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1、 課 程 設 計 任 務 書 一．設計目的 通過本課程設計，掌握《大氣污染控制工程》課程要求的基本設計方法；具備初步的大氣污染控制工程方案及設備的獨立設計能力；明確大氣污染控制系統(tǒng)的設計過程，能夠進行設計計算、工程繪圖、查找與使用技術資料、編寫設計說明書，從而培養(yǎng)環(huán)境工程專業(yè)學生綜合運用所學的理論知識獨立分析和解決大氣污染控制工程實際問題的實踐能力。 二． 設計資料 廣州某硫酸廠硫酸制造裝置以浮選硫化鐵礦尾沙為原料，采用接觸法。生產(chǎn)工藝主要包括焙燒、凈化、干燥、轉(zhuǎn)化、吸收等工序，SO2轉(zhuǎn)化率一般為97％，SO3轉(zhuǎn)化率為99.95％。在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣包括SO2、NOx

2、、As、硫酸氣溶膠等，以SO2為主要污染物。SO2在低溫、潮濕的靜風天氣下，形成了含有硫酸和硫酸鹽的氣溶膠，在近底層聚集，嚴重危害人類的呼吸系統(tǒng)，會造成嚴重的危害。所以對硫酸廠的廢氣處理非常的必要。 1、煙氣處理量 50000m3/h 2、煙氣中含二氧化硫 0.3％～0.45％ 3、吸收劑 氨水 4、二氧化硫吸收率 95％ 5、中間產(chǎn)品 亞硫酸氫銨溶液 6、吸收塔氣液比為2000（由于煙氣脫硫中煙氣量大，常采用較大的氣液比操作） 7、吸收塔循環(huán)液量為50m3/h 8、設硫酸廠煙氣吸收后的中間產(chǎn)物：

3、 NH+＝10mol/L； HSO3-＝7.5mol/L； SO32- + HSO3-－＝9mol/L 9、設脫硫后煙氣中NH3為90mol/m3 10、吸收段溫度50～55℃ 11、吸收塔液泛氣速為4.3m/s 課 程 設 計 任 務 書 三．設計內(nèi)容和要求 1．二氧化硫回收量的計算、吸收劑（NH4）2SO3的用量、排出的中間產(chǎn)物（NH4）2SO3＋NH4HSO3水溶液量。 2．塔設備的工藝計算。主要有塔徑、堰長、板間距、塔板結(jié)構的運算。 3．塔板校核。主要是檢驗所選經(jīng)驗數(shù)據(jù)的正確度，確保塔板能穩(wěn)定操作。 4．煙囪的設計，泵和風機的選型。

4、 5．主要設備及其參數(shù)。 6．編寫設計說明書：設計說明書按設計程序編寫、包括方案的確定，設計計算、設備選擇和有關設計的簡圖等內(nèi)容。課程設計說明書應有封面、目錄、前言、正文、小結(jié)及參考文獻等部分，文字應簡明、通順、內(nèi)容正確完整，書寫工整、裝訂成冊。 7．圖紙要求 (1)平面布置圖1張。圖應按比例繪制、標出設備、管件編號，并附明細表。在平面布置圖中應有方位標志(指北針)。 (2)高程圖1張 。圖應標高，圖中設備管件應標注編號。鍋爐房及鍋爐的繪制可以簡化，但應能表明建筑外形和主要結(jié)構型式。 (3)主要設備圖1張。圖應詳細標注。并附明細表。 8．排版要求 課程設計中各部分內(nèi)容的字體、字

5、號、行間距、圖形、表格、標題編排等排版格式，按照環(huán)境工程教研室的統(tǒng)一要求進行。 9．裝訂要求 封面，任務書，目錄，正文（設計說明書、設計計算書、心得體會）、參考文獻、附圖 四．主要參考文獻 [1]鄺生魯主編，《化學工程師技術全書》，化學工業(yè)出版社，2002年3月第一版 [2]化工部環(huán)境保護設計技術中心站編寫，《化學環(huán)境保護設計手冊》，化學工業(yè)出版社，1998年6月第一版 [3]劉天齊主編，《三廢處理工程技術手冊（廢氣卷）》，化學工業(yè)出版社，1999年5月第一版 [4]楊鳳林等譯，《環(huán)境工程計算手冊》，中國石化出版社，2003年6月第一版 [5]肖文德等編著，《二氧化硫脫除與回收

