大氣污染控制工程課程設計--某制藥廠工藝有機廢氣處理工藝設計

1、<p>　　大氣污染控制課程設計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、設計目的1</b></p><p><b>　　二、設計條件1</b></p><p>　　2.1 設計任務1</p><p>

2、;　　2.2 原始材料1</p><p>　　2.3 排放標準1</p><p>　　2.4 處理方法的確定2</p><p>　　三、工藝設計與計算2</p><p>　　3.1 工藝流程的初步確定2</p><p>　　3.2 吸附塔計算2</p><p>　　3.2.1. 吸附

3、劑篩選2</p><p>　　3.2.2 吸附塔設計3</p><p>　　3.3 確定工藝流程7</p><p>　　3.4 管道計算及選材7</p><p>　　3.5 排氣筒高度8</p><p>　　3.6 系統(tǒng)阻力計算8</p><p>　　3.6.1 管道阻力計算8&l

4、t;/p><p>　　3.6.2 局部阻力計算9</p><p>　　3.7 風機選型10</p><p>　　3.8 吸附塔塔徑校核11</p><p>　　3.9 工藝參數(shù)核算11</p><p>　　四、工藝流程說明12</p><p><b>　　五、繪圖12</

5、b></p><p>　　5.1 工藝流程高程圖12</p><p>　　5.2 吸附塔結構圖13</p><p>　　5.3 平面布置圖13</p><p><b>　　六、結束語13</b></p><p><b>　　參考文獻13</b></p&g

6、t;<p>　　某制藥廠工藝有機廢氣處理工藝設計</p><p><b>　　一、設計目的</b></p><p>　　通過課程設計進一步消化和鞏固本課程所學內容，并使所學的知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)運用所學理論知識進行工業(yè)廢氣處理系統(tǒng)設計的初步能力。通過設計，了解工程設計的內容、方法及步驟，培養(yǎng)確定大氣污染控制系統(tǒng)的設計方案、進行設計計算、繪制工程圖、查找與使用

7、技術資料、編寫設計說明書的能力。</p><p><b>　　二、設計條件</b></p><p><b>　　2.1 設計任務</b></p><p>　　1、 根據(jù)工藝廢氣相關資料，確定廢氣處理流程；</p><p>　　2、 對廢氣處理流程中相關設備進行工藝計算，確定其形式、數(shù)目與尺寸；<

8、;/p><p>　　3、 對標準設備進行選型，計算相關管道尺寸并確定材質；</p><p>　　4、 進行各設備的總體布置，繪制高程圖、設備結構圖與平面布置圖。</p><p><b>　　2.2 原始材料</b></p><p>　　某制藥廠產品低溫烘干過程中有含苯乙烯惡臭有機廢氣排放。相關數(shù)據(jù)：流量：1000Nm3/h；

9、溫度：40℃；壓力（表壓）：3000Pa；組成（v/v）：苯乙烯：0.01%；其它：空氣。試設計出一種廢氣處理工藝，使處理后工藝廢氣滿足《惡臭污染物排放標準》(GB 14554-93)中規(guī)定的二級排放要求。</p><p><b>　　2.3 排放標準</b></p><p>　　按《惡臭污染物排放標準》(GB 14554-93)中規(guī)定的二級排放要求，苯乙烯的最高允許

10、排放濃度為7mg/m3。</p><p>　　表2-1 苯乙烯的排放標準值</p><p>　　2.4 處理方法的確定</p><p>　　（1）燃燒法 包括高溫燃燒和催化燃燒，前者需要附加燃料燃燒，因此，使用該法時要考慮回收利用熱能；催化燃燒能耗低，但在工作初期，需用電加熱將廢氣加熱到起燃溫度，故對于頻繁開停車的場合不合適?？紤]到高溫燃燒法回收的熱量超過生產所需的

11、熱能，故并不合適。而直接采用催化燃燒投資太大。</p><p>　?。?）吸收法 即采用適當?shù)奈談ㄈ绮裼?、煤油、水等介質）在吸收塔內進行吸收，吸收到一定濃度后進行溶劑與吸收液的分離，溶劑回收，吸收液重新使用或另行處理，采用這種方法的關鍵是吸收劑的選擇。由于溶劑與吸收劑的分離較為困難，因此其應用受到了一定的限制。</p><p>　?。?）吸附法 采用吸附劑吸附有機廢氣，飽和后用低壓蒸汽

