1、常州大學課程設計說明書 PAGE III 序號: 012 學號: 08438109 課 程 設 計設計(shj)課程名稱： 大氣污染(d q w rn)控制工程課程設計 題 目： 酸洗廢氣(fiq)凈化系統設計 學 生 姓 名： 張韋 學 院（系）：環境與安全工程學院 專 業 班 級： 環工081 指 導 教 師： 劉亮 李英柳 專業技術職務： 無 設計時間： 2011年 6 月 20 日 2011 年 6 月 24 日前言(qin yn)幾百年來，人類創造了歷史上最為輝煌燦爛的物質文明和精神文明，但與此同時，人類也面臨著非常尷尬且極其危險的局面，全球氣候變暖，水資源匱乏，土地沙漠化以及生態物

2、質的消亡等等。人類賴以繁衍生息的地球正在(zhngzi)逐漸失去她原有的美麗和富饒。環境問題將是21世紀擺在人類面前最為嚴重的挑戰之一，保護環境刻不容緩。大氣污染隨著社會經濟的發展，城市化和工業化的加速，越來越嚴重，特別是當今以煤和石油為主要能源的構架，煤的燃燒產生大量的溫室氣體、二氧化硫、顆粒物等，它們不僅會造成嚴重的大氣污染，而且將直接威脅人類的健康乃至(nizh)生命。西歐，美國，日本等工業發達國家大氣污染事件日趨增多，本世紀50-60年代成為公害的泛濫時期，世界上由大氣污染引起的公害事件接連發生，例如：英國倫敦煙霧事件，日本四日市哮喘事件，美國洛杉磯煙霧事件，印度博帕爾毒氣泄漏事件等等

3、，不僅嚴重地危害居民健康，甚至造成數百人，數千人的死亡。本課程設計是設計一套關于處理濃硫酸在酸洗金剛砂時產生的酸霧和有害氣體的裝置系統。人如果吸入大量硫酸蒸汽，會損害上呼吸道以至肺部組織，嚴重時會失去知覺。與硫酸長期接觸會引起皮膚炎癥，經常吸入硫酸蒸氣或酸霧會引起呼吸道或支氣道管炎，還有長期吸入硫酸蒸氣會引起牙齒的酸蝕癥，先是失去琺瑯質的光澤，繼而露出象牙質，而造成缺損，表面變黑。所以對硫酸煙霧的處理非常有必要。該課程設計包括酸霧的收集裝置，廢氣的處理裝置等過程的設計。本課程設計在設計階段參考了許多相關資料，但由于設計時間較短，難免有一些不足之處，懇請讀者和老師批評指出。第二組2011年6月目

4、 錄第一章 概述(i sh)1.1 氣態(qti)污染物11.2金剛砂生產工藝特點(tdin)31.3金剛砂產生廢氣的成分以及特點3第二章 說明書42.1確定凈化方案42.2集氣罩的設計42.2.1集氣罩基本參數的確定42.2.2集氣罩入口風量的確定42.3填料塔的設計52.3.1填料塔參數的確定52.3.2填料層高度確定62.3.3填料塔附件選擇72.3.4填料塔總壓降72.4管網設計72.4.1風速和管徑的確定72.4.2系統布置流程圖82.4.3阻力計算82.5風機及電機的選擇102.5.1安全系數修正102.5.2動力系統的選擇102.6附屬構件選擇102.6.1管道支架102.6.2

5、補償器102.7設計圖紙102.8參考文獻11第 PAGE 12 頁 共 11 頁第一章 概述(i sh)11 氣態(qti)污染物 1、氣態(qti)污染物的分類 氣體狀態污染物是指以分子狀態存在的污染物，簡稱為氣態污染物。氣態污染物種類很多包括無機物和有機物兩種，但大部分為無機氣體。 無機氣態有硫化物（SO2、SO3、H2S等）、含氮化合物（NO、NO2、NH3等）、鹵化物（Cl2、HCL、HF、SiF4等）、碳化合物（CO、CO2等）以及臭氧等。 有機氣態污染物則有碳氫化合物（烴、芳烴、稠環烴等）、含氧有機物（醛、酮、酚等）、含氮有機物9芳青胺類化合物、腈等）、含硫有機物（流醇、噻吩、二

