填料吸收塔處理酸性廢氣課程方案環(huán)工鄭英華

個人資料整理 僅限學習使用南京工業(yè)大學課程設(shè)計名稱：大氣污染控制工程題目：酸洗廢氣凈化系統(tǒng)設(shè)計姓名： 鄭英華學院：環(huán) 境學院專業(yè)班級：環(huán)境工程 0902指導老師：周遲駿個人資料整理 僅限學習使用前言隨著人類的發(fā)展，科技不斷創(chuàng)新，在創(chuàng)造經(jīng)濟的同時，對環(huán)境的污染也在不斷加深。人類面臨著諸多環(huán)境災(zāi)難，像全球氣候變暖，水資源匱乏，土地沙漠化以及生態(tài)物質(zhì)的消亡等等。人類賴以繁衍生息的地球正在逐漸失去她原有的美麗和富饒。環(huán)境問題將是 21世紀擺在人類面前最為嚴重的挑戰(zhàn)之一，保護環(huán)境刻不容緩。大氣污染隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化和工業(yè)化的加速，越來越嚴重，特別是當今以煤和石油為主要能源的構(gòu)架，煤的燃燒產(chǎn)生大量的溫室氣體、二氧化硫、顆粒物等，它們不僅會造成嚴重的大氣污染，而且將直接威脅人類的健康乃至生命。西歐，美國，日本等工業(yè)發(fā)達國家大氣污染事件日趨增多，本世紀50-60年代成為公害的泛濫時期，世界上由大氣污染引起的公害事件接連發(fā)生，例如：英國倫敦煙霧事件，日本四日市哮喘事件，美國洛杉磯煙霧事件，印度博帕爾毒氣泄漏事件等等，不僅嚴重地危害居民健康，甚至造成數(shù)百人，數(shù)千人的死亡。本課程設(shè)計是設(shè)計一套關(guān)于處理濃硫酸在酸洗金剛砂時產(chǎn)生的酸霧和有害氣體的裝置系統(tǒng)。人如果吸入大量硫酸蒸汽，會損害上呼吸道以至肺部組織，嚴重時會失去知覺。與硫酸長期接觸會引起皮膚炎癥，經(jīng)常吸入硫酸蒸氣或酸霧會引起呼吸道或支氣道管炎，還有長期吸入硫酸蒸氣會引起牙齒的酸蝕癥，先是失去琺瑯質(zhì)的光澤，繼而露出象牙質(zhì)，而造成缺損，表面變黑。所以對硫酸煙霧的處理非常有必要。該課程設(shè)計包括酸霧的收集裝置，廢氣的處理裝置等過程的設(shè)計。本課程設(shè)計在設(shè)計階段參考了許多相關(guān)資料，還有老師的幫助。但由于是第一次設(shè)計，而且設(shè)計時間較短，難免有一些不足之處，懇請老師批評指出。2018年12月個人資料整理 僅限學習使用目錄 11.1 11.2 31.3 3 42.142.242.2.1 42.2.2 42.352.3.152.3.262.3.382.3.482.482.4.182.4.292.4.392.5132.5.1132.5.2132.6132.6.1132.6.2132.7142.814個人資料整理 僅限學習使用第一章 概述1．1氣態(tài)污染物1、氣態(tài)污染物的分類氣體狀態(tài)污染物是指以分子狀態(tài)存在的污染物，簡稱為氣態(tài)污染物。氣態(tài)污染物種類很多包括無機物和有機物兩種，但大部分為無機氣體。無機氣態(tài)有硫化物<SO2、SO3、H2S等）、含氮化合物<NO、NO2、NH3等）、鹵化物<Cl2、HCL、HF、SiF4等）、碳化合物<CO、CO2等）以及臭氧等。有機氣態(tài)污染物則有碳氫化合物 <烴、芳烴、稠環(huán)烴等）、含氧有機物 <醛、酮、酚等）、含氮有機物 9芳青胺類化合物、腈等）、含硫有機物 <流醇、噻吩、二硫化碳等）、含氯有機物 <氯代烴、氯醇、有機氯農(nóng)藥等）等。直接從污染源排出的污染物稱為一次污染，一次污染物與空氣中原有成分或幾種污染物之間發(fā)生一系列化學或光化反應(yīng)而生成的與一次污染物性質(zhì)不同的新污染物，稱為二次污染物。 在大氣污染中受到普遍重視的二次污染物主要有硫酸霧<Sulfurous smog），光化學煙霧(Photochemical smog >如酸雨<PH<5.6）的大氣降雨。硫酸煙霧是空氣中的二氧化硫等含硫化合物在有霧、重金屬塵或氮氧化合物存在的情況下，發(fā)生一系列化學反應(yīng)而生成的硫酸鹽氣溶膠，光化學煙霧則是在太陽光照下化學反應(yīng)而生成的淡藍色煙霧，其主要成分是臭氧、過氧乙?；跛嶂?lt;PAN）、醛類以及酮類等。2、氣態(tài)污染物的危害空氣中二氧化硫的主要危害是刺激和腐蝕呼吸道黏膜，引起炎癥和氣道阻力增加，繼續(xù)不斷作用會導致慢性鼻咽炎，慢性氣管炎等。