12、再生，再生時排出溶劑廢氣經(jīng)冷凝、水分離后回收溶劑，適用于不連續(xù)的處理過程，特別對低濃度有機廢氣中的溶劑回收有很好的效果。</p><p>　?。?）冷凝法 主要利用冷介質對高溫有機廢氣蒸汽進行處理，可有效回收溶劑。處理效果的好壞與冷媒的溫度有關，處理效率較其他方法相對較低，適用高濃度廢氣的處理。</p><p>　　本處理廢氣含有的污染物為苯乙烯，選用吸附法處理。</p>&

13、lt;p><b>　　三、工藝設計與計算</b></p><p>　　3.1 工藝流程的初步確定</p><p><b>　　3.2 吸附塔計算</b></p><p>　　3.2.1. 吸附劑篩選</p><p>　　合乎工業(yè)要求的吸附劑應該具備如下一些要求：</p><

14、p>　?。?）具有大的比表面積</p><p>　　（2）具有良好的選擇性吸附作用</p><p><b>　?。?）吸附容量大</b></p><p>　?。?）具有良好的機械強度和均勻的顆粒尺寸</p><p>　　（5）有足夠的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性</p><p>　?。?）有良好的再

15、生性能</p><p>　?。?）吸附劑的來源廣泛、價格低廉</p><p>　　本工藝采用煤質柱狀活性炭，煤質柱狀活性炭選用優(yōu)質無煙煤為原料，采用先進工藝精制加工而成，外觀呈黑色圓柱狀顆粒；具有合理的孔隙結構，良好的吸附性能，機械強度高，易反復再生，造價低等特點；用于有毒氣體的凈化，廢氣處理，工業(yè)和生活用水的凈化處理，溶劑回收等方面。</p><p>　　表3-1

16、所選活性炭的參數(shù)</p><p>　　3.2.2 吸附塔設計</p><p>　　1. 吸附塔塔徑計算</p><p>　?。?）空塔氣速：0.2~0.6，取0.3m/s。</p><p><b>　　（2）塔徑計算</b></p><p>　　根據(jù)體積流量公式，得，D= </p>

17、<p>　　式中 D——塔的內徑，m；</p><p>　　G——氣體的體積流量，m3/h； </p><p>　　u——空塔氣速，m/s。</p><p><b>　　由pV=nRT得，</b></p><p>　　=4551.672m3/h=1.264 m3/s，</p><p>

18、;　　即G=4551.672 m3/h=1.264 m3/s。</p><p>　　表3-2 不同空塔氣速對應的塔徑</p><p>　　由上表可知，D=2.4m。</p><p>　　2. 吸附劑床層高度計算</p><p>　　（1）吸附周期確定：T=21d</p><p>　?。?）吸附劑動態(tài)平衡吸附量確定<

19、;/p><p>　　經(jīng)查得其動態(tài)平衡吸附量m’=219mg/g</p><p>　　（3）吸附劑用量計算</p><p><b>　　苯乙烯體積流量：</b></p><p><b>　　苯乙烯初始濃度：</b></p><p>　　=464.3mg/m3</p>

20、<p>　　=2090571.7mg/h</p><p>　　由于活性炭的吸附效率不能達到100%，所以給動態(tài)平衡吸附量加一個保險系數(shù)，取0.7。</p><p>　　=13636.78g/h</p><p>　　所以吸附劑用量=6.87t</p><p>　?。?）吸附劑床層高度計算</p><p>　　ρ

21、=(0.40+0.50)/2=0.45g/cm3</p><p>　　根據(jù)=3.378m。</p><p>　　表3-3不同塔徑、不同周期對應的床層高度</p><p>　?。?）吸附床層壓力降驗證</p><p><b>　　壓力降計算如下：</b></p><p>　　式中—壓降，Pa； &

22、lt;/p><p>　　—空隙率，m3空隙/m3吸附床；</p><p>　　dp—吸附劑顆粒直徑，m；</p><p>　　ρg—氣體密度，kg/m3；</p><p><b>　　H—床深，m；</b></p><p><b>　　μ—氣體黏度，</b></p>

23、<p>　　已知25℃時，μ=Pa·s ρg= 1.128 kg/m3 u=u0/2=0.15m/s</p><p>　　3. 吸附塔個數(shù)及組數(shù)確定</p><p><b>　　所需吸附塔數(shù)</b></p><p>　　式中 H——吸附劑床層的總高度；</p><p>　　Hm——單個吸

