計(jì)要求2. 集氣罩入口風(fēng)量的確定（1）冬季 環(huán)境溫度

11、為6，加酸后槽內(nèi)溫度可達(dá)100 T=T1T2(K)=100（6）=106(K) 0.385 m2 =0.327 (kJ/s) 0.113 (m3/s) = 0.495m2 取吸氣罩入口速度=0.8 m/s =0.509 m3/s（2）夏季 環(huán)境溫度為31，加酸后槽內(nèi)溫度可達(dá)100 T=T1T2(K)=10031=69(K) 0.385 m2 0.191 (kJ/s) 0.094 (m3/s) = 0.495m2 取吸氣罩入口速度=0.8 m/s =0.414 m3/s 由于冬季排風(fēng)量大于夏季排風(fēng)量，應(yīng)以冬季排風(fēng)量來計(jì)算，Q=0.509(m3/s)所以，總設(shè)計(jì)流量為=1.527(m3/s)校核管

12、道中風(fēng)速：=12.15 (m/s),符合要求（1020 m/s）上式中 T溫差，K T1料槽溫度, K T2環(huán)境溫度，Kq-熱量流量，kJ/sF-污染源斷面積，m2Q0-熱煙氣流量, m3/sH-集氣罩距污染源的垂直距離，m Q最小吸入風(fēng)量，m3/s 集氣罩罩口面積與污染面積之差，m2 最小吸入速度，0.51.0m/s集氣罩罩口面積m²三、 填料塔的設(shè)計(jì)1. 填料塔參數(shù)確定（1） 擬選用陶瓷鮑爾環(huán)填料的規(guī)格及相關(guān)參數(shù)填料類型工程直徑DN /mm外徑×高×厚d×h×/mm比表面/( m2/m3)空隙率/%個(gè)數(shù)n/m3干填料因子/ m-1陶瓷鮑爾環(huán)

13、填料3838×38×41500.7513400356（2） 計(jì)算泛點(diǎn)氣速uf本設(shè)計(jì)采用5%NaOH溶液為吸收液,。廢氣成分：近似空氣，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下酸霧含量為3210mg/m3 ，溫度為60。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下取液氣比L/G=3L/ m3H2SO4的摩爾比用表示 =0.073% T=（273+t）K=273+60=333K所以: =1.065 kg/ m3 Qv=1.527m3/s=5497.2 m3/h =16.49 m3/h =5854.52 kg/h =17314.5 kg/h =0.094 查表得=0.125 所以=1.98m/s（3） 計(jì)算操作氣速計(jì)算塔徑，并進(jìn)行圓整 =1.

14、2m（4） 利用圓整后的塔徑重新計(jì)算操作氣速u =1.2m/s =60.6%,處于的50%70%內(nèi)，符合要求（5） 校核填料直徑與塔體直徑的比（應(yīng)小于1/81/10） =0.032<(1/81/10),符合要求（6） 校核調(diào)料塔的噴淋密度【當(dāng)填料d<75mm時(shí)，填料的最小潤(rùn)濕率為0.08m3/(m2·h)】。要求L噴>L噴min；L噴min=最小潤(rùn)濕率×填料比表面積=塔截面積 =1.13m2=14.59m3/(m2·h)> L噴min,符合要求2. 填料層高度確定（1） 計(jì)算填料層高度Z由資料可知：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，酸霧含量為3210mg/m3；

15、操作情況下，氣相傳質(zhì)數(shù)液相傳質(zhì)系數(shù) 當(dāng)?shù)囟敬髿鈮簽镻s=734 mmHg=97.86kPa查大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，硫酸煙霧最高允許排放濃度為45mg/m3 所以Y1= y(H2SO4)= 0.073% =0.001% =ln0.073%-ln0.001%=4.29 =1.209 m3/s =194.3kmol =206.9kmol/h 所以填料高度為6.16m（2） 計(jì)算填料塔床層壓降 由上面計(jì)算可得橫坐標(biāo)為：=0.094查表得縱坐標(biāo)為：=0.125在填料塔泛點(diǎn)速度通用關(guān)聯(lián)圖中，根據(jù)橫、縱坐標(biāo)值定出塔的工作點(diǎn)。其位置在p=150mmH2O/m處 由于1mmH2O/m=9.80665Pa 所

