酸洗廢氣凈化系統(tǒng)設(shè)計

1、酸洗廢氣凈化系統(tǒng)課程設(shè)計環(huán)工71：xxx 指導(dǎo)老師：xxx摘要：利用吸收塔對酸洗廢氣進行凈化處理。關(guān)鍵詞：酸洗廢氣、吸收塔、管道前言：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?？刂拼髿庵卸趸虻暮繜o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。1.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

2、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

3、。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”。1.1.4對金屬、建筑物的危害酸雨的腐蝕能力很強,大大加速了金屬、建筑物、皮革、油漆、紡織品、橡膠等物質(zhì)的腐蝕速度。德國慕尼黑的古畫廊、科隆大教堂，已被酸雨腐蝕得面目全非。柳州的柳江大橋其金屬結(jié)構(gòu)現(xiàn)在每年要維修一次，而在無酸雨的六十年代

4、三、四年才維修一次。應(yīng)該指出，酸雨和二氧化硫的影響是一個緩慢的過程。因此，目前沿尚不能定量地估算酸雨所造成的損失，有待于進行深入研究和探索。但從客觀上看，酸雨對我國經(jīng)濟發(fā)展的威脅是十分嚴重的，已成為其經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一，一定要引起高度重視，并采取有效的措施，否則酸雨污染范圍會進一步擴大，且危害強度也會加重。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

5、料塔在化工企業(yè)得到了很好的應(yīng)用。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、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，

6、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：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

7、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，不需次啊用凈化設(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復(fù)試，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。喲與凈化后延期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

8、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?naoh溶液在填料塔中吸收硫酸煙霧。操作條件下，氣相分傳質(zhì)系數(shù)kga144 kmol/(m3hatm) 液相分傳質(zhì)系數(shù)kla0.7 h1推薦標準狀態(tài)下液氣比l/g2.54 l/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。酸洗廢氣填料塔（naoh）引風機煙囪排放集 氣罩圖1 酸洗廢氣處理工藝流程依據(jù)的標準：工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生設(shè)計標準 tj 361979大氣污染物排放標準 gb 16297-1996煙囪設(shè)計規(guī)范 gb50051-2002鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 gb50017-20

9、035集氣罩設(shè)計5.1集氣罩選擇空氣污染物在車間的擴散激勵是污染物衣服與氣流運動而擴散的。對與生產(chǎn)過程散發(fā)大車間空氣中的污染物，只要采用合理的同期方式，抗旨住市內(nèi)二次氣流的運動，就可以空盒子污染物的擴散和飛揚，從而達到改善車間內(nèi)外空氣環(huán)境質(zhì)量的目的。局部排氣通風方式，就是在局部污染源設(shè)置集氣罩，將污染氣流捕集起來并經(jīng)凈化裝置凈化后排至室外。這是控制車間污染最常用、最有效的方法。按罩口氣流流動方式可將集氣罩分為兩大類：吸氣式集氣罩和吹吸式集氣罩。利用稀奇氣流不及污染空氣的集氣罩成為吸氣式集氣罩，而吹吸式集氣罩則是利用吹吸氣流來控制污染物擴散的裝置。按集氣罩與污染源的相對位置及合適范圍，還可將吸氣

10、式集氣罩分為密閉罩、排氣鬼、外部集氣罩、接受式集氣罩等。根據(jù)資料中生產(chǎn)工藝可知宜采用外部集氣罩中的上部集氣罩。5.2集氣罩排風量確定本設(shè)計中采用控制速度法的方法來計算集氣罩的排風量?？刂扑俣确ǎ簭奈廴驹瓷l(fā)出的污染物具有一定的擴散速度，該速度隨污染物擴散而逐漸減少。所謂控制速度系指在罩口前污染物擴散方向的任一點上均能使污染物隨吸入氣流iuqu罩內(nèi)捕集所比武的最小吸氣速度。吸氣氣流有效作用范圍內(nèi)的最遠帶你成為控制點?？刂泣c距罩口的距離成為控制距離。根據(jù)工藝設(shè)備及操作要求，由于為700mm的圓筒形，確定集氣罩形狀為900mm的圓形，根據(jù)控制要求安排罩口幾何中心與控制點的距離為500mm。初步設(shè)定控

