大气污染课程设计Word文件下载.docx
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6.刘天齐主编，《三废处理工程技术手册-废气卷》，化学工业出版社，1999；
7.郭东明主编，《脱硫工程技术与设备》，化学工业出版社，2007；
8.《环境保护设备选用手册-大气污染控制设备》，化学工业出版社，2002.5
指导教师签字
教研室主任签字
年月日
学生姓名：
学号：
专业班级：
课程设计题目：
某铝厂H2S废气治理
指导教师评语：
成绩：
指导教师：
年月日
前言
铝厂产生的废气直接排入大气，会造成大气污染，需要采取适当的方式和方法去使排放的大气符合排放标准。
近年来，工业废气所排放的大量污染物是造成我国严重大气污染的最重要的原因。
工业废气指企业厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中产生的各种排入空气的含有污染物气体的总称。
这些废气有：
二氧化碳、二硫化碳、硫化氢、氟化物、氮氧化物、氯氯花氢、一氧化碳、硫酸（雾）、铅、汞、铍化物、烟尘及生产性粉尘，排入大气，会污染空气。
这些物质通过不同的途径呼吸道进入人的体内，有的直接产生危害，有的还有蓄积作用，会更加严重的危害人的健康。
废气污染和生态环境恶化已成为经济发展的制约因素，保护大气环境是实施可持续发展的必由之路。
常用的废气处理方法有废气燃烧法、废气液体吸收法、废气活性炭吸附法。
燃烧法只适用于净化那些可燃有害组分浓度较高的废气，或者是用于净化有害组分燃烧时热值较高的废气；
采用吸附法时，当有机废气中含有易燃气体时，由于吸附过程中会产生热量，因此存在安全隐患，因此，吸附法要依据有机废气的性质合理采用。
由于该工厂产生的恶臭气体主要是H2S，而目前硫化物的处理多采用半干法或湿法，所以经比较，选择吸收法，选用高效雾化吸收异味气体处理工艺，它在实际的废气处理工程中也取得了显著环境效益和经济效益。
课程设计说明书
第一章概述
1.1设计依据和采用的标准和规范
（1）恶臭污染物排放标准GB14554-93
（2）简明通风设计手册
（3）大气污染控制工程设计手册
1.2设计范围
计算污染源强、
排放量，净化方法的比较和选择，选择适当的净化处理装置，确定净化装置类型、规格，确定装置的位置及管道布置，绘制工艺流程图和平面图。
1.3设计原则
根据环境治理与综合整治为指针，根据技术先进可靠，经济合理的原则进行总体和各单元构筑物的设计。
1.4排气概况及自然条件
某铝厂生产中产生废气量3300m
/h，.废气组成
4.7％，操作温度112℃，蒸汽含量29.8％，排气压力：
现设计废气净化系统，对废气的
进行净化，使其满足《恶臭污染物排放标准GB14554-93》二级标准。
按照恶臭污染物排放标准GB14554-93，现有项目执行恶臭污染物厂界二级标准。
因此，本设计所以选择污染物的排放浓度为：
H2S0.10mg/m3。
表1-1恶臭污染物厂界标准值
序号
控制项目
单位
一级
二级
三级
新扩改建
现有
1
氨
mg/m3
1.0
1.5
2.0
4.0
5.0
2
三甲胺
0.05
0.08
0.15
0.45
0.80
3
硫化氢
0.03
0.06
0.10
0.32
0.60
4
甲硫醇
0.004
0.007
0.010
0.020
0.035
5
甲硫醚
0.07
0.55
1.10
6
二甲二硫
0.13
0.42
0.71
7
二硫化碳
3.0
8.0
10
8
苯乙烯
7.0
14
19
组成物质的浓度计算：
的浓度=3300m
/h×
5.07﹪=167.31m
90.23％=2977.59m
4.7％=155.1m
/h。
第二章废气处理工艺设计
2.1处理工艺的确定
2.1.1废气处理工艺的比较
常用的废气处理方法有废气燃烧法、废气液体吸收法、废气活性炭吸附法。
燃烧法：
只适用于净化那些可燃有害组分浓度较高的废气，或者是用于净化有害组分燃烧时热值较高的废气。
由于有机气态污染物燃烧氧化的最终产物是CO2和H2O，因而使用这种方法不能回收到有用的物质，但由于燃烧时放出大量的热，使排气的温度很高，所以可以回收热量。
目前，在实际中使用的燃烧净化方法有直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。
直接燃烧法虽然运行费用较低，但容易发生爆炸，并且浪费热能产生二次污染，因此目前较少采用；
