大氣課程設(shè)計(jì)

1、大氣課程設(shè)計(jì)目錄一. 概述11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求11.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容1二. 設(shè)計(jì)資料1方案選擇22.1 氣態(tài)污染物處理技術(shù)方法比較22.2 方案選擇4三. 工藝流程4集氣罩的設(shè)計(jì)43.1 集氣罩基本參數(shù)的確定4四. 集氣罩入口風(fēng)量的確定5填料塔的設(shè)計(jì)64.1 填料塔參數(shù)的確定6五. 填料塔高度及壓降的確定9儲(chǔ)液池的設(shè)計(jì)115.1 儲(chǔ)液池尺寸計(jì)算11六. 水泵的選取11管網(wǎng)設(shè)計(jì)126.1 風(fēng)速和管徑的確定126.2 系統(tǒng)布置流程圖12七. 阻力計(jì)算12煙囪設(shè)計(jì)157.1 煙囪高度的設(shè)計(jì)15煙囪進(jìn)出口內(nèi)徑計(jì)算15煙囪阻力計(jì)算168.1 風(fēng)機(jī)的選擇16風(fēng)量與風(fēng)壓16動(dòng)力系統(tǒng)的選擇1

2、7八. 結(jié)論和建議17十.參考文獻(xiàn)17十一.致謝18十二.附錄19一.概述1.1設(shè)計(jì)目的通過(guò)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(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)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。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求對(duì)某化工廠酸洗硫酸煙霧治理設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包括：集氣罩的設(shè)計(jì)、填料塔的設(shè)計(jì)、管網(wǎng)的布置及阻力計(jì)算等，經(jīng)過(guò)凈化后的氣體達(dá)到大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297-1996)中二類(lèi)區(qū)污染源大氣污染物排放限值。具體內(nèi)容包括： 主要設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算； 工藝管道計(jì)算及風(fēng)機(jī)選擇； 繪制治理設(shè)施系統(tǒng)圖及Y型管圖； 編

3、寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。(1) 1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容集氣罩的設(shè)計(jì)填料塔的設(shè)計(jì)儲(chǔ)液池的設(shè)計(jì)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)煙囪的設(shè)計(jì)設(shè)備選型1.4設(shè)計(jì)資料設(shè)計(jì)題：酸洗硫酸煙霧治理設(shè)施已知條件；采用5%NaOH溶液在填料塔中吸收凈化硫酸煙霧；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下硫酸濃度為3000mg/m3,排風(fēng)量為Vg=0.60m3/s。經(jīng)過(guò)凈化后的氣體達(dá)到70mg/m3。方案選擇2.1氣態(tài)污染物處理技術(shù)方法比較表1處理方法對(duì)比處理方法特點(diǎn)適用范圍吸收法溶劑吸收法采用低揮發(fā)性或不揮發(fā)性溶劑對(duì)廢氣進(jìn)行吸收，再利用廢氣分子和吸收劑物理性質(zhì)的差異進(jìn)行分離。吸收劑必須對(duì)去除的廢氣有較大的溶解性，吸收的效果主要取決于吸收劑的吸收性能和吸收設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征。適用于氣態(tài)污

4、染物濃度較周、溫度較低和壓力較周的場(chǎng)合。分析該廠廢氣，適合設(shè)計(jì)要求，可采用吸收法。冷凝法冷凝法利用物質(zhì)適用于廢在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓的這一性質(zhì)，采用降低溫度、提周系統(tǒng)的壓力或者既降低溫度又提高壓力的方法，使處于蒸汽狀態(tài)下的污染物冷凝并與廢氣分離。氣體積分?jǐn)?shù)在10-2以上的有機(jī)蒸汽，不適合處理低濃度的有機(jī)氣體，分析該廠廢氣，該月法運(yùn)行成本高，所以本設(shè)計(jì)不米用冷凝法。吸附法吸附法是當(dāng)廢氣與多孔性固體接觸時(shí)，利用固體表面存在的未平衡的分子吸引力或化學(xué)鍵作用力,把廢氣組分吸附在固體表面的方法。適用于處理高流量，低污染物濃度的污染物，但吸附劑的成本高，不適合本設(shè)計(jì)。燃燒法燃燒法是將有害氣體、蒸汽

