大气污染控制工程课程计

大气污染控制工程大气污染控制工程 课程设计课程设计 课题：酸洗废气净化系统设计课题：酸洗废气净化系统设计 学校：学校： 班级：环境工程班级：环境工程 2012 姓名：姓名： 学号：学号： - 2 - 酸洗废气净化系统设计酸洗废气净化系统设计 任务书、指导书任务书、指导书 一、设计目的一、设计目的 通过对气态污染物净化系统的工艺设计，使学生初步掌握气态污染物净化 系统设计的基本方法。培养学生应用所学的理论知识，综合分析问题并解决实 际问题的能力；培养绘图能力和正确使用设计手册的能力。 二、设计任务二、设计任务 某厂生产用金刚砂，经过湿式研磨后，加浓硫酸酸洗处理。加酸时，有大 量蒸汽、酸雾和其它有害气体生成，对车间环境和工人身体健康造成严重危害。 为此，需要对酸洗产生的废气进行治理，以改善车间的环境及工人的操作条件。 要求设计的净化系统效果好；操作方便；投资省，并且达到排放标准。 三、设计资料三、设计资料 1、工艺特点：间断加酸，加酸后料槽内温度可达 100以上。 2、废气特性：近似空气，酸雾含量为（2000、2500、3000、3500、4000） mg/Nm3。 （按学号分成 5 组，第一组 6 个人，其余四组 7 个人） 3、气象资料： 气温，冬季，-6，夏季，31； 大气压力，冬季 734mmHg，夏季 718 mmHg。 4、酸洗车间工艺布置图（见附图） 说明：酸洗时，工人将预先装入金刚砂的圆筒形料槽 （500、550、600、650、700mm） （与酸雾含量对应分组） ，沿酸洗 槽前方的轨道，推入酸洗槽位置后，向料槽中加入浓硫酸，并不断搅 拌。酸洗完成后，将料槽推出卸料，重新推入另一桶新料进行酸洗。 生产方式为间歇操作。 四、课程设计内容四、课程设计内容 1、绘制设计图 净化系统系统图或平面图。 2、编写设计计算书 净化方案的确定 净化设备的选择及计算 确定排气罩的形式，并计算排气罩的排气量和压力损失 设备与管道简图 系统阻力及管网阻力平衡计算 风机及配用电机的选择与确定 需要说明的问题 五、设计要求五、设计要求 要求每人完成一份设计。 1、设计计算书 设计计算书的内容应按上述要求编写，即包括与设计有关的阐述、说 明和计算。要求内容完整，叙述简明，层次清楚，计算过程详细、准确， 书写工整。计算书应包括目录、前言、正文及参考文献等部分。 2、设计图纸 图纸幅面、图线等均应符合国家标准；图面布置均匀、图纸整洁并符合制 图规范要求。 - 3 - 3、撰写要求 设计计算书要求全部打印：word 格式；小四号宋体，1.5 倍行距；加页码； 标题加粗。如有表格，表格居中，表格上方写明表头；如有图，图居中，图下 方写明图题。 图纸 A3图纸一张，手绘。 六、设计程序六、设计程序 1、深入阅读设计任务书，明确设计任务与要求，研究并分析设计资料。 2、确定净化方案，此次设计要求采用液体吸收法进行净化。即采用 5%NaOH 溶 液在填料塔中吸收净化硫酸酸雾。 3、确定排气罩的结构形式、尺寸大小、排风量及压力损失。选择排气罩时，应 考虑污染源的特性，既要控制住污染物，又要有较小的排风量，而且又不妨 碍工人的操作。 4、对净化设备填料塔进行计算。略，设计填料塔的压力损失按 2500Pa，3000 Pa，3500 Pa，4000 Pa，4500 Pa 计算（按上述分组） 。 5、进行净化系统设备及管道布置，并绘制布置简图。管道布置应力求简单、紧 凑、缩短管线，减少占地和空间，节省投资，方便安装、调节和维修。 6、进行净化系统管道计算，确定管径和附属管件，计算管道系统的压力损失， 并进行管网压损平衡计算。 7、计算系统的总阻力，选择风机和电动机。 8、设计图纸，并编制主要设备材料表。设计图纸包括净化系统平面布置图（简 图）和系统图。图纸数量为 1 张 3 号图。 七、设计参考资料七、设计参考资料 1、大气污染控制工程 ，郝吉明、马广大等编著，高等教育出版社。 2、钢铁企业采暖通风设计参考资料 ，冶金工业出版社。 3、采暖通风设计手册 ，中国建筑工业出版社。 4、全国通用通风管道计算表 ，中国建筑工业出版社。 5、气液传质设备 ，化学工程手册第 3 册 第 13 篇，化学工业出版社。 6、化工原理 ，清华大学出版社。 7、工业通风与防尘工程学 ，北京经济学院出版社 8、工业通风与防尘 ，上海科学技术出版社 9、化学工程师手册 ，机械工业出版社 10、 大气污染控制工程实践教程 ，黄学敏、张承中主编，化学工业出版社。 