酸洗廢氣凈化系統(tǒng)設(shè)計講解

1、廣州大學(xué)市政技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計課程設(shè)計名稱： 酸洗廢氣凈化系統(tǒng)設(shè)計系部環(huán)境工程系專業(yè)環(huán)境工程技術(shù)班級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”，它對生態(tài)系統(tǒng)的危害已成為舉世矚目的環(huán)境問題。控制大氣中 二氧化硫的含量無疑是當今正在努力的一個問題。 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)境工程技術(shù)專業(yè)戴

2、苗老師 指導(dǎo)設(shè)計， 同時在編寫的工程中， 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！由于時間倉促， 加之設(shè)計者水平有限， 設(shè)計書中不妥之處在所難免， 懇請審 閱老師批評指正。設(shè)計者2013年 6 月 1 日目錄概述一、確定凈化方案 5.1設(shè)計目的 52設(shè)計任務(wù) 53設(shè)計資料 54凈化方案的選取 5二、集氣罩的設(shè)計 7.1. 集氣罩基本參數(shù)的確定 72. 集氣罩入口風量的確定 8三、填料塔的設(shè)計 9.1. 填料塔參數(shù)確定 9（1）擬選用陶瓷鮑爾環(huán)填料的規(guī)格及相關(guān)參數(shù) 9（2）計算泛點氣速 uf 10（3）計算操作氣速 10（4）利用圓整后的塔徑重新計算操作氣速 11（5）校核填料直

3、徑與塔體直徑的比 11（6）校核調(diào)料塔的噴淋密度 112. 填料層高度確定 11（1）計算填料層高度 Z 11（2）計算填料塔床層壓降 12（3）計算填料塔壓降 12四、管網(wǎng)設(shè)計 1.2. 管道流速、設(shè)計流量 122凈化系統(tǒng)設(shè)備及管道布置簡圖 133各管段的斷面尺寸和比摩阻 13管道水力計算表 144各管段的局部阻力系數(shù) 155. 各管段的沿程阻力和局部阻力以及總阻力 166對并聯(lián)管路進行阻力平衡計算： 19（1）匯合點 A 19（2）匯合點 B 19五、動力系統(tǒng)選擇 2.0.1. 風機的確定： 202. 與風機標定工況計算 203動力系統(tǒng)的選擇 20六、參考文獻 2.0.概述：我國的能源結(jié)構(gòu)

4、以煤為主， 是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國。 隨著經(jīng)濟 的快速發(fā)展， 我國因燃煤排放的二氧化硫急劇增加， 所造成的酸雨污染已經(jīng)到了 十分嚴重的程度，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，國外把酸雨稱為“空中死神” 。1.1.1 酸液對人體的危害 酸雨形成硫酸霧所產(chǎn)生的毒性很大， 因為其微?？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。當空氣中含有 0.8 mg/m3硫酸霧時，就 會使人難受致病。1.1.2 對農(nóng)作物、植被

5、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 54%的森林面積遭酸雨侵害，林木衰弱枯 萎。重慶地區(qū) 1982 年一場 pH值達 3.9 的酸雨使上萬畝水稻葉片枯黃， 狀如火烤， 幾天后死亡。1.1.3 對土壤、湖泊的危害 酸雨淋溶土壤中的鈣、鎂、鉀等營養(yǎng)元素，抑制有機物的分解和氮的固定，使土壤貧瘠，影響作物生長。酸雨得不到地表物質(zhì)的飽和，使得河流、湖泊酸度 增高，使水生動植物減少甚至絕跡，成為“死湖” 。在加拿大，酸雨毀滅了 1.4 萬個湖泊，另有 4000 個也瀕臨“死亡”。1.2 酸洗廢氣的處理 利用吸收塔處理廢氣已經(jīng)

6、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。特別是在 20世紀 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) 理論研究的不斷深入 , 使填料塔的放大效應(yīng)取得了實質(zhì)性的突破 , 填料塔在化工 企業(yè)得到了很好的應(yīng)用。確定凈化方案1設(shè)計目的通過對氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)的工藝設(shè)計， 初步掌握氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)設(shè)計 的基本方法。 培養(yǎng)利用已學(xué)理論知識， 綜合分析問題和解決實際問題的能力， 繪 圖能力，以及正確使用設(shè)計手冊及相關(guān)資料的能力。2設(shè)計任務(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，有大量 蒸汽、

