大气课程设计

一．概述................................................ 错误!未定义书签。

设计目的............................................. 错误!未定义书签。

设计任务及要求....................................... 错误!未定义书签。

设计内容............................................. 错误!未定义书签。

设计资料............................................. 错误!未定义书签。二．方案选择............................................ 错误!未定义书签。

气态污染物处理技术方法比较........................... 错误!未定义书签。

方案选择............................................. 错误!未定义书签。

工艺流程............................................. 错误!未定义书签。三．集气罩的设计........................................ 错误!未定义书签。

集气罩基本参数的确定................................. 错误!未定义书签。

集气罩入口风量的确定................................. 错误!未定义书签。四．填料塔的设计........................................ 错误!未定义书签。

填料塔参数的确定..................................... 错误!未定义书签。

填料塔高度及压降的确定............................... 错误!未定义书签。五．储液池的设计........................................ 错误!未定义书签。

储液池尺寸计算....................................... 错误!未定义书签。

水泵的选取........................................... 错误!未定义书签。六．管网设计............................................ 错误!未定义书签。

风速和管径的确定..................................... 错误!未定义书签。

系统布置流程图....................................... 错误!未定义书签。

阻力计算............................................. 错误!未定义书签。

七．烟囱设计............................................ 错误!未定义书签。

烟囱高度的设计....................................... 错误!未定义书签。

烟囱进出口内径计算................................... 错误!未定义书签。

烟囱阻力计算......................................... 错误!未定义书签。八．风机的选择.......................................... 错误!未定义书签。

风量与风压........................................... 错误!未定义书签。

动力系统的选择....................................... 错误!未定义书签。九．结论和建议.......................................... 错误!未定义书签。十．参考文献............................................ 错误!未定义书签。十一．致谢............................................. 错误!未定义书签。十二．附录............................................. 错误!未定义书签。

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

1.设计题：酸洗硫酸烟雾治理设施

2.已知条件；

(1)采用5%NaOH溶液在填料塔中吸收净化硫酸烟雾;

=s。经过净化后的

(2)标准状态下硫酸浓度为3000mg/m3，排风量为V

气体达到70mg/m3。

二．方案选择

2.1气态污染物处理技术方法比较

表1 处理方法对比

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：3144/()(101325)Ga k kmol m h atm latm Pa =??=；液相传系数：10.7La k h -= 液气比为：3/ 2.5~4/L G L m = 2.3 工艺流程

三．集气罩的设计

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d 0，（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D 0，集气罩喇叭口长度L ，应满足d 0/E ＞,＜D 0/E ＜和H/E ＜（若影响操作，可适当增大）和

L/d 0≤3。

由酸洗槽排风量V G =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：

1200mm 5000.88000.8H E D 0=?+=+= 集气罩下口面积：ππ22

002.125.04

1?==

D F = 集气罩下口罩裙高：13.125.025.00?==F h 裙= 集气罩上口直径拟定为0d =250mm 集气罩喇叭口长度：2

.02.1200-=-=d D L = 校核：

2.03125.0800250

0>==E d <

800

12000=E D =< 800500=

E H =< 25

.048.00=d L =<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℃

106K =(-6)-100=T -T =T 21?

222m 50.04

8.041===ππd F 源

36005.010698.8360098.825.125.1??=?=F T q =s

(

)

()3

205.05.0424.0403.0403.0???==源

qHF Q =s

50.013.1'0-=-=F F F =

取吸气罩入口速度'V =0.8 m/s

63.08.0151.0''0?+=+=F V Q Q =s

夏季：环境温度为31℃，加酸后槽内温度可达100℃

69K =31-100=T -T =T 21?

36005.06998.8360098.825.125.1??=?=F T q = kJ/s

(

)

()3

205.05.0248.0403.0403.0???==源

qHF Q =s

取吸气罩入口速度'V =0.8 m/s

63.08.0127.0''0?+=+=F V Q Q =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=(m 3/s) 校核管道中风速：π

π2

2025.0655

.044?==

d Q V = (m/s),符合要求(10~20m/s) 上式中ΔT ——温差，K T 1——料槽温度, K T 2——环境温度，K

q ——热量流量，kJ/s Q 0——-热烟气流量, m 3/s Q ——最小吸入风量，m 3/s

'F ——集气罩罩口面积与污染面积之差，m 2

'V ——最小吸入速度，~1.0m/s

四．填料塔的设计

4.1 填料塔参数的确定 1. 填料的规格及相关参数

(1) 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

尺寸

比表面积 m 2/m 3

孔隙率 %

堆积个数 n/m 3

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/ m 3

%1001000

984

.220.3y 42SO H ???=

()

