填料吸收塔处理酸性废气课程方案环工郑英华

个人资料整理 仅限学习使用南京工业大学课程设计名称：大气污染控制工程题目：酸洗废气净化系统设计姓名： 郑英华学院：环 境学院专业班级：环境工程 0902指导老师：周迟骏个人资料整理 仅限学习使用前言随着人类的发展，科技不断创新，在创造经济的同时，对环境的污染也在不断加深。人类面临着诸多环境灾难，像全球气候变暖，水资源匮乏，土地沙漠化以及生态物质的消亡等等。人类赖以繁衍生息的地球正在逐渐失去她原有的美丽和富饶。环境问题将是 21世纪摆在人类面前最为严重的挑战之一，保护环境刻不容缓。大气污染随着社会经济的发展，城市化和工业化的加速，越来越严重，特别是当今以煤和石油为主要能源的构架，煤的燃烧产生大量的温室气体、二氧化硫、颗粒物等，它们不仅会造成严重的大气污染，而且将直接威胁人类的健康乃至生命。西欧，美国，日本等工业发达国家大气污染事件日趋增多，本世纪50-60年代成为公害的泛滥时期，世界上由大气污染引起的公害事件接连发生，例如：英国伦敦烟雾事件，日本四日市哮喘事件，美国洛杉矶烟雾事件，印度博帕尔毒气泄漏事件等等，不仅严重地危害居民健康，甚至造成数百人，数千人的死亡。本课程设计是设计一套关于处理浓硫酸在酸洗金刚砂时产生的酸雾和有害气体的装置系统。人如果吸入大量硫酸蒸汽，会损害上呼吸道以至肺部组织，严重时会失去知觉。与硫酸长期接触会引起皮肤炎症，经常吸入硫酸蒸气或酸雾会引起呼吸道或支气道管炎，还有长期吸入硫酸蒸气会引起牙齿的酸蚀症，先是失去珐琅质的光泽，继而露出象牙质，而造成缺损，表面变黑。所以对硫酸烟雾的处理非常有必要。该课程设计包括酸雾的收集装置，废气的处理装置等过程的设计。本课程设计在设计阶段参考了许多相关资料，还有老师的帮助。但由于是第一次设计，而且设计时间较短，难免有一些不足之处，恳请老师批评指出。2018年12月个人资料整理 仅限学习使用目录 11.1 11.2 31.3 3 42.142.242.2.1 42.2.2 42.352.3.152.3.262.3.382.3.482.482.4.182.4.292.4.392.5132.5.1132.5.2132.6132.6.1132.6.2132.7142.814个人资料整理 仅限学习使用第一章 概述1．1气态污染物1、气态污染物的分类气体状态污染物是指以分子状态存在的污染物，简称为气态污染物。气态污染物种类很多包括无机物和有机物两种，但大部分为无机气体。无机气态有硫化物<SO2、SO3、H2S等）、含氮化合物<NO、NO2、NH3等）、卤化物<Cl2、HCL、HF、SiF4等）、碳化合物<CO、CO2等）以及臭氧等。有机气态污染物则有碳氢化合物 <烃、芳烃、稠环烃等）、含氧有机物 <醛、酮、酚等）、含氮有机物 9芳青胺类化合物、腈等）、含硫有机物 <流醇、噻吩、二硫化碳等）、含氯有机物 <氯代烃、氯醇、有机氯农药等）等。直接从污染源排出的污染物称为一次污染，一次污染物与空气中原有成分或几种污染物之间发生一系列化学或光化反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物，称为二次污染物。 在大气污染中受到普遍重视的二次污染物主要有硫酸雾<Sulfurous smog），光化学烟雾(Photochemical smog >如酸雨<PH<5.6）的大气降雨。硫酸烟雾是空气中的二氧化硫等含硫化合物在有雾、重金属尘或氮氧化合物存在的情况下，发生一系列化学反应而生成的硫酸盐气溶胶，光化学烟雾则是在太阳光照下化学反应而生成的淡蓝色烟雾，其主要成分是臭氧、过氧乙酰基硝酸脂<PAN）、醛类以及酮类等。2、气态污染物的危害空气中二氧化硫的主要危害是刺激和腐蚀呼吸道黏膜，引起炎症和气道阻力增加，继续不断作用会导致慢性鼻咽炎，慢性气管炎等。根据世界卫生组织3资料，居民长期接触接近年平均浓度超过 100mg/m的烟尘和二氧化硫；短期接3触日平均浓度超过 250mg/m的烟尘和二氧化硫，能促使呼吸系统疾病加重，患者病情恶化。大气中二氧化硫可被氧化成硫酸雾，随飘尘直接进入肺泡。它的危害作用比二氧化硫大10倍。由二氧化硫排放引起的酸雨污染范围不断扩大，已由80年代初的西南局部地区，扩展至西南，华中，华南和华东的大部分地区，目前年均降水个人资料整理 仅限学习使用PH值低于5.6的地区已占全国面积的 40%左右。酸雨和二氧化硫污染危害居民个人资料整理 仅限学习使用康，腐蚀建筑材料，破坏生态系统，造成了巨大经济损失每年多达200多亿元，已成为制约社会经济发展的重要因素之一。酸雨目前已经酿成公害。从近几年城市大气环境质量监测结果来看，虽然煤烟型大气污染源的治理取得了显著的效果，但城市大气环境整体质量却没有得到明显的改善，有些指标的监测结果还呈递增趋势，说明大气污染源的结构在发生变化。监测分析表明，机动车辆排气型污染已代替煤烟型污染，成为城市主要大气污染源，并且这一趋势还将继续发展。汽车尾气对大城市大气环境也造成了严重的污染，现在大气中有害物浓度是1987年的十几倍，主要污染物是：一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物、碳氢化合物，苯并<a）芘和铅等。