大气污染控制工程集气罩课程设计.docx

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大气污染控制工程集气罩课程设计

课程设计任务书

一、课程设计的内容

根据以下数据资料，完成“酸洗车间净化系统集气罩设计”

SO3含量为30%；允许的排风速度最大1.5m/s；车间有酸洗槽3个；相距5m。

选用5%的NaOH为吸收液

槽内甲酸后温度可达100℃

允许罩内最大负压：

25Pa；

允许压力损失：

1000pa

排放标准（标准状况下）：

1.5mg/m-3

冬季环境温度：

-6℃

夏季环境温度：

31℃

当地气压：

100KPa

净化系统布置场地在车间北侧20-25米以内

二、课程设计应完成的工作

1、根据污染物性质，选择设计合适的集气罩；

2、计算出集气罩的排风量、压力降；

3、并确定排风速度；

4、完成除尘、风机、烟囱位置及管道布置

5、按照工程制图要求绘制一张集气罩和系统A3图。

评语

指导小组或指导教师评语：

1本设计对酸洗车间净化系统的集气罩进行设计，并对除尘原理进行了介绍，工艺及参数基本合理，计算数据基本正确。

2文字通顺，格式正确。

3通过本次设计，基本掌握了酸洗车间净化系统的净化原理，达到了预期目标。

1、总论2

1.1酸雨的危害2

1.2集气罩的种类3

1.3除尘原理4

2、集气罩的原始资料5

3、集气罩型号的确定5

4、设计计算6

4.1集气罩基本参数的确定6

4.2集气罩入口风量的确定6

4.3集气罩压力降的确定7

4.4集气罩连接管道压力降的确定7

5、课程设计小结7

参考文献8

酸洗车间净化系统集气罩设计

1.总论

随着人口的剧增和城市化的加剧，煤和石油燃烧排放到大气中的二氧化硫越来越多，它在大气中与水蒸气和氧气混合，生成硫酸，形成酸雨。

酸雨被人们称为“空中死神”，它对生态系统的危害已成为举世瞩目的环境问题。

控制大气中二氧化硫的含量无疑是当今正在努力的一个问题。

而酸洗产生的废气中含有大量酸性气体，合理处理废气中的酸性气体是控制大气污染的必要措施。

我国的能源结构以煤为主，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。

随着经济的快速发展，我国因燃煤排放的二氧化硫急剧增加，所造成的酸雨污染已经到了十分严重的程度，必须引起密切关注。

1.1酸雨的危害

弱酸性降水，可溶解地壳中的矿物质，供植物吸收。

但如果酸度过高，如pH值低于5.0，就可能对人类及自然生态系统造成危害。

酸雨带来的巨大损失是难以估量的，国外把酸雨称为“空中死神”。

1.1.1酸液对人体的危害

酸雨形成硫酸雾所产生的毒性很大，因为其微粒可侵入肺的深部组织，从而引起肺气肿和肺硬化等疾病而导致死亡。

当空气中含有0.8mg/m3硫酸雾时，就会使人难受致病。

1.1.2对农作物、植被的危害

受到酸雨侵蚀的农作物，由于叶内叶绿素含量降低，影响其光合作用，引起叶子枯萎和死亡使产量下降。

荷兰全国54%的森林面积遭酸雨侵害，林木衰弱枯萎。

重庆地区1982年一场pH值达3.9的酸雨使上万亩水稻叶片枯黄，状如火烤，几天后死亡。

1.1.3对土壤、湖泊的危害

酸雨淋溶土壤中的钙、镁、钾等营养元素，抑制有机物的分解和氮的固定，使土壤贫瘠，影响作物生长。

酸雨得不到地表物质的饱和，使得河流、湖泊酸度增高，使水生动植物减少甚至绝迹，成为“死湖”。

在加拿大，酸雨毁灭了1.4万个湖泊，另有4000个也濒临“死亡”。

1.1.4对金属、建筑物的危害

酸雨的腐蚀能力很强,大大加速了金属、建筑物、皮革、油漆、纺织品、橡胶等物质的腐蚀速度。

德国慕尼黑的古画廊、科隆大教堂，已被酸雨腐蚀得面目全非。

柳州的柳江大桥其金属结构现在每年要维修一次，而在无酸雨的六十年代三、四年才维修一次。

应该指出，酸雨和二氧化硫的影响是一个缓慢的过程。

因此，目前沿尚不能定量地估算酸雨所造成的损失，有待于进行深入研究和探索。

但从客观上看，酸雨对我国经济发展的威胁是十分严重的，已成为其经济发展的重要因素之一，一定要引起高度重视，并采取有效的措施，否则酸雨污染范围会进一步扩大，且危害强度也会加重。

