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1、某工厂文丘里除尘器设计环境工程课程设计书目 课程设计目的 1 课程设计题目描述和要求 1 设计说明书 2 一 概述 2 1、大气污染 2 2、大气污染物 2 3、大气污染的危害 2 二 文丘里除尘器 4 1、工作原理 5 2、优缺点 5 3、文氏里管设计和运用留意事项 5 三 管道的设计要求 6 1、管道布置一般原则： 6 2、除尘管道布置原则： 7 四 工艺流程图 8 设计计算书 8 一 设计参数 8 二 文丘里洗涤器几何尺寸计算 8 三 液气比及喷嘴流量 9 四 压力损失计算 9 五 除尘效率 10 六 管道的初步设计 11 七 风机和电机的选择 12 总结 14 参考文献 15 课程设计
2、目的 课程设计的目的在于进一步巩固和加深课程理论学问，并能结合实践，学以致用。本设计为某工厂文丘里的设计，能使学生得到一次综合训练，特殊是： 工程设计的基本方法、步骤，技术资料的查找与应用； 基本计算方法和绘图实力的训练； 综合运用本课程及其有关课程的理论学问解决工程设计中的实际问题； 熟识、贯彻国家环境爱护法规及其它有关政策。课程设计题目描述和要求 为某工厂设计一台简易文丘里除尘器。已知条件：采纳文丘里除尘器处理某工厂含尘烟气。工厂烟气量5200m3/h，烟气含尘浓度为2200mg/m3，烟气温度为120，烟气粘度为2.410-5Pa.s。文丘里除尘器进口粉尘的粒级分布如下： 平均粒径（m）
3、 0.05 0.1 0.3 0.5 1.0 >1.0 粒径分布g（） 10 15 16 18 20 21 设计要求：1、除尘器的压力损失要在合理的范围内； 2、采纳碗形喷嘴； 3、文丘里装配图一张,要求用A2以上图纸,计算机绘图均可。 设计说明书 一 概述 1、大气污染 根据国际标准化组织（ISO）的定义，“大气污染通常是指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境污染的现象。” 所谓人类活动不仅包括生产活动，而且也包括生活活动，如做饭、取暖、交通等。自然过程包括火山活动、山林火灾、海啸、土壤和岩石的风化及大气
4、圈中空气运动等。一般来说，由于自然环境所具有的物理、化学和生物机能（及自然环境的自净作用），会是自然过程造成的大气污染，经过一段时间后自动消退（即使生态平衡自动复原）。所以可以说，大气污染主要是人类活动造成的。 全球性大气污染问题包括温室效应、臭氧层破坏和酸雨等三大问题。2、大气污染物 大气污染物系指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人和环境产生有害影响的那些物质。按其存在状态可分为两大类。一种是气溶胶状态污染物，另一种是气体状态污染物。气溶胶状态污染物主要有粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾等。气体状态污染物主要有以二氧化硫为主的硫氧化合物，以氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物，碳氧化合物、有机化合物
5、及卤素化合物等，如表1所示。 表1气体状态大气污染物的总分类 污染物 一次污染物 二次污染物 含硫化合物 SO2、H2S SO3、H2SO4、MSO4 含氮化合物 NO、NH3 NO2、HNO3、MNO3 碳氧化合物 CO、CO2 无 有机化合物 C1C10化合物 醛、酮、过氧乙酸硝酸酯、O3 卤素化合物 HFHCI 无 3、大气污染的危害 人类体验到的大气污染的危害，最初主要是对人体健康的危害，随后逐步发觉了对工农业生产的各种危害以及对天气和气候产生的不良影响。人们对大气污染物造成危害的机理、分布和规模等问题的深化探讨，为限制和防治大气污染供应了必要的依据。 对人体健康的危害 大气污染后，由
