大气课程设计.docx
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大气课程设计
大气课程设计
一．概述
1.1设计目的
通过对气态污染物净化系统的工艺设计，初步掌握气态污染物净化系统设计的基本方法。
培养利用已学理论知识，综合分析问题和解决实际问题的能力，绘图能力，以及正确使用设计手册及相关资料的能力。
1.2设计任务及要求
对某化工厂酸洗硫酸烟雾治理设施进行设计，其主要内容包括：
集气罩的设计、填料塔的设计、管网的布置及阻力计算等，经过净化后的气体达到《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中二类区污染源大气污染物排放限值。
具体内容包括：
①主要设备的设计计算；
②工艺管道计算及风机选择；
③绘制治理设施系统图及Y型管图；
④编写课程设计说明书。
1.3设计内容
1.集气罩的设计
2.填料塔的设计
3.储液池的设计
4.管网的设计
5.烟囱的设计
6.设备选型
1.4设计资料
7.设计题：
酸洗硫酸烟雾治理设施
8.已知条件；
（1）采用5%NaOH溶液在填料塔中吸收净化硫酸烟雾;
（2）标准状态下硫酸浓度为3000mg/m3，排风量为VG=0.60m3/s。
经过净化后的气体达到70mg/m3。
二．方案选择
2
2.1气态污染物处理技术方法比较
表1处理方法对比
处理方法
特点
适用范围
吸收法
溶剂吸收法采用低挥发性或不挥发性溶剂对废气进行吸收，再利用废气分子和吸收剂物理性质的差异进行分离。
吸收剂必须对去除的废气有较大的溶解性，吸收的效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构特征。
适用于气态污染物浓度较高、温度较低和压力较高的场合。
分析该厂废气，适合设计要求，可采用吸收法。
冷凝法
冷凝法利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压的这一性质，采用降低温度、提高系统的压力或者既降低温度又提高压力的方法，使处于蒸汽状态下的污染物冷凝并与废气分离。
适用于废气体积分数在10-2以上的有机蒸汽，不适合处理低浓度的有机气体，分析该厂废气，该方法运行成本高，所以本设计不采用冷凝法。
吸附法
吸附法是当废气与多孔性固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子吸引力或化学键作用力，把废气组分吸附在固体表面的方法。
适用于处理高流量，低污染物浓度的污染物，但吸附剂的成本高，不适合本设计。
燃烧法
燃烧法是将有害气体、蒸汽、液体转化为无害物质的过程。
适用于净化那些可燃的或在高温情况下可以分解的有害物质，具有局限性。
2.2方案选择
通过以上对四种方案的比较选择，本设计采用吸收法处理硫酸烟雾，即采用5%NaOH液体在填料塔中吸收净化硫酸雾。
净化设备为填料塔。
操作情况下，气相传质系数：
；
液相传系数：
液气比为：
2.3工艺流程
三．集气罩的设计
3
3.1集气罩基本参数的确定
集气罩的罩口尺寸应不小于罩子所在污染位置的污染物扩散的断面积。
如果设集气罩连接风管的特征尺寸为d0，（圆形为直径，方形为短边），污染源的特征尺寸为E，集气罩距污染源的垂直距离H，集气罩口的特征尺寸为D0，集气罩喇叭口长度L，应满足d0/E＞0.2,1.0＜D0/E＜2.0和H/E＜0.7（若影响操作，可适当增大）和L/d0≤3。
由酸洗槽排风量VG=0.60m3/s，可知该厂酸洗处理规模较小，故采用单个集气罩进行废气收集即可。
取E=800mm，H=500mm
则：
集气罩下口面积：
=1.13m2
集气罩下口罩裙高：
=0.27m
集气罩上口直径拟定为=250mm
集气罩喇叭口长度：
=0.48m
校核：
1.0<=1.5<2.0
=0.625<0.7
=1.92<3
校核结果表明设计参数全部满足设计要求
3.2集气罩入口风量的确定
冬季：
环境温度为－6℃，加酸后槽内温度可达100℃
=0.424kJ/s
=0.151m3/s
=0.63m2
取吸气罩入口速度=0.8m/s
=0.655m3/s
夏季：
环境温度为31℃，加酸后槽内温度可达100℃
=0.248kJ/s
=0.127m3/s
取吸气罩入口速度=0.8m/s
=0.631m3/s
由于冬季排风量大于夏季排风量，应以冬季排风量来计算，Q=0.655（m3/s）
校核管道中风速：
=13.3（m/s）,符合要求（10~20m/s）
上式中ΔT——温差，K
T1——料槽温度,K
T2——环境温度，K
q——热量流量，kJ/s
Q0——-热烟气流量,m3/s
Q——最小吸入风量，m3/s
——集气罩罩口面积与污染面积之差，m2
——最小吸入速度，0.5~1.0m/s
四．填料塔的设计
4
4.1填料塔参数的确定
9.填料的规格及相关参数
（3）拟选用陶瓷鲍尔环填料的规格及相关参数
表2填料参数
填料类型
规格
mm
尺寸
mm
比表面积
m2/m3
孔隙率
%
堆积个数
n/m3
干填料因子
m-1
陶瓷鲍尔环填料
Φ38
38×38×4
150
78%
13400
356
（4）计算泛点气速
本设计采用5%NaOH溶液为吸收液,。
标准状态下酸雾含量为3000mg/m3，温度为60℃。
标准状态下取液气比L/G=3L/m3
=0.069%
T=273+t=273+60=333K
所以:
=1.065kg/m3
=1050kg/m3
=0.655m3/s=2358m3/h
=1.965×10-3m3/s=7.074m3/h
=2511.3kg/h
=7427.7kg/h
=0.094
上式中M——混合气体的分子量