大气污染控制工程大气污染控制工程课程设计日程表课程设计日程表 班级：环境工程 2012 周 别日期工作内容 9.23下达任务书、查阅资料 9.24优化分析、确定方案 9.25工艺参数计算 9.26工艺参数计算、编写说明书 第五周 9.27 编写说明书、绘图；上交课程设计全部资 料 - 4 - 目录目录 一、概述.- 6 - 1.1 任务来源及设计目的.- 6 - 1.2 现场操作情况及条件.- 6 - 二、处理要求.- 7 - 2.1 酸洗废气产生浓度- 7 - 2.2 排放浓度- 7 - 三、设计方案的比较与选择.- 10 - 31 设计方案介绍- 10 - 3.2 处理方法比较.- 11 - 3.3 处理方法选择.- 11 - 3.4 工艺流程.- 11 - 3.4.1 工艺流程图.- 12 - 3.4.2 工艺流程简介.- 12 - 3.4.2.1 集气罩- 12 - 3.4.2.2 吸收塔- 12 - 3.4.2.3 管道- 13 - 四、相关计算.- 13 - 4.1、集气罩的设计- 13 - 4.1.1、集气罩的基本参数的确定.- 13 - 4.1.2、集气罩入口风量的确定.- 14 - 4.1.3、集气罩压力损失的确定.- 16 - 4.2、治理设备（吸收塔）计算：利用化工原理学的知识进行设计计算.- 16 - 4.2.1、填料塔高度的确定.- 18 - 4.3、管道设计- 20 - 4.3.1、风速和管速的确定.- 21 - 4.3.2、阻力计算.- 21 - 4.3.3、管道分段计算.- 21 - - 5 - 4.3.4、系统总阻力损失为.- 24 - 4.4 风机电机.- 25 - 4.5 附属构建选择.- 25 - 4.5.1 管道支架- 25 - 4.6 烟囱.- 25 - 五、参考文献- 25 - - 6 - 一、概述一、概述 1.1 任务来源及设计目的任务来源及设计目的 某厂生产用金刚砂，经过湿式研磨后，加浓硫酸酸洗处理。加酸时，有大量 蒸汽、酸雾和其它有害气体生成，对车间环境和工人身体健康造成严重危害。 为此，需要对酸洗产生的废气进行治理，以改善车间的环境及工人的操作条件。 要求设计的净化系统效果好；操作方便；投资省，并且达到排放标准。 1.2 现场操作情况及条件现场操作情况及条件 1、 工艺特点：间断加酸，加酸后料槽内温度可达 100以上。 2、 废气特性：近似空气，酸雾含量为 2500mg/Nm3。 3、 气象资料：气温，冬季，-6，夏季，31； 大气压力，冬季 734mmHg，夏季 718 mmHg。 4、 酸洗车间工艺布置图 酸洗车间平面图见图 1-1，酸洗车间剖面图见图 1-2。 1 1 空地 3#槽2#槽1#槽 213 图 1-1 酸洗车间平面图 - 7 - 料槽 7.000 6.500 2.500 0.000 ? 700 图 1-2 酸洗车间 11 剖面图 说明：酸洗时，工人将预先装入金刚砂的圆筒形料槽（550mm） （与酸雾含量 对应分组） ，沿酸洗槽前方的轨道，推入酸洗槽位置后，向料槽中加入浓硫酸， 并不断搅拌。酸洗完成后，将料槽推出卸料，重新推入另一桶新料进行酸洗。 生产方式为间歇操作。 二、处理要求二、处理要求 2.1 酸洗废气产生浓度酸洗废气产生浓度 酸洗废气近似空气，酸雾含量为 2500mg/Nm3。 2.2 排放浓度排放浓度 本次课程设计涉及到污染物排放，应符合现行国家标准，现将大气污染物 综合排放标准 （GB16297-1996）中设计到的污染物排放标准列在下表。 表 1 现有污染源大气污染物排放标准 最高允许排放速率 （kg/h） 无组织排放监控浓度限值序 号 污 染 物 最高允许 排放浓度 （mg/m3）排气 筒 （m ） 一 级 二级三级监控点浓度 （mg/m3） 1200 (硫、二氧化硫、 硫酸和其它含 硫化合物生产) 1 二 氧 化 硫 700 15 20 30 40 50 1.6 2.6 8.8 15 23 3.0 5.1 17 30 45 4.1 7.7 26 45 69 *无组织排 放源上风 向设参照 点，下风 向设监控 0.50(监控点与 参照点浓度差 值) - 8 - (硫、二氧化硫、 硫酸和其它含 硫化合物使用) 60 70 80 90 100 33 47 63 82 100 64 91 120 160 200 98 140 190 240 310 点 1700 (硝酸、氮肥和 火炸药生产) 2 氮 氧 化 物 420 (硝酸使用和其 它) 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.4 7 0.7 7 2.6 4.6 7.0 9.9 14 19 24 31 0.91 1.5 5.1 8.9 14 19 27 37 47 61 1.4 2.3 7.7 14 21 29 41 56 72 92 无组织排放 源上风向设 参照点,下风 向设监控点。 