大气专业课程设计.docx

目录
一． 概述 1
1.1 设计目标 1
1.2 设计任务及要求 1
1.3 设计内容 1
1.4 设计资料 1
二． 方案选择 2
2.1 气态污染物处理技术方法比较 2
2.2 方案选择 2
2.3 工艺步骤 3
三． 集气罩设计 3
3.1 集气罩基础参数确实定 3
3.2 集气罩入口风量确实定 4
四． 填料塔设计 5
4.1 填料塔参数确实定 5
4.2 填料塔高度及压降确实定 8
五． 储液池设计 9
5.1 储液池尺寸计算 9
5.2 水泵选择 10
六． 管网设计 11
6.1 风速和管径确实定 11
6.2 系统部署步骤图 11
6.3 阻力计算 11
七． 烟囱设计 13
7.1 烟囱高度设计 13
7.2 烟囱进出口内径计算 14
7.3 烟囱阻力计算 14
八． 风机选择 15
8.1 风量和风压 15
8.2 动力系统选择 15
九． 结论和提议 15
十． 参考文件 16
十一． 致谢 16
十二． 附录 17

一． 概述
1.1 设计目标
经过对气态污染物净化系统工艺设计，初步掌握气态污染物净化系统设计基础方法。培养利用已学理论知识，综合分析问题和处理实际问题能力，绘图能力，和正确使用设计手册及相关资料能力。
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，其关键内容包含：集气罩设计、填料塔设计、管网部署及阻力计算等，经过净化后气体达成《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。
具体内容包含：
①关键设备设计计算；
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. 集气罩设计
2. 填料塔设计
3. 储液池设计
4. 管网设计
5. 烟囱设计
6. 设备选型
1.4 设计资料
1. 设计题：酸洗硫酸烟雾治理设施
2. 已知条件；
(1) 采取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。经过净化后气体达成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
溶剂吸收法采取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差异进行分离。吸收剂必需对去除废气有较大溶解性，吸收效果关键取决于吸收剂吸收性能和吸收设备结构特征。
适适用于气态污染物浓度较高、温度较低和压力较高场所。分析该厂废气，适合设计要求，可采取吸收法。
冷凝法
冷凝法利用物质在不一样温度下含有不一样饱和蒸气压这一性质，采取降低温度、提升系统压力或既降低温度又提升压力方法，使处于蒸汽状态下污染物冷凝并和废气分离。
适适用于废气体积分数在10-2以上有机蒸汽，不适合处理低浓度有机气体，分析该厂废气，该方法运行成本高，所以本设计不采取冷凝法。
吸附法
吸附法是当废气和多孔性固体接触时，利用固体表面存在未平衡分子吸引力或化学键作用力，把废气组分吸附在固体表面方法。
适适用于处理高流量，低污染物浓度污染物，但吸附剂成本高，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过程。
适适用于净化那些可燃或在高温情况下能够分解有害物质，含有不足。
2.2 方案选择
经过以上对四种方案比较选择，本设计采取吸收法处理硫酸烟雾，即采取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 工艺步骤
排放
烟囱
风机
吸收塔
集气罩
酸洗废气

三． 集气罩设计
3
3.1 集气罩基础参数确实定
集气罩罩口尺寸应大于罩子所在污染位置污染物扩散断面积。假如设集气罩连接风管特征尺寸为d0，（圆形为直径，方形为短边），污染源特征尺寸为E，集气罩距污染源垂直距离H，集气罩口特征尺寸为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，可合适增大）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，故采取单个集气罩进行废气搜集即可。
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
集气罩上口直径确定为=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 集气罩入口风量确实定
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=0.8 m/s
=0.655m3/s
夏季：环境温度为31℃，加酸后槽内温度可达100℃

