大气污染课设计算书.docx

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大气污染课设计算书

目录

一、设计目的3

二、设计条件3

2.1设计任务3

2.2原始材料3

2.3排放标准3

2.4处理方法的确定4

三、工艺设计与计算6

3.1工艺流程的初步确定6

3.2吸附塔计算6

3.2.1.吸附剂筛选6

3.2.2吸附塔设计8

3.3确定工艺流程13

3.4管道计算及选材13

3.5系统阻力计算14

3.5.1管道阻力计算14

3.5.2局部阻力计算15

3.6风机选型16

3.7吸附塔塔径校核及工艺参数核算17

四、工艺流程说明18

五、绘图18

六、结束语18

参考文献20

一、设计目的

通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行工业废气处理系统设计的初步能力。

通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、查找与使用技术资料、编写设计说明书的能力。

二、设计条件

2.1设计任务

1、根据工艺废气相关资料，确定废气处理流程；

2、对废气处理流程中相关设备进行工艺计算，确定其形式、数目与尺寸；

3、对标准设备进行选型，计算相关管道尺寸并确定材质；

4、进行各设备的总体布置，绘制高程图、设备结构图与平面布置图。

2.2原始材料

某化工厂生产过程中需排放含甲苯的有机工艺废气。

相关数据：

流量：

2400Nm3/h；温度：

40℃；压力：

由风机决定；组成（v/v）：

甲苯：

0.14%；其它：

空气。

试设计出一种废气处理工艺，使处理后工艺废气满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中规定的二级排放要求。

2.3排放标准

表1《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）甲苯排放标准

因为处理的气量比较大，所以采用m高的排气筒即可。

2.4处理方法（参考文献1、6、9）

处理挥发性有机污染物的方法有多种，例如燃烧法、吸收（洗涤）法、冷凝法、吸附法、生物法等，而在这里我们要求采用吸收法来处理废气。

含VOCs的气态混合物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力，把混合气体中VOCs组分吸附留在固体表面，这种分离过程称为吸附法控制VOCs污染。

吸附法不仅可以较彻底地净化低浓度废气，而且在不使用深冷、高压等手段下，可以有效回收有价值的有机组分。

由于使用燃烧法不能回收有用的物质，吸收法的净化效率不高，冷凝法的运行成本高，排出废气的气量低不符合生物法的气量要求，而吸附法不仅可以较彻底地净化低浓度废气，而且在不使用深冷、高压等手段下，可以有效回收有价值的有机组分，所以在此确定采用吸附法处理该化工厂生产过程排放的含甲苯有机工艺废气较为合理。

三、工艺设计与计算

3.1工艺流程的初步确定（参考文献2、3）

初步确定的工艺流程如上图，含甲苯的混合气体经过滤器先去除颗粒状污染物，由于处理的气体温度已经超过了40度，所以我们要进行冷凝废气后再经过风机提高气体压力将气体送入吸附床，气体进入吸附床进行吸附净化，净化后的气体经过排气筒排入大气环境。

3.2吸附塔计算

3.2.1.吸附剂筛选

合乎工业要求的吸附剂应具备以下特性：

①具有大的比表面积②具有良好的选择性吸附作用③吸附容量大④具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸⑤具有足够的热稳定性及化学稳定性⑥有良好的再生性能⑦吸附剂的来源广泛，价格低廉。

表2几种主要吸附剂的物理性质

表3几种吸附剂应用举例

对几种常用的吸附剂特性进行比较：

我们选择了活性炭作为吸附剂，活性炭是应用最早、用途较广的一种优良吸附剂。

活性炭是一种具有非极性表面，为疏水性和亲有机物的吸附剂，故活性炭常常被用来吸附回收空气中的有机溶剂和恶臭物质。

活性炭吸附剂具有巨大的内表面积，其比表面积较大，具有优异的吸附能力。

孔径分布均一，一般为以下，具有良好的选择吸附能力。

活性炭不溶于水和其他溶剂，具有良好的物理和化学上稳定性，除了高温下同氧接触、同臭氧、氯、重铬酸盐等强氧化剂反应外，在实际使用条件下都极为稳定。

可见用活性炭处理该废气具有一定的优越性，因此确定活性炭为吸附剂较为合理。

3.2.2吸附塔设计（参考文献4、7）

1、吸附塔塔径计算

⑴空塔气速

考虑到气速过高时吸附效果较差，且气速太高阻力也较大，无法找到那么大压力降的风机，因此我将气速设定为较为合理。

⑵塔径计算

EHA椭圆形封头内表面积、容积（JB/T4746—2002）

2、吸附剂床层高度计算

⑴吸附周期确定

吸附周期应根据实际需要确定。

考虑到活性炭更换较麻烦，吸附周期应稍长一些，因此将其确定为天较为合理。

⑵吸附剂动态平衡吸附量确定

根据发表于《》年期的《》一文，得活性炭对甲苯的动态饱和吸附量为mg/g,为保证在吸附周期内活性炭不会穿透应留有一定的余量，将活性炭对甲苯的动态饱和吸附量确定为kg/kg。