1.2集气罩的种类

集气罩，是烟气净化系统污染源的收集装置，可将粉尘及气体污染源导入净化系统，同时防止其向生产车间及大气扩散，造成污染。

其性能对净化系统的技术经济指标有直接的影响。

由于污染源设备结构和生产操作工艺的不同、集气罩的形式是多种多样的。

（1）按罩口气流流动方式分为：

吸气式和吹吸式；

（2）按集气罩与污染源的相对位置及适用范围，吸气式集气罩分为：

密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩等。

①密闭罩

　　定义：

将污染源的局部或整体密闭起来，在罩内保持一定负压，可防止污染物的任意扩散。

　　特点：

所需排风量最小，控制效果最好，且不受室内气流干扰，设计中应优先选用。

结构形式：

局部密闭罩、整体密闭罩、大容积密闭罩

1）局部密闭罩

　　特点：

体积小，材料消耗少，操作与检修方便；

适用：

产尘点固定、产尘气流速度较小且连续产尘的地点。

2）整体密闭罩

　　特点：

容积大，密闭性好。

适用：

多点尘源、携气流速大或有振动的产尘设备。

3）大容积密闭罩

　　特点：

容积大，可缓冲产尘气流，减少局部正压，设备检修可在罩内进行。

适用：

多点源、阵发性、气流速度大的设备和污染源。

②排气柜

　　排气柜可使产生有害烟尘的操作在柜内进行。

　　结构形式：

　　A、排气口在操作口对面，操作口气流分布较均匀，有害气体外逸的可能性较小。

　　B、排气口设在柜顶，操作口上部形成较大进气流速，而下部进气流速较小，气柜内易形成涡流，可能造成有害气体外逸

C、在对面和顶部同时设置排气口

③外部吸（集、排）气罩

　　定义：

通过罩的抽吸作用，在污染源附近把污染物全部吸收起来的集气罩。

　　特点：

结构简单，制造方便；但所需排风量较大，且易受室内横向气流的干扰，捕集效率较低。

常见形式：

顶吸罩、侧面吸罩、底吸罩、槽边吸气罩

④接受式排气罩

　　定义：

接受由生产过程（如热过程、机械运动过程）中产生或诱导出来的污染气流的一种排气罩。

特点：

罩口外的气流运动不是由于罩子的抽吸作用，而是由于生产本身过程产生。

类型：

a.低悬罩（罩口高度1.5A1/2）b.高悬罩（罩口高度>1.5A1/2）

工作原理

吹吸式排气罩及空气幕吹吸式排气罩的工作原理：

当外部吸气罩与污染源的距离较大时，可以在外部吸气罩的对面设置一吸气口，从而形成一层空气幕阻止污染物的散逸，同时也诱导污染气流一起向排气罩流动。

特点：

采用气幕抑制污染物扩散，具有气量小，抗干扰能力强，不影响工艺操作、效果好的特点。

设计方法

　　a.集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物的扩散限制在最小的范围内，以便防止横向气流的干扰，减少排气量。

　　b.集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致，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，以减少排风量；