=0.248 kJ/s
=0.127m3/s
取吸气罩入口速度=0.8 m/s
=0.631m3/s
因为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
——集气罩罩口面积和污染面积之差，m2
——最小吸入速度，0.5~1.0m/s
四． 填料塔设计
4
4.1 填料塔参数确实定
1. 填料规格及相关参数
(1) 拟选择陶瓷鲍尔环填料规格及相关参数
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
(2) 计算泛点气速
本设计采取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:
=1.065 kg/ m3
=1050kg/m3
=0.655m3/s=2358 m3/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——气体质量流速，kg/h
WL——吸收液质量流速，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
(3) 计算操作气速
=1.54m/s
计算塔径，并圆整
=0.74=0.8m
(4) 重新计算操作气速
=1.3/s
=0.68 处于50%~70%内，符合要求
(5) 校核填料直径和塔体直径比
=0.048<0.1，符合要求
(6) 校核填料塔喷淋密度
当填料d<75mm时，填料最小润湿率为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 填料塔高度及压降确实定
1. 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，硫酸烟雾最高许可排放浓度为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——进口处气体中硫酸摩尔百分比
Y2——出口处气体中硫酸摩尔百分比
NOG——传质单元数
——传质单元高度，m
Z——填料层高度，m
2. 填料层压降
依据所取ΔP=150mm水柱/m填料，1mmH20压强为9.8Pa
填料层压降为：ΔPZ=150×9.8×4.5=6615Pa
3. 填料塔相关附件选择
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
废液搜集槽
400

支座
200

4. 填料塔总高度
=6.5m
5. 填料塔总压降
=7365Pa
五． 储液池设计
5
5.1 储液池尺寸计算
1. 设计容量（单位时间内流量减去过程中蒸发量，此处取蒸发系数为0.2，单位时间为1h）
=8.85m3
2. 取储液池直径=1.5m，则储液池高度为：
=5.0m
5.2 水泵选择
1. 输水管规格
吸收液输送采取不易结垢，水流阻力小，耐腐蚀、高压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全部较小，所以直管段阻力损失不计，弯管R/d=1.5，ζ=取0.17
=0.08m
所以水泵全扬程为：
=5.6m
2. 水泵型号选择
依据水泵全扬程和流量，选择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 风速和管径确实定
确保管内风速在10~20m/s范围内，本设计采取13.3m/s，确保较小压力损失。
考虑到废气中含有硫酸酸雾，风管采取耐酸合金钢管，管径为250mm。
6.2 系统部署步骤图
见附录
6.3 阻力计算
1. 由4.1.1计算得混合气体密度=1.065 kg/ m3
单位摩擦阻力修正系数为：
=0.90
=0.97
查得材料制作风管粗糙度表，薄合金板K=0.15~0.18，取K=0.15
=1.18
2. 各管段阻力计算以下：
管段1-2-3
沿程阻力损失：依据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：依据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：依据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：依据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×2 0.34
32.0
8.44
1.5
27.9
59.9
Δp=37.5+59.9=97.4
1.7
0.1
5-6
1.3
800
0.86
吸收塔
7365
Δp=97.4+7365=7462.4
6-7-8
13.3
250
90.5
90°弯头×3 0.51
48.0
8.44
3.9
88.6
136.6
Δp=7462.4+136.6=7599
6.6
8-9
13.3
250
90.5
天圆地方×2 0.20
18.8
8.44
2.0
21.1
39.9
Δp=7599+39.9=7638.9
9-10
7.5
330
30.0
烟囱
106.1
Δp=7638.9+106.1=7745

七． 烟囱设计
7
7.1 烟囱高度设计
烟囱有效源高H为：
=4.6m
烟囱几何高度Hs为：
Hs=H-ΔH<4.6m
上式中 Q——排放源强，mg/s
`u——烟囱出口处平均风速，m/s
c0——大气H2SO4环境目标值，mg/m3
cb——大气H2SO4背景浓度，mg/m3
——垂直扩散参数和横向扩散参数之比，0.5~1.0
ΔH——烟气抬升高度，m
《大气污染物综合排放标准GB16297-1996》中要求酸洗废气排放烟囱不应低于15m，所以本设计中烟囱高度取15m。
7.2 烟囱进出口内径计算
烟囱出口处烟气流速为该处平均风速1.5倍，所以
=7.5m/s
=0.33m
为提升烟囱稳固性，取烟囱底部外径为1m。
7.3 烟囱阻力计算
烟囱抽力ΔPc为：