0.15（监控点 与参照点浓度 差值） 22 （碳黑尘、污 料尘） 15 20 30 40 禁 排 0.60 1.0 4.0 6.8 0.87 1.5 5.9 10 * 周界外浓度 最高点 肉眼不可见 80* (玻璃棉尘、石 英粉尘、矿渣 棉尘) 15 20 30 40 禁 排 2.2 3.7 14 25 3.1 5.3 21 37 无组织排放 源上风向设 参照点，下 风向设监控 点 20 （监控点与参 照点浓度差值） 3 颗 粒 物 150 （其它） 15 20 30 40 50 60 2.1 3.5 14 24 36 51 4.1 6.9 27 46 70 100 5.9 10 40 69 110 150 无组织排放 源上风向设 参照点，下 风向设监控 点 50 （监控点与参 照点浓度差值） 4 氯 化 氢 15015 20 30 40 50 60 70 80 禁 排 0.30 0.51 1.7 3.0 4.5 6.4 9.1 12 0.46 0.7 2.6 4.5 6.9 9.8 14 19 周界外浓度 最高点 0.25 5 铬 酸 雾 0.08015 20 30 40 禁 排 0.00 9 0.01 5 0.01 4 0.02 3 周界外浓 度最高点 0.0075 - 9 - 50 60 0.05 1 0.08 9 0.14 0.19 0.07 8 0.13 0.21 0.29 表 2 新污染源大气污染物排放限值 最高允许排放速率 （kg/h） 无组织排放监控 浓度限值 序 号 污染物最高允许 排放浓度 （mg/m3）排气 筒 （m ） 二级三级监控 点 浓度 （mg/m3 ） 960 (硫、二氧化硫、硫酸和其 它含硫化合物生产) 1 二氧化 硫 550 (硫、二氧化硫、硫酸和其 它含硫化合物使用) 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2.6 4.3 15 25 39 55 77 110 130 170 3.5 6.6 22 38 58 83 120 160 200 270 * 周界 外浓 度最 高点 0.40 1400 (硝酸、氮肥和火炸药生产) 2 氮氧化 物 240 (硝酸使用和其它) 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.77 1.3 4.4 7.5 12 16 23 31 40 52 1.2 2.0 6.6 11 18 25 35 47 61 78 周界 外浓 度最 高点 0.12 18 （碳黑尘、污料尘） 15 20 30 40 0.51 0.85 3.4 5.8 0.74 1.3 5.0 8.5 * 周界 外浓 度最 高点 肉眼不 可见 60* (玻璃棉尘、石英粉尘、矿 渣棉尘) 15 20 30 40 1.9 3.1 12 21 2.6 4.5 18 31 周界 外浓 1.0 3 颗 粒 物 120 （其它） 15 20 3.5 5.9 5.0 8.5 周界 外浓 0.20 - 10 - 30 40 50 60 23 39 60 85 34 59 94 130 4 氯化氢 15015 20 30 40 50 60 70 80 0.26 0.43 1.4 2.6 3.8 5.4 7.7 10 0.39 0.65 2.2 3.8 5.9 8.3 12 16 周界 外浓 度 最高 点 0.20 5 铬酸雾 0.07015 20 30 40 50 60 0.008 0.013 0.043 0.076 0.12 0.16 0.012 0.020 0.066 0.12 0.18 0.25 周界 外浓 度最 高点 0.0060 430 (火炸药厂) 6 硫酸雾 45 (其它) 15 20 30 40 50 60 70 80 1.5 2.6 8.8 15 23 33 46 63 2.4 3.9 13 23 35 50 70 95 周界 外浓 度最 高点 1.2 90 (普钙工业) 7 氟化物 9.0 (其 它) 15 20 30 40 50 60 70 80 0.10 0.17 0.59 1.0 1.5 2.2 3.1 4.2 0.15 0.26 0.88 1.5 2.3 3.3 4.7 6.3 周界 外浓 度最 高点 20 (ug/m3) 8* 氯 气 6525 30 40 50 60 70 80 0.52 0.87 2.9 5.0 7.7 11 15 0.78 1.3 4.4 7.6 12 17 23 周界 外浓 度最 高点 0.40 三、设计方案的比较与选择三、设计方案的比较与选择 - 11 - 3 31 1 设计方案介绍设计方案介绍 酸洗废气处理的常用方法有吸收法、吸附法和催化法。 