()05.29%069.029%069.012914242=?+-?=+-=SO H SO H y M y M M 酸空

T=273+t=273+60=333K 所以:

333314.805

.293.101??=

RT PM G ρ=1.065 kg/ m 3 1

510001000?+=

L ρ=1050kg/m 3 G Q =s=2358 m 3/h

1000

3655.01000?==

G L

Q Q G

L =×10-3m 3/s=h 065.12358?==G G G Q W ρ=h 1050074.7?==L L L Q W ρ=h

1050

065

.13.25117.7427?=L G G L

W W ρρ= 上式中M ——混合气体的分子量

Q G ——气体流量，m 3/s 或m 3/h

Q L ——吸收液流量，m 3/s 或m 3/h W G ——气体的质量流速，kg/h

W L ——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

???

? ??L G

f g

u u ρρφ?2

.02

= u L 取1m/s ，L

ρρ?水

.02

.01065.195.03561050

8.913.013

.0?????=

=L G L

f u

g u φ?ρρ=s

上式中u f ——泛点气速，m/s

φ——干填料因子，m -1

(3) 计算操作气速

1.920.8=u 0.8=u f ?=s 计算塔径，并圆整

π54.1655

.044?==

u Q D G

T ==

(4) 重新计算操作气速

π2

28.0655

.044?==

D Q u G =s 92

.13.1=f u u = 处于f u 的50%~70%内，符合要求 (5) 校核填料直径与塔体直径的比

1200

D d 填=<，符合要求 (6) 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(m 2·h)，要求L 喷>L 喷min

L 喷min =最小润湿率×填料比表面积=×150=12m 3/(m 2·h)

填料塔横截面积：4

8.0422

ππ==D A = 50

.0074

.7==

A Q L L 喷=(m 2·h) >L 喷min ，符合要求 4.2 填料塔高度及压降的确定 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/m 3；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/m 3；操作情况下，气相传质数为

3144/()(101325)

Ga k kmol m h atm latm Pa =??=

当地冬季大气压取Ps=98kPa

1Y = y (H2SO4)= %

%10098

104.22070.03

2???=-Y =%

Y dY

N Y Y OG -=?=%%= 273

333

4.2200?==

T T V V =(L/mol) 50.03.272358?==

VA Q G G =(m 3·h) 76.3144

.171?=

OG Ga

N K G Z = 上式中Y 1——进口处气体中硫酸的摩尔百分比 Y 2——出口处气体中硫酸的摩尔百分比 N OG ——传质单元数

K G ——传质单元高度，m

Z ——填料层高度，m

2. 填料层压降

根据所取ΔP=150mm 水柱/m 填料，1mmH 20的压强为填料层压降为：ΔP Z =150××=6615Pa 3. 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

栅板支承板 200 斜口气体分布器 400 400 废液收集槽 400 支座

200

4. 填料塔总高度

2.04.04.04.05.4

3.0

4.02.01.0++++++++=T H =

5. 填料塔总压降

400200661550100++++=?P =7365Pa

五．储液池的设计

5.1 储液池尺寸计算

1. 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，单位时间为1h ）

.0074

.72.01=-=

L Q V 储= 2. 取储液池直径储D =，则储液池高度为：

??=

5.125.085

.8储

储储A V H = 5.2 水泵的选取 1. 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时，补充吸收液。

则水泵全扬程为：

∑+-+-+-=f h g

u u g P P Z Z H 2)(2

212120ρ

2.03.05.44.04.02.02+++++=Z =6m

π2

2206.025.03600

/074.725.0?==

水管D Q u L =s π

π22

15.125.03600

/074.725.0?==

储D Q u L =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=，ζ=取

269.017.02222

2'??===∑∑u h h f

f ζ=

所以水泵的全扬程为：

08.08

.92001.069.0)5.00()06(2

20+?-+-+-=H =

2. 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，额定电机功率为15kW 。

六．管网设计

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

1. 由计算得混合气体密度G ρ=1.065 kg/ m 3 单位摩擦阻力的修正系数为：

825

.0825.0t )

6029720273()t 29720273(

=K ++=++= 9

.09.00B )101.3

98()P P (

=K == 查得材料制作风管的粗糙度表，薄合金板K=~，取K=

25.00.25r )3.1315.0((Kv)=K ?== 2. 各管段阻力计算如下：

管段1-2-3

沿程阻力损失：根据d 1-2-3=250mm,V 1-2-3=s ，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力R m =，则