6、于污染物质的来源、性质、浓度和持续时间的不同，污染地区的气象条件、地理环境等因素的差别，甚至人的年龄、健康状况的不同，对人均会产生不同的危害。大气污染对人体的影响，首先是感觉上不舒适，随后生理上出现可逆性反应，再进一步就出现急性危害症状。大气污染对人的危害大致可分为急性中毒、慢性中毒、致癌三种。 a.急毒：性中大气中的污染物浓度较低时，通常不会造成人体急性中毒，但在某些特别条件下，如工厂在生产过程中出现特别事故，大量有害气体泄露外排，外界气象条件突变等，便会引起起人群的急性中毒。如印度帕博尔农药厂甲基异氰酸酯泄露，干脆危害人体，发生了2500人丧生，十多万人受害。 b.慢性中毒：大气污染对人体
7、健康慢性毒害作用，主要表现为污染物质在低浓度、长时间连续作用于人体后，出现的患病率上升等现象。，近年来我国城市居民肺癌发病率很高，其中最高的是上海市，城市居民呼吸系统疾病明显高于郊区。 c.致癌作用：这是长期影响的结果，是由于污染物长时间作用于肌体，损害体内遗传物质，引起突变，假如生殖细胞发生突变，使后代机体出现各种异样，称致畸作用；假如引起生物体细胞遗传物质和遗传信息发生突然变更作用，又称致突变作用；假如诱发成肿瘤的作用称致癌作用。这里所指的“癌”包括良性肿瘤和恶性肿瘤。环境中致癌物可分为化学性致癌物，物理性致癌物，生物性致癌物等。致癌作用过程相当困难，一般有引发阶段，促长阶段。能诱发肿瘤的
8、因素，统称致癌因素。由于长期接触环境中致癌因素而引起的肿瘤，称环境瘤。对工农业生产的危害 大气污染对工农业生产的危害非常严峻，这些危害可影响经济发展，造成大量人力物力和财力的损失。大气污染物对工业的危害主要有两种：一是大气中的酸性污染物和二氧化硫、二氧化氮等，对工业材料、设备和建筑设施的腐蚀；二是飘尘增多给精密仪器、设备的生产、安装调试和运用带来的不利影响。大气污染对工业生产的危害，从经济角度来看就是增加了生产的费用，提高了成本，缩短了产品的运用寿命。大气污染对农业生产也造成很大危害。酸雨可以干脆影响植物的正常生长，又可以通过渗入土壤及进入水体，引起土壤和水体酸化、有毒成分溶出，从而对动植物和
9、水生生物产生毒害。严峻的酸雨会使森林衰亡和鱼类绝迹。对大气和气候的影响 大气污染物质还会影响天气和气候。颗粒物使大气能见度降低，削减到达地面的太阳光辐射量。尤其是在大工业城市中，在烟雾不散的状况下，日光比正常状况削减40% 。高层大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氟氯烃类等污染物使臭氧大量分解，引发的“臭氧洞”问题，成为了全球关注的焦点。从工厂、发电站、汽车、家庭小煤炉中排放到大气中的颗粒物，大多具有水汽凝聚核或冻结核的作用。这些微粒能吸附大气中的水汽使之凝成水滴或冰晶，从而变更了该地区原有降水（雨、雪）的状况。人们发觉在离大工业城市不远的下风向地区，降水量比四周其它地区要多，这就是所谓“拉波特效
10、应” 。假如，微粒中心夹带着酸性污染物，那么，在下风地区就可能受到酸雨的侵袭。大气污染除对天气产生不良影响外，对全球气候的影响也渐渐引起人们关注。由大气中二氧化碳浓度上升引发的温室效应，是对全球气候的最主要影响。地球气候变暖会给人类的生态环境带来很多不利影响，人类必需充分相识到这一点。 二 文丘里除尘器 图1 文丘里洗涤器结构示意图 文丘里除尘器是一种高效湿式洗涤器，在结构上如图1所示，由收缩管、喉管和扩散管组成。文氏管是在意大利物理学家文丘里首次探讨了收缩管道对流体流淌的效率的影响后命名的。文丘里管是在1886年美国科姆斯藿舍尔为了增加流体的速度从而引起压力的削减而独创的。文丘里除尘器于19
