集氣罩課程設(shè)計(jì)正文

1、目錄1總論.?1.1 大氣污染概述.31.2 設(shè)計(jì)任務(wù).31.2.1 設(shè)計(jì)題目31.2.2 設(shè)計(jì)原始資料31.2.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容以及要求42集氣罩的設(shè)計(jì)42.1 集氣罩的集氣機(jī)理.42.1.1 吸入氣流42.1.2 吹出氣流.52.1.3 吹吸氣流62.2 集氣罩的類型.62.3 吹吸式排氣罩的應(yīng)用注意事項(xiàng).82.4 集氣罩的設(shè)計(jì)方法93集氣罩計(jì)算以及造型.93.1 集氣罩性能參數(shù)及計(jì)算.93.1.1 排風(fēng)量的確定93.1.2 排風(fēng)量的計(jì)算103.1.3 壓力損失的確定.104設(shè)計(jì)計(jì)算及選型.114.1 集氣罩尺寸設(shè)計(jì)114.2 集氣罩排風(fēng)量設(shè)計(jì)計(jì)算.134.3 集氣罩壓力損失的確定.13設(shè)計(jì)小

2、結(jié).13參考文獻(xiàn).14某軍間氣體凈化系統(tǒng)中集氣罩設(shè)計(jì)1總論1.1 大氣污染概述1995年全國燃煤排放的煙塵總量為1478萬噸，其中火電廠和工業(yè)鍋爐排放量占70犯上。在火電廠排放中，地方電廠由于基本上使用的是低效除塵器，噸煤排放煙塵是國家電廠的510倍，其排放量占到電廠總排放量的65%1995年全國工業(yè)粉塵排放量約為639萬噸.其中.鋼鐵生產(chǎn)排塵占總量的15%水泥生產(chǎn)排塵占總量的70%在水泥生產(chǎn)排塵中，地方水泥廠排塵占到80%成為工業(yè)12塵的主要排放源。近年來，鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展迅速口1996年全國鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)污染源調(diào)查結(jié)果表明，1995年全國鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)二氧化硫、煙塵和工業(yè)粉塵排放量分別占當(dāng)年全國工業(yè)二氧化

3、硫、煙塵和工業(yè)粉塵排放瑩的28.2%、54.2%口68.3%。鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)污染物排放已成為我國環(huán)境污染的重要因素。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)1.2.1 設(shè)計(jì)題目某金屬冶煉車間除塵系統(tǒng)的集氣罩設(shè)計(jì)1.2.2 設(shè)計(jì)原始資料氣體中顆粒物占15.0%,允許的排風(fēng)速度最大1.0m/s；車間有2個(gè)，相距10m煙氣粘度：2.4X105pa.s煙氣溫度：20C允許罩內(nèi)最大負(fù)壓：25Pa；允許壓力損失：1000pa煙氣密度：1.18kg/m3煙氣真密度：2.2g/cm3空氣過剩系數(shù)：a=1.4煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：200mg/L環(huán)境溫度：-7C當(dāng)?shù)貧鈮海?00KPa凈化系統(tǒng)布置場(chǎng)地在車間北側(cè)20-25米以內(nèi)1.2.

4、3 設(shè)計(jì)內(nèi)容以及要求根據(jù)煙氣性質(zhì)，選擇設(shè)計(jì)合適的集氣罩，計(jì)算出集氣罩的排風(fēng)量、壓力降并確定排風(fēng)速度，完成除塵、風(fēng)機(jī)、煙囪的位置及管道布置，最后按照工程制圖要求繪制一張集氣罩和系統(tǒng)A3圖2集氣罩的設(shè)計(jì)2.1 集氣罩的集氣機(jī)理集氣罩匯集污染物，是一種流體動(dòng)力學(xué)捕集，因此要對(duì)集氣罩合理設(shè)計(jì)，必須要了解吸氣罩罩口的氣流流動(dòng)規(guī)律。集氣罩口氣流流動(dòng)方式有兩種：一種是吸氣口氣流的吸人流動(dòng)，一種是吹氣口氣流的吹出流動(dòng)。2.1.1 吸入氣流吸入機(jī)理：吸氣口吸氣時(shí)，在吸氣口附近形成負(fù)壓，周圍的空氣從四面八方流向吸氣口，形成吸入氣流或匯流。實(shí)際情況吸口氣流分布特點(diǎn)：1 .外部吸氣罩罩口氣流流動(dòng)規(guī)律速度分布：等速面的

