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1、大气污染控制工程课程设计系部环境工程系课 程 名 称大气污染控制工程课程设计适用班级12级环境工程姓名 陈怡萍 庄煜倩 郑文怡严秋萍 宁丽文学号 指导老师金磊厦门理工学院环境工程系2015年1月大气污染控制工程课程设计说明书作者：陈怡萍 庄煜倩 郑文怡 严秋萍 宁丽文writer：Yiping Chen Yuqian Zhuang Wenyi Zheng Qiuping Yan Liwen Ning目录一、摘要3二、关键词3三、前言33.1 设计任务分工33.2 设计任务及要求33.3 设计原始资料43.3.1 酸洗工艺特点43.3.2 废弃特点43.3.3 气象资料43.3.4 酸洗车间工艺
2、布置图4四、正文64.1 确定净化方案64.2 集气罩的设计64.2.1 集气罩的选择64.2.2 集气罩基本参数的确定74.2.3 集气罩入口排风量的确定74.2.4 压力损失的确定94.3 填料塔的设计104.3.1 填料塔的选择104.3.2 填料层高度的确定134.3.3 填料塔附件的选择144.3.4 填料塔总高度的设计164.3.5 填料塔的结构简图174.4 管网设计184.4.1 管道系统的一般设计步骤184.4.2 风速和管径的确定184.4.3 阻力计算184.5 风机及电机的选择234.5.1 风机的确定234.5.2 与风机标定工况计算234.5.3 动力系统的选择23
3、4.6 附属构件选择244.6.1 管道支架24五、总结及致谢245.1 致谢245.2 总结24六、参考文献24一、摘要Abtract 大气是人类赖以生存的最基本的环境因素，构成了环境系统的大气环境子系统。它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与生存。随着人类经济活动和生产的迅速发展，在大量消耗能源的同时，也将大量的废气、烟尘物质排入大气，严重影响了大气的质量，特别是在人口稠密的城市和工业区域。因此，如何更好地设计制造净化大气的设备，对环保设备工程专业的学生来说尤为重要。此次大气污染控制工程课程设计是配合大气污染控制工程专业课程而单独设立的设计性实践课程，让学生学习和掌握环境工程领域内主要
4、设备设计的基本知识和方法，培养学生综合运用所学的环境工程领域的基础理论、基本技能和专业知识分析问题和解决工程设计问题的能力，培养学生调查研究，进行工程设计计算、图纸绘制及编写技术文件的基本能力。【Abstract】Atmosphere is the basic environmental factors for the survival of mankind, making up the atmospheric environment subsystem of the environment.Its condition and change are effecting human beings
5、 survival and existence always and everywhere.With the rapid development of human beings economic activity and production , a large amount of energy consumed at the same time, also a lot of waste gas, dust released into the atmosphere, which seriously affect the quality of the atmosphere, especially
6、 in densely populated urban and industrial areas. Therefore, how to design and make functional air purification equipments is essential for us. The course design of air pollution control engineering cooperated with the air pollution control engineering course are established individually , aimed at
7、spurring studentss learning and mastering of the basic knowledge and learning methods of main equipment in the field of environmental engineering design.It also develop the expertise of applying basic theory into analysis problems and solving problems in engineering design.Meanwhile,it trains studen
