环保设备原理与设计.docx

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环保设备原理与设计

第一章绪论

1.1空气SQ2污染状况

目前我国城市大气污染状况仍然十分严重。

2002年，在国家监测的343个城市中，达到或优于国家空气质量二级标准、达到三级标准和劣于三级标准的城市约各占三分之一。

二氧化硫平均浓度未达到国家空气质量二级标准的城市约占22%，其中，超过国家空气质量三级标准的城市约占8%；南方地区酸雨污染较重，酸雨控制区内90%以上的城市出现了酸雨。

以煤为主的能源消费结构以及工业结构和布局的不尽合理，造成60%以上的城市大气总悬浮颗粒物超标，二氧化硫污染保持在较高水平的煤烟型污染；城市机动车尾气排放污染物增加，使氮氧化物污染加重，形成了城市煤烟和交通复合型污染。

进入上个世纪90年代以来，我国国民经济以年10%左右的速度增长，二氧化硫、烟尘、工业粉尘等大气污染物排放总量也随之增加，1995年达到最高水平。

1995年全国二氧化硫排放总量达到2370万，比1990年增加了875万t，排放总量超过欧洲和美国，居世界第一位。

1995年以来由于国家对二氧化硫等主要污染物的排放实施总量控制和经济结构调整，污染物排放总量已有所减少。

2002年全国二氧化硫排放总量为1927万t，比1995年减少了443万t。

其中约60%的二氧化硫排放量来自国家划定的酸雨控制区和二氧化硫污染控制区（简称“两控区”）。

据专家测算，我国大气中二氧化硫浓度达到国家空气质量二级标准时的环境容量为1200万t，2002年二氧化硫的实际排放量超过环境容量的60%。

二氧化硫污染已使我国近三分之一国土面积再现酸雨，成为世界三大酸雨区之一。

我国燃煤带来的大气污染，特别是二氧化硫污染，造成了巨大的经济损失，严重影响了国民经济的发展和人民群众的正常生活。

1.2SQ2的危害

二氧化硫是造成空气污染的主要物质之一，对人体健康危害很大。

我国已将二氧化硫列为一种主要的法规控制空气污染物，并将大气中二氧化硫的浓度水平作为评价空气质量的一项重要指标

1.对人体和哺乳动物的危害

（1）SQ2对组织器官的损伤：

对肺、心血管、脑和神经组织、肝肾以及生殖器官的损伤。

（2）SQ2对遗传物质的损伤：

SQ2是不需要体内代谢转化的、直接的细胞染色体断裂剂和遗传毒性因子，长期接触低浓度SQ2有引起接触人群体内细胞遗传物质损伤的潜在危险。

2.对植物的危害

⑴因H+降低细胞pH产生的伤害：

因SQ2导致细胞pH下降会引起气孔关闭，使叶绿素变成脱镁叶绿素等。

⑵因SO32「和HSQ3-的直接作用产生的伤害：

可能与二硫化物反应切断双硫钝化。

⑶因SO32「和HSO3-而产生的间接毒害作用：

与代谢中间产物醛或酮起反应；形成自由基产生危害。

3.对生态环境的危害形成酸雨，改变土壤、水体的酸性。

酸雨的危害是多方面的，它对人体健康、生态系统和建筑设施都有直接和潜在的危害。

酸雨还可以使农作物大幅度减产，特别是小麦、大豆、蔬菜等均容易受到酸雨的危害，导致蛋白质含量和产量下降。

酸雨对森林的影响在很大程度上是通过使土壤的物理化学性质恶化造成的。

1.3SO2的治理

1.3.1SQ2的治理原理

为防止二氧化硫的有害影响.大多数国家把大气中的二氧化硫浓度控制在0.05PPM以下，超过这个数值就认为构成了大气污染，必须采取防治措施，以降低其浓度，目前采取的有效途径一般有如下几种：