根據(jù)世界衛(wèi)生組織3資料，居民長期接觸接近年平均濃度超過 100mg/m的煙塵和二氧化硫；短期接3觸日平均濃度超過 250mg/m的煙塵和二氧化硫，能促使呼吸系統(tǒng)疾病加重，患者病情惡化。大氣中二氧化硫可被氧化成硫酸霧，隨飄塵直接進入肺泡。它的危害作用比二氧化硫大10倍。由二氧化硫排放引起的酸雨污染范圍不斷擴大，已由80年代初的西南局部地區(qū)，擴展至西南，華中，華南和華東的大部分地區(qū)，目前年均降水個人資料整理 僅限學習使用PH值低于5.6的地區(qū)已占全國面積的 40%左右。酸雨和二氧化硫污染危害居民個人資料整理 僅限學習使用康，腐蝕建筑材料，破壞生態(tài)系統(tǒng)，造成了巨大經(jīng)濟損失每年多達200多億元，已成為制約社會經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一。酸雨目前已經(jīng)釀成公害。從近幾年城市大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果來看，雖然煤煙型大氣污染源的治理取得了顯著的效果，但城市大氣環(huán)境整體質(zhì)量卻沒有得到明顯的改善，有些指標的監(jiān)測結(jié)果還呈遞增趨勢，說明大氣污染源的結(jié)構(gòu)在發(fā)生變化。監(jiān)測分析表明，機動車輛排氣型污染已代替煤煙型污染，成為城市主要大氣污染源，并且這一趨勢還將繼續(xù)發(fā)展。汽車尾氣對大城市大氣環(huán)境也造成了嚴重的污染，現(xiàn)在大氣中有害物濃度是1987年的十幾倍，主要污染物是：一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、可吸入顆粒物、碳氫化合物，苯并<a）芘和鉛等。尤其是含有較高濃度的苯并<a）芘和鉛。苯并<a）芘在體內(nèi)是強烈的致癌物質(zhì)。鉛影響造血功能和神經(jīng)功能，特別是影響嬰幼兒、兒童和青少年神經(jīng)和智能的發(fā)育。碳氫化物、氮氧化合物、醛類等污染物，在陽光紫外線作用下相互作用，可以生成光化學煙霧，使毒性加劇。`從以上的分析和實際情況來看，汽車尾氣對環(huán)境造成了嚴重的污染，危害居民健康，尤其對老人、嬰幼兒、心肺疾病患者以及交通警察的身體健康危害更大。有一些氣體列如CO、氟氧烴類等，過去并不視為大氣器污染物加以控制，近年來的研究發(fā)現(xiàn)，它們在全球氣候變化產(chǎn)生重大影響，氟氧烴類氣體破壞臭氧層，過多的CO則使大氣溫度升高，因此現(xiàn)在有也作為大氣污染物限制排放。3、氣體污染物的凈化氣態(tài)污染物的凈化方法有吸收凈化法，吸附凈化法，催化凈化法，燃燒凈化法，冷凝凈化法，生物凈化法，電子束照射凈化法和膜分離法等。吸收凈化法：是利用廢氣中各混合組分在選定的吸收劑中溶解度不同，或者其中某一種或多種組分與吸收劑中活性組分發(fā)生化學反應(yīng)，達到將有害物從廢氣中分離出來，凈化廢氣的目的的一種方法。吸收的基本理論：當采用某種液體處理氣體混合物時，在氣-液相的接觸過程中，氣體混合物中的不同組分在同一種液體中的溶解度不同，氣體中的一種或數(shù)種溶解度大的的組分將進入到液相中，從而使氣相中各組分相對濃度發(fā)生了改變，即混合氣體得到分離凈化，這個過程稱為吸收。個人資料整理 僅限學習使用1.2金剛砂生產(chǎn)工藝特點金剛砂的學名叫碳化硅，外觀黑色，略有金屬光澤，化學性質(zhì)比硅砂穩(wěn)定，因為硬度很高，所以在工業(yè)上常用作「研磨材料」。金剛砂的生產(chǎn)過程需要家濃硫酸酸洗處理，加酸的時候有大量蒸汽、酸霧以及有害氣體生成。1.3金剛砂產(chǎn)生廢氣的成分以及特點1、密度近似空氣。具有刺激性，并對設(shè)備以及建筑具有強烈發(fā)腐蝕性。3、擴散性。酸洗槽以上散發(fā)的氣體具有相對分子量小，溶解性好，不易被顆粒吸附等特點，因此擴散性較強，能與空氣任意比混合。4、陣發(fā)性。酸槽里酸霧的散發(fā)，除正常液面散發(fā)外，還因水蒸汽爆脹而使酸霧具有陣發(fā)性的特點。人如果吸入大量硫酸蒸汽，會損害上呼吸道以至肺部組織，嚴重時會失去知覺。與硫酸長期接觸會引起皮膚炎癥，經(jīng)常吸入硫酸蒸氣或酸霧會引起呼吸道或支氣道管炎，還有長期吸入硫酸蒸氣會引起牙齒的酸蝕癥，先是失去琺瑯質(zhì)的光澤，繼而露出象牙質(zhì)，而造成缺損，表面變黑。