热力燃烧法通过热交换器回收了热能，降低了燃烧温度，但当VOCs浓度较低时，需加人辅助燃料，从而增大了运行费用；
催化燃烧法由于燃烧温度显著降低，从而降低了燃烧费用，但由于催化剂容易中毒，因此对进气成分要求极为严格，同时催化剂成本高，使得该方法处理费用较高。
吸附法：
是处理低浓度VOCs的有效方法之一，它是采用吸附剂将气体中的VOCs吸附，净化后的气体排入大气。
由于活性炭性价比高，它是目前最常用的吸附剂。
但当有机废气中含有易燃气体时，由于吸附过程中会产生热量，因此存在安全隐患，解决办法是限制入口气流的VOCs含量小于25%。
当VOCs分子量大于130且具有低挥发性（沸点大于240℃）时，吸附剂会对其强烈吸附，从而导致解吸困难；
相反，当VOCs分子量小于45时，又出现了吸附不牢的情况，而且对于混合型有机废气当其中的有机物分子量相差过大时，吸附效果也不佳。
因此，吸附法要依据有机废气的性质合理采用。
吸收法：
当采用某种液体处理气体混合物时，在气-液相的接触过程中，气体混合物中的不同组分在同一种液体中的溶解度不同，气体中的一种或数种溶解度大的的组分将进入到液相中，从而使气相中各组分相对浓度发生了改变，即混合气体得到分离净化，这个过程称为吸收。
吸收法可分为化学吸收及物理吸收，物理吸收使废气中一种或几种组分溶解于选定的液体吸收剂中，这种吸收剂应具有与吸收组分有较高的亲和力，低挥发性，吸收液饱和后经加热解吸再冷却重新使用。
本法适合于温度低、中高浓度的废气，需配备加热解析冷凝等回收装置，装机体积大、投资较大，要选择一种廉价高效的低挥发性吸收液，同时还应注意吸收液二次污染的处理。
2.1.2废气处理工艺的确定
H2S不稳定，具有酸性、还原性、可燃性，它是无色有刺激性气味的气体。
蒸汽压2026.5kPa/25.5℃，闪点：
<
-50℃，熔点：
-85.5℃，沸点：
-60.4℃，溶解性：
溶于水、乙醇，溶解度：
1：
2.6（溶于水），密度：
相对密度（空气=1）1.19。
由于该工厂产生的恶臭气体主要是H2S，目前硫化物的处理多采用半干法或湿法。
燃烧法可能去除有用的物质，而且本设计的废气处理量较大，有机废气的化学活性高，浓度相当，最终选择液体吸收法，采用高效雾化吸收异味气体。
它是一种湿法脱硫工艺，其脱硫过程是H2S被雾化的NaOH溶液吸收，该工艺的设备操作简单，系统能耗较小，减少投资，便于管理，使排放的气体达到恶臭污染物排放标准。
图2-1废气吸收示意图
2.2相关化学反应方程式
H2S+2NaOH→Na2S+H2O
2.3处理构筑物的设计
2.3.1填料塔直径高度压降的设计
标准状态下的处理气流量Vs=1.4885×
104m3/h
塔径D=2.15m
填料层厚度h=1.96m，分二层，每层0.98米
填料层压降△P=599.9Pa
填料塔高度H=8.1m
2.3.2填料塔内部构件的选取
（1）气液进出口管径均选取700mm。
（2）除雾器的选择：
根据实际情况，本设计选用的是重力沉降型除雾器，丝网型结构。
（3）壳体选用具有耐酸耐碱性质的玻璃钢（FRP）。
（4）吸收液储存和循环水箱分别设1m。
（5）填料和格栅
本设计选用塑料鲍尔环（乱堆）填料因子，规格为25mm×
25mm×
1.2mm。
格栅通常选用丝网型格栅，孔径应小于25mm。
2.3.3系统总阻力的计算
图2-2除尘系统示意图
（1）设漏风率为10%
管段1：
设备密闭罩ξ=1.0
90°
弯头（取r/d=1.5）1个弯头ξ=0.2
填料塔入口处变径管的局部压力损头忽略不计，ξ=0
管段2：
90°
弯头（取r/d=1.5）2个弯头ξ=0.2×
2=0.4
风机入口处变径管的局部压力损头忽略不计，ξ=0
管段3：
带扩散管的伞形风帽，取h/d=0.4，ξ=0.7
（2）各管段长度、管径、流速、局部阻力损失、摩擦压力损失等总结如表2-1：
表2-1压力损失表
编号
流量L
长度l
管径D
流速u
动压
U2ρ/2
局部阻力系数ξ
局部阻力损失Z
单位长度摩擦压力损失Rm
摩擦压力损失Rml
管段压力损失（Z+Rml）
3300
11
800
11.05
61.1
2.5
152.75
16.5
169.25
15
700
13.7
99.5
1.6
159.2
1.7
35.1
194.3
12.16
75.3
128.01
1.8
25.2
153.21
总压力损失=169.5+194.3+153.21=516.76Pa
2.3.4风机和电机的选择