2.08.9836.018.197.090.0321?????==?--L R K K K P m r B t L = 局部阻力损失：集气罩ζ=；插板阀ζ=；90°弯头，R/d==，ζ=

3.13065.1)17.01.011.0(2'2

321??++==?∑--v P ρζ=

管段3-4-5

沿程阻力损失：根据d 3-4-5=250mm,V 3-4-5=s ，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力R m =，则

)1.07.15.1(44.8543++?==?--L R K K K P m r B t L = 局部阻力损失：90°弯头，R/d==，ζ=，数量2个

3.13065.1)217.0(2'2

543???==?∑--v P ρζ=

管段6-7-8

沿程阻力损失：根据d 6-7-8=250mm,V 6-7-8=s ，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力R m =，则

)6.69.3(44.8876+?==?--L R K K K P m r B t L = 局部阻力损失：90°弯头，R/d==，ζ=，数量3个

3.13065.1)317.0(2'2

876???==?∑--v P ρζ=

管段8-9

沿程阻力损失：根据d 8-9=250mm,V 8-9=s ，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力R m =，则

144.898?==?-L R K K K P m r B t L =

局部阻力损失：天圆地方连接管，ζ=，数量2个

3.13065.1)21.0(2'2

98???==?∑-v P ρζ=

表4 硫酸烟雾净化系统阻力计算

七．烟囱设计

7.1 烟囱高度的设计烟囱的有效源高H 为：

5.05.00]1)01.0(5655.0702[])(2[

H ?-???=?-=π

σσπe c c u e Q y z b =

烟囱的几何高度H s 为：

H s =H-ΔH <

上式中 Q ——排放源强，mg/s

u ——烟囱出口处平均风速，m/s

c 0——大气H 2SO 4环境目标值，mg/m 3

c b ——大气H 2SO 4背景浓度，mg/m 3

σσ——垂直扩散参数与横向扩散参数之比，~ ΔH——烟气抬升高度，m

《大气污染物综合排放标准GB16297-1996》中规定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的倍，所以

55.15.1?==u u s =s

.0)4(

G s u Q D π== 为提高烟囱稳固性，取烟囱底部外径为1m 。 7.3 烟囱阻力计算烟囱抽力ΔP c 为：

B t t H P f

a S c )2731

2731(

0345.0+-+=?

3103.101)60

2731

202731(150345.0??+-+??=

上式中H ——产生抽力的管道高度，m

t a ——外部空气温度，℃

t f ——计算管段中烟气的平均温度，℃ B ——大气压力，Pa

沿程阻力损失：根据D s =330mm,V 8-9=s ，查“全国通用通风管道计算表”得单位摩擦阻力R m =，则

158.9220.018.197.09.0?????==?S m r B t s H R K K K P = 局部阻力损失：风管与烟囱接口，ζ=

3.13065.1122

??==?v P s ρζ=

烟囱的总压降P ?为：

4.212.943.33'-+=?-?+?=?c s s P P P P =

八．风机的选择

8.1 风量与风压风机风量Q ’为：

23581.11.1'?==G Q Q 2594=m 3/h 风机风压P r 为：

77451.11.1?=?=P P r =8519Pa

8.2 动力系统的选择

查阅风机手册可选用9-19型高压离心通风机（），配套电机为Y160M1-2，功率为11kW 。

主要设备及构筑物

九．结论和建议

本设计结构简单紧凑，便于建设及管理，适用于单酸洗池，排风量为s 左右的小型工厂，如酸洗池数量增加，可增加集气罩的数量，并相应增加风管直径，适当扩大填料塔的塔径及塔高，以保证废气处理效果。

十．参考文献

[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. 2010

[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. 2001

[3] 童华. 环境工程设计. 化学工业出版社. 2009

[4] 魏先勋. 环境工程设计手册(修订版). 湖南科学技术出版社. 2002

[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. 2001

[8]郑铭. 环保设备. 化学工业出版社. 2006

[9]季学李，羌宁. 空气污染控制工程. 化学工业出版社. 2005

[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

本次大气课程设计让我获得了很多环保工程设计方面的知识和经验，感谢老师及其他同学对我的支持和帮助，在今后的学习个工作中我会努力为环保事业做出贡献，谢谢大家！

十二．附录

主要设备及构筑物一览表