1）吸收法：是利用液态吸收剂处理气体混合物以除去其中某一种或几种气体的 过程。在这过程中会发生某些气体在溶液中溶解的物理作用，这是物理吸收。 也有气液中化学物质之间发生化学反应，这是化学吸收。吸收作用常用于气体 污染物的处理与回收，如用石灰乳液吸收烟气中的二氧化硫，生成石膏；用碱 性溶液或稀硝酸吸收硝酸厂尾气中的氮氧化物，回收再用；还有用碳酸钠等碱 性溶液吸收硫化氢。吸收法还广泛作为有机废气的预处理，如除尘、除油雾、 除水溶性组成，为进一步净化做准备。 2）吸附法：吸附是一种固体表面现象。它是利用多孔性固体吸附剂处理气态污 染物，使其中的一种或几种组分，在固体吸附剂表面，在分子引力或化学键力 的作用下，被吸附在固体表面，从而达到分离的目的。根据吸附剂表面与被吸 附物质之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由于 分子间范德华力引起的，它可以是单层吸附，亦可是多层吸附。化学吸附是由 吸附剂与吸附质间的化学键作用力而引起的，是单层吸附，吸附需要一定的活 化能，其吸附能力较强。常用的固体吸附剂有焦炭和活性炭等，其中应用最为 广泛的是活性炭。 3）催化法：催化转化就是借助催化剂的催化作用，使气体污染物在催化剂表面 上发生化学反应，转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法。催化作 用是指催化剂在化学反应过程中所起的加快化学反应速率的作用。在气态污染 物净化中，反应物为气体，而催化剂是固体，因此气态污染物催化转化属于多 相催化作用。催化剂通常由活性组分，助催化剂和载体组成，在催化反应中加 入的催化剂可加速化学反应速率，而本身的化学组成在反应前后保持不变。 3.23.2 处理方法比较处理方法比较 （1）吸收法净化效率高，设备小，投资省，易操作，易控制，操作稳定，以及 占地面积小。 （2）吸附法净化效率高，可回收有用组分，设备简单，易实现自动化控制。 但是吸附容量小，设备体积大，吸附剂容量往往有限，需频繁再生，间歇吸附 过程的再生操作麻烦且设备利用效率低。 （3）催化法对不同浓度的污染物具有很高转化率，污染物与主气流不需分离， 避免了可能产生的第二次污染，操作过程简化。但是催化剂昂贵，且废气预热 需消耗一定的能量，这样使催化处理的费用增加。 3.33.3 处理方法选择处理方法选择 通过对各种处理方法的比较之后决定选用的是吸收法，气体吸收法是用液 体洗涤含污染物的气体，而从废气中将一种或多种污染物去除。其实际上就是 气体分子从气相向液相的相际间质量传递过程。 对于吸收机理的解释以双模理论模型应用较广。双模理论模型的基本要点有以 下三点，第一，当气液两相接触时，两项之间有一个相界面，在相界面两侧分 别存在着呈层流流动的气膜和液膜。溶质必须以分子扩散方式从气流主体连续 通过这两个膜层而进入液相主体；第二，在相界面上，气液两相的浓度总是互 相平衡，即界面上不存在吸收阻力；第三，在膜层以外的气相和液相主体内， - 12 - 由于流体的充分湍动，溶质的浓度基本上是均匀的，即认为主体内没有浓度梯 度存在，也就是说，浓度梯度全部集中在两层膜内。 3.43.4 工艺流程工艺流程 3.4.1 工艺流程图工艺流程图 排放 3.4.2 工艺流程简介工艺流程简介 3.4.2.1 集气罩集气罩 局部排气通风方式，就是在局部污染源设置集气罩，将污染气流捕集起来并 经净化装置净化后排至室外。这是控制车间污染最常用、最有效的方法。集气 罩是用以补集污染气流的装置，其性能对净化系统的技术经济指标有直接影响。 由于污染源设备结构和生产操作工艺的不同，集气罩的形式多种多样。按罩口 气流流动方式可将集气罩分为两大类：吸气式集气罩和吹吸式集气罩。利用吸 气气流补集污染空气的集气罩成为吸气式集气罩，而吹吸式集气罩则是利用吹 吸气流来控制污染物扩散的装置。按集气罩与污染源的相对位置及合适范围， 还可将吸气式集气罩分为密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩等。 集气罩的吸气气流方向应尽可能与污染源污染气流运动方向一致，以充分利用 污染气流的初始动能。在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的开口面 积，使风量最小。