（1）风机选型计算风量（Qf）
K1：
管网漏风附加系数，一般送、排风系统K1=1.05~1.1，取1.1
K2:
设备漏风附加系数，按有关设备样本选取，K2一般处于1.02~1.05范围，取1.02
则：
Qf=K1K2Q=3702.6m3/h
（2）风机选型计算全压（Pf）
α1-----管网计算的总压力损失附加系数。
对于定转速风机，按1.1~1.15取值，取1.1
α2-----通风机全压负差系数，一般可取α2=1.05（国内风机行业标准）
则：
Pf=（Pα1+PS）α2=956.13Pa
（3）查取相关表格，选择机号No.10，传动方式C，主轴转速1120r/min，序号1的风机，其全压为2090Pa,流量为27358m3/h，内效率为87.6%，所需功率21.5kW,电动机型号为Y200L（JO282-4），功率为30（40）kw所需功率
N=
=
5.72kW
2.3.5费用核算
（1）药剂费（按照费用NaOH：
2000元/吨）
消耗纯NaOH：
4669kg/年
药剂总费用为NaOH：
9338元/年
（2）电费（按工业电费1元/度）
用电量为11×
24×
365=96360度/年
电费为1×
96360=96360元/年
总费用=药剂费+电费+人工费=总费用=9338+96360+40000=145698元/年
第三章设计计算书
3.1设计基础资料
3.2填料塔直径高度的计算
3.2.1标准状况下体积的换算
3.2.2填料塔直径的确定
由于气体流量一般，只需一个塔进行吸收，一个塔吸收3300m³
/h
液气比的取值范围为：
20-100,取30
得：
m=79000kg/h
查《大气污染控制工程》书，在35℃时，ρv=0.96kg/m3
洗涤液密度ρL=1000kg/m3
废气流量
由图3-1中，用乱堆填料法查得
图3-1Eckert通用关联图
横坐标为0.58和纵坐标为0.03
查表3-1得知：
1.2mm塑料鲍尔环（乱堆）的填料因子Ф=285m-1;
液体密度校正系数Ψ=1，黏度μL=1mPa.s
表3-1常用散装填料的特性参数
填料类型
公称直径
DN/mm
外径×
高×
厚
d×
h×
δ/mm
比表面积
σ/（m2/m3）
空隙率
ε/%
个数
n/m-3
堆积密度
ρ/（kg/m3）
干填料因子
Ф/m-1
金属拉西环
25
25×
0.8
220
95
55000
640
257
38
38×
150
93
19000
570
186
50
50×
110
92
7000
430
141
金属鲍尔环
219
51940
393
255
146
95.9
15180
318
165
109
96
6500
314
124
76
76×
1.2
71
96.1
1830
308
80
聚丙烯
鲍尔环
213
90.7
48300
85
285
151
91.0
15800
82
200
100
91.7
6300
130
72
73
金属阶梯环
12.5×
0.5
221
95.1
98120
383
19×
0.6
153
30040
325
173
12340
123
3540
306
81
塑料阶梯环
1.4
228
90
81500
97.8
312
132.5
91
27200
57.5
175
114.2
92.7
10740
54.8
143
92.9
3420
68.4
112
金属环矩鞍
25（铝）
20×
185
10160
119
209
30×
24680
365
126
40×
74.9
10400
291
84
60×
57.6
97
3320
244.7
63
泛点气速为
，
设空塔速取泛点气速70%，
u=0.7umax=0.7×
1.04=0.728m/s
则塔径D=2.15m，再计算空塔气速
泛点率u/umax=1.02/1.04=98%
3.2.3验算喷淋密度
因填料为25mm×
1.2mm，塔径与填料尺寸之比大于8。
因填料尺寸小于75mm，故取（LW）min=0.08m3/（m·
h），由表3-1查得，σ=213m2/m3
计算最小喷淋密度
Umin=（LW）minσ=0.08×
213=17.04m3/（m2·
h）
操作条件下的喷淋密度为
m3/（m2·
h）（>
Umin）
经核算，选用塔径2.15m符合要求。
3.2.4填料塔高度H
废弃进入时硫化氢的体积分数：
废气出口处的硫化氢体积分数：
填料层总高
取H=0.98m，所以，填料层分两层，高度分别为0.49m。