d.集气罩的吸气气流不允许经过人的呼吸区再进入罩内；

e.集气罩的结构不应妨碍人工操作和设备检修。

1.3除尘原理

空气污染物在车间的扩散是污染物依附于气流运动而扩散的。

对与生产过程散发大量污染物的车间，只要采用合理的方式，抗止住室内二次气流的运动，就可以控制污染物的扩散和飞扬，从而达到改善车间内外空气环境质量的目的。

在局部污染源设置集气罩，将污染气流捕集起来并经净化装置净化后排至室外。

这是控制车间污染最常用、最有效的方法。

一个完整的酸洗车间净化系统分为四部分，分别是：

捕集污染气体的集气罩，连接系统各组成部分的管道，吸收污染气体的吸收塔，及排放处理完气体的烟囱。

一般的局部排气净化系统的基本组成为：

集气罩、风管、净化设备、引风机、烟囱。

集气罩：

集气罩是用以捕集污染气流的。

其性能对净化系统的技术经济指标有直接影响。

由于污染源设备结构和生产操作工艺的不同，集气罩的形式是多种多样的。

风管：

在净化系统中用以输送气流的管道称为风管，通过风管使系统的设备和部件连成一个整体。

净化设备：

为了让防止大气污染，当排气中污染物含量超过排放标准时，不需次啊用净化设备进行处理，达到排放标准后，才能排入大气。

即为该系统中的填料吸收塔。

通风机：

通风机是系统中气体流动的动力设备。

为了防止通风机的磨损和复试，通常把风机设在净化设备之后。

烟囱：

烟囱是净化系统的排气装置。

哟与净化后延期中仍含有一定量的污染物，这些污染物在大气中扩散、稀释、悬浮或沉降到地面。

为了保证污染物的地面浓度不超过环境空气质量标准，烟囱必须具有一定高度。

集气罩设计原则：

1）对散发粉尘或有害气体的工艺流程与设备应采取密闭措施，尽量采用密闭罩。

确定密闭罩的吸气日位、结构和风速时，应使罩内负压均匀，防止污染物外逸，对于散发粉尘和挥发性的污染源，应避免过多负压。

2）当不能或不便采用密闭罩时，可根据工艺操作要求和技术经济条件选择适宜的其他开敞式集气罩。

集气罩应尽可能包围或靠近有害污染源，使污染物局限在较小空间内，并尽可能减少吸气范围，便于捕集和控制污染物。

3）吸气点的排风量应按防止粉尘或有害气体扩散到周围环境空间的原则确定，集气罩的吸气应尽可能利用污染气流的运动作用。

4）已被污染的吸入气流不允许通过人的呼吸区，设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围。

5）集气罩的配置应与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作。

在保证功能的前提下，应力求结构简单、造价低廉，便于安装和维护管理。

6）防止集气罩周围的紊流，应尽可能避免或减弱干扰气流、穿堂风和送风气流等对吸气气流的影响。

2.集气罩原始资料

SO3含量为30%；允许的排风速度最大1.5m/s；车间有酸洗槽3个；相距5m。

选用5%的NaOH为吸收液

槽内甲酸后温度可达100℃

允许罩内最大负压：

25Pa；

允许压力损失：

1000pa

排放标准（标准状况下）：

1.5mg/m-3

冬季环境温度：

-6℃

夏季环境温度：

31℃

当地气压：

100KPa

净化系统布置场地在车间北侧20-25米以内

3.集气罩型号的确定

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。

利用吸入污染空气的集气罩称为吸气式集气罩，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及合适范围，还可将吸气式集气罩分为密闭罩、排气鬼、外部集气罩、接受式集气罩等。

在酸洗车间中，由于条件的限制，无法对污染源进行密闭，只能在污染源附近来设置排气罩，依靠排气罩的吸入气流，将污染物收集。

因此根据资料中生产工艺可知宜采用外部集气罩中的上部伞形集气罩。

4.设计计算

4.1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，

此车间里面有三个酸洗槽，每两个间隔5m，每个酸洗槽为矩形，长为2m，宽为1m。

即

污染源面积2m2；

集气罩口面积约为3.75m2；长为2.5m，宽为1.5m；

集气罩口距污染源高度可设为0.8m；

喇叭口高度可设为1.5m；

管内气体速度v0可设为10m/s；

吸入集气罩气流速度v（以轻微的速度放散到尚属平静的空气中，应控制速度在0.5-1.0m/s内）则可设v＇=0.7m/s；

4.2集气罩入口风量的确定

集气罩排风量Q1（m3/s），可以通过实测罩口的平均吸气速度ν0（m/S）和罩口面积A0（m2）确定。

Q1=vA0=0.7×3.75=2.625（m3/s）

流量比法

吸入室内空气量Q,即

Q=Q1+Q2=Q1（1+Q2/Q1）=Q1（1+K）

KV=（Q2/Q1）limit

K---为流量比

KV与污染物发生量无关,只与污染源和集气罩的相对尺寸有关.