6、硫化碳等）、含氯有機物（氯代烴、氯醇、有機氯農藥等）等。 直接從污染源排出的污染物稱為一次污染，一次污染物與空氣中原有成分或幾種污染物之間發生一系列化學或光化反應而生成的與一次污染物性質不同的新污染物，稱為二次污染物。在大氣污染中受到普遍重視的二次污染物主要有硫酸霧（Sulfuroussmog），光化學煙霧(Photochemicalsmog)如酸雨（PH5.6）的大氣降雨。 硫酸煙霧是空氣中的二氧化硫等含硫化合物在有霧、重金屬塵或氮氧化合物存在的情況下，發生一系列化學反應而生成的硫酸鹽氣溶膠，光化學煙霧則是在太陽光照下化學反應而生成的淡藍色煙霧，其主要成分是臭氧、過氧乙酰基硝酸脂（PAN）、

7、醛類以及酮類等。2、氣態污染物的危害 空氣中二氧化硫的主要危害是刺激和腐蝕呼吸道黏膜，引起炎癥和氣道阻力增加，繼續不斷作用會導致慢性鼻咽炎，慢性氣管炎等。根據世界衛生組織資料，居民長期接觸接近年平均濃度超過100mg/m3的煙塵和二氧化硫；短期接觸日平均濃度超過250mg/m3的煙塵和二氧化硫，能促使呼吸系統疾病加重，患者病情惡化。 大氣中二氧化硫可被氧化成硫酸霧，隨飄塵直接進入肺泡。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圍不斷擴大，已由80年代初的西南局部地區，擴展至西南，華中，華南和華東的大部分地區，目前年均降水PH值低于5.6的地區已占全國面積的40%左右。酸雨和

8、二氧化硫污染危害居民健康，腐蝕建筑材料，破壞生態系統，造成了巨大經濟損失每年多達200多億元，已成為制約社會經濟發展的重要因素之一。酸雨目前已經釀成公害。 從近幾年城市大氣環境質量監測結果來看，雖然煤煙型大氣污染源的治理取得了顯著的效果，但城市大氣環境整體質量卻沒有得到明顯的改善，有些指標的監測結果還呈遞增趨勢，說明大氣污染源的結構(jigu)在發生變化。監測分析表明，機動車輛排氣型污染已代替煤煙型污染，成為城市主要大氣污染源，并且這一趨勢還將繼續發展。汽車尾氣對大城市大氣環境也造成了嚴重的污染，現在大氣中有害物濃度是1987年的十幾倍，主要污染物是：一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、可吸入顆粒物

9、、碳氫化合物，苯并（a）芘和鉛等。尤其是含有較高濃度的苯并（a）芘和鉛。苯并（a）芘在體內是強烈的致癌物質。鉛影響造血功能和神經功能，特別是影響嬰幼兒、兒童和青少年神經和智能的發育。碳氫化物、氮氧化合物、醛類等污染物，在陽光紫外線作用下相互作用，可以生成光化學煙霧，使毒性加劇。從以上的分析和實際情況來看，汽車尾氣對環境造成了嚴重的污染，危害居民健康，尤其對老人、嬰幼兒、心肺疾病患者以及交通警察的身體健康危害更大。 有一些氣體列如CO、氟氧烴類等，過去并不視為大氣器污染物加以控制，近年來的研究發現，它們在全球氣候變化產生重大(zhngd)影響，氟氧烴類氣體破壞臭氧層，過多的CO則使大氣溫度升高，

10、因此現在有也作為大氣污染物限制排放。 3、氣體(qt)污染物的凈化 氣態污染物的凈化方法有吸收凈化法，吸附凈化法，催化凈化法，燃燒凈化法，冷凝凈化法，生物凈化法，電子束照射凈化法和膜分離法等。吸收凈化法：是利用廢氣中各混合組分在選定的吸收劑中溶解度不同，或者其中某一種或多種組分與吸收劑中活性組分發生化學反應，達到將有害物從廢氣中分離出來，凈化廢氣的目的的一種方法。 吸收的基本理論：當采用某種液體處理氣體混合物時，在氣-液相的接觸過程中，氣體混合物中的不同組分在同一種液體中的溶解度不同，氣體中的一種或數種溶解度大的的組分將進入到液相中，從而使氣相中各組分相對濃度發生了改變，即混合氣體得到分離凈化

11、，這個過程稱為吸收。1.2 金剛砂生產工藝特點(tdin) 金剛砂的學名叫碳化硅，外觀黑色，略有金屬光澤，化學性質比硅砂穩定，因為硬度很高，所以在工業上常用作研磨材料。金剛砂的生產過程需要家濃硫酸酸洗處理，加酸的時候有大量蒸汽(zhn q)、酸霧以及有害氣體生成。 1.3 金剛砂產生廢氣的成分以及(yj)特點1、 密度近似空氣。具有刺激性，并對設備以及建筑具有強烈發腐蝕性。 3、 擴散性。酸洗槽以上散發的氣體具有相對分子量小，溶解性好，不易被顆粒吸附等特點，因此擴散性較強，能與空氣任意比混合。4、 陣發性。酸槽里酸霧的散發，除正常液面散發外，還因水蒸汽爆脹而使酸霧具有陣發性的特點。人如果吸入大