QG——气体流量，m3/s或m3/h
QL——吸收液流量，m3/s或m3/h
WG——气体的质量流速，kg/h
WL——吸收液的质量流速，kg/h
查埃克特关联图
取ΔP=150mm水柱/m填料
=0.13
uL取1m/s，=0.95
=1.92m/s
上式中uf——泛点气速，m/s
——干填料因子，m-1
（5）计算操作气速
=1.54m/s
计算塔径，并圆整
=0.74=0.8m
（6）重新计算操作气速
=1.3/s
=0.68处于的50%~70%内，符合要求
（7）校核填料直径与塔体直径的比
=0.048<0.1，符合要求
（8）校核填料塔的喷淋密度
当填料d<75mm时，填料的最小润湿率为0.08m3/（m2·h），要求L喷>L喷min
L喷min=最小润湿率×填料比表面积=0.08×150=12m3/（m2·h）
填料塔横截面积：
=0.50m2
=14.15m3/（m2·h）>L喷min，符合要求
4.2填料塔高度及压降的确定
10.计算填料层高度Z
由资料可知标准状态下，酸雾含量为3000mg/m3；查大气污染物综合排放标准，硫酸烟雾最高允许排放浓度为70mg/m3；操作情况下，气相传质数为
当地冬季大气压取Ps=98kPa
=y（H2SO4）=0.069%
=0.0016%
=ln0.069%-ln0.0016%=3.76
=27.3（L/mol）
=171.8kmol/（m3·h）
=4.5m
上式中Y1——进口处气体中硫酸的摩尔百分比
Y2——出口处气体中硫酸的摩尔百分比
NOG——传质单元数
——传质单元高度，m
Z——填料层高度，m
11.填料层压降
根据所取ΔP=150mm水柱/m填料，1mmH20的压强为9.8Pa
填料层压降为：
ΔPZ=150×9.8×4.5=6615Pa
12.填料塔相关附件的选择
表3填料塔附件表
附件名称
装置层高度（mm）
阻力（Pa）
封头
100
折板除雾器
200
100
多环管喷淋器
400
多孔盘式液体再分布装置
300
50
栅板支承板
200
斜口气体分布器
400
400
废液收集槽
400
支座
200
13.填料塔总高度
=6.5m
14.填料塔总压降
=7365Pa
五．储液池的设计
5
5.1储液池尺寸计算
15.设计容量（单位时间内的流量减去过程中的蒸发量，此处取蒸发系数为0.2，单位时间为1h）
=8.85m3
16.取储液池直径=1.5m，则储液池高度为：
=5.0m
5.2水泵的选取
17.输水管的规格
吸收液的输送采用不易结垢，水流阻力小，耐腐蚀、高压的PPR管，直径取60mm；当储液池内水深小于0.5m时，补充吸收液。
则水泵全扬程为：
=6m
=0.69m/s
=0.001m/s
直管段长度和摩擦系数都较小，所以直管段阻力损失不计，弯管R/d=1.5，ζ=取0.17
=0.08m
所以水泵的全扬程为：
=5.6m
18.水泵型号的选择
根据水泵的全扬程和流量，选取IS80-65-160型单级单吸离心泵，额定轴功率为0.67kW，额定电机功率为15kW。
六．管网设计
6
6.1风速和管径的确定
保证管内风速在10~20m/s的范围内，本设计采用13.3m/s，保证较小的压力损失。
考虑到废气中含有硫酸酸雾，风管采用耐酸合金钢管，管径为250mm。
6.2系统布置流程图
见附录
6.3阻力计算
19.由4.1.1计算得混合气体密度=1.065kg/m3
单位摩擦阻力的修正系数为：
=0.90
=0.97
查得材料制作风管的粗糙度表，薄合金板K=0.15~0.18，取K=0.15
=1.18
20.各管段阻力计算如下：
管段1-2-3
沿程阻力损失：
根据d1-2-3=250mm,V1-2-3=13.3m/s，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，则
=1.7Pa
局部阻力损失：
集气罩ζ=0.11；插板阀ζ=0.1；90°弯头，R/d==1.5，ζ=0.17
=35.8Pa
管段3-4-5
沿程阻力损失：
根据d3-4-5=250mm,V3-4-5=13.3m/s，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，则
=27.9Pa
局部阻力损失：
90°弯头，R/d==1.5，ζ=0.17，数量2个
=32.0Pa
管段6-7-8
沿程阻力损失：
根据d6-7-8=250mm,V6-7-8=13.3m/s，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，则
=88.6Pa
局部阻力损失：
90°弯头，R/d==1.5，ζ=0.17，数量3个
=48.0Pa
管段8-9
沿程阻力损失：
根据d8-9=250mm,V8-9=13.3m/s，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力Rm=0.836mmH20，则
=21.1Pa
局部阻力损失：
天圆地方连接管，ζ=0.1，数量2个
=18.8Pa
表4硫酸烟雾净化系统阻力计算
管段
编号
流速
/m·s-1
直径
/mm
动压
/Pa
局部阻力损失
沿程阻力损失
总阻力
/Pa
备注
局部阻力系数
局部阻力损失/Pa
单位摩擦阻力
/Pa
长度
/m
沿程阻力损失/Pa
1-2-3
13.3
250
90.5
集气罩0.11
35.8
8.44
0.2
1.7
37.5
插板阀0.10
90°弯头0.17
3-4-5
13.3
250
90.5
90°弯头×20.34
32.0
8.44
1.5
27.9
59.9
Δp=37.5+59.9=97.4
1.7
0.1
5-6
1.
升级会员 