集气罩的吸气气流不允许通过人的呼吸区在进入集气罩内， 设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围。集气罩的备置应与生产工艺 协调一致，力求不影响工艺操作和设备检修。集气罩应力求结构简单，坚固 耐用而造价低，并便于制作安装和拆卸维修。要尽可能避免或减弱干扰气流 如堂风、逆风气流等对吸气气流的影响。集气罩尽可能包围或靠近污染源， 使污染物的扩散限制在最小的围内，尽可能减小吸气范围，防止横向气流的干 扰，减小排风量。 根据资料中生产工艺可知宜采用外部集气罩中的上部集气罩。外部集气罩依靠 罩口外吸入气流的运动而实现补集污染物的目的，其特点是结构简单，制造方 便。 3.4.2.2 吸收塔吸收塔 吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体 以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是 液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状 运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔内气液两相的流动方式可 以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从 下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔 顶排出。 酸洗废气集气罩 吸收塔 （NaOH ） 风机 烟囱 - 13 - 工业吸收塔应具备以下基本要求： 1塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。 2气液两相应具有强烈扰动，减少传质阻力，提高吸收效率。 3操作范围宽，运行稳定。 4设备阻力小，能耗低。 5具有足够的机械强度和耐腐蚀能力。 6结构简单、便于制造和检修。 本设计采用的是填料塔，它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支 承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料， 也可用塑料制造。填料塔为连续接触式气、液传质设备。在圆形塔体的下部， 设置一层支承板，板上充填一定高度的填料。液体有如关口进入经分布器喷淋 至填料上，在填料的空隙中流过，并润湿填料表面形成流动的液膜。液体流经 填料后由排出管排出。液体在填料层中有倾向于他比的流动，故填料层较高时， 常将其分段，两段之间设置液体再分布器，以利液体的重新分布，气体在支承 班下方入口管进入塔内，在压强差的推动下通过填料间的空隙有塔的顶部排出 管排出。填料层内气、液两相呈逆流流动，相际间的传质通常是在填料表面的 液体与气相经的界面上进行，两相的组成沿塔高连续变化。 填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决 定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、 耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔 环、弧鞍形和矩鞍形填料。 填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。填料塔和板式 塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大（通量达） 、分离效率高、持液量 小、操作弹性大、压强低等特点。通过填料材质的选择，可处理腐蚀性的物料。 尤其对于压强降较低的真空精馏操作，填料塔更是显示出其优越性。但是，填 料塔德造价通常高于板式塔，对于含有悬浮物的料液、易聚合的物系则不能适 用，而且对于有侧线出料的场合也不大适宜。 近年来，国内外对填料的研究与开发进展很迅速，新型高效填料的不断出现， 是填料塔的应用更加广泛 ，直径达几米甚至十几米的大型填料塔在工业上已非 罕见。 3.4.2.3 管道管道 管道内气体流动的压力损失有两种，一种是由于气体本身粘滞性及其与管壁 的摩擦而产生的压力损失，称为摩擦压力损失或沿程压力损失；另一种是气体 流经管道系统中某些局部构件时，由于流速大小和方向改变形成涡流而产生的 压力损失，称为局部压力损失。摩擦压力损失和局部压力损失之和即为管道系 统总压力损失。 