12、量硫酸蒸汽，會損害上呼吸道以至肺部組織，嚴重時會失去知覺。與硫酸長期接觸會引起皮膚炎癥，經常吸入硫酸蒸氣或酸霧會引起呼吸道或支氣道管炎，還有長期吸入硫酸蒸氣會引起牙齒的酸蝕癥，先是失去琺瑯質的光澤，繼而露出象牙質，而造成缺損，表面變黑。 第二章 說明書2.1確定(qudng)凈化(jnghu)方案 此次(c c)設計擬采用5%NaOH溶液（逆流）吸收凈化硫酸煙霧。2.2集氣罩的設計2.2.1集氣罩基本參數的確定由設計資料知：d=700mm，H=1000mm，取H=550mm，=90則D0=d+0.9H=700+0.9550=1195（mm） 圓整D0=1200mm罩下口面積為F0=0.253.

13、141.22=1.130(m2) 罩下口邊高為h1=0.25=0.25=0.27(m) 罩上口直徑擬定為d0=240mm 則罩凈高為校核 和基本符合要求。2.2.2集氣罩入口風量的確定（1）冬季 環境溫度為-6，槽料內加酸后溫度可達100，取吸氣罩入口速度集氣罩排風量（1）夏季(xij) 環境溫度為31，槽料內加酸后溫度(wnd)可達100，集氣罩排風量由于冬季(dngj)排風量大于夏季排風量，應以冬季排風量來計算。校核管道中風速：，符合要求2.3填料塔的設計2.3.1填料塔參數的確定（1）填料的規格及相關參數 本設計擬選用50504.5規格陶瓷鮑爾環填料（亂堆）。 填料參數為：=130m-1

14、, 1=110m2/m3(2) 計算泛點氣速本設計采用質量分數為5%的NaOH為吸收液（參數近似取水的參數）。取液氣比 eq f(L,G) =3.5因 eq f(L,G) = eq f(WL/ML,WG/Mm) ，即 eq f(WL,WG) = eq f(WLL,MmG) = eq f(18,29.051) 3.5=2.169所以 eq f(WL,WG) ( eq f(G,L) )0.5=2.169( eq f(1.028,1000) )0.5=0.0695查埃克特通用關聯圖知 eq f(uf2,g) ( eq f(G, L) )L0.2=0.168吸收(xshu)液溫度為20，L=1mPas

15、 = eq f(水,L) =1可得 uf= eq r( , eq f(0.16810009.81,13011.02810.2) ) =3.512(m/s)(3)計算(j sun)操作氣速u 操作氣速為 u=0.7uf=0.73.512=2.5(m/s)(4)計算塔徑 由于集中處理三個集氣罩的排氣量，則填料(tinlio)塔中的混合氣體體積流量為 VG=3Q=30.710=2.130(m3/s)填料塔塔徑： D= eq r( eq f(4VG, u) ) = eq r(, eq f(42.130,3.142.5) ) =1.042(m)圓整D=1.1m(5)利用圓整后的塔徑重新計算操作氣速u。

16、U= eq f(42.130,3.141.12) =2.47(m/s)(6)校核填料直徑與塔體直徑的比 eq f(d,D) =50/1100=0.041L噴min，符合要求。2.3.2填料層高度確定（1）填料層高度的計算 由設計資料知 kGa=144kmol/(m3hatm)(1atm=101325Pa)，kLa=0.7h-1 當地大氣壓p=734/760=0.966(atm)=97879.95Pa入塔氣體中污染物體積含量 y2=y=0.000686出塔氣體中污染物體積含量 y1= eq f(0.26,98) 22.40.001=0.0000594則入塔氣體(qt)中污染物的分壓 pA2=py

17、2=0.9660.000686=0.000663atm=67.1Pa出塔氣體(qt)中污染物的分壓 pA1=py1=0.9660.0000594=0.0000574atm=5.8Pa吸收液中活性組分的臨界(ln ji)濃度GKP=b eq f(kGa,kLa) pA=2 eq f(144,0.7) pA=411.429pA填料塔液相進口的臨界濃度 CKP1=411.429pA1=411.4290.0000574=0.0236(kmol/m3)填料塔液相出口的臨界濃度 CKP2=411.429pA2=411.4290.000663=0.273(kmol/m3)液相進口處活性組分的濃度 CB1=