5、、液體轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)的過(guò)程。適用于凈化那些可燃的或在高溫情況下可以分解的有害物質(zhì)，具有局限性。2.2方案選擇通過(guò)以上對(duì)四種方案的比較選擇，本設(shè)計(jì)采用吸收法處理硫酸煙霧，即采用5%NaOH液體在填料塔中吸收凈化硫酸霧。凈化設(shè)備為填料塔。操作情況下，氣相傳質(zhì)系數(shù)：kGa144kmol/(m3hatm)(latm101325Pa)；液相傳系數(shù)：S0.7h1Q00.403qHF源230.4030.4240.50.53=0.151m3/s液氣比為：L/G2.54L/m32.3工藝流程集氣罩的設(shè)計(jì)3.1集氣罩基本參數(shù)的確定集氣罩的罩口尺寸應(yīng)不小丁罩子所在污染位置的污染物擴(kuò)散的斷面積。如果設(shè)集氣罩連接風(fēng)管的

6、特征尺寸為d0,(圓形為直徑，方形為短邊)，污染源的特征尺寸為E,集氣罩距污染源的垂直距離H,集氣罩口的特征尺寸為D0,集氣罩喇叭口長(zhǎng)度L,應(yīng)滿(mǎn)足d0/E>0.2,1.(XDo/E<2.0和H/E<0.7(若影響操作，可適當(dāng)增大)和L/d0V3由酸洗槽排風(fēng)量VG=0.60m3/s,可知該廠酸洗處理規(guī)模較小，故采用單個(gè)集氣罩進(jìn)行廢氣收集即可。取E=800mm,H=500mm則：DoE0.8H8000.85001200mm集氣罩下口面積：F0-Dl0.251.21F'F0F1.130.50=0.63m2取吸氣罩入口速度V'=0.8m/s=1.13m24集氣罩下口罩

7、裙高：0.25/F；0.25d-T3=0.27m集氣罩上口直徑擬定為d0=250mm集氣罩喇叭口長(zhǎng)度：L也昱1.2°.25=0.48m22校核：1.0<Ld。d°E50080025080012008000.31250.2=1.5<2.0=0.625<0.70.480.25=1.92<3校核結(jié)果表明設(shè)計(jì)參數(shù)全部滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求3.2集氣罩入口風(fēng)量的確定冬季：環(huán)境溫度為-6C,加酸后槽內(nèi)溫度可達(dá)100CT=T1-T2=100-(-6)=106K0.50m205_05=0.424kJ/s8.98T1.25F36001.258.981063600夏季：環(huán)境溫度為

8、31C，加酸后槽內(nèi)溫度可達(dá)100CT=T1-T2=100-31=69K8.98T1.25Fq36001.258.9869360005一05=0.248kJ/s21Q00.403qHF源*0.4030.2480.50.5耳=0.127m3/s取吸氣罩入口速度V'=0.8m/sQQ0V'F'0.1270.80.63=0.631m3/s由丁冬季排風(fēng)量大丁夏季排風(fēng)量，應(yīng)以冬季排風(fēng)量來(lái)計(jì)算，Q=0.655(m3/s)校核管道中風(fēng)速：V照40.655=13.3(m/s),符合要求(1020m/s)d20.252上式中瀏溫差，KT1料槽溫度，KT2環(huán)境溫度，Kq熱量流量，kJ/sQ0

9、-熱煙氣流量，m3/sQ最小吸入風(fēng)量，m3/sF'集氣罩罩口面積與污染面積之差,m2V'最小吸入速度，0.51.0m/s填料塔的設(shè)計(jì)4.1填料塔參數(shù)的確定填料的規(guī)格及相關(guān)參數(shù)(1)擬選用陶瓷鮑爾環(huán)填料的規(guī)格及相關(guān)參數(shù)表2填料參數(shù)填料類(lèi)型規(guī)格mm尺寸mm比表面積m2/m3孔隙率%堆積個(gè)數(shù)n/m3干填料因子m-1陶瓷鮑爾環(huán)填料中3838沁8>415078%13400356(2)計(jì)算泛點(diǎn)氣速本設(shè)計(jì)采用5%NaOH溶液為吸收液，。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下酸霧含量為3000mg/m3，溫度為60C。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下取液氣比L/G=3L/m3yH2SO422.4100%=0.069%9810003.0M