⑶吸附剂用量计算

⑷吸附剂床层高度计算

⑸吸附床层压力降验证

1、吸附塔材质确定

甲苯是一种芳香族化合物，结构简式为C6H5CH3，沸点为110.8℃。

在常温下呈液体状，无色、易燃。

不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂。

化学性质与苯相像。

蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限为1.2～7.0%（体积）。

在25℃下，甲苯的理化性质较稳定，因此可以钢材质的碳钢筒体作为塔身。

内衬采用陶瓷板防腐材质制成，吸附剂放在多孔陶瓷板。

采用此种吸附塔材质可有效防止废气中的腐蚀性气体腐蚀吸附塔。

3.3确定工艺流程

工艺流程参见工艺流程高程图

3.4管道计算及选材

1、管道选材

考虑到该化工厂处理的有机废气中可能含有腐蚀性气体，因此选择易被酸等腐蚀的塑料圆形管道。

根据工程手册要求管道气速一般在m/s，为使管道阻力相对较小，因此设气速为m/s。

表4圆形通风管道规格

由上表，为使管道的阻力相对较小，应选取稍大直径的管道，因此选取外径为mm以及mm，壁厚为mm的塑料制圆形通风管，管道的外径允许偏差±1mm。

2、管道气速计算

主管气速

支管气速

3.5系统阻力计算

3.5.1管道阻力计算

3.5.2局部阻力计算

表5管道阻力计算表

3.6风机选型（参考文献8）

3.7吸附塔校核及工艺参数核算

因为将吸附塔分为两组，并将其并联，因此每条支路的实际流量为原来的一半。

原气量为m3/s,则实际气量为m3/s。

1.u=

2.吸附剂用量公式：

3.则冷却水流量为

4.风机提供的压力为Δp风机=Pa；总压力损失为Δp管损=Pa。

则床层的压力降为

5.算出气体在吸附塔内的流速。

6.假设出气的甲苯浓度为mg/m3。

则实际工作周期为

则实际的工作周期为天

7.吸附塔材料为碳钢塔体，内衬陶瓷；碳钢塔体厚度为，内衬陶瓷厚度为，封头的内表面积为。

已知碳钢密度为t/m3，陶瓷密度为t/m3。

塔高（除封头）为m。

封头质量为

塔身质量为

吸附剂质量为

则塔的总质量为

四、工艺流程说明

在废气进入吸附塔之前先通过一个小型过滤器，除去废气中的颗粒物以防止

颗粒物阻塞筛孔，由于气体温度过高不能满足活性炭的最佳吸附条件，所以我们必须要气体通过冷凝器来降低温度，最后满足吸附条件。

通过过滤冷凝后废气分成两路以相同的流量分别进入两组吸附装置。

每组吸附装置中有一个主塔和一个备用塔，正常运行时废气主要靠主塔吸附。

备用塔的作用是：

当主塔提前穿透时备用塔可以继续吸附废气中的甲苯，保证吸附塔组不会在一个周期内穿透。

经过一个周期后需要更换吸附剂时，通过阀门的控制进行切换，切换后备用塔作为主塔进行工作，对原来的主塔进行吸附剂的更换。

整个吸附过程依靠一个风机提供动力，在系统末端抽动气体，从而使废气均匀通过吸附塔。

在风机排风口接一个排气筒以保证净化后气体达标排入高空。

五、绘图

六、结束语

参考文献

1.郝吉明、马广大等编著.大气污染控制工程.高等教育出版社，1999

2.周兴求主编、叶代启副主编.环保设备设计手册.化学工业出版社，2004.2

3.何争光主编.气污染控制工程及应用实例.化学工业出版社,2004.9

4.黄学敏、张承中主编.大气污染控制工程实践教程.化学工业出版社,2003.10

5.杨松林.环境工程CAD技术应用及实例.化学工业出版社,2004

6.中国石化集团上海工程有限公司编.化工工艺设计手册（第三版）.化工工业出板社

7.熊振湖等编.大气污染防治技术及工程应用.机械工业出版社，2003

8.机械工业委员会编.风机产品样本.机械工业出版社,1988

9.高德明，陈冰冰主编.大气污染控制技术及设备.化学工业出版社