24、附塔的的吸附劑厚度</p><p>　　每個吸附塔床層的高度</p><p>　　本設計運用兩個吸附塔并聯(lián)，每個后面再加一個保護塔，循環(huán)替代使用。所以一共需要四個吸附塔。</p><p>　　4. 吸附塔材質確定</p><p>　　苯乙烯理化性質：無色、有特殊香氣的油狀液體。熔點－30.6℃，沸點145.2℃，相對密度0.9060(20/4

25、℃)，折光率1.5469，黏度0.762 cP at 68 °F。不溶于水(<1%)，能與乙醇、乙醚等有機溶劑混溶。苯乙烯在室溫下即能緩慢聚合，要加阻聚劑[對苯二酚或叔丁基鄰苯二酚(0．0002%～0．002%)作穩(wěn)定劑，以延緩其聚合]才能貯存。苯乙烯自聚生成聚苯乙烯樹脂，它還能與其他的不飽和化合物共聚，生成合成橡膠和樹脂等多種產物。</p><p>　　從苯乙烯的理化性質可知，苯乙烯沒有酸性且穩(wěn)

26、定等性質，所以選用鋼材做吸附塔。</p><p><b>　　5、氣體分布器</b></p><p>　　填料塔氣體分布器分為格柵分布器、徑向型分布器、側向進氣分布器。側向進口具有結構簡單的優(yōu)點，但在進口段會形成偏流，在大直徑淺床層塔中難以實現(xiàn)氣體均勻分布的要求，且塔底空間大小對分布影響較大；徑向型分布器結構簡單，具有優(yōu)良的均布性能，當塔底部有足夠空間時，采用其可獲良

27、好效果，但其阻力較大；格柵式分布器結構緊湊，占空間不大，阻力降最小，只要合理設計，其均布性能不錯，是一種良好的進口氣體分布器。所以該填料塔選用格柵分布器。</p><p><b>　　6、填料支撐板</b></p><p>　　填料支撐板的作用是承受填料床層的總負荷和保持氣液暢流。性能優(yōu)良的支撐板其有效開孔率不能小于填料層的空隙率；氣液穿過支撐板時應分流，不相互夾帶；

28、結構性狀要有利于氣液的均布；重量輕、強度好、易于裝卸。</p><p>　　該工藝選用適用于塔徑為1200~4000mm材質為碳鋼或不銹鋼的噴射式支撐板。</p><p>　　3.3 確定工藝流程（包括閥門、取樣、控制措施、風機、排氣筒以及備用設備等）</p><p><b>　　見工藝流程高程圖</b></p><p>

29、;　　3.4 管道計算及選材</p><p>　　表3-4 圓形通風管道規(guī)格</p><p>　　取圓形通風管內氣體的流速為15m/s</p><p>　　在已知流量和氣體流速以后，管道直徑可按下式計算：</p><p>　　式中 D — 管道內經(jīng) ，m；</p><p>　　Q — 流體體積流量 ，m3/s；&l

30、t;/p><p>　　— 內流體的平均流速 ，m/s。</p><p>　　在管道計算中，實際風量應按工藝求的后的風量再加上漏風量。由實際風量按上式計算出管道直徑，或查《全國通用管道計算表》，選取定型化、統(tǒng)一規(guī)格的基本管徑，以便于加工和配備閥門、法蘭。表為常見的圓形通風管道規(guī)格。</p><p>　　1.得輸入（出）氣體鋼管的內徑為</p><p&g

31、t;　　D==328mm，根據(jù)圓形通風管規(guī)格表選擇外徑360mm，壁厚為0.75mm，外徑允許偏差為+1mm的鋼板制風管。</p><p>　　2. 得兩支路鋼管的內徑為</p><p>　　D==232mm，根據(jù)圓形通風管規(guī)格表選擇外徑250mm，壁厚為0.75mm，外徑允許偏差為+1mm的鋼板制風管。</p><p><b>　　3.5 排氣筒高度&l

32、t;/b></p><p>　　在干燥的標準狀態(tài)下，苯乙烯的排放濃度c=464.2857mg/m3</p><p>　　根據(jù)=1.578kg/h<6.5kg/h</p><p>　　式中：——苯乙烯的排放量；Q——煙囪或排氣筒的氣體流量，m3/h(干燥標準狀態(tài))</p><p>　　所以排氣筒高度取15m。</p>