11、制速度為0.8m/s。具體計算如下：故設(shè)計單個集氣罩的流量為0.509m3/s，總設(shè)計流量為4*0.628=2.036 m3/s。6凈化設(shè)備填料塔設(shè)計算填料塔為連續(xù)接觸式氣、液傳質(zhì)設(shè)備。在圓形塔體的下部，設(shè)置一層支承板，板上充填一定高度的填料。液體有如關(guān)口進入經(jīng)分布器噴淋至填料上，在填料的空隙中流過，并潤濕填料表面形成流動的液膜。液體流經(jīng)填料后由排出管排出。液體在填料層中有傾向于他比的流動，故填料層較高時，常將其分段，兩段之間設(shè)置液體再分布器，以利液體的重新分布，氣體在支承班下方入口管進入塔內(nèi)，在壓強差的推動下通過填料間的空隙有塔的頂部排出管排出。填料層內(nèi)氣、液兩相呈逆流流動，相際間的傳質(zhì)通常

12、是在填料表面的液體與氣相經(jīng)的界面上進行，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。填料塔和板式塔相比，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且具有生產(chǎn)能力大（通量達）、分離效率高、持液量小、操作彈性大、壓強低等特點。通過填料材質(zhì)的選擇，可處理腐蝕性的物料。尤其對于壓強降較低的真空精餾操作，填料塔更是顯示出其優(yōu)越性。但是，填料塔德造價通常高于板式塔，對于含有懸浮物的料液、易聚合的物系則不能適用，而且對于有側(cè)線出料的場合也不大適宜。近年來，國內(nèi)外對填料的研究與開發(fā)進展很迅速，新型高效填料的不斷出現(xiàn)，是填料塔的應(yīng)用更加廣泛 ，直徑達幾米甚至十幾米的大型填料塔在工業(yè)上已非罕見。6.1計算塔徑有資料可知：操作條件下，氣相分傳質(zhì)系數(shù)kga14

13、4 kmol/(m3hatm) 液相分傳質(zhì)系數(shù)kla0.7 h1推薦標準狀態(tài)下液氣比l/g2.54 l/m3填料塔常用的規(guī)整填料，由于分離效率高，空隙率大，持液量小因而操作壓降小等方面的特點，應(yīng)用越來越廣泛，而好的填料如果沒有一個好的液體分布器，也達不到很好的汽液分布效果。選擇填料：塑料鮑爾環(huán) 散裝填料類型：a：00942 其參數(shù)特性如表1所示。表1 塑料鮑爾環(huán)散裝填料的相關(guān)特性填料類型工程直徑dn /mm外徑高厚dh/mm比表面/( m2/m3)空隙率/%個數(shù)n/m3堆積密度/( kg/m3)干填料因子/ m-1鮑爾環(huán)2525250.521390.748300852855%naoh溶液密度為

14、=1.05g/m3,混合氣體的平均密度：=1.060kg/m3, 取l/g3.5 l/m3查表得：取 取整得： 則乏點率： 為提升噴淋密度，取，則乏點率為：則，故選合理。6.2填料層高度有資料可知：標準狀態(tài)下酸霧含量為3210mg/m3操作條件下，氣相分傳質(zhì)系數(shù)kga144 kmol/(m3hatm) 液相分傳質(zhì)系數(shù)kla0.7 h1 則，取，取整得,由鮑爾環(huán)可知h/d=510,取 h/d=5,則h=51.2=6m4m,則不用分段。6.3 填料塔壓降計算由上面計算可得：縱坐標計算得：查表得：則該填料塔得壓降為： 6.4液體分布器的選型高效液體分布器的設(shè)計要求：在設(shè)計填料塔時，通常假設(shè)氣相和液相

15、沿塔截面是均勻分布的，但大量試驗表明，液體在填料層內(nèi)不是呈均勻的柱塞流狀態(tài)，而是由壁流、溝流等橫向流動，這種不均勻的分布會降低塔的分離性能。造成液體不均勻分布的因素很多，除了填料本身固有的對液體的分散特性外，液體分布器則是影響液體分布的關(guān)鍵因素之一。液體在塔截面上的分布點不可能是無限的。對于小孔式分布點，常希望孔數(shù)越多越好。這樣可提高均勻分布程度，但對于一定的液體流量，孔數(shù)越多，則孔徑越小。孔徑過小必然對固體雜質(zhì)敏感，孔易被堵塞，孔數(shù)多反而造成分布不均勻，孔徑的下限應(yīng)視物料中固體顆粒情況而定。填料塔的操作彈性往往不是由填料性能決定，而是由液體分布器的操作彈性決定。連續(xù)操作的填料塔，液體回流量或

16、噴淋量比較穩(wěn)定。通用型液體分布器的操作彈性一般為30%-100%，完全可以滿足操作塔的要求。對于分批精餾塔，在1個操作周期中回流比有大幅變動。多用途塔的被分離物系經(jīng)常變換，回流比或噴淋量變化也很大。這種場合下液體分布器的操作彈性很高，需要進行特殊設(shè)計，否則塔的性能會時好時壞。對于大多數(shù)物系，填料塔的效率除與填料本身的特性有關(guān)外，與液體均勻程度也有很大關(guān)系。除采用高效填料外，還必須有結(jié)構(gòu)合理的塔內(nèi)件，特別是性能良好的液體分布器。良好的液體分布器應(yīng)具備下列特點：液體分布均勻，氣相通過的自由截面大，阻力小，操作彈性大，不易堵塞，不易造成霧沫夾帶和泡沫，制造容易，安裝方面。就液體分布的推動力來講，液體