6、》，化學工業(yè)出版社，2001年5月第一版 [6]楊飏編著，《二氧化硫減排技術與煙氣脫硫工程》，冶金工業(yè)出版社，2004年1月第一版 [7]魏先勛主編，《環(huán)境工程設計手冊》，湖南科學技術出版社，2002年7月第一版 目 錄 1前言 4 1.1概況 4 1.2設計依據(jù)與設計原則 4 1.3工藝原理及初始數(shù)據(jù) 5 1.4設計范圍 6 1.5工藝流程 6 1.6NADS氨法煙氣脫硫工藝技術優(yōu)勢 7 1.6.1完全資源化 7 1.6.2脫硫副產(chǎn)品價值高 7 1.6.3脫硫裝置可靠 7 1.6.4裝置設備占地小 8 1.6.5適應環(huán)保更高要求 8 2設計計算及說明 8

7、2.1SO2的計算 8 2.2塔設備設計計算 8 2.2.1塔徑 8 2.2.2塔板間距HT 8 2.2.3.堰長及降液管設計 9 2.2.4.浮閥布置 10 2.2.5.壓降 11 2.2.6.液泛（淹塔情況） 11 2.2.7霧沫夾帶計算 11 2.2.8負荷上限（泛塔控制） 11 2.2.9負荷下限（漏液控制） 12 2.3煙囪設計 12 2.3.1.煙囪出口直徑 12 2.3.2 求煙柱抬升高度 12 2.3.3煙囪高度h 13 2.4通風機的選擇 13 2.5泵的選擇 14 2.5.1循環(huán)泵的選擇 14 2.5.2酸性泵的選擇 15 3參考文獻

8、16 4心得體會 16 5致謝 17 1前言 1.1概況 廣州某硫酸廠硫酸制造裝置以浮選硫化鐵礦為原料，采用接觸法。生產(chǎn)工藝主要包括焙燒、凈化、干燥、轉(zhuǎn)化、吸收等工序，SO2轉(zhuǎn)化率為99.99%。在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣包括SO2、NOX、As、硫酸氣溶膠等，以SO2為主要污染物。SO2在低溫、潮濕的靜風天氣下，形成了含有硫酸和硫酸鹽的氣溶膠，在近底層聚集，嚴重危害人類的呼吸系統(tǒng)，會造成嚴重的危害。所以對硫酸廠的廢氣處理非常的必要。 1.2設計依據(jù)與設計原則 1.2.1設計原則 1、嚴格執(zhí)行環(huán)境保護的各項規(guī)定，確保經(jīng)處理后的廢氣達到有關排放標準。 2、采用國內(nèi)技術成熟，運行

9、可靠，操作管理簡單的工藝，盡量降低工程投資和運行費用。 3、平面布置和工程設計時，布局力求合理，盡量節(jié)省占地。 4、盡量使操作運行與維護管理簡單方便。 1.2.2設計依據(jù) 根據(jù)GB16297-1992設計計算及說明規(guī)定SO2排放量應該mg/L，特選用新型氨酸法—NADS氨法。 氨—酸法是將吸收SO2后的吸收液用酸分解的方法，應用最多的酸是硫酸。氨—酸法在30年代就已應用于工業(yè)生產(chǎn)，具有工藝成熟、設備簡單、操作方便等優(yōu)點，其副產(chǎn)品是化肥，實用價值高。 NADS氨法用氨水作為SO2的吸收劑，采用大孔徑浮閥塔作為吸收塔，并利用多段吸收提高吸收效率與產(chǎn)品濃度。與其它堿類相比，吸收塔用酸分解

10、后的回收100%的SO2,并得到副產(chǎn)品化肥，脫硫效率高，SO2的去除率可達98%以上，回收價值高。 1.3工藝原理及初始數(shù)據(jù) 1.3.1工藝原理 NADS氨法主要包括三個步驟：SO2的吸收、吸收液的酸解和過量酸的中和。 將氨水通入吸收塔中，使其與含SO2的廢氣接觸，發(fā)生吸收反應，主要反應為： NH3+H2O+SO2→NH4HSO3 2NH3+H2O+SO2→(NH4)2SO3 (NH4)2SO3+H2O+SO2→2NH4HSO3 隨著吸收過程的進行，循環(huán)液中的NH4HSO3增多，吸收能力下降，需補充氨使部分NH4HSO3轉(zhuǎn)變?yōu)?NH4)2SO3： NH4HSO3 + NH3→

