大气酸洗废气设计

1、大气污染控制工程课程设计一酸洗废气净化系统设计说明书第一章概论31.1 设计任务31.2 设计目的31.3 酸洗废气的危害31.3.1 酸洗废气对人体的危害31.3.2 酸洗废气对植物的危害41.3.3 酸洗气体对器物的影响41.3.4 酸洗气体对大气能见度和气候的影响41.4 设计规范51.5 设计原则51.6 金刚砂的生产过程51.7 处理要求5第二章方案选择62.1 设计方案要求62.2 气态污染物处理技术方法比较62.2.1 吸收（洗涤）法62.2.2 冷凝法62.2.3 吸附法62.2.4 燃烧法72.3 方案选择7第三章工艺流程及设备73.1 工艺流程73.2 集气罩73.2.1

2、集气罩的分类73.2.2 集气罩的设计原则83.2.3 集气罩的选择以及参数的确定83.3 吸收塔83.4 管道83.5 风机9第四章附录计算书94.1 集气罩的设计94.1.1 集气罩基本参数的确定94.1.2 集气罩入口风量的确定104.2 填料塔的设计114.2.1 填料塔参数的确定114.2.2 填料塔高度的确定124.2.3 填料塔附彳选择134.2.4 填料塔总压降144.3 管网设计144.3.1 风速和管速的确定144.3.2 阻力计算144.4 动力系统选择164.4.1 安全系数修正164.4.2 动力系统选择164.5 附属构建选择164.5.1 管道支架164.5.2

3、补偿器16第五章设计图纸（A3纸平面图）16第一章概论1.1 设计任务某厂生产用金刚砂，经过湿式研磨后，经浓硫酸酸洗处理。加酸时，有大量蒸汽，酸雾和其他有害气体产生，对车间环境和工人身体健康造成危害。为此，需要对酸洗产生的气体进行治理，以改善车间的环境及工人的操作条件。1.2 设计目的通过设计酸洗废气净化系统，使该厂的废气达到排放的标准，同时减少酸洗过程产生蒸汽，酸雾和其他有害气体的排放，有利于给车间以及工人营造一个良好的工作生活环境，同时使有害气体的浓度大大降低，减少了对人体、植物、动物以及气候等造成的危害，同时保护了地球的环境。1.3 酸洗废气的危害目前，大气污染已经成为全球问题，而大气污

4、染主要是人类活动造成的，大气污染物对人体健康、植物、器物和材料，及大气能见度和气候皆有重要影响。由于该厂生产用金刚砂，经过湿式研磨后，经浓硫酸酸洗处理。加酸时，有大量蒸汽，酸雾和其他有害气体产生，对人体及环境产生极大的危害。特别是SO2、硫酸和硫酸烟雾，以及产生的酸雨等危害更加严重。以下是SO2等酸性气体对人类以及环境的影响。1.3.1 酸洗废气对人体的危害污染物侵入人体主要通过表面接触、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空气，对人体健康的危害主要表现为引起呼吸道疾病。该厂用浓硫酸进行酸洗过程中，会有SO2产生，资料表明：SO2在空气中的浓度达到（0.31.0）X10-6时，人们就会问到它的

5、气味。包括人类在内的各种动物，对SO2反应都会表现为支气管收缩，这可从气管阻力稍有增加判断出来。一般认为，空气中的SO2浓度在0.5X10-6以上，对人体健康已有潜在性影响，（13）X10-6时多数人受到刺激，10X10-6时加剧，个别人还会出现支气管痉挛。与颗粒物和水分结合的硫氧化物是对人类健康影响非常严重的公害。当大气中的SO2氧化成酸雨和硫酸烟雾时即使其浓度只相当于SO2的1/10,其刺激和危害也将更加显著。据动物实验表明，硫酸烟雾引起的生理反应要比单一SO2气体强420倍。1.3.2 酸洗废气对植物的危害污染物对植物的伤害，通常发生在叶子结构，因为叶子含有整棵植物的构造机理。最常遇到的