10、M空1yH2SO4M酸yH2SO42910.069%290.069%29.05T=273+t=273+60=333K所以:PMRT1000101.329.05o-一-5=1.065kg/m38.31433310005%=1050kg/m31Qg=0.655m3/s=2358m3/hQlQg一QgG10000.6553=1.965X10-3m3/s=7.074m3/h1000WgQgg23581.065=2511.3kg/hWlQll7.0741050=7427.7kg/hWlg竺1.065=0.094WGIL2511.31050上式中M混合氣體的分子量Qg氣體流量，m3/s或m3/hQl吸收液

11、流量,m3/s或m3/hWg氣體的質(zhì)量流速，kg/hWl吸收液的質(zhì)量流速，kg/h查埃克特關(guān)聯(lián)圖取P=150mm水柱/m填料20.2UfUl史=0.13ul取1m/s,=0.95Uf0.13gl0.2gUl0.139.81050'.3560.951.065102=1.92m/s上式中Uf泛點(diǎn)氣速,m/s干填料因子，m-1(3)計(jì)算操作氣速u(mài)=0.8Uf=0.81.92=1.54m/s計(jì)算塔徑，并圓整Dt4QgU40.655J=0.74=0.8m1.54(4)重新計(jì)算操作氣速4Qg40.6552一=1.3/s0.8UUf1.3=0.68處丁Uf的50%70%內(nèi)，符合要求1.92(5)校核

12、填料直徑與塔體直徑的比業(yè)竺=0.048<0.1,符合要求Dt1200(6)校核填料塔的噴淋密度當(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minL噴min=最小潤(rùn)濕率X填料比表面積=0.08x150=12m3/(m2-h)22填料塔橫截面積：A=0.50m244QZi°Z4=14.15m3/(m2-h)>L噴min,符合要求A0.504.2填料塔高度及壓降的確定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3000mg/m3;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70mg/m3；操作情況下，氣相傳質(zhì)數(shù)為

13、一_3_一一一kGa144kmol/(mhatm)(latm101325Pa)當(dāng)?shù)囟敬髿鈮喝s=98kPa丫=y(H2SO4)=0.069%丫20.07022.4103100%=0.0016%98NogYi丫2dY廠=ln0.069%-ln0.0016%=3.76YYVVTT22.4333=27.3(L/mol)273QgGVA2358q.、=171.8kmol/(m3-h)27.30.50_G171.8.一ZNog3.76=4.5mKGa144上式中Y1進(jìn)口處氣體中硫酸的摩爾白分比Y2出口處氣體中硫酸的摩爾白分比Nog傳質(zhì)單元數(shù)GKGa傳質(zhì)單元高度，mZ填料層高度,m1. 填料層壓降根據(jù)

14、所取P=150mm水柱/m填料，1mmH20的壓強(qiáng)為9.8Pa填料層壓降為：Pz=150X9.8X4.5=6615Pa填料塔相關(guān)附件的選擇表3填料塔附件表裝置層局度(mm)阻力(Pa)封頭100折板除霧器200100多環(huán)管?chē)娏芷?00多孔盤(pán)式液體再分布裝置30050柵板支承板200斜口氣體分布器400400廢液收集槽400支座2004.填料塔總高度Ht0.10.20.40.34.50.40.40.40.2=6.5m5.填料塔總壓降P100506615200400=7365Pa儲(chǔ)液池的設(shè)計(jì)5.1儲(chǔ)液池尺寸計(jì)算1.設(shè)計(jì)容量(單位時(shí)間內(nèi)的流量減去過(guò)程中的蒸發(fā)量，此處取蒸發(fā)系數(shù)為0.2,單位時(shí)間為1h