11、(NH4)2SO3 當吸收塔吸收液中S/C達到0.8—0.9時，即可將吸收液自循環(huán)吸收系統(tǒng)導出一部分，送入分解塔中用硫酸進行分解。一般用硫酸分解，所得副產(chǎn)品除高濃度SO2外，還有可做化肥的硫酸銨。反應方程式如下： (NH4)2SO3+H2SO4→(NH4)2SO4+SO2+H2O 2NH4HSO3+H2SO4→(NH4)2SO4+2SO2+2H2O 中和反應為： H2SO4+2NH3→(NH4)2SO4 1.3.2初始數(shù)據(jù) 1、煙氣處理量 50000m3/h 2、煙氣中含二氧化硫 0.3％～0.45％ 3、吸收劑 氨水 4、

12、二氧化硫吸收率 95％ 5、中間產(chǎn)品 亞硫酸氫銨溶液 6、吸收塔氣液比為2000（由于煙氣脫硫中煙氣量大，常采用較大的氣液比操作） 7、吸收塔循環(huán)液量為50m3/h 8、設硫酸廠煙氣吸收后的中間產(chǎn)物： NH+＝10mol/L； HSO3-＝7.5mol/L； SO32- + HSO3-－＝9mol/L 9、設脫硫后煙氣中NH3為90mol/m3 10、吸收段溫度50～55℃ 11、吸收塔液泛氣速為4.3m/s 1.4設計范圍 設計從煙氣發(fā)生點到煙囪，包括大孔徑浮閥塔，煙囪、風機，泵等部分。 1.5工藝流程

13、鍋爐引風機（或脫硫增壓風機）來的煙氣，經(jīng)換熱降溫至100左右進入脫硫塔后用氨化液循環(huán)吸收生產(chǎn)亞硫酸銨；脫硫后的煙氣經(jīng)除霧凈化如再熱器（可用蒸汽加熱或氣氣交換器）加熱至70左右進入煙囪排放。脫硫塔為噴淋大孔徑浮閥塔，吸收劑氨水與吸收液混合進入吸收塔。吸收形成的亞硫酸銨在吸收塔底部氧化成硫酸銨溶液，再將硫酸銨溶液泵入過濾器，除去溶液中的煙塵后送入蒸發(fā)結(jié)晶器中蒸發(fā)結(jié)晶，生成的結(jié)晶漿液流入過濾離心機分離得到固體硫酸銨（含水量（2%～3%）。固體硫酸銨在進入干燥器，干燥后的成品入料倉進行包裝，即可得到商品硫酸銨化肥。 脫硫分吸收、分解、中和三個步驟。為了制備硫酸銨，需要制備出高濃度的亞硫酸銨和亞硫酸銨

14、母液，根據(jù)氣液平衡關系，需要采用兩段氨法吸收，在第一吸收段中，吸收母液可以維持較高的NH4HSO4濃度，以滿足制取硫酸銨產(chǎn)品的要求。在第二吸收段中，吸收母液濃度較低，保證較高的SO2吸收率。因此，NADS氨法很好的解決了SO2吸收率及母液產(chǎn)品的濃度。 脫硫塔 吸收 氧化 再熱器 工藝水 鍋爐煙氣來自增壓風機 空氣 硫銨裝置 商品硫銨 圖1 工藝流程圖 1.6NADS氨法煙氣脫硫工藝技術優(yōu)勢 1.6.1完全資源化 NADS脫硫技術將回收的二氧化硫、氨全部轉(zhuǎn)化為硫酸銨化肥(也可根據(jù)當?shù)氐臈l件副產(chǎn)其它產(chǎn)品)，不產(chǎn)生任何廢水、廢液和廢渣二次

15、污染，是一項真正意義上的將污染物資源化并且符合循環(huán)經(jīng)濟要求的技術。 1.6.2脫硫副產(chǎn)品價值高 因為NADS脫硫技術室回收法，副產(chǎn)品附加值的產(chǎn)品，可使氨增值，所以氨法脫硫的運行費用小，煤中含硫量越高，運行費用越低。脫硫裝置的運行過程既是硫酸銨的生產(chǎn)過程，每吸收1t二氧化硫需消耗0.5t氨并可生產(chǎn)2t硫酸銨。 1.6.3脫硫裝置可靠 氨法為氣液兩相反應，反應性活性強，具有較大的化學反應速率，脫硫劑及脫硫產(chǎn)物皆為澄清的溶液無積垢無磨損。氨法更容易實現(xiàn)自動控制，使控制操作簡單易行，脫硫效率可穩(wěn)定在90%以上。其次，氨法采用了先進的重防腐技術，并選用可靠的材料和設備，使裝置可靠性高達98.5%