查资料得（党小庆。

大气污染控制工程技术与实践。

化学工业出版社：

2009）

Kv在此情况下宜取0.4，故流量Q=Q1（1+0.4）=2.625×1.4=3.675（m3/s）=13200（m3/h）

故三个集气罩总流量为3Q=13200×3=39690（m3/h）

4.3集气罩压力降的确定

直管中的气流速度v约为10m/s；

烟尘密度ρ约为1.205kg/m3；

查资料得（党小庆。

大气污染控制工程技术与实践。

化学工业出版社：

2009）

上部伞形集气罩压损系数ξ=0.25；

集气罩压力降Δp=ξpd=ξρv2/2=0.25×1.205×102/2=15（Pa）

4.4集气罩连接管道压力降的确定

由公式得连接管道的直径d=18.8×（Q/v）1/2=18.8×（13200/10）1/2=700（mm）

由于流量不断增大，所以管道也逐渐变粗：

管道1：

d1=700mm

管道2：

d2=950mm

管道3：

d3=1200mm

可选用一般的除尘管道Q235型号

集气罩ξ=0.25，90°弯头ξ=1.5一个,90°弯头合流三通ξ=3.0两个，则

局部压损系数∑ξ=0.25×3+1.5+3.0+3.0=8.25；

则局部压损Δpm=∑ξ×（ρv2/2）=8.25×60=500（Pa）

总压力降Δp+Δpm=15+500=515（Pa）

5.课程设计小结

为期十天的课程设计将要结束了。

在这两周的学习中，我学到了很多，也找到了自己身上的不足，感受良多，获益匪浅。

我的主要工作是进行集气罩方面的设计，包括对车间情况的分析，集气罩大小及型号的选取，以及排风量和压力降的计算，为后面做吸收塔，烟囱，管道的同学提供了数据，因为集气罩是所有环节的第一步，只有计算出集气罩的流量和压降，才能对后面的各个部分进行设计，所以我深知这一环的重要性。

通过这几天的设计，是我对大气污染控制工程这门课又有了在理论课上感受不到的新的认识，理论课上，我们只是接受课本上给的数据和公式进行习题的解答，没有机会自主的选择数据以及认识到公式及数据是怎么来的，而在课程设计中就弥补了这方面的不足，从型号，大小等各方面，都需要我们进行自主的选择，有时需要反反复复的进行验证才能得到一个最优的方案，使我们清楚地认识到，一个数据的获得并不是那么容易，这是在理论课上永远得不到的经验，所以说，理论与实践相结合是十分重要的，实践需要理论作支持，理论需要实践来巩固，；两者有机的结合，才会使一科的知识真正学扎实，学透。

对于各种设备的选择，除了考虑性能和外型，还要考虑其运行期间会产生哪些问题并提出相关的意见，例如集气罩，这需要对各种集气罩的除尘机理有一定的理解，并推广到不同型号的集气罩。

而在资料上提供的集气罩也是五花八门，和一般的集气罩的外型结构都有不同之处，还有不少的参数选择，这就要根据设计计算的数据进行选择了。

计算过程中的问题还是比较多，做得也不是很细致。

有些公式因为数据不足没有能够使用上，还有一些经验参数的选取也没有实际的经验作为指导。

相信以后参加工作之后，积累了经验，能更好地掌握。

最后是制图方面。

这也从一方面检验了我们工程制图的能力，包括三视图的画法，空间想象能力和平面布置能力，这对我们而言都是一个考验。

这也是我认为本设计中最需要时间的一项工作，这一点是真正将理论运用到实践的一点，因为我们要考虑的不仅仅停留在能不能用，而要上升至好不好用的方面。

这也是今后工作中要贯穿的主要职责。

在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。

课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。

自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。

通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。

最后终于做完了有种如释重负的感觉。

此外，还得出一个结论：

知识必须通过应用才能实现其价值！

有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

能顺利完成这次课程设计，我要感谢老师的悉心指导，希望以后还有机会向老师学习，也希望有更多机会参加到实际的生产和设计工作。

参考文献

[1].黄学敏，张承中.大气污染控制工程实践教材.化学工业出版社：

2003.

[2].党小庆.大气污染控制工程技术与实践.化学工业出版社：

2009.

[3].郝吉明，马广大.大气污染控制工程[M].北京，高等教育出版社：

2010.