33、<p>　　3.6 系統(tǒng)阻力計算</p><p>　　3.6.1 管道阻力計算</p><p>　　對于圓形風管，摩擦阻力計算公式為： </p><p>　　式中λ—摩擦阻力系數(shù) ；</p><p>　　ν—風管內空氣的平均流速，m/s; </p><p>　　ρ—空氣的密度，Kg/m3; </p&g

34、t;<p>　　L —風管長度，m ；</p><p>　　D —圓形風管直徑，m。</p><p>　　1. 首先計算摩擦阻力系數(shù)</p><p><b>　　雷諾數(shù)Re=</b></p><p>　　式中 u—風管內空氣的平均流速，m/s; </p><p>　　ρ—空氣的密度

35、，Kg/m3; </p><p><b>　　μ—氣體黏度，；</b></p><p><b>　　d—管道直徑。</b></p><p>　　先計算細管道的Re=＞2000，所以氣體流動屬于湍流區(qū)，粗管道直徑更大，自然Re=更大，也屬于湍流區(qū)。此時摩擦阻力系數(shù)可用卡門經(jīng)驗公式計算： （Re＜）</p>

36、;<p>　　得λ粗=0.01413；λ細=0.01516</p><p>　　2．計算延程阻力損失</p><p>　　細管道選擇最長的管道計算延程阻力損失：</p><p>　　粗管道延程阻力損失計算：</p><p>　　所以，總管道延程阻力損失為=462+15=477Pa</p><p>　　3.

37、6.2 局部阻力計算</p><p>　　當空氣流動斷面變化的管件（如各種變徑管、風管進出口、閥門）、流向變化的管件（彎頭）流量變化的管件（如三通、四通、風管的側面送、排風口）都會產生局部阻力。 </p><p>　　局部阻力按下式計算：</p><p>　　式中： — 局部阻力系數(shù)；</p><p>　　— 氣體密度 ，kg/m；</

38、p><p>　　— 管內氣體流速，m/s。</p><p>　　各管件局部壓損系數(shù)，查手冊為：90°彎頭：ξ=0.23，三通管：ξ=0.32，插板閥：ξ=0.10，所以選擇最長路程計算∑ξ==4.89</p><p>　　所以最大局部阻力損失為</p><p><b>　　所以</b></p><

39、;p><b>　　3.7 風機選型</b></p><p>　　凈化系統(tǒng)管網(wǎng)設計計算的目的，是根據(jù)生產工藝的特點及管道配置，確定系統(tǒng)的總抽風量、管道尺寸及系統(tǒng)的總阻力，然后選擇相匹配的風機。</p><p>　　根據(jù)通風機的作用原理，風機可分為離心式、抽流式和貫流式三種。貫流式風機目前僅用于設備產品中，如風機盤管、風幕等。在通風工程中常用的是離心式和抽流式風機。

40、根據(jù)風機的用途不同，又可分為輸送一般氣體的風機、高溫風機、防爆風機、防腐風機、耐磨風機等。離心風機按其壓力又可分為高壓風機(P>3000Pa)、中壓風機(1000Pa<P<3000Pa)、低壓風機(P<1000Pa)。</p><p>　　在工程應用中，選擇風機時應考慮到系統(tǒng)管網(wǎng)的漏風以及風機運行工況與標準工況不一致等情況，因此對計算確定的風量和風壓必須考慮一定的附加系數(shù)和氣體狀態(tài)的修正。

41、</p><p>　　風機的選擇要求：①根據(jù)輸送氣體的性質，確定風機的類型。例如：輸送清潔空氣，可選擇一般通風換氣用的風機。②根據(jù)所需風量、風雅或選定的風機類型確定風機的型號。為了便于接管和安裝，還需考慮合適的風機出口方向和傳動方式。③在滿足風量和風壓的條件下，盡可能選用噪聲低、工作效率高的風機。④通風機和風管系統(tǒng)的不合理連接可能是風機性能急劇變壞，引才在通風機與風管連接時，要使氣體在進出風機時盡可能均勻一致，不

42、要有方向和速度的突然變化！</p><p>　　根據(jù)壓降和管道阻力損失得總壓降為</p><p><b>　?。?）風機的選型</b></p><p>　　風機的風量Q0可按下式計算：</p><p>　　式中 Q——管道系統(tǒng)的總風量，m3/h</p><p>　　K1——考慮系統(tǒng)漏風的安全系數(shù)，