5、形式確定其分布規(guī)律將吸氣口近似視為一個(gè)點(diǎn)匯，等速面是以該點(diǎn)為中心的球面，假設(shè)點(diǎn)匯吸風(fēng)量為Q,等速面的半徑為1、2,相應(yīng)氣流速度為U1、U2,由于通過每個(gè)等速面的風(fēng)量相等，則有Q=4ttr1U1=4ttr2U222于是：u1/u2=(r2/r1)表明吸氣口外氣流速度衰減很快，應(yīng)盡量減少罩口至污染源的距離。圖2-12 .罩口的設(shè)置位置對(duì)氣流分布的影響如果吸氣口設(shè)在墻上，如圖所示，吸氣范圍減少一半，其等速面為半球面，則吸氣口的吸氣量為Q=2rri2Ui=2rr22U22（比較兩式，可見：（1）吸氣速度相同時(shí)，同一距離上Q（懸空設(shè)置的吸氣口）=2Q（有一面阻擋的吸氣口）（2）吸風(fēng)量相同時(shí)，同一距離上u

6、（有一面阻擋的吸氣口）=2u（懸空設(shè)置的吸氣口）3 .吸風(fēng)罩的形式對(duì)氣流速度分布的影響有邊的吸風(fēng)口比無邊的吸風(fēng)口流速衰減慢，實(shí)際等速面為橢圓形。2.1.2 吹出氣流空氣從管口噴出，在空間形成的一股氣流稱為空氣射流.（1）空氣射流的一般特性。如圖2-2所示，這是等溫圓射流的示意圖。管口速度假設(shè)是完全均勻的。M為射流極點(diǎn)，射流中保持原出口速度v。的部分稱為射流核心，速度小于v。的部分稱為射流主體，射流核心消失的斷面BOE稱為過渡斷面，出口斷面至過渡面稱為起始段，過渡斷面以后稱為主體段。圖2-22.1.3 吹吸氣流吹吸氣流是兩股氣流組合而成的合成氣流。在集氣罩設(shè)計(jì)中，利用吹出氣流與吸入氣流聯(lián)合作用來

7、提高所需控制風(fēng)速”的形成，稱為吹吸式集氣罩。注心H4<30,一艇2*日7口>15;口、s較小為好5A0,2m/iHKj較小為好fFi=Oi較好采弭舞濟(jì)世計(jì)方式,使Qi或fQi+Qjfit小。圖2-32.2 集氣罩的類型集氣罩：是煙氣凈化系統(tǒng)污染源的收集裝置，可將粉塵及氣體污染源導(dǎo)入凈化系統(tǒng)，同時(shí)防止其向生產(chǎn)車間及大氣擴(kuò)散，造成污染。形式：(1)按罩口氣流流動(dòng)方式分為：吸氣式和吹吸式；(2)按集氣罩與污染源的相對(duì)位置及適用范圍，可將吸氣式集氣罩分為:密閉罩、排氣柜、外部集氣罩、接受式集氣罩等。密閉罩定義：將污染源的局部或整體密閉起來，在罩內(nèi)保持一定負(fù)壓，可防止污染物的任意擴(kuò)散。特點(diǎn)：

8、所需排風(fēng)量最小，控制效果最好，且不受室內(nèi)氣流干擾，設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先選用。結(jié)構(gòu)形式：局部密閉罩、整體密閉罩、大容積密閉罩(1) .局部密閉罩特點(diǎn)：體積小，材料消耗少，操作與檢修方便；適用：產(chǎn)塵點(diǎn)固定、產(chǎn)塵氣流速度較小且連續(xù)產(chǎn)塵的地點(diǎn)。(2) .整體密閉罩特點(diǎn)：容積大，密閉性好。適用：多點(diǎn)塵源、攜氣流速大或有振動(dòng)的產(chǎn)塵設(shè)備。(3) .大容積密閉罩特點(diǎn)：容積大，可緩沖產(chǎn)塵氣流，減少局部正壓，設(shè)備檢修可在罩內(nèi)進(jìn)行適用：多點(diǎn)源、陣發(fā)性、氣流速度大的設(shè)備和污染源。圖2-4排氣柜排氣柜可使產(chǎn)生有害煙塵的操作在柜內(nèi)進(jìn)行。(1) .結(jié)構(gòu)形式a排氣口在操作口對(duì)面操作口氣流分布較均勻，有害氣體外逸的可能性較小。b、排氣