個人資料整理 僅限學習使用第二章 說明書2.1 確 定 凈 化 方 案此次設(shè)計擬采用 5%NaOH 溶液<逆流）吸收凈化硫酸煙霧。2.2集氣罩的設(shè)計2.2.1集氣罩基本參數(shù)的確定由設(shè)計資料知：d=1000mm，H'=1200mm，取H=500mm，α=90?則D0=d+0.8H=1000+0.8×500=1400mm罩下口面積為F0××22=0.253.141.4=1.5386(m>罩下口邊高為h1=0.25×=0.31(m>=0.25罩上口直徑擬定為 d0=350mm則罩凈高為校核和 基本符合要求。2.2.2集氣罩入口風量的確定<1）冬季 環(huán)境溫度為-6℃，槽料內(nèi)加酸后溫度可達 100℃，個人資料整理 僅限學習使用取吸氣罩入口速度集氣罩排風量<1）夏季 環(huán)境溫度為31℃，槽料內(nèi)加酸后溫度可達 100℃，集氣罩排風量由于冬季排風量大于夏季排風量，應(yīng)以冬季排風量來計算。校核管道中風速： ，符合要求2.3填料塔的設(shè)計2.3.1填料塔參數(shù)的確定<1）填料的規(guī)格及相關(guān)參數(shù) 本設(shè)計擬選用 50×48×1.8規(guī)格的塑料鮑爾環(huán)填料 <亂堆）。填料參數(shù)為：φ=120m-1, α1=106.4m2/m3(2>計算泛點氣速 本設(shè)計采用質(zhì)量分數(shù)為 5%的NaOH為吸收液<參數(shù)近似取水的參數(shù)）。個人資料整理 僅限學習使用取 液 氣 比 錯誤! =3.5個人資料整理 僅限學習使用因錯誤!=錯誤!，即錯誤!=錯誤!=錯誤!×3.5=2.169所以 錯誤!(錯誤!>0.5=2.169×(錯誤!>0.5=0.0695查埃克特通用關(guān)聯(lián)圖知 錯誤!(錯誤!>μL0.2=0.168吸收液溫度為20℃，μL=1mPa·sΨ=錯誤!=1可得 uf= =3.655(m/s>(3>計算操作氣速u操作氣速為u=0.7uf=0.7×3.655=2.56(m/s>(4>計算塔徑 由于集中處理三個集氣罩的排氣量，則填料塔中的混合氣體體積流量為VG=3Q=3×0.765=2.295(m3/s>填料塔塔徑：D=錯誤!==1.068(m>圓整D=1.2m(查資料得塔徑規(guī)格通常為偶數(shù)如 800mm，1000mm，1200mm，1400mm等>(5>利用圓整后的塔徑重新計算操作氣速 u。U= =2.03(m/s>(6>校核填料直徑與塔體直徑的比 錯誤!=50/1200=0.042< ，符合要求。(7>校核填料塔的噴淋密度當填料d≤75mm時，填料的最小潤濕率為0.08m3/(m·h>，最小噴淋量為L噴min=(MWR>α1=0.08×106.4=8.512[m3/(m2·h>]L噴==15.05m32·噴min，符合要求。/(mh>>L2.3.2填料層高度確定<1）填料層高度的計算 由設(shè)計資料知kGa=144/103×106.4=148.7kmol/(m3·h·atm>(1atm=101325Pa個人資料整理 僅限學習使用kLa=0.7/103×106.4=0.72h-1當?shù)卮髿鈮簆=734/760=0.966(atm>=97879.95Pa入塔氣體中污染物體積含量 y2=y=0.000734出塔氣體中污染物體積含量 y1= ×22.4×0.001=0.0000457則入塔氣體中污染物的分壓pA2=py2=0.966×0.000734=0.000709atm=71.8Pa出塔氣體中污染物的分壓pA1=py1=0.966×0.0000457=0.0000441tm=4.7Pa吸收液中活性組分的臨界濃度 GKP=b錯誤!pA=2× pA=411.429pA填料塔液相進口的臨界濃度CKP1=411.429pA1=411.429×0.0000457=0.0188(kmol/m3>填料塔液相出口的臨界濃度CKP2=411.429pA2=411.429×0.000709=0.292(kmol/m3>液相進口處活性組分的濃度 CB1=錯誤!=1.25(kmol/m3>液相總濃度 CT=1000/18=55.556(kmol/m3>由物料平衡式知 錯誤!(pA－pA1>=－錯誤!(CB2－CB1>得 －錯誤!=錯誤! 即 －錯誤!× =3.5 得CB2=1.229kmol/m3因CKP1<CB1，CKP2<CB2，所以塔中反應(yīng)為界面反應(yīng)。