43、一般管道取0~0.1。</p><p><b>　　風機的風壓 </b></p><p>　　式中 ——管道系統(tǒng)的總阻力損失，Pa；</p><p>　　——安全系數(shù)，一般管道取0.1~0.15；</p><p>　　、、T0——通風機性能表中給出的空氣密度、壓力、溫度，通常=101.326kPa，=1.2kg/

44、m3，T0=293K；</p><p>　　、p、T——計算運行工況下管道系統(tǒng)總阻力損失時所采用的氣體密度、壓力、密度。</p><p><b>　　電機的選擇</b></p><p>　　電機的功率Ne計算：</p><p>　　式中 K——電機設備系數(shù)，對2~5kW的通風機取1.2，大于5kW的通風機取1.15<

45、;/p><p>　　——通風機的全壓效率，常取為0.5~0.7；</p><p>　　——機械傳動效率，直聯(lián)傳動取1，聯(lián)軸器傳動取0.98，V帶傳動取0.95。</p><p>　　所以在吸附器入口處配一臺9-19系列NO.6.3A的風機，型號Y160L-2、18.5kW的電機。</p><p>　　3.8 吸附塔塔徑校核</p>

46、<p><b>　　空塔氣速核算：</b></p><p>　　對于單個塔，G=1.264/2=0.632 m3/s; </p><p><b>　　D=</b></p><p>　　保持塔徑不變，D仍取2.4m</p><p>　　3.9 工藝參數(shù)核算</p><p&

47、gt;　?。?）每個吸附床層高度的核算：</p><p>　　（2）壓力降的核算：</p><p>　?。?）吸附劑用量的核算：</p><p><b>　　四、工藝流程說明</b></p><p>　　根據(jù)流程圖,控制步驟為：吸附塔1和吸附塔3為一個工作組，吸附塔2和吸附塔4為一個工作組。當吸附塔1和吸附塔3工作時，開

48、啟2、5、6、8、11、12號閥門，關閉1、3、4、7、9、10號閥門，吸附塔2和4作為保護塔確保廢氣完全被吸附，當一個周期結束后，即吸附塔1和吸附塔3達到穿透點是，關閉閥門2、5、8、11，開啟閥門1、7，讓吸附塔2和吸附塔4吸附塔開始工作，同時對吸附塔1和吸附塔3中的活性炭進行脫附處理或者更新，當更新完畢時，關閉閥門6、12，打開閥門3、4、9、10，此時吸附塔1和3作為保護塔確保廢氣完全被吸附，當?shù)竭_第二個周期時，讓吸附塔1和吸附

49、塔3工作，吸附塔2和吸附塔4停止工作，并更換或者脫附吸附劑，換好后，變成第一周期時的工作狀態(tài)，如此循環(huán)，來進行廢氣處理。</p><p>　　閥門的選擇：工作狀態(tài)下，整個系統(tǒng)的壓力不大，全部采用球閥！球閥的結構簡單、開關迅速、操作方便、體積小、質量輕、零部件少、流動阻力小、結構比閘閥、截止閥簡單，密封面比旋塞閥易加工且不易擦傷。適用于低溫、高壓及粘度大的介質，但不能做調解流量用。</p><p

50、><b>　　五、繪圖</b></p><p>　　5.1 工藝流程高程圖</p><p><b>　　見附圖1</b></p><p>　　5.2 吸附塔結構圖</p><p><b>　　見附圖2</b></p><p><b>　　

51、5.3 平面布置圖</b></p><p><b>　　見附圖3</b></p><p><b>　　六、結束語</b></p><p>　　通過這次課程設計，我對工業(yè)廢氣處理工藝有了更深刻的認識，使所學的知識系統(tǒng)化，同時這次設計使我們獨自解決問題的能力也有所提高。在整個過程中，我查閱了相關書籍及文獻，取其相關

52、知識要點應用到課程設計中，而且其中有很多相關設備選取標準可以直接選取，這樣設計出來的設備更加符合要求。在設計最后附有用cad軟件繪制的設備結構圖、工藝流程高程圖和平面布置圖，在繪圖的整個過程中，我對制圖軟件的操作也更加熟悉。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1．高德明，陳冰冰主編.大氣污染控制技術及設備.化學工業(yè)出版社，2005。&l