8、ts basic ability of engineering design, calculation, drawing and writing documents. 二、 关键词大气污染 净化 液体吸收 硫酸烟雾【key words】Atmosphere pollution、 purification、liquid absorption 、sulfurous smog三、 前言Foreword3.1 设计任务分工1.陈怡萍（）：集气罩的设计计算、填料塔的设计计算以及部分文字输入。2.庄煜倩（）：管网的设计计算、管线轴向图的绘制。3.郑文怡（）：附属构件的选择、立面图的绘制。4.严秋萍（）：风
9、机及电机的选择、设计说明书英文部分的撰写。5.宁丽文（）：平面布置图的绘制，集气罩设计、填料塔设计、管网设计三部分的文字输入，摘要（中文）、关键词、前言、总结及致谢、参考文献的文本撰写及输入，全文的编辑、排版与校对。3.2 设计任务及要求1.学生必须根据教学要求、设计工作量以及实际条件，进行恰当选题。2.能按照设计任务书，顺利完成设计任务，培养运用本学科的基础理论和专业知识解决本专业实际问题的能力，提高设计计算、工程制图和使用资料的能力。3.设计任务完成后，学生要根据设计的全过程完成专业课程设计说明书，按照一定格式写出设计计算书。3.3 设计原始资料某厂生产需加浓硫酸酸洗处理。加酸时，有大量蒸
10、汽、酸雾及有害气体生成，对车间环境及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。3.3.1 酸洗工艺特点酸洗时，工人将预先装入金刚砂的900mm的圆筒形料槽，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。酸洗完后，将料槽推出卸料；重新装入一筒新料进行酸洗。故酸洗为间断操作，加酸后槽内温度可达80以上。3.3.2 废弃特点1.废气成分：近似空气，标准状态下酸雾含量为6000mg/m3；2.废气温度：80。3.3.3 气象资料1.气温 冬季：5；夏季：392.大
11、气压力 冬季：101.86kPa；夏季：95.72kPa。3.3.4 酸洗车间工艺布置图酸洗车间平面图见图3-1，酸洗车间剖面图见图3-2。图3-1 酸洗车间平面图图3-2 酸洗车间11剖面图四、 正文The main text4.1 确定净化方案此次课程设计要求采用液体吸收进行净化。即采用5%-8%的NaOH在填料塔中吸收净化硫酸烟雾。操作情况下，气相传质系数kGa=144kmol/(m3hatm) (1atm=Pa)，液相传质系数kLa=0.7h-1，推荐液气比为L/G=2.54.5L/ m3。4.2 集气罩的设计4.2.1 集气罩的选择集气罩是烟气净化系统污染源的收集装置，可将粉尘及气体
12、污染源导入净化系统，同时防止其向生产车间及大气扩散而造成污染。集气罩按罩口气流流动方式分为:吸气式和吹吸式；按集气罩与污染源的相对位置及适用范围分为：密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩。根据资料中的生产工艺，宜采用外部集气罩中的上部集气罩。上部集气罩的形状多为伞形，结构简单、制造方便，通常被安装在污染物发生源的上方。当污染源向下方抛射污染物时，或由于工艺操作上的限制在上部或在侧面不容许设置集气罩时，才采用下部集气罩。它在木工车间较为多见，如下图所示：图4-1 上部集气罩当集气罩四周无围挡物自由吸气时，罩口风速的分布与罩的扩张角有关，扩张角越小风速分布越均匀。一般情况下，为了加强排气效果，
13、罩的扩张角应尽量做到小于60。4.2.2 集气罩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。如果设集气罩连接风管的特征尺寸为d。（圆形为直径，方形为短边），污染物的特征尺寸为d(圆形为直径，方行为短边)，集气罩距污染源的垂直距离H，集气罩口的特征尺寸为Do(圆形为直径，方形为短边)，集气罩喇叭口长度h2,则应满足d0/d0.2， 1.0D0/d2.0 , H/d0.7(若影响操作，可适当增大)和h2/d0=3。由资料可知，料槽的直径为900mm，即d=900mm，取H=500mm；则D0=d+0.8H=1300mm取d0=250mm，则h2=（D0 d0)/2=
14、(1300250)/2=525mm取h2=550mm。校核：0.2,即1.01.442.00.73符合要求。集气罩下口面积：集气罩下口高：4.2.3 集气罩入口排风量的确定在工程设计中，常用控制速度法和流量比法来计算集气罩的排风量。本设计中采用控制速度法。集气罩能吸走控制点处污染物的最小吸气速度称为控制速度。控制速度法一般适用于污染物发生量较小的冷过程的外部集气罩设计。1.冬季：环境温度为T=，加酸后槽内废弃温度为。（1) （2) 式中：q-热量效率，kg/s；F-污染源面积，。则 （3）热烟气 式中：H-集气罩距污染源的垂直距离，m。则 （4)最小吸入风量 式中：-最小吸入速度，0.11.0