7、酸霧及有害氣體生成，對車間環(huán)境及工人身體健康造成嚴重危害。為此， 需要對酸洗產(chǎn)生的廢氣進行治理， 以改善車間的環(huán)境及工人的操作條件。 要求設(shè) 計的凈化系統(tǒng)效果好、操作方便、投資省，并且達到排放標準。3設(shè)計資料3.1 酸洗工藝特點酸洗時，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行酸洗。 故酸洗為間斷操作， 加酸后槽內(nèi)溫度 可達 100以上。3.2 廢氣特點廢氣成分：近似空氣，標準狀態(tài)下酸霧含量為 3210mg/m3； 廢氣溫度： 60。3.3 氣象資料氣溫：冬季：

8、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、風管、凈化設(shè)備、引風機、 煙囪。1) 集氣罩：集氣罩是用以捕集污染氣流的。其性能對凈化系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng) 濟指標有直接影響。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) 風管：在凈化系統(tǒng)中用以輸送氣流的管道稱為風管，通過風管使系統(tǒng) 的設(shè)備和部件連成一個整體。3) 凈化設(shè)備：為了讓防止大氣污染，當排氣中污染物含量超過排放標準 時，必須采用凈化設(shè)備進行處理，達

9、到排放標準后，才能排入大氣。 即為該系統(tǒng)中的填料吸收塔。4) 通風機：通風機是系統(tǒng)中氣體流動的動力設(shè)備。為了防止通風機的磨 損和腐蝕，通常把風機設(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散、稀釋、懸浮或沉降到地面。 為了保證污染物的地面濃度不超過環(huán)境空氣質(zhì)量標準，煙囪必須具有 一定高度。由設(shè)計資料可知， 產(chǎn)生的廢氣主要包括蒸汽、 酸霧及有害氣體。 采用液體吸 收法進行凈化?？刹捎每刹捎?5NaOH 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) kGa 144kmol /(m3 h atm)(latm 10132

10、5 Pa) 液相傳質(zhì)系數(shù) kLa 0.7h 1推薦標準狀態(tài)下液氣比 L/G2.54 L/m3。 本次設(shè)計取標準狀態(tài)下液氣比 L/G=3L/m 3 該排氣凈化系統(tǒng)如圖 1 所示，包括酸洗廢氣集氣罩、 風管、填料塔、引風機、 煙囪。圖 1 酸洗廢氣處理工藝流程二、集氣罩的設(shè)計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散的斷面積。如果設(shè)集氣罩連接風管的特征尺寸為 d0 （圓形為直徑，方形為短邊） ，污染源的特征尺 寸為 d，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 口長度 h2 ，應(yīng)滿足 d0d0.2,1.0 D0d2.0和 Hd140

11、）則集氣罩喇叭口長度 h2 D0 d0 1.06 0.2 0.43m2 2 2校核：d0d200 =0.2860.27001.0D0h1060700=1.52.04 5 0=0.64700h2d00.430.2=2.153校核結(jié)果表明設(shè)計參數(shù)全部滿足設(shè)計要求2. 集氣罩入口風量的確定( 1)冬季 環(huán)境溫度為 6，加酸后槽內(nèi)溫度可達 100T=T1T2(K)=100( 6)=106(K)F 1 d 2 0.724420.385 m28.98 T1.25 F q 36008.98 1061.25 0.3853600=0.327 (kJ/s)1 1 3 Q0 0.403 qHF 2 3 0.403

12、0.327 0.45 0.385 3 0.113 (m3/s)2F F0 F 0.88 0.385 = 0.495m2取吸氣罩入口速度 V =0.8 m/s3Q Q0 VF 0.113 0.8 0.495 =0.509 m3/s2) 夏季 環(huán)境溫度為 31，加酸后槽內(nèi)溫度可達 100 T=T1T2(K)=10031=69(K)21 2 0.722Fd 20.385 m28.98 T 1.25F3600441.250.191 (kJ/s)8.98 691.25 0.385360023Q0 0.403 qHF 2 3 0.403 0.191 0.45 0.385 3 0.094 (m3/s)2F

13、F0 F 0.88 0.385 = 0.495m2取吸氣罩入口速度 V =0.8 m/s3Q Q0 VF 0.094 0.8 0.495=0.414 m /s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， Q=0.509(m3/s)3校核管道中風速：V 42Q 4 0.2509 =12.15 (m/s),符合要求( 1020 m/s) d020.22上式中所以，總設(shè)計流量為 QV 3Q 3 0.509 =1.527(m3/s)T溫差， KT1料槽溫度 , KT2環(huán)境溫度， Kq-熱量流量， kJ/sF-污染源斷面積， m2Q0-熱煙氣流量 , m /sH- 集氣罩距污染源的垂直距離， m

14、Q最小吸入風量， m/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/sF 集氣罩罩口面積 m2三、填料塔的設(shè)計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)工程比表面填料外徑高厚2 3直徑/( m2/m3類型dh /mm空隙率/%個數(shù) 干填料因 n/m3 子 / m-1陶瓷鮑爾環(huán)填料38383841500.751340356DN /mm)2) 計算泛點氣速 uf 本設(shè)計采用 5%NaOH 溶液為吸收液 ,。 廢氣成分：近似空氣，標準狀態(tài)下酸霧含量為 3210mg/m0.125 9.81 10501000 2 356 1.065 0.6321050