11、46年起先在工业中的应用。 事实除尘器要得到较高的除尘效率，必需造成较高的气液相对运动速度和特别细小的液滴，文丘里管就是为了适应这个要求而发展起来的。文丘里除尘器是一种高能耗高效率的湿式除尘器。含尘气体以高速通过喉口，水在喉口处被湍流运动的气流雾化，尘粒与水滴之间相互碰撞使尘粒沉降，这种除尘器结构简洁，对0.55的尘粒除尘效率可达99%以上，但其费用较高。该除尘器常用于高温烟气降温柔除尘，也可用于汲取气体污染物。1、工作原理 文丘里除尘器是典型的湿式除尘器，其除尘是由于惯性、粘附和扩散等作用，主要还是惯性作用。含尘气体由进气管进入收缩管后，流速渐渐增大，气流的压力能渐渐转变为动能，在喉管入口处
12、气速达到最大，一般为50180m/s。洗涤液（一般为水）通过沿喉管周边匀称分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速。充分的雾化是实现高效除尘的基本条件。通常假定：微细颗粒以与气流相同的速度进入喉管；洗涤液滴的轴向初速度为零，由于气流曳力在喉管部分被渐渐加速。在液滴加速过程中，由于液滴与粒子之间的惯性碰撞，实现微细颗粒的捕集。当夜地速度接近气流速度时，液滴与颗粒之间相对速度接近零。在喉管下游，惯性碰撞的可能性快速减小。因为碰撞捕集效率随相对速度增加而增加，因此，气流入口速度必需高。在扩散管中，气流速度减小和压力回升，使以颗粒为凝聚核的凝合速度加快，形成直径较大的含尘液滴以便于被低能洗涤器或除雾器
13、捕集下来。2、优缺点 文丘里除尘器的优点是：除尘效率高，可达99；能消退l弘m以下的细尘粒；结构简洁，造价低廉，维护管理简洁；它不仅用作除尘，还能用于除雾、降温柔汲取、蒸发等方面。缺点是:压力损失较大，用水量较多；不利于副产品回收；除尘产生的污水污泥易造成二次污染。3、文氏里管设计和运用留意事项 文氏管的喉管表面的粗糙度要求一般为。其他部分可以铸件或焊件，但表面应无飞边毛刺。文氏管可以用钢板卷焊。在喉管部分钢板应适当加厚；在喉管外壁应有适当的加强筋板。如因管段过长，需加法兰连接，应尽量避开将法兰镶嵌在喉口直管部位，而使法兰位于喉管以外相当远的距离，即腰鼓形喉管，其长度包括1/3的收缩管和约1/
14、3扩散管的长度在内。以阻挡气流在团六区内因法兰面的凸凹和填料突出等，产生不必要的阻力。不宜在文氏管本体内设测压、测温孔和检查孔。装喷嘴的手孔内部精度应与文氏管本体一样，不得有突出部分。对含有不同程度的腐蚀性气体，运用时应留意防腐措施，避开设备腐蚀。采纳循环水时应使水充分澄清，水质要求含尘量在0.01%以下，以防止喷嘴堵塞。文氏管在安装时各法兰连接管的同心度误差不超过2.5mm。圆形文氏管的椭圆度误差不超过1mm。溢流文氏管的溢流口水平度应严格调解在水平位置，使溢流水匀称分布。文氏管在用于高温烟气除尘时，安装设压力、温度上升警报信号，并设事故高位水池，以确保供水平安 三 管道的设计要求 1、管道
15、布置一般原则： （1）管道布置应削减阻力，采纳圆形风道强度大，耗用材料少，但是占用空间大。矩形风道管件占用空间小，因此易布置。依据详细状况也可以采纳其他的形态，以充分了利用建筑空间。（2）管道敷设的原则 管道敷设有两种形式：明装和暗装。在实际运用中常采纳明装，因为它便于检修，不能用明装时采纳暗装。管道应尽量集中成列，平行敷设，并尽量沿墙或柱子敷设，管径大的和保温管应设在靠墙侧。管道与梁、柱、墙。设备及管道之间应有肯定的距离，以满意施工、运行、检修和热胀冷缩的要求。一般设计原则为： 不保温管道与墙的距离应依据焊接要求考虑，管道外壁与墙的距离一般不小于150200mm。管道与梁、柱、墙、设备的距离