16、，日常維護量少，且節(jié)約維修費用。 1.6.4裝置設備占地小 氨法脫硫裝置無需原料預處理工序，脫硫副物的生產(chǎn)過程相對比較簡單，裝置總配置的設備在30臺套左右，且處理量較少，設備選型無需太大。 1.6.5適應環(huán)保更高要求 氨法脫硫的吸收劑為氨，氨對NO同樣有吸收作用。另外脫硫過程中形成的亞硫酸銨對NO還具有還原作用，所以氨法脫硫的同時也可實現(xiàn)脫銷的目的，減輕溫室效應。 2設計計算及說明 2.1SO2的計算 SO2的回收量為：500000.45%95%=213.75m3/h 2.2塔設備設計計算 2.2.1塔徑 取氣速為泛點氣速的80%則 由化工工藝設計手冊知：當塔

17、徑大于1m時，間隙按0.2m進行圓整，則D=2.4m 由得L=25m3/h 由化工工藝設計手冊知，塔徑在800mm以上選板式塔。 由液體負荷與板上流的關系知：L<110m3/h，選擇單溢流型板式塔 2.2.2塔板間距HT 由化工工藝手冊知當D大于1.5m時，HT取0.6m 校核：取塔板堰長lw=0.726D=0.7262.4=1.7424m 塔板面積AT=4.5240m 降液管面積Af=0.452 板上清夜高度hL’=0.08m， 查化學工程手冊60%氨水在20時的表面張力 則在50時的表面張力 計算得 塔上鼓泡層高度hf=2.5hL’=2.50.08=0.2 則

18、 停留時間>5s 自上校核初步認為塔徑取2.4m是合理的。 2.2.3.堰長及降液管設計 堰長lw=0.726D=0.7262.4=1.7424m 求how 由圖液體收縮系數(shù)查得E=1.015 液面梯降 由圖弓形的寬度與面積得Wd=0.3744m Z1=D-2Wd=1.2-20.3744=0.7488m hf=2.5hL’=2.50.09=0.225 查化學工藝設計手冊得：60%氨水的密度/m3 粘度4210-69.80665=0.42CP （可省略） 求hL 設hL’=0.08m，hw=hL’-how=0.09-0.0169=0.631 取hw

19、=62mm則hL=hw+how=0.062+0.0169=0.0789mhL’ 再求h0 假設h0比hw低15mm則h0=hw-0.015=0.047m 故取h0=45mm 2.2.4.浮閥布置 F0為閥孔動能因素，為孔速 取F0=11， 閥數(shù)N按公式 按JB1205-80標準，取中心距t=65mm，得到N=530個 孔速 每層板上孔的面積 2.2.5.壓降 由公式閥片全開后 液層有效阻力hl=0.5hL=0.50.0789=0.03945m液柱 hp=hc+hL=0.194+0.03945=0.23345 2.2.6.液泛（淹塔情況） 液相通過降液管底部的

20、壓力 降液管內(nèi)液面高度 故不會淹塔 2.2.7霧沫夾帶計算 2.2.8負荷上限（泛塔控制） 淹塔控制時 Hd（max）=0.5(HT+hw)=0.5(0.6+0.62)=0.331m液柱 hp=Hd-hL-hd=0.331-0.0889-0.00011=0.242m液柱 hc（max）=hp-0.5hL=0.242-0.50.0889=0.242m液柱 負荷上限為64%時仍能滿足生產(chǎn)要求，如需要更大負荷，可適當增大板間距或減少塔板間距 2.2.9負荷下限（漏液控制） 漏液控制時取Fomin=5，則 V

21、hmax=5000021.85%=10.926.57% 2.3煙囪設計 2.3.1.煙囪出口直徑 ——通過煙爐煙氣量，由接入煙囪的全部爐子在額定負荷想運行時的情況而 定，m3/h W——煙囪的出口煙氣速度,m/s，取15m/s 2.3.2 求煙柱抬升高度 W——煙囪出口處平均風速，按各地氣象條件選用《工業(yè)鍋爐污染物排放控制指標》制定中按W=3m/s計算 t——煙囪出口處煙氣溫度， ——煙氣出口處溫度與大氣溫度之差，,大氣常年平均溫度按各地氣象條件選用，一般地區(qū)可取15~20 2.3.3煙囪高度h h—煙囪高度，m M—有害物質(zhì)排放量，g/s