15、)7.074=8.85m310.20.82.取儲(chǔ)液池直徑D儲(chǔ)=1.5m,則儲(chǔ)液池高度為:,V儲(chǔ)8.85H儲(chǔ)2=5.0mA儲(chǔ)0.251.55.2水泵的選取1.輸水管的規(guī)格吸收液的輸送采用不易結(jié)垢,水流阻力小，耐腐蝕、高壓的PPR管，直徑取60mm；當(dāng)儲(chǔ)液池內(nèi)水深小丁0.5m時(shí),補(bǔ)充吸收液。則水泵全揚(yáng)程為:H0(Z2Zi)P2Pig22U2U12ghfZ20.20.40.44.50.30.2=6mU2Ql0.25D條管7.074/36000.250.062=0.69m/sU1Ql20.25D27.074/3600=0.001m/s直管段長(zhǎng)度和摩擦系數(shù)都較小，所以直管段阻力損失不計(jì)，彎管R/d=1.

16、5,缶取0.17ca0.6920.17=0.08m22hf'u2hf222所以水泵的全揚(yáng)程為:22H0(60)(00.5)0690.000.08=5.6m29.82.水泵型號(hào)的選擇根據(jù)水泵的全揚(yáng)程和流量，選取IS80-65-160型單級(jí)單吸離心泵，額定軸功率為0.67kW，額定電機(jī)功率為15kW。管網(wǎng)設(shè)計(jì)6.1風(fēng)速和管徑的確定保證管內(nèi)風(fēng)速在1020m/s的范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)采用13.3m/s,保證較小的壓力損失?？紤]到廢氣中含有硫酸酸霧，風(fēng)管采用耐酸合金鋼管，管徑為250mm。6.2系統(tǒng)布置流程圖見(jiàn)附錄6.3阻力計(jì)算1.由4.1.1計(jì)算得混合氣體密度g=1.065kg/m3單位摩擦阻力的修

17、正系數(shù)為:273200825273200825K/0.825/J'y0.825cCCt=()()=0.90297t29760P0.9,980.9KB=()()=0.97P0101.3查得材料制作風(fēng)管的粗糙度表，薄合金板K=0.150.18,取K=0.15025_025_Kr=(Kv)(0.1513.3)=1.182.各管段阻力計(jì)算如下:管段1-2-3沿程阻力損失：根據(jù)di-2-3=250mm,Vi-2-3=13.3m/s,查“全國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表”得單位摩擦阻力Rm=0.836mmH20,則PL123KtKBKrRmL0.900.971.180.8369.80.2=1.7Pa局部阻力

18、損失：集氣罩缶0.11;插板閥缶0.1;90°彎頭，R/d=1.5,務(wù)0.17_21.06513.32(0.110.10.17)=35.8Pa管段3-4-5沿程阻力損失：根據(jù)d3-4-5=250mm,V3-4-5=13.3m/s,查“全國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表”得單位摩擦阻力Rm=0.836mmH20,則Pl345KtKBKrRmL8.44(1.51.70.1)=27.9Pa局部阻力損失:90°彎頭，R/d=1.5,缶0.17，數(shù)量2個(gè)P'3451.06513.32(0.172)2=32.0Pa管段6-7-8沿程阻力損失：根據(jù)d6-7-8=250mm,V6-7-8=13

19、.3m/s,查“全國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表”得單位摩擦阻力Rm=0.836mmH20,則Pl678KtKBKrRmL8.44(3.96.6)=88.6Pa局部阻力損失:90°彎頭，R/d=1.5,缶0.17，數(shù)量3個(gè)P67821.06513.32ccc(0.173)=48.0Pa沿程阻力損失：根據(jù)d8-9=250mm,V8-9=13.3m/s,查“全國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表”得單位摩擦阻力Rm=0.836mmH20,則Pl89KtKBKrRmL8.441=21.1Pa局部阻力損失：天圓地方連接管，=0.1,數(shù)量2個(gè)(0.12)1.06513.32=18.8Pa表4硫酸煙霧凈化系統(tǒng)阻力計(jì)算管段

20、編號(hào)流速.-1/m-s直徑/mm動(dòng)壓/Pa局部阻力損失沿程阻力損失總阻力/Pa備注局部阻力系數(shù)局部阻力損失/Pa單位摩擦阻力/Pa長(zhǎng)度/m沿程阻力損失/Pa1-2-313.325090.5集氣罩0.1135.88.440.21.737.5插板閥0.1090。彎頭0.173-4-513.325090.590。彎頭X20.3432.08.441.527.959.9尸37.5+59.9=97.41.70.15-61.38000.86吸收塔73651=97.4+7365=7462.46-7-813.325090.590。彎頭X30.5148.08.443.988.6136.61=7462.4+136.