设计管道采用普通薄钢板，由于钢板制作的管道具有坚固，耐用，造价低， 易于制作安装等优点。 该系统管道采用光滑直管,接头处采用弯管、三通软连接等。 四、相关计算四、相关计算 4.1、集气罩的设计、集气罩的设计 - 14 - 4.1.1、集气罩的基本参数的确定、集气罩的基本参数的确定 集气罩的罩口尺寸不应小于罩子所在污染位置的污染物扩散的断面积， 如下图所示，如果设集气罩连接风管的特征尺寸为 0 d（圆形为直径，方形为短 边） ，污染源的特征尺寸为d（圆形为直径，方形为短边） ，集气罩距污染源的 垂直距离H，集气罩口的特征尺寸为 0 D（圆形为直径，方形为短边） ，集气罩 喇叭口长度为 2 h，则应满足2 . 0 0 d d 、0 . 20 . 1 0 d D 和7 . 0 d H （若影响操 作，可适当增大）和3 0 2 d h 。 根据金刚砂工艺特点以及酸洗操作类别，本设计选用如图所示集气罩装置： 由设计资料知：装有金刚砂的圆筒形料槽的直径为 550mm。 取H=500mm，=90，则 罩下口直径为： mm；取整0.9505008.05508.0 0 HdD 数 1000mm 罩下口面积为： 22 0 79 . 0 00. 125 . 0 14 . 3 mF； 罩下口边高为：22 . 0 79 . 0 25 . 0 25. 0 01 Fhm； 罩上口直径拟定为： 0 d=250mm，则罩净高为：38 . 0 2 25 . 0 00 . 1 2 hm。 - 15 - 校核：，符合要求；2.055.0 55.0 3.0 0 d d ，符合要求； 0.282.155.0/0.10.1 0 d D ，基本符合要求。352.1且391.0 0 2 d h d H 4.1.2、集气罩入口风量的确定、集气罩入口风量的确定 1、 排风量的确定分两种情况：一种是运行中的集气罩是否符合设计要求，可 用现场测定的方法来确定；另一种是在工程设计中，为了达到设计目的，通 过计算来确定集气罩的排风量。 （1）冬季 环境气温为-6，料槽内加酸后温度可达 100，C ；)(106)6(100 21 KTTT m224.055.014.325.0 2 F kJ/s21.03600/24.010698.8360098.8 25.125.1 FTq 热烟气流量：08.0)24.05.021.0(403.0)(403.0 312312 0 qHFQ sm / 3 m255.024.079.0 0 FFF 取吸气罩入口速度：m/s，8 . 0 v 集气罩最小吸入风量：52.055.08.008.0 0 FvQQsm / 3 式中：温差，K；T T1料槽温度，K; T2环境温度，K； q热量流率，kJ/s；F污染源断面积，； 2 m H集气罩距污染源的垂直距离，m; 集气罩罩口面积与污染源面积之差，; F 2 m （2）夏季 - 16 - 环境气温为 31，料槽内加酸后温度可达 100，C K；6931100 21 TTT m224.055.014.325.0 2 F kJ/s12.03600/24.06998.8360098.8 25.125.1 FTq 热烟气流量：061.0)24.05.012.0(403.0)(403.0 312312 0 qHFQ sm / 3 集气罩最小吸入风量：50.055.08.0061.0 0 FvQQsm / 3 由于冬季排风量大于夏季排风量，应以冬季排风量来计算。 校核管道中风速： m/s，符合要求 10-20m/s。 6.10 25.014.3 52.04 2 v 4.1.3、集气罩压力损失的确定、集气罩压力损失的确定 由于集气罩罩口处于大气中,所以该处的全压等于零.因而集气罩的压力损失写 为 P=0P= (PD+PS)=|PS|PD =（ PD / |PS| ）1/2 =1/（ 1 ）1/2 -流量系数 -压力损失系数 集气罩 1：0.11；90弯头（R/D=1.5）, 0.18；120弯头 （R/D=1.5）, 0.20；30直流三通，0.25。 0.11+0.18+0.2+0.25=0.74 则压损： Pa v Pm42.963.13074.0 2 2 1 集气罩 2：0.11；90弯头（R/D=1.5）, 0.18； 30直流三通， 0.12（对应直通管动压的局部压损系数） 。 0.11+0.18+0.12=0.41 则压损： Pa v Pm4.533.13041.0 2 2 1 - 17 - 集气罩 3：0.11；90弯头（R/D=1.5）, 0.18；120弯头 （R/D=1.5）, 0.20；30直流三通，0.25。 