酸洗廢氣凈化系統(tǒng)設(shè)計說明

1、大學市政技術(shù)學院課程設(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)計書山大學市政技術(shù)學院環(huán)境工程系環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)戴苗老師指導(dǎo)設(shè)計，同時在編寫

2、的工程中，得到了廣學的支持與幫助，在此一并表示衷心的感!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51. 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71. 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91. 填料塔參數(shù)確定9（1）擬選用瓷鮑爾環(huán)填料的規(guī)格及相關(guān)參數(shù)9（2）計算泛點氣速uf9（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. 填料層髙度確定11（1）

3、計算填料層高度Z11（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121. 管道流速、設(shè)計流量122. 凈化系統(tǒng)設(shè)備及管道布宜簡圖133. 各管段的斷面尺寸和比摩阻13管道水力計算表134. 各管段的局部阻力系數(shù)145. 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：18（1）匯合點A18（2）匯合點B19五、動力系統(tǒng)選擇191. 風機的確定：192. 與風機標能工況計算203. 動力系統(tǒng)的選擇20六、參考文獻20概述:我國的能源結(jié)構(gòu)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

4、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 引起肺氣腫和肺碩化等疾病而導(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、植被的危害受到酸雨侵蝕的農(nóng)作物，山于葉葉綠素含量降低，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

5、弱枯萎。 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，兒天后 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)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、新型塔件的開發(fā)

6、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)訃 的基本方法。培養(yǎng)利用已學理論知識，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、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)

7、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（p700mm的圓筒形料槽，沿酸洗槽就方的 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，加酸后槽溫度可 達100C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：60Co3.3氣象資料氣溫： 冬季：一6C夏季：31C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T02o4.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

8、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。山于污染源設(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

9、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。山設(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。可采用可采用5%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)kCa = 44kmol/(m3 h = 101325P)液相傳質(zhì)系數(shù)= 0.7/F1推薦標準狀態(tài)下液氣比L/G = 2.54 L/m本次設(shè)計取標準狀態(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

10、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。（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Q,集氣罩喇叭 口長度他，應(yīng)滿足/d0.2,1.00 /d2.0和H/d = 0.25xl.062= 0.88m2集氣罩下口 邊高為 /“ = 0.25 質(zhì)= 0.25x Vo88 = 0.47m集氣罩上口直徑擬定為=200mm（ d0 140）則集氣罩喇叭口長度筆匚今校核：牛二箸也60.2=1060 = 1.52.0700=0.64h. =-43=2.1530.2校核結(jié)果表明設(shè)計參數(shù)全部

11、滿足設(shè)計要求2. 集氣罩入口風量的確定(1)冬季 環(huán)境溫度為一6C,加酸后槽溫度可達100CAT=T1_T2(K)=1OO (6) =106(K)F = 70.12 = 7 兀=0.385 m244=0.327 (kJ/s)_ 8.98AT, 25F _ 8.98 x 106125 x 0.38536003600Q) = 0.403“HF2)了 = 0.403 x(0.327 x 0.45 x 0.385)1 =0.113 (m3/s)F= Fq F = 0.88 0.385 = 0.495m2取吸氣罩入口速度VO.8 m/sQ = 0 + VF= 013 + 0.8 x 0.495 =0.5

12、09 m3/s(2)夏季 環(huán)境溫度為3TC,加酸后槽溫度可達100CAT=T1-T2(K)= 10031 =69(K)F = ml =0.385 m244=0.191 (kJ/s)8.98AT,25F _ 8.98 x 69125 x 0.3853600_3600e0 = 0.403 (c/HF2 F = 0.403 x(0.191 x 0.45 x 0.385 )1 = 0.094 (m3/s)F= Fq F = 0.88 一 0.385 = 0.495m2取吸氣罩入口速度V=0.8 m/sq = Q）+V,F= 0.094 + 0.8x0.495 =0.414 m3/s由于冬季排風量大于夏

13、季排風量，應(yīng)以冬季排風量來計算，Q=0.509（m、/s）所以，總設(shè)計流量為Qv =3（2 = 3 x 0.509 =1.527（m3/s）校核管道中風速：V=- = 4x（）；（）9- = 12.15（m/s）,符合要求（10-20 m/s） 0.2彷上式中AT溫差，KTi料槽溫度，KT2環(huán)境溫度，KQ熱量流量，kj/sF-污染源斷面積，m:Qo熱煙氣流量，m3/sH-集氣罩距污染源的垂直距離，mQ最小吸入風量，m7sF集氣罩罩口面積與污染面積之差，m:V 最小吸入速度，0.51.0m/sF集氣罩罩口面積id三、填料塔的設(shè)計1填料塔參數(shù)確定（1）擬選用瓷鮑爾環(huán)填料的規(guī)格及相關(guān)參數(shù)填料類型工程