21、6=75996.68-913.325090.5天圓地方X20.2018.88.442.021.139.91=7599+39.9=7638.99-107.533030.0煙囪106.11=7638.9+106.1=7745三. 煙囪設(shè)計(jì)7.1煙囪高度的設(shè)計(jì)煙囪的有效源高H為：Hr2Q,0.5r2700.655件.5eu(c0cQJ5(0.10)e-"煙囪的幾何高度Hs為：Hs=H-H<4.6m上式中Q排放源強(qiáng),mg/su煙囪出口處平均風(fēng)速，m/sC0大氣H2SO4環(huán)境目標(biāo)值，mg/m3cb大氣H2SO4背景濃度,mg/m3z垂直擴(kuò)散參數(shù)與橫向擴(kuò)散參y數(shù)之比，0.51.0H-一煙氣

22、抬升高度,m大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB16297-1996中規(guī)定酸洗廢氣排放煙囪不應(yīng)低丁15m,所以本設(shè)計(jì)中煙囪高度取15m。7.2煙囪進(jìn)出口內(nèi)徑計(jì)算煙囪出口處煙氣流速為該處平均風(fēng)速的1.5倍，所以u(píng)s1.5u1.55=7.5m/s4Qg0.5Ds()=0.33mUs為提高煙囪穩(wěn)固性，取煙囪底部外徑為1m。7.3煙囪阻力計(jì)算煙囪抽力2為:1Pc0.0345Hs(273ta0.034515(113)101.31032732027360=21.4Pa上式中H產(chǎn)生抽力的管道高度，mta外部空氣溫度，Ctf計(jì)算管段中煙氣的平均溫度，CB大氣壓力，Pa沿程阻力損失：根據(jù)Ds=330mm,V8-9=7.5

23、m/s,查“全國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表”得單位摩擦阻力Rm=0.220mmH20,則PsKtKBKrRmHS0.90.971.180.2209.815=33.3Pa局部阻力損失：風(fēng)管與煙囪接口，=0.1Ps21.06513.322=94.2Pa煙囪的總壓降P為:PPsPsPc33.394.221.4=106.1Pa風(fēng)機(jī)的選擇8.1風(fēng)量與風(fēng)壓風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q'為:Q'1.1Qg1.123582594m3/h風(fēng)機(jī)風(fēng)壓Pr為：Pr1.1P1.17745=8519Pa8.2動(dòng)力系統(tǒng)的選擇查閱風(fēng)機(jī)手冊(cè)可選用9-19型高壓離心通風(fēng)機(jī)（No5.6）,配套電機(jī)為Y160M1-2，功率為IlkW。主要設(shè)備及構(gòu)筑物四. 結(jié)論和建議本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，便于建設(shè)及管理，適用于單酸洗池，排風(fēng)量為0.6m3/s左右的小型工廠，如酸洗池?cái)?shù)量增加，可增加集氣罩的數(shù)量，并相應(yīng)增加風(fēng)管直徑，適當(dāng)擴(kuò)大填料塔的塔徑及塔高，以保證廢氣處理效果。十.參考文獻(xiàn)1 郝吉明，馬廣大，王書(shū)肖.大氣污染控制工程（第三版）.北京：高等教育出版社.20102 吳忠標(biāo).實(shí)用環(huán)境工程手冊(cè)一一大氣污染控制工程.化學(xué)工業(yè)出版社.20013 童華.環(huán)境工程設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè)出版社.20094 魏先勛.環(huán)境工程設(shè)計(jì)手冊(cè)（修訂版）.湖南科學(xué)技術(shù)出版社.20025 劉天齊.三廢處理技術(shù)手冊(cè)（廢氣卷）.化學(xué)工業(yè)出版社.19996 續(xù)魁昌.分機(jī)