15、計算操作氣速u= 0.8uf =0.8 1.98 = 1.584 m/s ，溫度為 60 標準狀態(tài)下取液氣比 L/G=3L/ m3H2SO4的摩爾比用 yH2SO4 表示y H2SO43.21 22.4 100% =0.073%98 1000M M空 1 yH2SO4M酸yH2SO429 1 0.073% 29 0.073% 29.1T=（273+t）K=273+60=333K所以:PMRT101.3 29.18.314 3333=1.065 kg/ m333Qv=1.527m3/s=5497.2 m3/hQLQV G 5 49.27 310 0 0 1 0 003=16.49 m3/hG Q

16、V G 549.72 1.0 6 5=5854.52 kg/hL QL L 16.49 1050 =17314.5 kg/hL GG L17314.5 1.065=0.0945854.52 1050查表得 u fg=0.125uf0.125g L1GuL0.2所以uf=1.98m/sDT4 1.5271.584計算塔徑，并進行圓整=1.2m4) 利用圓整后的塔徑重新計算操作氣速 u224 3600D 2 4 3600 1.22u =1.2m/s QV5497.2u 1.2100% =60.6%,處于 uf 的 50%70%內(nèi)，符合要求 u f 1.98 f5)6)校核填料直徑與塔體直徑的比(應(yīng)

17、小于 1/81/10) d 38=0.032L噴 min；d L 噴 min, 符合要求 A 1.132. 填料層高度確定( 1) 計算填料層高度 Z由資料可知：標準狀態(tài)下，酸霧含量為 3210mg/m3；操作情況下，氣相傳質(zhì)數(shù)3kGa 144kmol /(m3 h atm)(latm 101325Pa )液相傳質(zhì)系數(shù) kLa 0 . 7h 1當?shù)囟敬髿鈮簽?Ps=734 mmHg=97.86kPa 查大氣污染物綜合排放標準，硫酸煙霧最高允許排放濃度為 45mg/m3所以Y1= y(H2SO4)= 0.073%N OGY1Y2dY =ln0.073%-ln0.001%=4.29Y Ye98Y

18、2 0.045 22.4 10 100% =0.001%3=1.209 m3/sPSQVTn97.86 1.527 273QVNVNTSPn333 101.331.209 3600 4352.4 m3/h4352.4 =194.3kmol22.4G QAVN 119.413.3 =206.9kmol/h144Z GNOG 206.9 4.29 6.16mKGa所以填料高度為 6.16m（ 2） 計算填料塔床層壓降由上面計算可得橫坐標為：L G G =0.094G L查表得縱坐標為：uf 2 G f G =0.125 gL在填料塔泛點速度通用關(guān)聯(lián)圖中， 根據(jù)橫、縱坐標值定出塔的工作點 位置在 p

19、=150mmH2O/m 處由于 1mmH2O/m=9.80665Pa 所以填料床層壓力降為： 150 9.80665=1471Pa/m（ 3） 計算填料塔壓降則該填料塔得壓降為 : P P h 1417 5.94 =8075.79Pa四、管網(wǎng)設(shè)計 由前面的計算得到管道流速、設(shè)計流量分別是3V=12.15（m/s） Q=0.509 m3/s則管徑D管4 0.50912.15=0.23m圓整后 D 管=0.2m所以4QD管24 0.5090.22=16.21(m/s)在 1020ms的范圍內(nèi) ,符合 根據(jù)一般通風系統(tǒng)中常用空氣流速，利用薄鋼板為風管材料 2 凈化系統(tǒng)設(shè)備及管道布置簡圖。3 根據(jù)各管

20、段的風量和選定的流速，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管漏風，管段6、7 的計算風量為 5497.2 =5772.06m3/h1.05h管道水力計算表管 段 編 號流量(m3/h)長 度 L/m管徑 D/mm流速 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13.4021832.42.25220160.89121.3214.542.73164.0513.403

21、3664.81300150.833.599.211.85111.29阻 力 不 平 衡14.4141832.43.752201601.05143.3114.571.21214.5213.4055497.28.14350140.3435.496.364.55100.0415.8865772.068400121.41108.123.841.04149.1612.7775772.068400121.95149.533.841.04190.5712.7711832.42001617179.116.233664.82501518250.24除塵器14714各管段的局部阻力系數(shù)管段 1：集氣罩一個： =0