6、毒害植物的气体就有SO2。大气中含SO2过高，对叶子的危害首先是对叶肉的海绵状软组织部分，其次是对栅栏细胞部分。侵蚀开始时，叶子出现水浸透现象，干燥后，受影响的叶面部分呈漂白色或乳白色。如果SO2的浓度为（0.30.5）X10-6,并持续几天后，就会对敏感性植物产生慢性危害。SO2直接进入气孔，叶肉中的植物细胞时期转化为亚硫酸盐，再转化成硫酸盐。当SO2过量的存在时，植物细胞就不能尽快地吧亚硫酸盐转化为硫酸盐，并开始破坏细胞结构。1.3.3 酸洗气体对器物的影响对器物的损害主要包括玷污性损害和化学性损害两个方面，化学性损害是指由于污染物的化学作用，使器物和材料腐蚀或损坏。大气中SO2的及其生成

7、的酸雾、酸滴等，能使金属表面产生严重的腐蚀，使纺织品、纸品、皮革制品等腐蚀磨损，是金属涂料变质，降低其保护效果。造成金属腐蚀最为有害的污染物一般是SO2。1.3.4 酸洗气体对大气能见度和气候的影响大气污染最常见的后果之一是大气能见度的降低。SO2和其他气态含硫化合物在大气中以较大的反应速度生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子，对能见度有潜在影响。大气污染对能见度的长期影响相对较小，但是对气候产生的大规模影响，则其结果肯定是极为严重的。SO2等排放产生的酸雨，对环境更是造成极大的危害。1.4 设计规范烟气排放达标，整套设备运行经济合理，占地面积较小。执行标准是：大气污染物综合排放标准(GB16297-1

8、996。1.5 设计原则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 .工艺特点：间断加酸，加酸后料槽内温度可达100c以上。2 .废气特点：近似空气，标准状态下酸雾含量为4000mg/m3。温度为60C。3 .气象资料：气温：冬季，-6C;夏季,31C。大气压力：冬季，734mmHg(97.86X103Pa);夏季，718mmHg(95.72X103Pa)。4 .酸洗车间工艺布置图(参见图4-1-1)。说明：酸洗时，工人将预先装入金刚砂的4700mm圆筒形斜槽，沿酸洗槽前方的轨道，推入酸洗槽位置后，向斜槽中加入浓硫酸，并不断搅拌。酸洗完后，将斜槽退出卸料；重新推入一桶新料

9、进行酸洗。故酸洗为间断操作。1.6 金刚砂的生产过程金刚砂的学名叫碳化硅，外观黑色，略有金属光泽，化学性质比硅砂稳定，因为硬度很高，所以在工业上常用作研磨材料。金刚砂的生产过程需要家浓硫酸酸洗处理，加酸的时候有大量蒸汽、酸雾以及有害气体生成。1.7 处理要求处理前硫酸烟雾浓度为4000mg/m3。硫酸烟雾最高排放浓度小于45mg/m3o第二章方案选择2.1 设计方案要求此次设计要求采用液体吸收法进行净化，即采用5%NaOH体在填料塔中吸收净化硫酸雾。2.2 气态污染物处理技术方法比较2.2.1 吸收（洗涤）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

10、异进行分离。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。吸收剂必须对去除的废气有较大的溶解性，同时，如果需回收有用的组分，则回收组分不得和其他组分互溶。吸收剂再吸收的运行条件下，必须具有较好的化学稳定性及无毒无害；吸收剂摩尔质量要尽可能低，以使它的吸收能力最大化。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。2.2.2 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

11、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。2.2.3 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。2.2.4 燃烧法燃烧法是将有害气体、整齐、液体、货烟尘转化为无害物质的过程。只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，所以该设计不采用燃烧法。2.3 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体在填料塔中吸收净化硫酸雾。净化设备为填料塔。操作情

12、况下，气相传质系数kGa=144kmol/(m3hatm)(latm=101325Pa)；液相传系数=0.7h。液气比为：L/G=2.54L/m3。第三章工艺流程及设备3.1 工艺流程酸洗废气卜H集气罩H吸收塔卜T风机R烟囱1排放3.2 集气罩3.2.1 集气罩的分类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。利用吸气气流捕集污染空气的集气罩称为吸气集气罩，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已经密闭情况还可以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。73.2.2 集气罩的设计原则a.改善排放粉尘有害物的工艺