0.11+0.18+0.2+0.25=0.74 则压损： Pa v Pm4.963.13074.0 2 2 1 则集气罩的总压力损失为 246.3Pa 4.2、治理设备（吸收塔）计算：利用化工原理学的知识进行设计计算、治理设备（吸收塔）计算：利用化工原理学的知识进行设计计算 1、填料的规格及相关参数 图 4-3 填料塔的结构简图 图中：1塔壳； - 18 - 2液体分布器； 3填料压板； 4填料； 5液体再分布器； 6填料支承装置。 本设计拟选用 50*50*0.8 规格金属鲍尔环填料（乱堆） 。 填料参数为： 321 109,124mmm 。 2、本设计采用质量分数为 5%的 NaOH 为吸收液，可近似取水的物理参数。 操作情况下，气相传质系数 3 144/()(101325) Ga kkmolmh atm latmPa ， 液相传系数 1 0.7 La kh ，取气液比 5 . 3 G L 由式 mG LL MW MW G L ,可得 169. 25 . 3 051.29 18 GM LM W W m L G L 则 070.0) 1000 028.1 (169.2)( 5.05.0 L G G L W W 查埃克特通用关联图知 148 . 0 )( 2 . 0 2 L L G f g u 吸收液温度为 20 C ，smPa L 1，则1 L 水 可得 37 . 3 1028 . 1 1124 81 . 9 1000148 . 0 2 . 0 f um/s. 3、操作气速为 36 . 2 37. 37 . 07 . 0 f uum/s 4、由于集中处理三个集气罩的排气量，则填料塔中的混合气体体积流量为 m3/s56.152.033QVG 填料塔塔径： m，则圆整后 D=1m.92.0 36.214.3 56.144 u V D G 5、此时操作气速 96 . 1 114 . 3 539 . 1 4 um/s。 - 19 - 6、校核料塔直径与塔体直径的比：) 1 . 0125 . 0 (075. 0 1000 75 D d ，符合要求。 7、校核填料塔的喷淋密度 当填料75dmm 时，填料的最小湿率为 0.08)/( 23 hmm，最小喷淋量为： 72. 810908 . 0 )( 1min aMWRL喷)/( 23 hmm. min 23 )/(05.26 1785. 01000 20448 喷喷 LhmmL ,符合要求。 4.2.1、填料塔高度的确定、填料塔高度的确定 1、填料层高度的计算 由设计资料知:气相传质系数 3 144/()(101325) Ga kkmolmh atm latmPa ； 液相传系数 1 0.7 La kh,当地大气压 P=734mmHg(97.8610Pa)。 混合气体中污染物的体积分数：y=2.5/9822.4103=5.72104。 入塔气体中污染物的体积含量；000572.0 2 yy 出塔气体中污染物的体积含量 5 1 1003 . 1 001 . 0 4 . 22 98 045 . 0 y。 则入塔气体中污染物的分压 PaatmPP yA 9.55000552.0000572.0966.0 22 出塔气体中污染物的分PaatmPP yA 04 . 1 00000995 . 0 1003 . 1 966 . 0 5 11 吸收液中活性组分的临界浓度 AAA La Ga KP PPP k k bG429.411 7 . 0 144 2 填料塔液相进口的临界浓度 3 /00409 . 0 00000995 . 0 429.411429.411 11 mkmolPC AKP 填料塔液相出口的临界浓度 3 /227.0.0000552.0429.411429.411 22 mkmolPC AKP 液相进口处活性组分的浓度 3 3 3 /25 . 1 100010100 10405 1 mkmolCB - 20 - 液相总浓度 3 /556.55 18 1000 mkmolCT 由物料平衡式知)()( 1212 BB T AA CC bC L PP P G 得 G L CCP PPbC BB AAT )( )( 12 12 ,即, 4 )25.1( )00000995.0000552.0( 966.0 556.552 2 B C 得 3 /234.1 2 mkmolCB 因为 2211 BKPBKP CCCC，所以塔中反应为界面反应。 求 100 C 时气体的摩尔体积 V 因 T V T V 0 0 ，则 100273273 4 .22 V ，得 V=30.605L/mol。 