22、.11 ； 90彎頭一個（ R/D=1.5） , =0.17 合流三通（ 1-3 ）根據(jù) F1+F2F3 =30Q2 0.509Q3 1.018F2D2220=0.54查得 13=-0.08=0.11+0.17+（-0.08）=0.2 管段 2：集氣罩一個： =0.11 ； 90彎頭一個（ R/D=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 3 5） 35=0.03 漸擴管一個 =30 =0.8=0.03+0.8=0.83F3D3300管段 4：集氣罩一個： =0.11 ；90彎頭一個（ R/D=1

23、.5） , =0.17漸擴管一個 =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( R/D=1.5 ), =0.17=0.17+0.17=0.34管段 6： 漸擴管一個 =30=0.8 90彎頭三個( R/D=1.5 ), =0.17 漸縮管一個 =45 =0.10.8 0.17 3 0.1=1.41管段 7： 漸擴管一個 =30=0.8 傘形風帽一個(排風 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算。并將結(jié)果列于水力計算表 中。0.82

24、5 0.825Kt=(273+20)/(273+t) 0.825=(273+20)/(273-6)0.825=1.080.9 0.9Kp=(P/101.3)0.9=(97.86/101.3) 0.9=0.97查得材料制作風管的粗糙度表，薄鋼板 K=0.150.18，取 K=0.15管 段 1 ： 根 據(jù) 管 道 水 力 計 算 表 查 得 Q=0.509m3/s,v=16m/s,L=4.75m d=220mm,Rm=14.5Pa/m因此：Kr=(Kv) 0.25=(0.1516)0.25=1.25校正后，Rm=Kt KpKrRm=1.08 0.97 1.25 14.5=18.99Pa/m則摩擦

25、壓力損失為PL1=LRm=4.75 18.99=90.2Pa各管件局部壓損系數(shù)為：=0.11+0.17+(-0.08)=0.222則局部壓損： Z u 0.2 1.065 16 =27.26Pa22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 算 表 查 得 Q=0.509m3/s,v=16m/s,L=2.25m d=220mm,Rm=14.5Pa/m因此：Kr=(Kv) 0.25=(0.1516)0.25=1.25校正后，Rm=Kt KpKrRm=1.08 0.97 1.25 14.5=18.99Pa/m則摩擦壓力損

26、失為PL1=LRm=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：22u2 0.89 1.065 162 Z =121.32Pa22則該管段總壓損為： P2= PL1+Z=42.73+121.32=164.05Pa管 段 3 ： 根 據(jù) 管 道 水 力 計 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=(0.1515)0.25=1.23校正后，Rm=Kt KpKrRm=1.08 0.97 1.23 9.2=11.85Pa/m則摩擦壓力損失為PL

27、1=LRm=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：Z u2 0.83 1.065 152 =99.44Pa22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 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=(0.1516)0.25=1.25校正后，Rm=Kt KpKrRm=1.08 0.97 1.25 14.5=18.99Pa/m則摩擦壓力損失為PL1=LRm=3.75 1

28、8.99=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：Z u2 1.05 1.065 162 =143.31Pa22則該管段總壓損為： P4= PL1+Z=71.21+143.31=214.52Pa管 段 5 ： 根 據(jù) 管 道 水 力 計 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=(0.1514)0.25=1.2校正后，Rm=Kt KpKrRm=1.08 0.97 1.2 6.3=7.92Pa/m則摩擦壓力損失為PL1=LRm=8.

29、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：22u2 0.34 1.065 142Z =35.49Pa22則該管段總壓損為： P5= PL1+Z=64.55+35.49=100.04Pa管段 6：根據(jù)管 道水力 計算表查得 Q=1.6035m3/s,v=12m/s,L=8.00m d=400mm,Rm=3.8Pa/m因此：Kr=(Kv) 0.25=(0.1512)0.25=1.16校正后，Rm=Kt KpKrRm=1.16 0.97 1.2 3.8=5.13Pa/m則摩擦壓力損失為PL1=LRm=8.00 5.13=41.04Pa各管件局部壓損

30、系數(shù)為：0.8 0.17 3 0.1=1.4122則局部壓損： Z u 1.41 1.065 12 =108.12Pa22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=(0.1512)0.25=1.16校正后，Rm=Kt KpKrRm=1.16 0.97 1.2 3.8=5.13Pa/m則摩擦壓力損失為PL1=LRm=8.00 5.13=41.04Pa各管件局部壓損系數(shù)為：=0.8+1.15=1.95則局部壓損：Zu2 1.95 1.065 122 =149.53Pa22則該管段總壓損為： P7= PL1+Z=41.04+149.53=190.57Pa6對并聯(lián)管路進行阻力平衡計算：（1）匯合點 AP1=117.26 Pa P2=164.05PaP2P1P2164.05 117.26164.05=-28.5% 10%為