17、分布可分為壓力型和重力型2大類。液體分布器的選型：該吸收塔氣相負荷大，液相負荷小，可選用槽式液體分布器。槽式液體分布器是一種新型高效液體分布器，其質(zhì)量高低對填料塔的操作影響很大，設(shè)計時應(yīng)該按實際結(jié)論及理論公式進行詳細分析，充分發(fā)揮其布液均勻，操作彈性大的優(yōu)點，以改善填料塔的操作性能。安分布點集合均勻和流量均勻的嚴責，進行布點設(shè)計。結(jié)果為二級槽設(shè)計5道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為100mm，槽高100mm，中心距200mm，給分布嗲采用三角形排列，實際設(shè)計不點數(shù)為n=50點，每根液槽上的不夜店個數(shù)依次為3和4、5和6、7和7、6和5、4和3/，同一側(cè)兩布液點間的距離為150mm。7.管道壓降計算管道

18、內(nèi)氣體流動的壓力損失由兩種，一種是由于氣體本身粘滯性及其與管壁的摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，稱為摩擦壓力損失；另一種是氣體流經(jīng)管道系統(tǒng)中某些局部構(gòu)件時，由于流速大小和方向改變形成渦流而產(chǎn)生的壓力損失，稱為局部壓力損失。摩擦壓力損失和局部壓力損失之和即為管道系統(tǒng)壓力損失，稱為局部壓力損失。7.1逐管段壓損計算如附圖 * 中所示，在各個管道上標注標號及長度。管段1：根據(jù)q1=2444.4m3/h,v=13.9m/s,查環(huán)保設(shè)備設(shè)計手冊中的圓形風管單位長度摩擦距離線算圖（以后簡稱查圖）可得rm=9pa/m,則摩擦壓力損失為各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：集氣罩1：；90彎頭（r/d=1.5）, ；120彎

19、頭（r/d=1.5）, ；30直流三通，。則局部壓損： 則該管段總壓損為： 管段2：根據(jù)q2=2444.4m3/h,v=17.9m/s,查圖可得rm=17pa/m,則摩擦壓力損失為各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：集氣罩2：；90彎頭（r/d=1.5）, ； 30直流三通，（對應(yīng)直通管動壓的局部壓損系數(shù)）。則局部壓損： 則該管段總壓損為： 管段3：根據(jù)q3=2444.4m3/h,v=15.1m/s,查圖可得rm=12pa/m,則摩擦壓力損失為各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：集氣罩3：；90彎頭（r/d=1.5）, ；120彎頭（r/d=1.5）, ；30直流三通，。則局部壓損： 則該管段總壓損為

20、： 管段4：q4=q1+q2=4888.8 m3/h,v=14.2m/s,查圖可得rm=7pa/m, 則摩擦壓力損失為各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：30直流三通，；30直流三通，。則局部壓損： 則該管段總壓損為： 管段5：q5=q4+q3=7329.6 m3/h,v=16.3m/s,查圖可得rm=7pa/m,則摩擦壓力損失為各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：90彎頭（r/d=1.5）4個, ；30直流三通，；進入填料塔，（估算）；填料塔壓降為6082pa。則局部壓損： 則該管段總壓損為： 管道6：q6=q5=7329.6 m3/h,v=16.3m/s,查圖可得rm=7pa/m,則摩擦壓力損失為

21、各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：90彎頭（r/d=1.53個, ；進入風機，（估算）。則局部壓損： 則該管段總壓損為： 管道7：q7=q6=7329.6 m3/h,v=16.3m/s,查圖可得rm=7pa/m,則摩擦壓力損失為各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：風機出口，（估算），傘形風帽（h/d=1.5），。則局部壓損： 則該管段總壓損為： 7.2并連管路壓力平衡計算節(jié)點一：故該節(jié)點壓力平衡。節(jié)點二：故該節(jié)點壓力平衡。7.3凈化系統(tǒng)總壓力損失 把上述解鎖填入表2管道計算表中。表2 管道計算表管段編號流量/管長/管徑/流速/動壓/比摩阻/摩擦壓損/局部壓損系數(shù)局部壓損/管段總壓損/管段壓損累計/12444.43.625013.9116.0932.40.7485.9118.322444.41.