9、口設(shè)在柜頂氣柜內(nèi)易形成渦操作口上部形成較大進(jìn)氣流速，而下部進(jìn)氣流速較小,流，可能造成有害氣體外逸c、在對(duì)面和頂部同時(shí)設(shè)置排氣口(2) .布置要求：盡量避開門窗和其它進(jìn)風(fēng)口。外部吸（集、排）氣罩定義：通過罩的抽吸作用，在污染源附近把污染物全部吸收起來的集氣罩。特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；但所需排風(fēng)量較大，且易受室內(nèi)橫向氣流的干擾，捕集效率較低。常見形式：頂吸罩、側(cè)面吸罩、底吸罩、槽邊吸氣罩接受式排氣罩.定義：接受由生產(chǎn)過程（如熱過程、機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程）產(chǎn)生或誘導(dǎo)出來的污染氣流的一種排氣罩。特點(diǎn)：罩口外的氣流運(yùn)動(dòng)不是由于罩子的抽吸作用，而是由于生產(chǎn)本身過程產(chǎn)生。類型：a.低懸罩（罩口高度1.5A1/2）

10、b.高懸罩（罩口高度1.5A1/2）A-熱設(shè)備的水平投影面積。(b)圖2-52.3 吹吸式排氣罩的應(yīng)用注意事項(xiàng)（1）當(dāng)接受罩懸掛較高時(shí)，用吹氣射流阻擋橫向氣流（2）采用氣幕控制破碎機(jī)料坑的揚(yáng)塵（3）采用氣幕控制整個(gè)車間的污染源。2.4 集氣罩的設(shè)計(jì)原則集氣罩的設(shè)計(jì)主要包括結(jié)構(gòu)形式以及性能參數(shù)計(jì)算，集氣罩設(shè)計(jì)得合理使用較小的排風(fēng)量就可以有效地控制污染物擴(kuò)散。反之用很大的排風(fēng)量也不一定能達(dá)到預(yù)期的效果，因此設(shè)計(jì)的書畫應(yīng)該注意一下幾點(diǎn)：(1)集氣罩盡可能包圍或靠近污染源，使污染物的擴(kuò)散限制在最小的圍內(nèi)，盡可能減小吸氣范圍，防止橫向氣流的干擾，減小排風(fēng)量。(2)在保證控制污染的條件下，盡量減少集氣罩的

11、開口面積，使風(fēng)量最小。(3)集氣罩的吸氣氣流不允許通過人的呼吸區(qū)在進(jìn)入集氣罩內(nèi)，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮操作人員的位置和活動(dòng)范圍。(4)集氣罩的備置應(yīng)與生產(chǎn)工藝協(xié)調(diào)一致，力求不影響工藝操作和設(shè)備檢修。(5)集氣罩應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固耐用而造價(jià)低，并便于制作安裝和拆卸維修。(6)要盡可能避免或減弱干擾氣流如堂風(fēng)、逆風(fēng)氣流等對(duì)吸氣氣流的影響。3.集氣罩計(jì)算以及造型3.1 集氣罩性能參數(shù)及計(jì)算3.1.1 排風(fēng)量的確定1 .排風(fēng)量的測(cè)定方法集氣罩排風(fēng)量Q(n3/s)，可以通過實(shí)測(cè)罩口的平均吸氣速度v0(m/s)和罩口面積A(m2)確定。Q=v0A0(m3/s)也可以通過實(shí)測(cè)連接罩口上的平均吸氣速度V(m/s)

12、,氣流動(dòng)壓Pd(Pa)或靜壓PS(Pa)及其管道斷面積A(m2)按下式確定。Q=vA=A【(2/p)Pd】1/2(m3/s)Q=(|)A(2/p)PS】1/2(m3/s)3式中：p一氣體自度，kg/m小集氣罩的流量系數(shù)3.1.2 排風(fēng)量的計(jì)算(1)控制速度法指在罩口前污染物擴(kuò)散方向的任意點(diǎn)上均能使污染物吸入氣流流入罩內(nèi)并將其捕集所必須的最小吸氣速度。圖3-12)流量比法把集氣罩排風(fēng)量Q3看作是污染氣流量Q1和從罩口周圍吸入室內(nèi)空氣量Q2之和，即Q3=Q+Q=Q(1+CWQ1)=Q1(1+K)Kv=(Q2/Q1)linitK-為流量比Kv通過實(shí)驗(yàn)研究求出，與污染物發(fā)生量無關(guān)，只與污染源和集氣罩的

13、相對(duì)尺寸有關(guān).3.1.3 壓力損失的確定由于集氣罩罩口處于大氣中，所以該處的全壓等于零.因而集氣罩的壓力損失寫為P=o-P=(Pd+P)=|Ps|-Pd小=(Pd/|Ps|)1/2(|)=1/(1+E)1/2-流量系數(shù)己-壓力損失系數(shù)4設(shè)計(jì)計(jì)算及選型4.1 集氣罩類型設(shè)計(jì)選擇原因：根據(jù)所給數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)易采用外部集氣罩的熱過程上部集氣罩(如下圖所示原因)，是由于車間空間體積較大，需要有較大的收量的集氣罩。對(duì)于外部集氣罩的排風(fēng)量的確定多采用控制速度法，同時(shí)考慮到氣體擴(kuò)散等因素，可適當(dāng)?shù)倪x擇3-5個(gè)普通吹風(fēng)機(jī)安裝在車間以及污染源的周圍，保證污染氣體盡可能的被集氣罩收集。工作機(jī)臺(tái)圖4-101