尤其是含有较高浓度的苯并<a）芘和铅。苯并<a）芘在体内是强烈的致癌物质。铅影响造血功能和神经功能，特别是影响婴幼儿、儿童和青少年神经和智能的发育。碳氢化物、氮氧化合物、醛类等污染物，在阳光紫外线作用下相互作用，可以生成光化学烟雾，使毒性加剧。`从以上的分析和实际情况来看，汽车尾气对环境造成了严重的污染，危害居民健康，尤其对老人、婴幼儿、心肺疾病患者以及交通警察的身体健康危害更大。有一些气体列如CO、氟氧烃类等，过去并不视为大气器污染物加以控制，近年来的研究发现，它们在全球气候变化产生重大影响，氟氧烃类气体破坏臭氧层，过多的CO则使大气温度升高，因此现在有也作为大气污染物限制排放。3、气体污染物的净化气态污染物的净化方法有吸收净化法，吸附净化法，催化净化法，燃烧净化法，冷凝净化法，生物净化法，电子束照射净化法和膜分离法等。吸收净化法：是利用废气中各混合组分在选定的吸收剂中溶解度不同，或者其中某一种或多种组分与吸收剂中活性组分发生化学反应，达到将有害物从废气中分离出来，净化废气的目的的一种方法。吸收的基本理论：当采用某种液体处理气体混合物时，在气-液相的接触过程中，气体混合物中的不同组分在同一种液体中的溶解度不同，气体中的一种或数种溶解度大的的组分将进入到液相中，从而使气相中各组分相对浓度发生了改变，即混合气体得到分离净化，这个过程称为吸收。个人资料整理 仅限学习使用1.2金刚砂生产工艺特点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。1.3金刚砂产生废气的成分以及特点1、密度近似空气。具有刺激性，并对设备以及建筑具有强烈发腐蚀性。3、扩散性。酸洗槽以上散发的气体具有相对分子量小，溶解性好，不易被颗粒吸附等特点，因此扩散性较强，能与空气任意比混合。4、阵发性。酸槽里酸雾的散发，除正常液面散发外，还因水蒸汽爆胀而使酸雾具有阵发性的特点。人如果吸入大量硫酸蒸汽，会损害上呼吸道以至肺部组织，严重时会失去知觉。与硫酸长期接触会引起皮肤炎症，经常吸入硫酸蒸气或酸雾会引起呼吸道或支气道管炎，还有长期吸入硫酸蒸气会引起牙齿的酸蚀症，先是失去珐琅质的光泽，继而露出象牙质，而造成缺损，表面变黑。个人资料整理 仅限学习使用第二章 说明书2.1 确 定 净 化 方 案此次设计拟采用 5%NaOH 溶液<逆流）吸收净化硫酸烟雾。2.2集气罩的设计2.2.1集气罩基本参数的确定由设计资料知：d=1000mm，H'=1200mm，取H=500mm，α=90?则D0=d+0.8H=1000+0.8×500=1400mm罩下口面积为F0××22=0.253.141.4=1.5386(m>罩下口边高为h1=0.25×=0.31(m>=0.25罩上口直径拟定为 d0=350mm则罩净高为校核和 基本符合要求。2.2.2集气罩入口风量的确定<1）冬季 环境温度为-6℃，槽料内加酸后温度可达 100℃，个人资料整理 仅限学习使用取吸气罩入口速度集气罩排风量<1）夏季 环境温度为31℃，槽料内加酸后温度可达 100℃，集气罩排风量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： ，符合要求2.3填料塔的设计2.3.1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 50×48×1.8规格的塑料鲍尔环填料 <乱堆）。填料参数为：φ=120m-1, α1=106.4m2/m3(2>计算泛点气速 本设计采用质量分数为 5%的NaOH为吸收液<参数近似取水的参数）。个人资料整理 仅限学习使用取 液 气 比 错误! =3.5个人资料整理 仅限学习使用因错误!=错误!，即错误!=错误!=错误!×3.5=2.169所以 错误!(错误!>0.5=2.169×(错误!>0.5=0.0695查埃克特通用关联图知 错误!(错误!>μL0.2=0.168吸收液温度为20℃，μL=1mPa·sΨ=错误!=1可得 uf= =3.655(m/s>(3>计算操作气速u操作气速为u=0.7uf=0.7×3.655=2.56(m/s>(4>计算塔径 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VG=3Q=3×0.765=2.295(m3/s>填料塔塔径：D=错误!==1.068(m>圆整D=1.2m(查资料得塔径规格通常为偶数如 800mm，1000mm，1200mm，1400mm等>(5>利用圆整后的塔径重新计算操作气速 u。U= =2.03(m/s>(6>校核填料直径与塔体直径的比 错误!=50/1200=0.042< ，符合要求。(7>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0.08m3/(m·h>，最小喷淋量为L喷min=(MWR>α1=0.08×106.4=8.512[m3/(m2·h>]L喷==15.05m32·喷min，符合要求。