16、以填料床層壓力降為：=1471Pa/m（3） 計(jì)算填料塔壓降 則該填料塔得壓降為: =8075.79Pa四、 管網(wǎng)設(shè)計(jì)1 由前面的計(jì)算得到管道流速、設(shè)計(jì)流量分別是V=12.15(m/s) Q=0.509 m3/s則管徑 =0.23m圓整后D管=0.2m所以 =16.21(m/s)在1020ms的范圍內(nèi),符合根據(jù)一般通風(fēng)系統(tǒng)中常用空氣流速，利用薄鋼板為風(fēng)管材料2 凈化系統(tǒng)設(shè)備及管道布置簡(jiǎn)圖。3 根據(jù)各管段的風(fēng)量和選定的流速，確定最不利路線上各管段的斷面尺寸和比摩阻 考慮到除酸器及風(fēng)管漏風(fēng)，管段6、7的計(jì)算風(fēng)量為=5772.06m3/h管道水力計(jì)算表管段編號(hào)流量(m3/h)長(zhǎng)度L/m管徑D/mm流

17、速u/(m/s)局部阻力系數(shù)局部阻力Z/Pa比摩阻Rm/(Pa/m)摩擦阻力Rm.L/Pa管段阻力（Rm+Z）/Pa備注復(fù)核流速u/(m/s)11832.44.75220160.227.2614.590.2117.26阻力不平衡13.4021832.42.25220160.89121.3214.542.73164.0513.4033664.81300150.833.599.211.85111.29阻力不平衡14.4141832.43.752201601.05143.3114.571.21214.5213.4055497.28.1435014 0.3435.496.364.55100.0415.

18、8865772.068400121.41108.123.841.04149.1612.7775772.068400121.95149.533.841.04190.5712.7711832.42001617179.116.233664.82501518250.24除塵器1471 4各管段的局部阻力系數(shù)管段1： 集氣罩一個(gè)：=0.11；90°彎頭一個(gè)（R/D=1.5）, =0.17 合流三通（1-3）根據(jù)F1+F2F3 =30°=0.5=0.54查得 13=-0.08 =0.11+0.17+(-0.08)=0.2管段2：集氣罩一個(gè)：=0.11； 90°彎頭一個(gè)（R/D

19、=1.5）, =0.17 合流三通（2-3）23=0.61。 =0.11+0.17+0.61=0.89管段3： 圓形合流三通（合流35）35=0.03 漸擴(kuò)管一個(gè) =30°=0.8 =0.03+0.8=0.83管段4：集氣罩一個(gè)：=0.11；90°彎頭一個(gè)（R/D=1.5）, =0.17 漸擴(kuò)管一個(gè) =30°=0.8圓形合流三通（合流4-5）45=-0.03 =0.11+0.17+0.8+(-0.03)=1.05 管段5：90°彎頭兩個(gè)（R/D=1.5）, =0.17=0.17+0.17=0.34管段6： 漸擴(kuò)管一個(gè) =30°=0.890

20、76;彎頭三個(gè)（R/D=1.5）, =0.17漸縮管一個(gè)=45°=0.1 =1.41管段7： 漸擴(kuò)管一個(gè) =30°=0.8 傘形風(fēng)帽一個(gè)（排風(fēng)h/D0=0.5）=1.15 =0.8+1.15=1.955.各管段的沿程阻力和局部阻力以及總阻力的計(jì)算。并將結(jié)果列于水力計(jì)算表中。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查得材料制作風(fēng)管的粗糙度表，薄鋼板K=0.150.18，取K=0.15管段1：根據(jù)管道水力計(jì)算表查得Q=0.509m3/s,v=