15、m/s；-集气罩罩口面积与断面面积之差，。集气罩罩口面积 =1.327取吸气罩入口速度=0.7m/s，则Q=0.167+0.70.691=0.6512.夏季：环境温度,加酸后槽内废弃温度。（1） （2） 式中：q-热量效率，kg/sF-污染源面积，。则（3）热烟气 （4)最小吸入风量 式中-最小吸入速度，0.11.0m/s；-集气罩罩口面积与断面面积之差，。集气罩罩口面积 =1.327取吸气罩入口速度=0.7m/s，则Q=0.130+0.70.691=0.612由于冬季排风量大于夏季排风量，应以冬季排风量计算，则Q=0.651，有三个料槽，则总设计流量为校核管道中风速：符合要求（1020m/s
16、）。4.2.4 压力损失的确定集气罩的压力损失一般表示为压力损失系数与直管中的动压之乘积的形式，即式中：-压力损失系数；-气流的动压；-气体的密度，；-气流速度。由环保设备设计手册表3-2-4，查得=0.235，=3952.83Pa，则4.3 填料塔的设计4.3.1 填料塔的选择填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质。所选择的填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用较低。1.填料种类的选择：（1）在保证具有较高传质速率的前提下，应选择具有较高泛点气速的填料；（2）填料层的压降是填料的主要应用性能，填料层的压降越低，动力消耗越低，操作费用小。（3）所选填料应具有较大的操作弹性，以保
17、证塔内气液负荷发生波动时维持操作稳定。同时，还应具有一定的抗污堵、抗热敏能力，以适应物料的变化及塔内温度的变化。2.填料规格的选择：（1）散装填料规格的选择通常是指填料的公称直接。工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多；（2）工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也明星增加，选用时应从分离要求、通量要求、物料性
18、质及设备投资、操作费用等方面综合考虑。3.填料材质的选择：（1）陶瓷填料具有良好的耐腐蚀及耐热性，一般能耐出氢氟酸以外的各种无机酸、有机酸的腐蚀。陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面湿润性能。工业上主要用于气体吸收、气体洗涤、气体萃取等过程；（2）金属填料可用多种材质制成，金属填料造价低，且具有很好的表面湿润性能。金属填料可制成薄壁结构，与同种类型同种规格的陶瓷、塑料填料相比，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温高压高冲击强度下使用，工业应用主要以金属填料为主；（3）塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100以下使用。具有质轻、
19、价廉、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。4.综上所述，选择填料：塑料鲍尔环（散堆填料），其参数特性如下表所示：表4-1 塑料鲍尔环散堆填料的相关特性填料类型公称直径/mm外径和高/mm壁厚/mm比表面积 /（m2/m3）空隙率/%堆积个数 /（个/m3)堆积密度（kg/m3)干填料因子/m-1鲍尔环25252512070.90535001012845.计算泛点速度:取液气比 ；6%NAOH的溶液密度L=1.065g/cm3，混合气体平均密度V=1.070kg/m3 。已知，则图4-2 压降通用关联图横坐标 查压降通用关联图，得 液体校正系数，填料因子，液相黏度取，则
20、所以。6.计算操作速度u：取，则7.计算塔径：圆整：。8.利用圆整后的塔径重新计算操作气速u：处于的50%70%左右，符合要求。9.校核填料塔直径与塔体直径的比：应大于之间，则符合要求。10.校核填料塔的喷淋密度（当填料的d75mm时，此填料的最小润湿率应为0.08，要求L，=最小润湿度填料比表面积=塔截面积 A=0.25=0.25即L，符合要求。4.3.2 填料层高度的确定1.计算填料层高度z：由资料可知：标准状态下，酸雾含量为6000。操作情况下，气相传质系数 液相传质系数 冬季当地大气压 根据大气污染排放标准70=0.07，则取整z=9m。由鲍尔环可知分段高度与塔径之比，则6m，需要分段
21、。把填料塔分成两段，一段4m，一段5m。2.填料塔压降计算：横坐标 纵坐标 查压降通用关联图，根据横纵坐标值定出塔的工作点，则4.3.3 填料塔附件的选择塔的辅助构件包括气体分布器，填料支承板，填料压板，液体分布器，再分布器，除雾装置及等。填料塔操作性能的好坏，与塔内辅助构件的选形和设计紧密相关，合理的选形和设计可保证塔的分离效率，生产能力及压降要求。1.液体分布器的选择：液体分布器可分为初始分布器和再分布器，初始分布器设置于填料塔内，用于将塔顶液体均匀地分布在填料表面上，初始分布器的好坏对填料塔效率影响很大，分布器的设计不当，液体分布不均，填料层的有效湿面积减小而偏流现象和沟流现象增加，即使