= 21.4Pa
上式中H——产生抽力管道高度，m
ta——外部空气温度，℃
tf——计算管段中烟气平均温度，℃
B——大气压力，Pa
沿程阻力损失：依据Ds=330mm,V8-9=7.5m/s，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力Rm=0.220mmH20，则
=33.3Pa
局部阻力损失：风管和烟囱接口，ζ=0.1
=94.2Pa
烟囱总压降为：
=106.1Pa
八． 风机选择
8
8.1 风量和风压
风机风量Q’为：
m3/h
风机风压Pr为：
=8519Pa
8.2 动力系统选择
查阅风机手册可选择9-19型高压离心通风机（No5.6），配套电机为Y160M1-2，功率为11kW。
关键设备及构筑物
九． 结论和提议
本设计结构简单紧凑，便于建设及管理，适适用于单酸洗池，排风量为0.6m3/s左右小型工厂，如酸洗池数量增加，可增加集气罩数量，并对应增加风管直径，合适扩大填料塔塔径及塔高，以确保废气处理效果。
十． 参考文件
[1] 郝吉明，马广大，王书肖. 大气污染控制工程(第三版). 北京：高等教育出版社.
[2] 吴忠标. 实用环境工程手册——大气污染控制工程. 化学工业出版社.
[3] 童华. 环境工程设计. 化学工业出版社.
[4] 魏先勋. 环境工程设计手册(修订版). 湖南科学技术出版社.
[5] 刘天齐. 三废处理技术手册(废气卷). 化学工业出版社. 1999
[6] 续魁昌. 分机手册. 机械工业出版社. 1999
[7] 郭东明. 硫氮污染防治工程技术极其应用. 化学工业出版社.
[8]郑铭. 环境保护设备. 化学工业出版社.
[9]季学李，羌宁. 空气污染控制工程. 化学工业出版社.
[10]全国通用通风管道计算表. 中国建筑工业出版社. 1977
[11] 9-19、9-26型高压离心通风机说明书

十一． 致谢
此次大气课程设计让我取得了很多环境保护工程设计方面知识和经验，感谢老师及其它同学对我支持和帮助，在以后学习个工作中我会努力为环境保护事业做出贡献，谢谢大家！

十二． 附录
关键设备及构筑物一览表

名称
尺寸
参数
数量
备注
设
备
集气罩
d上=250mm，d下=1.2m，L=0.48m

1个

90°弯头（风管）
d=250mm
d/R=1.5
6个

90°弯头（水管）
d=60mm
d/R=1.5
2个

耐酸合金钢管
d=250mm
Rm’=8.44Pa
L总=9.6m

PPR水管
d=60mm

L总=7.5m

转子流量计

1个
测量范围<7.1m3/h
陶瓷鲍尔环填料
38×38×4
Φ38
2.3m3

折板除雾器

ΔP=100Pa
1个

多环管喷淋器
d=700mm

1个

多孔盘式液体再分布装置

ΔP=50Pa
1个

斜口气体分布器

ΔP=400Pa
1个

水泵
IS80-65-160型单级单吸离心泵
1台
电机功率15kW
风机及电机
9-19型高压离心通风机No5.6，配套电机为Y160M1-2
1台
电机功率为11kW
构
筑
物
填料塔
D=0.8m，H=6.5m
1座

储液池
D=1.5m，H=5.0m
1座

烟囱
D上=0.33m，D下=1m，H=15m
1座

填料塔示意图

管网系统图