/(mh>>L2.3.2填料层高度确定<1）填料层高度的计算 由设计资料知kGa=144/103×106.4=148.7kmol/(m3·h·atm>(1atm=101325Pa个人资料整理 仅限学习使用kLa=0.7/103×106.4=0.72h-1当地大气压p=734/760=0.966(atm>=97879.95Pa入塔气体中污染物体积含量 y2=y=0.000734出塔气体中污染物体积含量 y1= ×22.4×0.001=0.0000457则入塔气体中污染物的分压pA2=py2=0.966×0.000734=0.000709atm=71.8Pa出塔气体中污染物的分压pA1=py1=0.966×0.0000457=0.0000441tm=4.7Pa吸收液中活性组分的临界浓度 GKP=b错误!pA=2× pA=411.429pA填料塔液相进口的临界浓度CKP1=411.429pA1=411.429×0.0000457=0.0188(kmol/m3>填料塔液相出口的临界浓度CKP2=411.429pA2=411.429×0.000709=0.292(kmol/m3>液相进口处活性组分的浓度 CB1=错误!=1.25(kmol/m3>液相总浓度 CT=1000/18=55.556(kmol/m3>由物料平衡式知 错误!(pA－pA1>=－错误!(CB2－CB1>得 －错误!=错误! 即 －错误!× =3.5 得CB2=1.229kmol/m3因CKP1<CB1，CKP2<CB2，所以塔中反应为界面反应。求90℃时气体的摩尔体积V因V0/T0=V/T，则22.4/273=V/(273+90>，得V=29.785(L/mol>气体的摩尔流率：G=错误!= =270kmol/(m2·h>]液体的摩尔流率：L=3.5×270=945[kmol/(m2·h>]=17010kg/(m2·h>填 料 塔 床 层 高 ： h= =5.15m个人资料整理 仅限学习使用(2>填料塔床层压降的计算错误!(错误!>μL0.2××0.2=(>1=0.052查埃克特通用关联图知：由于前已计算横坐标为 0.168，查埃克特通用关联图可知 p’=590(Pa/m>填料塔床层压降： p=590×5.15=3038.5(Pa>2.3.3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 15.70m/s，阻力约500Pa<2）选用栅板支承板，阻力约 200Pa；<3）选用多孔盘管式液体分布器，阻力约 50Pa；<4）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100Pa。2.3.4填料塔总压降p=3038.5﹢500+200+50+100=3888.5<Pa）2.4管网设计2.4.1风速和管径的确定保证管内风速在 的范围内，本设计选用 15.59m/s左右，保证较小的压力损失，并以此标准选择管径，圆整后复核风速。管径以400mm为主，只是在填料塔进口位置选用 300mm管径。个人资料整理 仅限学习使用2.4.2系统布置流程图2.4.3阻力计算由设计资料知，混合气体中污染物浓度为 3210mg/m3,混合气体温度为 60℃，冬季大气压力为734mmHg(97858.35Pa>混合气体中污染物体积分数： y=3.21/98×22.4×10-3=7.34×10-4混 合 气 体 平 均 分 子 量 ： Mm=M1(1-y>+M2y=29×(1-0.000734>+98×0.000734=29.051<g/mol）混合气体密度：系统各部分阻力计算如下个人资料整理 仅限学习使用管道1-2-3沿程阻力：根据d1-2-3=250mm,V1-2-3=15.59m3/h,查“全国通用通风管道计算表”得λ/d=0.075,实际风速15.21m/s,动压压头为125Pa.则<需对查表得到的Rm0进行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL1-2-3=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.075×125×3.065=22.7Pa局部阻力：集气罩：ξ=0.11，插板阀：ξ=0.1弯头：90度，R/d=1,由表得ξ=0.23三通：ɑ=45。,F1+F2≈F3,由表得ξ=0.32△P1-2-3=Σξ(ρv^2>/2=(0.11+0.1+0.23+0.32>×125=95Pa管道4-5-3沿程阻力：根据d4-5-3=250mm,V4-5-3=15.59m3/h,查“全国通用通风管道计算表”得λ/d=0.075,实际风速15.21m/s,动压压头为125Pa.则<需对查表得到的Rm0进行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL4-5-3=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.075×125×0.265=1.2Pa局部阻力：集气罩：ξ=0.11，插板阀：ξ=0.1弯头：45。