16、可比与墙的距离削减50mm，在该处不应有焊接接头。两根管平行布置时，不保温管道不小于150200mm。当管道受热伸长或冷缩后，上述间距均应不小于25mm。水平管道应有肯定的坡度，以便于放水、放气、疏水和防止积尘，一般坡度为0.0020.005。坡度应考虑斜向风机方向，并应在风管的最低点和风机底部装设水封泄液管。（3）管道应尽量避开遮挡室内光线和阻碍门窗的关闭，不应影响正常的生产操作。（4）管道的支撑原则 留意管道不宜与阀件干脆支撑在设备上，应当单独支架或吊架。管道的焊接缝位置应布置在施工便利和受力较小的地方。焊缝不得位于支架处。焊缝与支架的距离不应小于管径，至少不得小于200mm。（5）管道连
17、接的原则 在以焊接为主要的连接方式的管道中，应设置足够数量的法兰连接处。在以螺纹连接为主的管道中应设置足够数量的活接头，以便于暗转、拆卸和检修。（6）风管上应设置必要的调整和测量装置，如阀门、压力表、温度计、风量测量孔及采样孔等，或者预安装测量装置的接口。（7）管道设计中既要考虑便于施工，又要保证严格不漏。整个系统要求漏损小，以保证吸风口有足够的风量。2、除尘管道布置原则： 除应遵守上述一般原则外，还应满意以下要求： 除尘管道力求顺直，保证气流通畅。当必需水平敷设时，要有足够的流速以防止积尘。对易产生积灰的管道，必需设置清灰孔；为减轻风机磨损，特殊当气体含尘浓度较高时（大于3g/）,应将净扮装
18、置设在风机的吸入段；分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入。三通管的夹角一般不大于300。当有几个支管会和于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面上。四 工艺流程图 图2 文丘里除尘器工艺流程图 如图2所示，工厂产生的烟气被集气罩收集后，在引风机的作用下进入文丘里洗涤器，烟气中的颗粒物与由喷嘴进入洗涤液在惯性碰撞的作用下形成直径较大的含尘液滴。含尘液滴进入除雾器后被捕集，形成污水污泥由除雾器下部排出，进入废水处理装置（如沉淀池）。净化后的气体在引风机产生的风压下由除雾器上部进入管道，最终通过烟囱排入大气。设计计算书 一 设计参数 工厂烟气量5，含尘浓度2200mg/m3，温度T=
19、120，粘度为=2.410-5Pa.s。二 文丘里洗涤器几何尺寸计算 进风管管径 取管道中气流速度： 进风管截面积： 进风管管径： 喉管管径 取喉管截面积：进风管截面积=1：4 则喉管管径： 喉管长度：=(0.81.5) 式中：喉管长度，m ； 收缩管长度： 式中：收缩管长度，m ； 收缩角，一般为2325 取，则 扩散管管径： 扩散管长度： 式中：扩散管长度，m ； 扩散角，一般为57 取，则 三 液气比及喷嘴流量 取液气比 则喷嘴总流量 取用四个喷嘴，每个流量 四 压力损失计算 由海斯凯茨方程式有： 式中：压力损失，Pa ； 喉管中气体流速，m/s ； 喉管的横截面积，m2 ； 烟气密度，