设置水箱1m，空气管径0.70m，格栅厚0.2m，填料层与喷淋口距0.5m，喷淋口距下层填料0.5m，除雾器高0.3m
填料塔总高h=0.4＋0.2＋0.3＋0.5＋0.98×
1.3＋0.7＋1.5=4.9m
3.2.5填料层压降△P
纵坐标：
横坐标：
0.58
根据以上两个数值，在图3-1中确定塔的操作点，△P/Z=24×
9.81=235.44Pa/m
即填料层的总压强降为0.98×
235.44×
1.3=299.90Pa。
3.3填料塔内部构建的选取
3.3.1气液进出口管径的选取
气体进口管径的取值一般为（mm）：
560，630，700，800，900，1120，1250，1400等[3]
若取管径560mm，则风速
表3-2一般通风系统风管内的风速（m/s）
风管部位
生产厂房机械通风
民用及辅助建筑物
钢板及塑料风管
砖及混泥土风管
自然通风
机械通风
干管
6~14
2~10
0.5~1.0
5~8
支管
1~4
1~5
0.5~0.7
2~5
查表3-2选用混泥土风管，干管的风速范围为2~10m/s则v满足要求。
液体管径通常取20mm。
3.3.2除雾器的选择
除雾器用来除去塔内上部逸出的气体中的雾滴。
除雾器的种类主要有：
重力沉降型；
惯性碰撞型；
离心分离型；
吸附过滤型；
静电吸引型等。
目的是将气体中携带的雾沫或夹带的液滴分离出来。
一般直径大于50μm的液滴可用重力沉降法分离，5μm以上的液滴可用惯性碰撞与离心分离的形式除去，对于更小的细液滴则采用先凝聚后除液的方法，或采用高效的纤维过滤器及静电除雾器等。
目前在烟气脱硫大型装置中应用较多的除雾器结构形式有：
折板式、波纹挡板式、人字形、板翅式、涡轮旋风式、丝网型等。
3.3.3壳体
废气中含有的污染物H2S具有强酸性和碱性，所以壳体选用具有耐酸耐碱性质的玻璃钢（FRP）。
3.3.4吸收液储存和循环水箱
吸收液储存和循环水箱是废气处理系统中另一个重要部分。
吸收液储存根据吸收液的用量，并使吸收槽有一定的富裕量。
吸收槽可设1m，并通过不断补充药剂量来满足生产需求。
循环水箱为喷雾氧化提供水源，将吸收液加以反复利用，节约生产成本，设水箱高度1m。
3.3.5填料和格栅
在填料塔内，气体由填料间的空隙流过，液体在填料表面形成液膜并沿填料间的空隙而下流，气液的传质过程在润湿的填料表面上进行，因此，填料塔的生产能力和传质速率均与填料特性密切相关。
在选择填料时，一般要求比表面积和空隙率要大，填料的润湿性能好，单位体积填料的质量轻，造价低，并有足够的力学强度。
填料的种类很多大致可分为实体填料与网体填料两类。
实体填料有环形填料（如拉西环、鲍尔环及阶梯环）和鞍形填料（如弧鞍、矩鞍）以及栅板、波纹板填料。
网体填料主要是由金属丝网制成的各种填料，如鞍形网、波纹网填料等。
格栅主要起了承托的作用，其上接除雾器和填料，通常选用丝网型格栅，同时值得注意的是格栅的孔径应小于填料的孔径，避免填料通过孔径而下落，则格栅孔径应小于25mm。
3.3.6液位计和喷嘴
液位计安装在水箱上，用以读取水箱内液面高度，以保证充足的水量。
喷嘴将吸收液充分润湿填料，填料塔的中间部位可设3个喷嘴，两侧相应少些，分别设2个喷嘴。
3.4系统总阻力
3.4.1各管段的管径和流速
图3-1除尘系统示意图
（1）设漏风率为10%则：
管段1的风量L=3300×
1.01=3333m3/h
v=
管段2的风量L=3300×
1.023=3375.9m3/h
管段3流速为v=
管段3的风量L=3300×
1.03=3399m3/h
由图3-3查得：
不同管径对应的流速和单位长度摩擦压力损失，总结如表3-3.
图3-3圆形风管沿程摩擦压力损失线算图
3.4.2各管段局部阻力系数
管段1:
设备密闭罩ξ=1.0
设支流三通（θ=90°
），查表3-4，ξ=1.0
∑ξ=1+0.2+0.3+0.3=1.8
∑ξ=0.2+0.2=0.5
∑ξ=0.7
表3-4三通局部阻力系数
θ
局部阻力系数
ξ23
ξ13
10°
0.20
15°
0.09
20°
0.12
25°
30°
0.18
35°
0.21
40°
0.25
45°
0.28
表3-5带扩散管的伞形风帽
h/D
0.1
0.2
0.3
0.4
0.7
0.9
∞
进风
1.32
0.77
0.48
0.41
0.30
0.29
排风
2.60
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