22、填料性能再好也难以得到满意的分离效果。液体分布器的选型和设计一般要求：液体分布要均匀、自由截面率要大、操作弹性大、不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等、可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。液体分布器的种类较多，按流动推动力可分为重力式和压力式；按结构形式可分为多孔型和溢流型。其中多孔型分布器又可分为莲蓬式喷洒器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器等。根据本设计的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器。对初始液体分布器或液体收集-分布器而言，关键是要保证适宜的液体喷淋点密度。对散堆填料塔，见下表：表4-2 塔径和喷淋点密度关系塔径/mm喷淋点密度/（点/m2塔截面）D=4003
23、30D=750170D120042因为塔径D=1200mm，即液体分布器的喷淋点密度为42 点/m2塔截面。喷淋点数按分布点集合均匀和流量均匀进行布点设计。根据Eckert建议，液体分布器的喷淋点密度为42 点/m2塔截面，则N=0.25D242=0.253.141.224247.5482.气体分布器的选择：对于大直径（D1.5mm）填料塔和气体入塔动压头与全塔压力降之比大于2.5的情况，应设置气体分布器。因为本设计的填料塔直径D=1.2m，且气体入塔动压头与全塔压力降之比小于2.5，所以不用设置气体分布器。3.填料支承板的选择：填料支承板装置的作用是支承填料以及填料层内液体的重量，同时保证气
24、液两相顺利通过。支承设计不当，填料塔的液泛可能首先发生在支承板上。为使气体能顺利通过，对于 普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的空隙率。由于填料支承装置本身对塔内气液的流动状态也会产生影响，因此作为填料支承装置，除考虑其对流体流动的影响外，一般情况下填料支承装置应满足以下要求：足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量、考虑填料空隙中的持液量、以及可能加于系统的压力波动，机械震动，温度波动等因素。 因为栅板支承板结构简单，制造方便，满足题目各项要求，故选用栅板支承板。4.填料压紧装置的选择：为了保证填料塔在工作状态下填料床能够稳定防止高气相负荷或负荷
25、突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料损失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。填料限定可分为两大类，一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板；一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限定板。填料压板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其开始堆积状态而造成的流体分布不均匀的现象。一般要求压板和限制板自由截面积率大于70%。本设计中使用塑料填料，故选用床层限定板。5.除雾装置的选择：除雾器用于分离塔内气体夹带的液滴，以保证传质效率，降低有价值的物料损失和改善塔后压缩机的操作，一
26、般都在塔顶设置除雾器。可有效去除3-5cm的雾滴，塔盘间若设置除沫器，不仅可保证塔盘的传质效率，还可以减少板间距。所以除雾器主要用于气液分离。除雾器的布置形式最常见的有平板式布置和屋顶式布置。本设计中采用平板式布置。4.3.4 填料塔总高度的设计设填料塔喷淋层高度为1.5m，液体分布层为2.4m，塔顶和塔底超高各0.5m。故，填料塔总高度H=9+1.5+2.4+1.0=13.9m14.0m填料塔的总压力损失等于填料层的压力损失加上填料塔各附件的压力损失，若填料塔各附件的压力损失之和为1000 pa，则总压力损失为：P=5297.4+1000=6297.4 pa4.3.5 填料塔的结构简图图4-
27、3 填料塔的结构简图图中：1塔壳；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。4.4 管网设计4.4.1 管道系统的一般设计步骤1. 根据生产工艺确定吸风点及风量，选择净化装置，进行管道配置，选择管道材料等；2. 按净化装置及管道配置情况，绘制管道系统轴测图，对各管段进行编号，标注长度和流量，管段长度一般按两管件中心线之间的距离计算，不扣除管件本身的长度；3. 选择合适的管内流体流速，使其技术经济合理；4. 根据各管段内的流量和流速计算确定管段截面尺寸；5. 计算管路压力损失，确定最大压损管路；6. 对并联管路进行压损平衡计算，两分支管段的压损差应满足的要求；7. 计算系