21、16m/s,L=4.75m d=220mm,Rm=14.5Pa/m因此： Kr=(Kv)0.25=(0.15×16)0.25=1.25校正后， Rm=Kt·Kp·Kr·Rm=1.08×0.97×1.25×14.5=18.99Pa/m則摩擦壓力損失為 PL1=L·Rm=4.75×18.99=90.2Pa 各管件局部壓損系數(shù)為： =0.11+0.17+(-0.08)=0.2則局部壓損： =27.26Pa則該管段總壓損為：P1=PL1+Z=90.2+27.26=117.26Pa管段2：根據(jù)管道水力計(jì)算表查得Q=

22、0.509m3/s,v=16m/s,L=2.25m d=220mm,Rm=14.5Pa/m因此： Kr=(Kv)0.25=(0.15×16)0.25=1.25校正后， Rm=Kt·Kp·Kr·Rm=1.08×0.97×1.25×14.5=18.99Pa/m則摩擦壓力損失為 PL1=L·Rm=2.25×18.99=42.73Pa 各管件局部壓損系數(shù)為： =0.11+0.17+0.61=0.89則局部壓損： =121.32Pa則該管段總壓損為：P2=PL1+Z=42.73+121.32=164.05Pa管段3

23、：根據(jù)管道水力計(jì)算表查得Q=1.018m3/s,v=15m/s,L=1m d=300mm,Rm=9.2Pa/m因此： Kr=(Kv)0.25=(0.15×15)0.25=1.23校正后， Rm=Kt·Kp·Kr·Rm=1.08×0.97×1.23×9.2=11.85Pa/m則摩擦壓力損失為 PL1=L·Rm=1*11.85=11.85Pa各管件局部壓損系數(shù)為： =0.03+0.8=0.83則局部壓損： =99.44Pa則該管段總壓損為：P3=PL1+Z=11.85+99.44=111.29Pa管段4：根據(jù)管道水力計(jì)

24、算表查得Q=0.509m3/s,v=16m/s,L=3.75m d=220mm,Rm=14.5Pa/m因此： Kr=(Kv)0.25=(0.15×16)0.25=1.25校正后， Rm=Kt·Kp·Kr·Rm=1.08×0.97×1.25×14.5=18.99Pa/m則摩擦壓力損失為 PL1=L·Rm=3.75×18.99=71.21Pa 各管件局部壓損系數(shù)為： =0.11+0.17+0.8+（-0.03）=1.05則局部壓損： =143.31Pa則該管段總壓損為：P4=PL1+Z=71.21+143.3

25、1=214.52Pa管段5：根據(jù)管道水力計(jì)算表查得Q=1.527m3/s,v=14m/s,L=8.15m d=350mm,Rm=6.3Pa/m因此： Kr=(Kv)0.25=(0.15×14)0.25=1.2校正后， Rm=Kt·Kp·Kr·Rm=1.08×0.97×1.2×6.3=7.92Pa/m則摩擦壓力損失為 PL1=L·Rm=8.15×7.92=64.55Pa各管件局部壓損系數(shù)為： =0.17+0.17=0.34則局部壓損： =35.49Pa則該管段總壓損為：P5=PL1+Z=64.55+35.4

26、9=100.04Pa管段6：根據(jù)管道水力計(jì)算表查得Q=1.6035m3/s,v=12m/s,L=8.00m d=400mm,Rm=3.8Pa/m因此： Kr=(Kv)0.25=(0.15×12)0.25=1.16校正后， Rm=Kt·Kp·Kr·Rm=1.16×0.97×1.2×3.8=5.13Pa/m則摩擦壓力損失為 PL1=L·Rm=8.00×5.13=41.04Pa各管件局部壓損系數(shù)為： =1.41則局部壓損： =108.12Pa則該管段總壓損為：P6=PL1+Z=41.04+108.12=149.16Pa管段7：根據(jù)管道水力計(jì)算表查得Q=1.6035m3/s,v=12m/s,L=8.00m d=400mm,Rm=3.8Pa/m因此： Kr=(Kv)0.25=(0.15×12)0.25=1.16校正后， Rm=Kt·Kp·Kr·Rm=1.16×0.97