14、直徑Dy/mm外徑X高X厚dXhX J /mm比表面o /( nr/ni)空隙 率/%個數(shù)n/m3干填料因了-0/ m瓷鮑 爾環(huán) 填料3838X38X41500. 7513400356（2）計算泛點氣速uf本設(shè)訃采用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/m3，溫度為60C。 標準狀態(tài)下取液氣比L/G=3L/ m317314.5=x5854.52型=0.0941050Jo. 125_0.125x9.81x105056x1222x1.065x0.6= 1.98m/s（3）計算操作氣速u = 0.8 u r = 0.8 x 1.98 = 1.584 n/s

15、訃算塔徑，并進行圓整Dr =4 _ ；4x 1.527mi V l584;r= 1.2mHJSOj的摩爾比用yH表示3 21x22 4yHS() _ x 100%-0.073%八 a98x1000M = M ,(1 -兒,旳)+ M戰(zhàn)=29x(1-0.073%)+29x0.073% = 29.1T= (273+t) K=273+60=333K所以：PM 101.3x29.1, 3pc =1.065 kg/ nrG RT 8.314x333Qv=1.527m3/s=5497.2 m3/h5497.2x3=649 肋hL 10001000a=QvpG =5497 .2x1.065 =5854.52

16、 kg/hL= QlPl = 16.49 x 1050 =17314.5 kg/h(4) 利用圓整后的塔徑重新計算操作氣速u4x3600D24x3600x1.22 7u = 1 2nvsQvtt5497.2/r=xlOO% =60.6%,處于的 50%70%,符合要求 uf 1.98(5) 校核填料直徑與塔體直徑的比(應(yīng)小于1/8-1/10)=-一=0.032(1/81/10),符合要求D 1200(6) 校核調(diào)料塔的噴淋密度【當填料dL噴min；L WF最小潤濕率X填料比表面積二0.08 x!50= 12m 3/(m2 h)塔截面積L;.v = W =14.59m3/(nr h) L 噴 m

17、in,符合要求A 1.132. 填料層高度確定(l)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)kGa = 144kmol / (nr h atm= 101325Pt/)液相傳質(zhì)系數(shù)= o.iir1當?shù)囟敬髿鈮簽镻s=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Yi= y(H2so4)= 0.073%0.045 x 22.4 x 10398xl00%=0. 001%Ng=ln0.073%-ln0.001 %=4.29= 1.209 m3/sPsQvTn _ 97.86x1.527 x

18、273TsPn333 x 101.31.209x3600=43524nf/h4352.4 心=194.3kmol 22.4G =如=竺2 =206.9kmol/hA 1.13r GNog206.9x4.29z -06 =6.16/?z144所以填料高度為616m(2)計算填料塔床層圧降山上面計算可得橫坐標為:I：G7二0. 094查表得縱坐標為:a：叫 Pg=0.125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。其位置在 p，=150mmH2O/m 處由于 1 mmH2O/ m=9.80665Pa所以填料床層壓力降為：150x 9.80665=1471 Pa/m(3)計算填料

19、塔壓降則該填料塔得壓降為：AP = ATM = 1417x5.94 =8075.79Pa四.管網(wǎng)設(shè)計1. 山前面的計算得到管道流速、設(shè)計流量分別是V=125(m/s)Q=0.509 n?/s則管徑12.15/r圓整后D i；=0.2m所以4Q 14x0.509D n l 0.2龍= 16.21(ni/s)在1020m/s的圍，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。-OOO0OOOOO0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C-00000000000003. 根據(jù)各管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

20、及風管漏風，管段6、7的計算風量為H2L=5772.06m3/h 1.05/?管道水力計算表管段編-7IH號流量(m3/h)長 度L/m管徑D/mni流速U/(m/s)局部 阻力 系數(shù)局部 阻力Z/Pa比摩阻Rni/(Pa/m)摩擦 阻力Rm.LVPa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14.41

21、41832.43.752201601.05143.3114.571.21214.5213.4055497.2&14350140.3435.496.364.55100.0415.8865772.068400121.4110&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：=0.11；90 彎頭一個（R/D二 1.5） , r 二0.17合流三通（1-3）根據(jù) Fx+FzFs

22、a =30色=鳴052 1.018220300二0. 54查得 C滬-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二 1.5）,二0.17合流三通（2-3） S尸0.61。=0. 11+0. 17+0. 61=0. 89管段3：圓形合流三通（合流35） g靄二003漸擴管一個a =30 二0.8=0. 03+0. 8=0. 83管段4：集氣罩一個：1=0.11；90 彎頭一個(R/D二 1.5) , g 二0.17 漸擴管一個a =30 0.8 圓形合流三通(合流4-5)15=-0. 03二0 11+0. 17+0. 8

23、+(-0. 03)=1. 05 管段5：90 彎頭兩個(R/D=1.5) , g 二0.17二0. 17+0. 17=0. 34管段6：漸擴管一個a =30 ,0.890 彎頭三個(R/D=l. 5) , r 二0.17漸縮管一個a二45 g =0. 1&= 0.8 + 0.17x3 + 0.1 二 1. 41管段7：漸擴管一個a =30 0.8傘形風帽一個(排風h/D()=0.5) 二1.15二0. 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。Kt=(273+20)/(273+t)-825=(273+20)/(273-6)-825=