一是采用低硫燃料：

此种措施是减少二氧化硫排放的有效途径之一，一些较发达的国家规定了燃料的最高含硫量，但烟气仍需通过脱硫净化方可达标排放。

二是高烟囱排放：

该措施能降低二氧化硫的当地排放绝对量，但没有从根本上解决二氧化硫对大气的污染。

高空中的二氧化硫与日光和湿气作用，使降雨的PH值增加，形成酸雨。

三是燃料脱硫：

低硫燃料来源困难，价格高，全国正积极进行燃料的直接脱硫研究，但是煤中有机硫脱出的方法还不太成熟。

四是燃烧脱硫：

在燃料燃烧过程中加入脱硫剂脱除硫份，比较成熟的技术有：

循环硫化床燃煤锅炉燃烧脱硫二氧化硫，在850C的温度下，脱除炉膛中的二氧化硫气体；另一种方法是在燃料中加入脱硫剂，燃料与脱硫剂一起燃烧，当硫从煤中析出时，即被脱硫剂捕获，达到脱硫目的。

以上两种方法缺点是脱硫效率低，烟气仍需净化。

五是烟气脱硫：

在诸多脱硫方法中，烟气脱硫是目前最主要和最有效的治理方法，烟气中的硫主要是以二氧化硫的形态存在的，对大气中的二氧化硫的防治，应以烟气脱硫为主。

烟气脱硫大体可分为两类。

一类是湿法：

使用液体吸收剂对烟气洗涤的方法；二类是干法：

用粉状（或少量液体）吸收剂、吸附剂喷入烟气中来脱除二氧化硫。

湿法脱硫，其主要优点是脱硫除尘一体，设备简单，投资少，脱硫效率高，对操作技术要求不高。

1.3.2SQ2的治理方法

本设计是要净化净化含有二氧化硫的空气，使其达到排放标准，即烟气脱硫。

湿法烟气脱硫是目前烟气脱硫的主要方法，目前常用的方法有石灰石—石灰法、氨法、双碱法、海水烟气脱硫以及镁法烟气脱硫。

湿法脱硫，其主要优点是脱硫除尘一体，设备简单，投资少，脱硫效率高，对操作技术要求不高。

则本设计采用湿法脱硫。

设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省在该填料塔中，混合空气经风机由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。