18、eq f(5/4010-3,10010-3/1000) =1.25(kmol/m3)液相總濃度 CT=1000/18=55.556(kmol/m3)由物料平衡式知 eq f(G,p) (pApA1)= eq f(L,bCT) (CB2CB1)得 eq f(bCT(pApA1),p(CB2CB1) = eq f(L,G) 即 eq f(255.556,0.966) eq f(0.0006630.0000574),(CB21.25) =3.5 得CB2=1.230kmol/m3因CKP1CB1，CKP2CB2，所以塔中反應為界面反應。求90時氣體的摩爾體積V因V0/T0=V/T，則22.4/273

19、=V/(273+90)，得V=29.785(L/mol)氣體的摩爾流率：G= eq f(VG/V3600, D2/4) eq f(2.130/29.7853600,3.141。12/4) =271kmol/(m2h)液體的摩爾流率：L=3.5271=948.5kmol/(m2h)=17073kg/(m2h)填料塔床層高：h= eq f(271,0.966144) =4.77(2)填料塔床層壓降的計算 eq f(uf2,g) ( eq f(G, L) )L0.2= eq f(2.47221301,9.81) ( eq f(1.027,1000) )10.2=0.083查埃克特通用關聯圖知：由于前

20、已計算橫坐標為0.0695，查埃克特通用關聯圖可知 p=850(Pa/m)填料(tinlio)塔床層壓降：p=8504.77=4055(Pa)2.3.3填料(tinlio)塔附件選擇（1）選用斜口氣體分布(fnb)器，進口管直徑340mm，進口風速15.70m/s，阻力約500Pa（2）選用柵板支承板，阻力約200Pa；（3）選用多孔盤管式液體分布器，阻力約50Pa；（4）選用液封排液裝置；（5）選用折板除霧器，出口管直徑200mm，阻力約100Pa。2.3.4填料塔總壓降 p=4055500+200+50+100=4905（Pa）2.4管網設計2.4.1風速和管徑的確定保證管內風速在的范圍內

21、，本設計選用15.70m/s左右，保證較小的壓力損失，并以此標準選擇管徑，圓整后復核風速。管徑以400mm為主，只是在填料塔進口位置選用300mm管徑。2.4.2系統布置流程圖2.4.3阻力(zl)計算由設計(shj)資料知，混合氣體中污染物濃度為2900mg/m3 ,混合氣體溫度(wnd)為100，冬季大氣壓力為734mmHg(97858.35Pa)混合氣體中污染物體積分數：y=2.90/9822.410-3=6.6310-4 混合氣體平均分子量：Mm=M1(1-y)+M2y=29(1-0.000663)+980.000663=29.046（g/mol）混合氣體密度：系統各部分阻力計算見下頁

22、表。表 NaOH溶液（逆流）吸收法凈化硫酸煙霧系統阻力計算表管 段編 號流量/m3 s-1直徑/mm動壓/Pa局部阻力損失部分沿程阻力損失部分總阻力/Pa備注局部阻力系數局部阻力系數總和局部阻力損失/Pa沿程阻力系數長度/m沿程阻力損失/Pa1-2-30.710240127集氣罩0.110.769650.100.5131.9128.4兩條支管相差4.4%90彎頭：0.232.25插班閥：0.10三通：0.324-5-30.710240127集氣罩0.110.94119.40.100.3113.6123.045彎頭：0.14插班閥：0.10三通：0.593-61.42032016090彎頭：0.

23、230.6197.60.0711.0115.3112.9p=128.4+112.9=241.3三通：0.380.477-8-60.710240127集氣罩0.111.632070.100.5112.8219.8兩條支管相差0.2%90彎頭（2個）：0.460.40插班閥：0.100.20245彎頭：0.14三通：0.824-3-92頭（2個）：0.460.4683.30.0590.8652.3135.6p=243.3+135.6=378.93.6710.869-102.139吸收塔4905p=378.9+4905=5283.910-112頭（3個）：0.690.791430.0590.8274.5217.5p=528.39+217.5=5501.46.642軟連接：0.100.21312-132.343380237天圓地方：0.100.1023.70.0590.365.354.735501.4+54.73=5556.73500370.60.622203.373.732.5風機及電機(dinj)的選擇2.5.1安全系數(nqun xsh)修正風機(fn j)總風量：風機總風壓，并與風機標定工況換算。2.5.2動力系統的選擇(xunz)查風機(fn j)目錄可選用9-26No5A查風機目錄(ml)可選用Y160M2