13、和环境，尽量减少粉尘排放及危害。b.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。c.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。d.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。e.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。f.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。g.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。h.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

14、小排风量。3.2.3 集气罩的选择以及参数的确定采用伞型集气罩。有些生产过程或设备本身会产生或诱导气流运动，并带动污染物一起运动，如由于加热或惯性作用形成的污染气流。接受式集气罩即沿污染气流流线方向设置集气罩口，污染气流便可借助自身的流动能量进入罩口。3.3 吸收塔在填料塔内，气体由填料间的空隙流过，液体在在填料表面形成液膜并沿填料间的空隙而下流，气液两相间的传质过程在润湿的表面上进行吸收塔用填料塔。填料塔压降是4500Pa3.4 管道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900或450弯管。3.5 风机根据经验以及

15、查风机表可选用926N05AM电动机Y160M2-2型号第四章附录计算书4.1 集气罩的设计4.1.1 集气罩基本参数的确定根据金刚砂工艺特点以及酸洗操作类别，本设计选用伞型集气罩装置。如图所示：由设计资料知：酸洗槽直径d=700mm设计酸洗槽高H'=1000mm取H=500mm:=90?,则罩下口直径为：D0=d0.8H=7000.8500=1100mm罩下口面积为：F0=3.14父0.25父1.12=0.95m；罩下口边高为：h=0.25.F0=0.250.95=0.24m；罩上口直径拟定为：d0=200mm则罩净高为：hz1102=0.45m,校核：d/d0=0.286>0

16、.2,符合要求；1.0<D0/d=1.57<2.0,符合要求;H/d=0.71<3且h2/'d。=2.25<3,基本符合要求。4.1.2 集气罩入口风量的确定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。一、冬季环境气温为-6oC,料槽内加酸后温度可达100C,T=100-(-6)=106K;22F=0.253.140.70.385mq=8.98.：T1.25F.3600=8.981061.250.3853600=0.327kJ/s热烟气流量：Q0=0

17、.403(qHF2)13=0.403(0.3270.50.3852)13=0.117n3/s.2F'-F0-F-0.95-0.385-0.565m取吸气罩入口速度：v'=0.7m/s,集气罩最小吸入风量：Q=Q0vF=0.1170.70.565=0.513nVs式中：AT温差，K;T1一料槽温度，K;T2环境温度，K;q热量流率，kJ/s;F一污染源断面积，m2;H一集气罩距污染源的垂直距离，R1二、夏季环境气温为31oC,料槽内加酸后温度可达100C,T=100-31=69K;F=0.253.140.72=0.385吊q=8.98T1.25F.3600=8.98691.250

18、.3853600=0.191kJ/s热烟气流量：Q0=0.403(qHF2)1'3=0.403父(0.191父0.5父0.3852)13=0.097n3/s集气罩最小吸入风量：Q=Q0vF=0.0970.70.565=0.493nVs由于冬季排风量大于夏季排风量，应以冬季排风量来计算。1040531校核官道中风速：v=r=16.34m/s,符合要求的1020m/s.3.140.224.2 填料塔的设计4.2.1 填料塔参数的确定1、填料的规格及相关参数本设计拟选用75*45*5规格陶瓷鲍尔环填料（乱堆）。填料参数为：e=122m,a=103m2/m3。2、本设计采用质量分数为5%的Na

19、OH为吸收液，可近似取水的物理参数取气7比LG=44=2.47829.051由式k=WlML,可得%=ML*LGWgMmWgMm*G贝（JWL（二）0.5=2.478（1.028严=0.0795Wg:l1000查埃克特通用关联图知匕二（生）%。2=0148g:l_p水吸收减温度为20C,=1mPas,则中=1：'L可得Uf0.14810009.8112211.08210.2=3.139m/s.3.141113、操作气速为u=0.7uf=0.73.139=2.2m/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V。=3Q=30.513=1.539nVsG填料塔塔径

20、：D=.4Vg=.41.539=0.944m,则圆整后D=1m.,二u，3.142.2415395、此时操作气速u=:=1.96m/s。d75一.一，6、枚核料塔直径与塔体直径的比：一=0.075<(0.125-0.1),符合要求。D10007、校核填料塔的喷淋密度当填料dE75mnW,填料的最小湿率为0.08m3/(m2h),最小喷淋量为：32L喷min=(MWR)a1=0.08m103=8.24m/(mh).2044810000.7851=26.05m3/(m2h)>L喷min,符合要求。4.2.2 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kGa=144k