14、000圖4-2(1)控制點(diǎn)控制速度的確定由題設(shè)條件，經(jīng)查閱文獻(xiàn)2,本設(shè)計(jì)取1m/s。(2)集氣罩排風(fēng)量、尺寸的確定根據(jù)此題假設(shè)H=1m,設(shè)罩口直徑為1m,為保證罩口呼氣速度均勻，集氣罩的擴(kuò)張角不應(yīng)大于60。，本設(shè)計(jì)中取為60。罩口直徑D=1m罩下口面積S=tt*(D/2)2=0.785(m2)罩上口面積S=tt*(d/2)2=0.049(m2)集氣罩高度h=(D-d)/2=375mm=0.375m與集氣罩相連的管道內(nèi)的氣流速度：V1=15.98m/s管道直徑為：250mmV0=1m/s兩個(gè)工作臺(tái)的污染相同，因此，取相同的集氣罩，流量等參數(shù)皆相同。4.2 集氣罩排風(fēng)量設(shè)計(jì)計(jì)算集氣罩的排風(fēng)量Q(m

15、3/s),Q是煙氣流量，Q是空氣流量。可以通過實(shí)測(cè)罩口上的平均吸氣速度V0(m/s)和罩口面積A(m2)確定：K=H/E=1/1=1Q=Qi+Q2=Qi(1+K)=0.784m3/s因?yàn)?個(gè)集氣罩相同，所以集氣罩總的排風(fēng)量為1.568m3/s即：5644.8m3/h;與集氣罩相連的管道內(nèi)的氣流速度：v1=Q/A=1.568/0.049=32m/s檢驗(yàn)：Q=AoVo所以V0=1m/s,符合題意。4.3 集氣罩壓力損失的確定集氣罩的壓力損失Ap一般表示為壓力損失系數(shù)E與直管中的壓力pd之乘積的形式即：Ap=&p此集氣罩的壓損系數(shù)取七=81Afpv2/2(Pa)=0.11X1.18kg/m3

16、X15.98m/s)2/2=16.57Pa.所以總的壓力損失為2Al=33.14Pa<1000P的合題意要求。綜合以上計(jì)算和要求可知，該集氣罩設(shè)計(jì)合理，符合要求。設(shè)計(jì)小結(jié)這次設(shè)計(jì)根據(jù)所給資料，我們最終確定了集氣罩的形狀以及排風(fēng)量和排風(fēng)速度，單個(gè)集氣罩采用外部上置式集氣罩，下口直徑為1m,上口直徑為250mm集氣罩高度為375mm距離污染源高度為1m經(jīng)計(jì)算，排風(fēng)速度為1m/s,排風(fēng)量最終確定為0.784m3/s,壓力損失為16.57Pa,并且經(jīng)過最終驗(yàn)證，我組得出的數(shù)據(jù)基本符合規(guī)定。這次課程設(shè)計(jì)我們從遇到的難題到最終的解決過程，能夠看出我們的成長過程。最初，我們完全不理解課程設(shè)計(jì)所要求我們

17、做的內(nèi)容，然后我們從超星數(shù)字圖書館下載書籍，上網(wǎng)查找資料，然后把收集到的資料拿出來跟同學(xué)們商討設(shè)計(jì)過程與步驟；最后記下大家都不會(huì)的問題去問老師。這是一個(gè)看似簡單的過程，但是過程中我們確實(shí)收獲到了很多。我是設(shè)計(jì)金屬冶煉車間除塵系統(tǒng)的集氣罩的，在設(shè)計(jì)過程中，我首先了解了集氣罩的設(shè)計(jì)原則和集氣罩的類型，其次我學(xué)會(huì)的集氣罩的尺寸設(shè)計(jì)和排風(fēng)量的計(jì)算，最終確定壓力損失和驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。在這些過程中，大部分未知的知識(shí)書上基本可以找到，唯一難的就是壓力損失系數(shù)的確定，因?yàn)檫@個(gè)系數(shù)只能在專業(yè)的書上才能查到，為此我花了一下午的時(shí)間從超星圖書館上尋找這本書，最終將我們組的集氣罩壓損系數(shù)確定下來。這算本次設(shè)計(jì)中最難忘的事情了。最后我想說明一下，雖然我們最初對(duì)此設(shè)計(jì)一點(diǎn)兒都不了解，但是我