，R/d=1,由表得ξ=0.14三通：由表得ξ=0.59P4-5-3=Σξ(ρv^2>/2=(0.11+0.11+0+0.59>×125=117.5Pa管道3-6沿程阻力：根据d3-6=350mm,V3-6=15.91m3/h,查“全国通用通风管道计算表”得λ/d=0.048,实际风速15.52m/s,动压压为130Pa则.<需对查表得到的 Rm0进行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL3-6=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.048×130×1.63=4.9Pa局部阻力：弯头：90。，R/d=1,由表得ξ=0.23三通：由表得ξ=0.38△P3-6=Σξ(ρv^2>/2=(0.18+0.38>×130=79Pa管道7-8-6沿程阻力：根据d7-8-6=250mm,V7-8-6=15.59m3/h,查“全国通用通风管道计算表”得λ/d=0.075,实际风速15.21m/s,动压压头为125Pa.则<需对查表得到的Rm0进行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL7-8-6=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.075×125×1.245=5.7Pa局部阻力：集气罩：ξ=0.11，插板阀：ξ=0.1弯头：90。，R/d=1,由表得ξ=0.23,数量两个个人资料整理 仅限学习使用45。，R/d=1由表得ξ=0.14三通：由表得ξ=0.82△P7-8-6=Σξ(ρv^2>/2=(0.11+0.46+0.1+0.14+0.82>×125=203.75Pa管道4-3-9沿程阻力：根据d8-9=420mm,V8-9=15.59m3/h,查“全国通用通风管道计算表”得λ/d=0.038,实际风速16.57m/s,动压压头为148Pa.则<需对查表得到的 Rm0进行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL8-9=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.038×148×5.582=24.8Pa局部阻力：弯头：90。，R/d=1,由表得ξ=0.23，数量两个P8-9=Σξ(ρv^2>/2=0.46×148=68.1Pa管道10-11沿程阻力：根据d10-11=420mm,V10-11=15.59m3/h,查“全国通用通风管道计算表”得λ/d=0.038,实际风速16.57m/s,动压压头为148Pa.则<需对查表得到的Rm0进行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL10-11=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.038×148×7.705=34.2Pa局部阻力：弯头：90。，R/d=1,由表得ξ=0.23，数量三个软连接：ξ=0.10P10-11=Σξ(ρv^2>/2=0.69×148=116.9Pa管道12-13沿程阻力：根据d12-13=420mm,V12-13=15.59m3/h,查“全国通用通风管道计算表”得λ/d=0.028,实际风速18.23m/s,动压压头为179Pa.则<需对查表得到的Rm0进行修正，Kt=0.9,KB=0.97,Kr=0.9）△PL12-13=Rm.L=Kt*KB*Kr*Rm0*L=Kt*KB*Kr*λ/d(ρv^2>/2*L=0.79×0.028×179×0.36=1.4Pa局部阻力：天圆地方：ξ=0.10△P12-13=Σξ(ρv^2>/2=0.1×179=17.9Pa烟囱沿程阻力：△PL烟囱=3.83Pa局部阻力：ξ=0.6△P12-13=23Pa个人资料整理 仅限学习使用表NaOH溶液<逆流）吸收法净化硫酸烟雾系统阻力计算局部阻力损失部分 沿程阻力损失部分管段流量直径动编号/m3·s/mm压局部阻力系数局部阻局部阻力沿程阻力-1/Pa力系数损失/Pa系数总和集气罩0.111-2-30.76525012590?弯头：0.230.76950.075插班阀：0.10三通：0.32集气罩0.114-5-30.76525012545?弯头：0.140.94117.50.075插班阀：0.10三通：0.593-61.53035013090?弯头：0.230.61790.048三通：0.38集气罩0.117-8-60.76525012590?弯头<21.63203.750.075个）：0.46插班阀：0.1045?弯头：0.14三通：0.8290?弯头<24-3-9 2.295 420 148 个）：0.46 0.46 68.1 0.0389-102.295——吸收塔3888.590?弯头<3个）：0.6910-112.2954201480.79116.90.038软连接：0.10—12-132.525420179天圆地方：0.100.1017.90.02850037