求90℃時氣體的摩爾體積V因V0/T0=V/T，則22.4/273=V/(273+90>，得V=29.785(L/mol>氣體的摩爾流率：G=錯誤!= =270kmol/(m2·h>]液體的摩爾流率：L=3.5×270=945[kmol/(m2·h>]=17010kg/(m2·h>填 料 塔 床 層 高 ： h= =5.15m個人資料整理 僅限學習使用(2>填料塔床層壓降的計算錯誤!(錯誤!>μL0.2××0.2=(>1=0.052查埃克特通用關(guān)聯(lián)圖知：由于前已計算橫坐標為 0.168，查埃克特通用關(guān)聯(lián)圖可知 p’=590(Pa/m>填料塔床層壓降： p=590×5.15=3038.5(Pa>2.3.3填料塔附件選擇<1）選用斜口氣體分布器，進口管直徑 340mm，進口風速 15.70m/s，阻力約500Pa<2）選用柵板支承板，阻力約 200Pa；<3）選用多孔盤管式液體分布器，阻力約 50Pa；<4）選用液封排液裝置；<5）選用折板除霧器，出口管直徑 200mm，阻力約100Pa。2.3.4填料塔總壓降p=3038.5﹢500+200+50+100=3888.5<Pa）2.4管網(wǎng)設(shè)計2.4.1風速和管徑的確定保證管內(nèi)風速在 的范圍內(nèi)，本設(shè)計選用 15.59m/s左右，保證較小的壓力損失，并以此標準選擇管徑，圓整后復(fù)核風速。管徑以400mm為主，只是在填料塔進口位置選用 300mm管徑。個人資料整理 僅限學習使用2.4.2系統(tǒng)布置流程圖2.4.3阻力計算由設(shè)計資料知，混合氣體中污染物濃度為 3210mg/m3,混合氣體溫度為 60℃，冬季大氣壓力為734mmHg(97858.35Pa>混合氣體中污染物體積分數(shù)： y=3.21/98×22.4×10-3=7.34×10-4混 合 氣 體 平 均 分 子 量 ： Mm=M1(1-y>+M2y=29×(1-0.000734>+98×0.000734=29.051<g/mol）混合氣體密度：系統(tǒng)各部分阻力計算如下個人資料整理 僅限學習使用管道1-2-3沿程阻力：根據(jù)d1-2-3=250mm,V1-2-3=15.59m3/h,查“全國通用通風管道計算表”得λ/d=0.075,實際風速15.21m/s,動壓壓頭為125Pa.則<需對查表得到的Rm0進行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL1-2-3=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.075×125×3.065=22.7Pa局部阻力：集氣罩：ξ=0.11，插板閥：ξ=0.1彎頭：90度，R/d=1,由表得ξ=0.23三通：ɑ=45。,F1+F2≈F3,由表得ξ=0.32△P1-2-3=Σξ(ρv^2>/2=(0.11+0.1+0.23+0.32>×125=95Pa管道4-5-3沿程阻力：根據(jù)d4-5-3=250mm,V4-5-3=15.59m3/h,查“全國通用通風管道計算表”得λ/d=0.075,實際風速15.21m/s,動壓壓頭為125Pa.則<需對查表得到的Rm0進行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL4-5-3=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.075×125×0.265=1.2Pa局部阻力：集氣罩：ξ=0.11，插板閥：ξ=0.1彎頭：45。，R/d=1,由表得ξ=0.14三通：由表得ξ=0.59P4-5-3=Σξ(ρv^2>/2=(0.11+0.11+0+0.59>×125=117.5Pa管道3-6沿程阻力：根據(jù)d3-6=350mm,V3-6=15.91m3/h,查“全國通用通風管道計算表”得λ/d=0.048,實際風速15.52m/s,動壓壓為130Pa則.<需對查表得到的 Rm0進行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL3-6=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.048×130×1.63=4.9Pa局部阻力：彎頭：90。