21、mol/(m3hatm)(latm=101325Pa)；液相传系数kLa=0.7h,，当地大气压P=734mmHg(97.86X103Pa)。混合气体中污染物的体积分数：y=4.0/98X22.4X10-3=9.14X10-40入塔气体中污染物的体积含量y2=y=0.000914；出塔气体中污染物的体积含量y1=00竺M22.4M0.001=1.03父10。98则入塔气体中污染物的分压PA2=Py2=0.9660.000914=0.000883atm=92.7Pa出塔气体中污染物的分PA1=Py1=0.9661.03103=0.00000995atm=1.04Pa吸收液中活性组分的临界浓度Gk

22、p=bKGPA=2xPA=411.429PakLa0.7填料塔液相进口的临界浓度CKP=411.429PA=411.4290.00000995=0.00409kmol/m3填料塔液相出口的临界浓度CKP=411.429PA=411.4290.000883=0.363kmol/m3液相进口处活性组分的浓度Cb154010"1001071000=1.25kmol/m318液相总浓度CT=I000=55.556kmol/m312由物料平衡式知2(Pa2-Pai)=bCT(CB2-CBl)bCg-Pa)PM-Cbi)255.556(0.000883-0.00000995)_4T,0.966(

23、Cb2-1.25)WCB=1.225kmol/m3B2因为Ckr<Cbi,CKP2<Cb2,所以塔中反应为界面反应。求60C时气体的摩尔体积V因V0=-,则T°T22.4273一V一，得V=27.323L/mol。27360气体的摩尔流率:VGV36001.69327.32336003.14142、=284kmol/(mh)液体的摩尔流率:L=4284=1136kmol/(m2h)=20448kg/(m2h)填料塔床层高：h=2840.9661440.000709dP-=5.13m).0000574p2、填料塔床层压降的计算I,。1.9621221.028彳1=0.049

24、9.811000查埃克特通用关联图知：由于前已计算横坐标为0.148,查埃克特通用关联图可知AP'=490Pa/m。填料塔床层压降：AP=490父5.13=2514Pa。4.2.3 填料塔附件选择1、选用斜口气体分布器，进口管直径340mm进口风速16.96m/s,阻力约500Pa2、选用栅板支承板，阻力约200Pa3、选用多孔盘管式液体分布器，阻力约50Pa4、选用液封排液装置。5、选用折板除雾器，出口管直径200mm阻力约100Pa134.2.4 填料塔总压降P=251450020050100=3364Pa由于本设计要求填料塔的压力损失为4500Pa,设计计算出的总压降小于设计要求

25、，所以符合本设计。4.3 管网设计4.3.1 风速和管速的确定由于要求管道内风速在1020m/s的范围内，本设计选用v=16.34m/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 阻力计算由设计资料可知，混合气体中污染物浓度为4000mg/m,混合气体温度为600C,冬季大气压为734mmHg(97.86X103Pa).混合污染物体积分数：y=4.0/98X22.4X10-3=9.14X10-4混合气体平均分子量：Mm=M1y)+My=29X(1-9.14乂10-4)+98X9.14乂104=29.063g/mol混合气体密度：gPMm13.6

26、9.810.91429.063RT8.314(27360)=1.28kg/m32根据式Ro=*父(Pa/m)；d2Py=RoL以及APj=七父旦-计算系统阻力。见214表11NaOH容液吸收法净化硫酸烟雾系统阻力计算表管段编号流量(m3/s)直径(mm)动压(Pa)局部阻力损失部分沿程阻力损失部分总阻力(Pa)备注局部阻力损失系数局部阻力系数总和局部阻力损失(Pa)沿程阻力系数长度(m)沿程阻力损失(Pa)1-230.513200137集气罩：0.110.761040.100.5137.8141.8两支管相差6%90湾头:0.232.25插板阀：0.10/三通：0.59/4-530.513200137集气罩：0.110.941290.100.3114.3133.345弯头：0.23/插板阀：0.10/三通：0.59/3-6