气体的摩尔流率： )/(234 4114.3 3600605.3056.1 4 3600 2 2 hmkmol D VV G G 液体的摩尔流率： )/(3192345.3 2 hmkmolL 填料塔床层高：m P d h A PA 57 . 4 144966 . 0 253 000709 . 0 0000574 . 0 2、填料塔床层压降的计算 05 . 0 1 1000 028 . 1 81 . 9 12496 . 1 )( 2 2 . 0 2 L L G g u 查埃克特通用关联图知： - 21 - 图 4-2 压降通用关联图 由于前已计算横坐标为 0.148，查埃克特通用关联图可知mPaP/490。 填料塔床层压降：PaP223957 . 4 490。 由于本设计要求填料塔的压力损失为 2500Pa,设计计算出的总压降小于设 计要求，所以符合本设计。 4.3、管道设计、管道设计 4.3.1、风速和管速的确定、风速和管速的确定 由于要求管道内风速在 1020ms 的范围内，本设计选用 v=15m/s 左右， 以保证较小的压力损失，并以此为标准选择管径，圆整后复核风速（见填料塔 设计） 。 4.3.2、阻力计算、阻力计算 由设计资料可知，混合气体中污染物浓度为 2500mg/m3，冬季大气压为 734mmHg(97.8610Pa). 混合污染物体积分数：y=2.5/9822.4103=5.7104 混合气体平均分子量： Mm=M1(1y)M2y=29(15.7104) 985.7104 =29.003 g/mol - 22 - 混合气体密度： 3 /28.1 )60273(314.8 003.29914.081.96.13 mkg RT PM m G 根据式 2 2 0 u d R （Pa/m） ；LRPy 0 以及 2 2 u Pj 计算系统阻力。 4.3.3、管道分段计算、管道分段计算 1、3 号直管，4 号弯头，5 号直管，1 号罩： 流量 Q=0.52m3/s 取管外径 d=200mm，管内径 d =75mm,取管道中气流速度 u=15m/s，有管道内流 量为 0.50 3 /ms=1800 3 /mh，查表可知风管内实际速度为 9.1m/s，查摩擦压损 系数表可知此类管道 /d=0.0925 则 动压 2 2 u =1.0431515/2= 117.3Pa 比摩阻 R0=/d 2 2 u = 0.0925117.3=10.85Pa/m j P= 2 2 u P 罩=(0.250.3)117.36.6=71.1Pa 局部阻力系数：90圆形弯头（R/D=1.5）, 0.25； 局部阻力损失： j P= 2 2 u P 罩=0.25117.36.6=35.9Pa 沿程阻力系数：0.12 ； 长度分别为：0.40m ，2.5m 沿程阻力损失： y P=R0L =10.85（0.4+2.5）=31.5Pa 总阻力损失 ： P1=35.9+31.5=67.4Pa 2、6 号管，7 号三通，8 号弯头，2 号罩：流量 Q=0.52m3/s; 取管径 d=200mm;取管道中气流速度 u=12.0m/s; 局部阻力系数：30弯头：0.081；三通：0.59 则局部阻损失： j P= 2 2 u P 罩=(0.0810.59) 65.42+6.6=50.50Pa 沿程阻力系数：0.12 ； 长度分别为：0.4m 沿程阻力损失： y P= R0L=6.050.4=3.03Pa 总阻力损失 ： P2=50.503.03=53.53Pa 校核 因为 3.03/53.53=5.7%10% 所以 符合要求 - 23 - 3、9 号直管，10 号弯头，11 号直管，12 号三通，15 号直管：流量 Q=0.50.5=1.0m3/s =3600 3 /mh 9 号、11 号取管径 d=280mm 取管道中气流速度 u=16.2m/s ，9 号管长 1.7m，11 号取管长 0.65m 则动压: 2 2 u =135.7Pa 查表可知：/ d=0.0674 比摩阻:R0=/d 2 2 u =0.0674135.7=9.1Pa/m 沿程阻力损失： y P=R0L=9.11.7=15.47Pa 局部阻力系数 90圆形弯头（R/D=1.5）, 0.25； 直流三通（直管）=30； 0.3 则局部阻力损失： j P= 2 2 u P 罩=(0.250.3)135.7+9.81=84.45Pa 沿程阻力系数：0.07 ；长度为：1.7+0.65m 沿程阻力损失： y P=R0L=9.12.35=21.39Pa 总阻力损失 P3=84.4521.39=105.84Pa