24、1.08Kp=(P/101.3)09=(97.86/101.3) 09=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二0. 509n?/s, v二16m/s, L二4. 75m d二220mm, Rm二14. 5Pa/m因此：Kr=(Kv) 25=(0- 15x16)025= 1.25校正后，Rm=Kt-Kp-Kr-Rm=1.08x0.97x1.25x14.5=18.99Pa/m則摩擦壓力損失為產(chǎn)LRm=4.75x18.99=90.2Pa各管件局部壓損系數(shù)為：二0. 11+0. 17+(-0. 08)=0. 2則局部壓

25、損：Z =夕匚=()2-1()65-16-=27.26Pa2 2則該管段總壓損為：ZP|二PZ=90.2+27.26=：117.26Pa管段2 :根據(jù)管 道水力 計 算 表查得Q二0. 509m3/s, v二16m/s, L二2. 25m d二220mm, Rm二14. 5Pa/m因此：Kr=(Kv) 25=(0- 15x16) 25= 1.25校正后，Rm=Kt-Kp-Kr-Rm=1.08x0.97x1.25x14.5=18.99Pa/m則摩擦壓力損失為P/LRm=225x1899=4273Pa各管件局部壓損系數(shù)為：=0. 11+0. 17+0. 61=0. 89n.l 1=1 rr-4.0

26、 r piJ 0.89 X 1 .065 X 16 2f則局部壓損：Z = q = 121.32Pa2 2則該管段總壓損為：P2=ZPZ=42.73+121.32=164.05Pa管段3 :根據(jù)管道水力計算表查得Q二1. 018m3/s, v二15m/s, L二lm d二300mm, Rm二9. 2Pa/m因此：Kr=(Kv 嚴No. 15 x 15嚴5= ).23校正后， Rm=Kt-Kp-Kr-Rm=1.08x0.97x1.23x9.2=11.85Pa/m則摩擦壓力損失為珀二LRm=1 *11.85=11.85Pa各管件局部壓損系數(shù)為：=0. 03+0. 8=0. 83丄口 r pt0.8

27、3 x 1.065 x 152則局部壓損：Z = q =99.44Pa2 2則該管段總壓損為：ZP尸P“+Z=l 1.85+99.44=111.29Pa管段4 ：根據(jù)管 道水力 計 算 表查得Q二0. 509m3/s, v二16m/s, L二3. 75m d二220mm, Rm二14. 5Pa/m因此：Kr=(Kv 嚴 5=(o “J 6)25= 1.25校正后，Rm=Kt-Kp-Kr-Rm=1.08x0.97x1.25x14.5=18.99Pa/m則摩擦壓力損失為ZP滬LRm=3.75x 18.99=71.21 Pa各管件局部壓損系數(shù)為：二0 11+0. 17+0. 8+ (-0. 03)二

28、1. 05n.ir pu 1.05x1.065 xl6? 仆則局部壓損：Z = g 牛 =143.31Pa2 2則該管段總壓損為：AP4二P+Z=71.21 + 143.31 二214.52Pa管段5 :根據(jù)管道水力計算表查得Q二1. 527n?/s, v二14m/s, L二8. 15m d二350mm, Rm=6. 3Pa/m因此：Kr=(Kv 嚴 5=(o. 15 % 14)0.25= ).2校正后， Rm=Kt-Kp-Kr-Rm=1.08x0.97x1.2x6.3=7.92Pa/m則摩擦壓力損失為P/LRm=8.15x792=6455Pa各管件局部壓損系數(shù)為：=0. 17+0. 17=0

29、. 34r pt 0.34 x 1.065 x 142則局部壓損：Z = q 一 =35.49Pa2 2則該管段總壓損為：ZXP5二PL：+Z=64.55+35.49=100.04Pa管段6 :根據(jù)管道水力計算表查得Q二1. 6035m3/s, v二12m/s, L二8. 00m d二400mm, Rm二3. 8Pa/m因此：Kr=(Kv)O25=(0l5x12)025= 1.16校正后，Rm=Kt-Kp-Kr-Rm=1.16x0.97x1.2x3.8=5.13Pa/m則摩擦壓力損失為ZP滬LRm=8.00x5.13=41.04Pa各管件局部壓損系數(shù)為：&=0.8 + 0.17x3 + 0.1

30、=1. 41n.l Arrrr-4.Pl r P111.41 X 1 .065 X 12 ：則局部壓損：Z = q =108.12Pa則該管段總壓損為：APo二PZ=41.04+108.12=149.16Pa 管段7 :根據(jù)管道水力計算表查得Q=l. 6035m3/s, v=12m/s, L=8. 00m d二400mm, Rm二3. 8Pa/m因此：Kr=(Kv)O25=(0l5x12) 25= 1.16校正后，Rm=Kt-Kp-Kr-Rm=1.16x0.97x1,2x3.8=5.13Pa/m則摩擦壓力損失為P/LRm=8.00x5.13=41.(MPa各管件局部壓損系數(shù)為：=0. 8+1. 15=1. 95r plG 1.95 X 1.065