经吸收后的气体由塔顶排除，吸收了二氧化硫的水沿塔的下端流出。

第二章吸收净化工艺设计概述

2.1吸收概述

吸收是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶解度或者化学反应活

性不同而将混合物分离的一种方法。

吸收净化法具有效率高、设备简单等特点，广泛应用于气态污染物的控制之中，它不仅是减少或者消除气态污染物向大气排放的重要途径，而且还能将污染物转化为有用的产品。

吸收过程可以分为物理吸收和化学吸收两种类型。

若溶质与吸收剂之间没有化学反应，而只靠溶质在吸收剂中的物理溶解度，则被吸收时称为物理吸收。

若溶质靠化学反应与吸收剂相结合，则被吸收时称为化学吸收。

物理吸收时，溶质在溶液上方的分压力较大，而且吸收过程最后只能进行到溶质在气相的分压力略高于溶质在溶液上方的平衡分压为止。

化学吸收时，若为不可逆反应，溶液上方的溶质平衡分压极小，可以充分吸收；若为可逆反应，溶液上方存在明显的溶质平衡分压力但比物理吸收时小很多。

工业生产中，化学吸收要比物理吸收用得多。

大气污染问题常具有废气量大、污染物浓度低、气体成分复杂和排放标准要求高等特点，通常的物理吸收难以满足上述要求，因此大多采用化学吸收。

与物理吸收相比，化学吸收使吸收推动力增大。

总吸收系数增大，吸收设备的有效接触面积增大，能满足处理低浓度气态污染物的要求。

吸收操作的特点：

（1）吸收操作通常在低温高压下进行；

（2）吸收操作是变温过程；

（3）黏度及吸收系数影响吸收效率；

（4）解吸操作在高温低压下进行；

（5）闪蒸过程。

2.2吸收净化设备类型与选择

2.2.1吸收净化设备的类型

由于气液两相界面的状况对吸收过程有着决定性的影响，吸收设备的主要功能就在于建立最大的并且能迅速更新的相接触表面。

根据气液两相界面的形成方式，吸收设备可分为表面吸收器、鼓泡式吸收器和喷洒吸收器3大类。

表面吸收器的两相界面是静止的液面或者流动的液膜表面，属于这类吸收器的有表面吸收器、液膜吸收器、填料吸收塔和机械膜式吸收器。

鼓泡式吸收器的特点是气体以气泡形式分散于吸收剂中，属于此类的吸收器有泡罩吸收塔、湍球塔、泡沫吸收塔、板式吸收器和带有机械搅动的吸收器。

喷洒吸收器中，液体以液滴形势分散于气体中。

这类吸收器主要有喷淋塔、高气速并流喷洒吸收器和机械喷洒吸收器等。

在大气污染净化中，因为气体量大而浓度低，所以常选用以气相为连续相、湍流程度高、相界面大的吸收设备，最常用的是填料塔，其次是板式塔，才外还有喷淋塔和文丘里吸收器。

（1）填料塔

填料塔以填料作为气液接触的基本构件。

塔体为直立圆筒，筒内支承板上堆放一定高度的填料。

气体从塔底送入，经过填料间的空隙上升。

吸收剂自塔顶经喷淋装置均匀喷洒，沿填料表面下流。

填料的润湿表面就成为气液连续接触的传质表面，净化气体最后从塔顶排出。

波纹填料塔：

效率较高，操作弹性大，便于处理腐蚀性物料。

湍球塔：

气流速度高，处理能力大；设备体积小，吸收效率高；还可以同事对含尘气体进行除尘；由于填料剧烈的湍动，一般不易被固体颗粒阻塞。

常勇于处理含颗粒物的气体或者液体以及可能发生结晶的过程。

（2）板式塔板式塔通常由一个呈圆柱形的壳体及沿塔高按一定间距水平设置的若干层

塔板所组成。

操作时，吸收剂从塔顶进入，依靠重力作用由顶部逐板流向塔底排出，并且在各层塔板的板面上形成流动的液层；气体由塔底进入，在压力差的推动下，由塔底向上经过均匀在塔板上的开孔，以气泡形式分散在液层中，形成气液接触界面很大的泡沫层。

气相中部分有害气体被吸收，未被吸收的气体经过泡沫层后进入上一层塔板，气体逐板上升与板上的液体接触，被净化气体最后由塔顶排出。

旋流板塔：

目前用于除尘脱硫，除雾中效果良好。

筛板塔：

大气污染控制。

（3）特种接触塔型在这种塔型中，气体为连续相，液体以液滴形式分散于气体中形成气液接触界面。

喷淋塔：

结构简单、造价低廉、气体压降小。

且不会堵塞，目前广泛应用于湿法脱硫系统中。

喷射吸收器：

气体不需风机输送、气体压降小。

机械喷洒吸收器：

效率高，压降低，适合于用少量液体吸收大量的气体。

文丘里吸收器：

体积小，处理能力大。

适用于气量较小的场合。

2.2.2吸收净化设备的选择

填料塔为连续接触式的气、液传质设备。

它的结构为：

在圆筒形塔体的下部，设置一层支承板，支承板上充填一定高度的填料。

液体由入口管进入经过分布器喷淋至填料上，在填料的空隙中流过，并润湿填料表面形成流动的液膜。

液体经过填料后由排出管取出。

液体在填料层中有倾向于塔壁的流动，故填料层较高时，常将其分段，两段之间设置液体再分布器，以利液体的重新均布。

气体在支承板下方入口管进入塔内，在压强差的推动下，通过填料间的空隙由塔的顶部排出管排出。

填料层内气、液两相呈逆流流动，相际间的传质通常是在填料表面的液体与气相间的界面上进行，两相的组成沿塔高连续变化。

填料塔和板式塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大（通量大）、分离效率高、持液量小、操作弹性大、压强降低等特点。

通过填料材质的选择，可处理腐蚀性的物料。

尤其对于压强降较低的真空精馏操作，填料塔更显示出其优越性。

但是，填料塔的造价通常高于板式塔，对于含有悬浮物的料液、易聚合的物系则不能适用，而且对于有侧线出料的场合等也不大适宜。

近年来，国内外对填料的研究与开发进展很迅速，新型高效填料的不断出现，使填料塔的应用更加广泛，直径达几米甚至十几米的大型填料塔在工业上已非罕见。

2.2.3吸收净化设备的确定

填料塔的气液接触时间、液气比均可在较大范围内调节，而且结构简单、压力降小。

过去由于填料结构及塔内构件不够完善,填料塔大多局限于处理腐蚀性气体或者不适宜安装塔板的小直径塔。

近年来由于填料结构的改进，新型高效、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离能力，又保持了压力降小及性能