，R/d=1,由表得ξ=0.23三通：由表得ξ=0.38△P3-6=Σξ(ρv^2>/2=(0.18+0.38>×130=79Pa管道7-8-6沿程阻力：根據(jù)d7-8-6=250mm,V7-8-6=15.59m3/h,查“全國通用通風管道計算表”得λ/d=0.075,實際風速15.21m/s,動壓壓頭為125Pa.則<需對查表得到的Rm0進行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL7-8-6=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.075×125×1.245=5.7Pa局部阻力：集氣罩：ξ=0.11，插板閥：ξ=0.1彎頭：90。，R/d=1,由表得ξ=0.23,數(shù)量兩個個人資料整理 僅限學習使用45。，R/d=1由表得ξ=0.14三通：由表得ξ=0.82△P7-8-6=Σξ(ρv^2>/2=(0.11+0.46+0.1+0.14+0.82>×125=203.75Pa管道4-3-9沿程阻力：根據(jù)d8-9=420mm,V8-9=15.59m3/h,查“全國通用通風管道計算表”得λ/d=0.038,實際風速16.57m/s,動壓壓頭為148Pa.則<需對查表得到的 Rm0進行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL8-9=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.038×148×5.582=24.8Pa局部阻力：彎頭：90。，R/d=1,由表得ξ=0.23，數(shù)量兩個P8-9=Σξ(ρv^2>/2=0.46×148=68.1Pa管道10-11沿程阻力：根據(jù)d10-11=420mm,V10-11=15.59m3/h,查“全國通用通風管道計算表”得λ/d=0.038,實際風速16.57m/s,動壓壓頭為148Pa.則<需對查表得到的Rm0進行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL10-11=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.038×148×7.705=34.2Pa局部阻力：彎頭：90。，R/d=1,由表得ξ=0.23，數(shù)量三個軟連接：ξ=0.10P10-11=Σξ(ρv^2>/2=0.69×148=116.9Pa管道12-13沿程阻力：根據(jù)d12-13=420mm,V12-13=15.59m3/h,查“全國通用通風管道計算表”得λ/d=0.028,實際風速18.23m/s,動壓壓頭為179Pa.則<需對查表得到的Rm0進行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL12-13=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.028×179×0.36=1.4Pa局部阻力：天圓地方：ξ=0.10△P12-13=Σξ(ρv^2>/2=0.1×179=17.9Pa煙囪沿程阻力：△PL煙囪=3.83Pa局部阻力：ξ=0.6△P12-13=23Pa個人資料整理 僅限學習使用表NaOH溶液<逆流）吸收法凈化硫酸煙霧系統(tǒng)阻力計算局部阻力損失部分 沿程阻力損失部分管段流量直徑動編號/m3·s/mm壓局部阻力系數(shù)局部阻局部阻力沿程阻力-1/Pa力系數(shù)損失/Pa系數(shù)總和集氣罩0.111-2-30.76525012590?彎頭：0.230.76950.075插班閥：0.10三通：0.32集氣罩0.114-5-30.76525012545?彎頭：0.140.94117.50.075插班閥：0.10三通：0.593-61.53035013090?彎頭：0.230.61790.048三通：0.38集氣罩0.117-8-60.76525012590?彎頭<21.63203.750.075個）：0.46插班閥：0.1045?彎頭：0.14三通：0.8290?彎頭<24-3-9 2.295 420 148 個）：0.46 0.46 68.1 0.0389-102.295——吸收塔3888.590?彎頭<3個）：0.6910-112.2954201480.79116.90.038軟連接：0.10—12-132.525420179天圓地方：0.100.1017.90.02850037