20、kg / m3 ； 、液态、气态的量，单位相同。烟气密度： 压力损失： 文丘里处理后还需除雾器捕集含尘液滴，故还须考虑除雾器压损，一般除雾器压损为10002000Pa,本设计中取。五 除尘效率 常用碗型喷嘴腰鼓形文氏管除尘器的除尘效率见除尘设备表6-28 本设计中气体喉口速度则有： 平均粒径（） 0.05 0.1 0.3 0.5 1.0 >1.0 粒径分布（%） 10 15 16 18 20 21 除尘效率 0.1870 0.9235 0.9991 0.99945 0.99971 0.99963 故总的除尘效率: 六 管道的初步设计 1、管道流速：，管道直径：，取管壁厚约为10mm则外径
21、，查除尘设备表7-2可知，动压为240.3Pa。各管段长度L1=15m，L2=5m，L3=15m。管道：摩擦压力损失为 各管件局部压损系数（查手册）为： 集气罩：；90o弯头（R/d=1.5）：。 则局部压损为 管道：摩擦压力损失为 该段有90o弯头（R/d=1.5）两个，由手册的得。 则局部压损为 管道：摩擦压力损失为 该管段局部压损主要包括风机进出口及排风口伞形风帽的压力损失，若风机入口处变径管压力损失忽视不计，风机出口（估算），伞形风帽（h/D0=0.5）, 则局部压损为 管道总压损： 2、 除尘系统的总压损： 七 风机和电机的选择 选择通风机的计算风量： 式中：Q-管道计算的总风量，m
22、3/h K1-考虑系统漏风所附加的平安系数。一般管道取0.1；除尘管道的取0.10.15。选择通风机的计算风量： 式中：管道计算的总压力损失，Pa； 考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采纳的平安系数。一般管道取0.10.15，除尘管道取0.150.2； 、通风机性能表中给出的标定状态的空气密度、压力、温度。一般来说，=101.3kpa,对于通风机=293，=1.2kg/m3,对于引风机=473，=0.745kg/m3； 、运行工况下进入风机时的气体密度、压力、温度。设计选取引风机，进入风机时假设气体温度， 密度 密度则风机的风压： 依据上述风量和风压，考虑文丘里处理烟气后实际温度以及粉尘粒径等
23、在通风机样本上选择9-19，NO5.6A高压离心通风机，当转速N=2900r/min时，Q=6709/h,P=4448pa,配套电机为Y160M1-2,18.5KW,基本满意要求。复核电动机功率： 式中：K电动机备用系数。对于通风机，电机功率为25kw时取1.2，大于5kw时取1.15；对于引风机取1.3； 通风机全压效率，可由通风机样本中查的，一般为0.50.7； 机械传动效率，对于直联传动为1，联轴器传动为0.98，皮带传动为0.95。 配套电机满意须要。 总结 本次设计主要参照大气污染限制工程教材以及除尘设备设计手册，通过给定参数对文丘里除尘设备进行了具体的结构尺寸设计计算，结合实际状况
24、对管道系统进行设定从而分析整个除尘系统的压损和能耗状况。 本次课程设计用了许多时间，其中也遇到很多困难，终归不能仅靠课本学问就能设计出来，要查阅许多相关资料，再和同学们一起探讨或者向老师请教。也正因为这样，我们才能真正将课本学问应用起来，并付出实践得到成果，不仅相关学问得到充分拓展，也增加了不少胜利的自信念，信任这也是老师所期望的。由于文丘里除尘器具有投资小、结构简洁、占地小、效率较高等特点，目前在我国的除尘设备中仍占有相当数量，而且文丘里应用于范围很广（例如脱硫脱氟等方面。通过这次课程设计让我对文丘里的结构原理及实际应用有了更全面的了解，这有利于我们以后在工作中更加娴熟驾驭其工艺。 参考文献 1郝吉明、马广阔.大气污染限制工程（其次版）M.高等教化出版社，2002 2张林生.环境工程专业毕业设计指南M.中国水利水电出版社，2002 3刘天齐.三废处理工程技术手册（废气卷）M.化学工业出版社，1995 4金国淼.除尘设备设计M.上海科学技术出版社，2002