28、统总压损，求出总风量与总压损，从而选择风机与电动机。4.4.2 风速和管径的确定由于保证管道内风速在1020m/s，取v=14m/s，则圆整后=0.250m，所以在1020m/s的范围内，符合要求。用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，且根据一般工业通风管道内的风速及本设计的管道输送腐蚀性气体，所以选用薄钢板为风管材料。进行净化系统设备及管道布置，并绘制出布置简图（看管线的轴向图CAD）。4.4.3 阻力计算根据Q=0.651，v=13.269m/s，查环保设备设计手册中的圆形风管单位长度摩擦阻力线算图得d=250mm，1.空气温度和大气压力的修正：2.管壁粗糙度的修正：
29、查（同上表3-3-16）各种材料管道的绝对粗糙K，得薄钢板K在0.150.18mm取K=0.15，则校正后，3.计算管径和摩擦阻力：管段12，由题，选用管内实际流速为： 管段摩擦阻力为： =0.0644，取，管段23：，管内实际流速为：管段摩擦阻力为：，取，管段34：，选用，管内实际流速为：管段摩擦阻力为：，取，管段56，78中的气体流量与管段34中的流量相同，即，故而管道的管径，则，取，管段92：由 取，管段103：由 取，4.计算局部压力损失：管段12，集气罩，插板阀全开，弯头，由局部阻力系数表查得，吸气三通 ，查局部阻力系数表得，管段103，集气罩，插板阀全开，弯头，三通的，管段23，3
30、4没有局部阻力损失，填料塔阻力损失为6297.4Pa。管段56，弯头两个，由局部阻力系数表查得，管段78，渐扩管选,查表得，把变换成对应的动压时的，风帽选，查表得，则5.并联管路阻力平衡：10%管径不需调整：10%管径需调整，调整后管径为：6.系统总压力损失，以最大阻力线路计算：4.5 风机及电机的选择4.5.1 风机的确定1.风机风量：Q=Q（1+K1）=7030.8（1+0.1）=7733.88m3/h式中：Q风机总风量m3/h；Q 系统计算风量m3/h；k1风量修正系数，k1 =0.1-0.15。2.风机风压： P=P（1+K2）=6774.6（1+0.15）=7790.79Pa式中P系
31、统压降，Pa；P系统计算压降Pa；K2压降修正系数，k2=0.1-0.15。4.5.2 与风机标定工况计算p=p(/0 )=7790.79（273+80）273=10073.8Pa式中：p实际工况下系统压降，pa；0 风机标定时的气体密度，kg/m3；实际工况下气体密度，kg/m3。4.5.3 动力系统的选择依据进入风机风量Q和实际工况下系统压降p，以及参考简明通风设计手册，选用LE4-10-1NO.A5型号，转速n=2900r/min,Q=8050/h,P=3380时，配套电机为Y1602，功率N=15kw。4.6 附属构件选择4.6.1 管道支架1.在不影响生产的情况下，集气罩附近现场安装
32、吊架（垂直负荷500Kg，水平负荷0Kg）3个；2.在风机进口处现场安装支架（垂直负荷1000Kg，水平负荷100Kg）各一个；3.在填料塔距地面7m处四角拉线固定，并安装适当的操作平台；4.在烟囱距地面35m处四角拉线固定器等附属构件。五、总结及致谢Summary and thanks5.1 致谢首先，感谢金磊老师给予我们大气污染控制工程课程设计上的教导与指正，我们的课程设计才得以圆满完成。其次，感谢我们的同学，让我们再一次感受到团队的力量，只有亲密无间的配合，才能高效地完成此次设计。最后，再次感谢老师的辛苦教导，不足之处，还请老师指正！5.2 总结首先，此次大气污染控制工程课程设计带给我们
33、最大的感触是，一项工程设计的过程非常繁琐，设计者需要耗费很大的心力，同时他必须具备审慎的思维和负责的态度。我们要从多方面来考虑和设计计算，不仅要考虑到温度、风速、季节等，还要思考设计是否合理经济，应用的设备是否安全可靠；另外，计算数据方面也要经过多次比选和校核。其次，最大的收获是此次的课程设计把所学专业的理论知识与实际运用非常紧密的结合起来，不仅巩固了大气污染控制工程等主干课程的知识，锻炼了综合运用知识、思考问题和解决问题、收集信息等能力。同时，也再一次深刻体会到理论与实际的差异，因为现在运用的知识和资料都是从各类教科书以及网络上来，我们并不了解行业中的实际情况，所以选用的设备和流程可能与实际
34、情况并不相符，出发点可能也并不一致。不过，本次课程设计是最接近实际运用的一次学习，已经足够。有收获，有感触，也有不足。相信通过本次课设，在以后的实践中我们会进一步了解空气净化设备并不断完善。六、 参考文献Reference and documentation1周兴求主编.环保设备设计手册大气污染控制设备M北京：化学工业出版社，2003.12.2孙一坚主编.简明通风设计手册M北京：中国工业建筑出版社.3郝吉明，马广大主编.大气污染控制工程（第二版）M北京：高等教育出版社.4金国淼主编.除尘社备M北京：化学工业出版社.5三废处理工程技术手册（废气卷）.6魏先勋，马菊元，陈信常等主编.环境工程设计手册M长沙：湖南科学技术出版社，2002.七、 附图Drawing