22、Cx—垂直方向的大氣擴散系數(shù) Cy——水平方向的大氣擴散系數(shù)，《工業(yè)鍋爐污染物排放控制指標》制定中可按.0計算 Cmax—地面空氣中有害物允許最大濃度日平均值，根據(jù)TJ36《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》的標定對飄塵和SO2均取Cmax=0.15mg/m3 2.4通風機的選擇 選用圓形通風機管道直徑280mm，查表知v取8m/s，則風量 D—風管直徑，m V—風速，m/s 查化學工藝設計手冊知：圓形風管及配件鋼板厚度為0.5mm，圓形風管法蘭材料規(guī)則為254 l=60mm 無縫鋼管，即 查圖沿程阻力摩擦阻力=0.0205 查表各種管件閥門和流量計以管徑計的當量長度得三通管

23、為 —物料在爐管中流動總阻力，Pa d—管子內(nèi)徑，m l—管內(nèi)通道長度，m —流體在操作狀態(tài)下的平均密度，kg/m3 v—流體在操作狀態(tài)下的平均速度，m/s 由通風機技術性能和主要用途選擇型號為T4-72的離心通風機。 它的主要性能參數(shù)：風壓范圍/Pa 180~3000，風量范圍/m3.h-1 794~79015,功率范圍/KW 0.75~75 輸送介質(zhì)溫度t/ 2.5泵的選擇 選擇泵的配管為無縫鋼管，其直徑為280mm，根據(jù)泵的配管要求，泵的吸入口處有水平布置的彎頭時，應在吸入口和彎頭之間設一段直管段，設計為單吸吸入，單吸吸入所設置的彎頭之間設一段直管段，設計為單

24、吸吸入，單吸吸入所設置的管段長度為5m，遠大于3倍管徑。 選擇泵的參數(shù)應按工藝要求的最大流量和最大流程再乘以附加泵的安全系數(shù)的數(shù)值為根據(jù)附加值為10%。 2.5.1循環(huán)泵的選擇 泵的流量 Q=1.1Qmax=1.150=55m3/h ,該流動類型為湍流 無縫鋼管， 查圖沿程摩擦阻力得=0.0225 管道總長度為62m 查表各種管件閥門和流量計以管徑計的當量長度的三通管得 總阻力損失 泵的揚程 水位差最大值為25m H=1.1Hmax=1.1（25+0.162）=27.68m氨水=0.203MPa=20.35m清水 IS型離心泵適用于工礦企業(yè)、城市給水、排水和農(nóng)田

25、排灌供輸送清水或物理化學性質(zhì)類似于清水的其他類型。它的性能范圍：流量Q為6.3~400m3/h,流程H為5~125m，可知這類泵是適合的。查IS型泵的單級單吸離心泵工作性能表得到具體型號為IS100-80-160,轉(zhuǎn)速n=2900r/min,該泵的主要性能參數(shù)為：允許汽蝕余量為NPSHr=4.0m，效率=78%,軸功率為11.2KW，所配電動機型號為Y160M2-2,功率為15KW。 2.5.2酸性泵的選擇 泵的流量 Q=1.1Qmax=1.150=55m3/h ,該流動類型為湍流 無縫鋼管， 查圖沿程摩擦阻力得=0.0225 管道總長度為160m 查表各種管件閥門和流量計以

26、管徑計的當量長度的三個90彎頭得 總阻力損失 泵的揚程 水位差最大值為105m H=1.1Hmax=1.1（105+0.403）=116m氨水=0.853MPa=85.28m清水 查IS型泵單級單吸離心泵工作性能表得到具體型號為IS100-65-315,轉(zhuǎn)速為n=2900r/min,它的主要參數(shù)為允許汽蝕余量為NPSHr=3.6m，效率=66%,軸功率為51.6KW，所配電動機型號為Y280S-2,功率為15KW。 3參考文獻 [1]鄺生魯主編，《化學工程師技術全書》，化學工業(yè)出版社，2002年3月第一版 [2]化工部環(huán)境保護設計技術中心站編寫，《化學環(huán)境保護設計手冊》，化學工

27、業(yè)出版社，1998年6月第一版 [3]劉天齊主編，《三廢處理工程技術手冊（廢氣卷）》，化學工業(yè)出版社，1999年5月第一版 [4]楊鳳林等譯，《環(huán)境工程計算手冊》，中國石化出版社，2003年6月第一版 [5]肖文德等編著，《二氧化硫脫除與回收》，化學工業(yè)出版社，2001年5月第一版 [6]楊飏編著，《二氧化硫減排技術與煙氣脫硫工程》，冶金工業(yè)出版社，2004年1月第一版 [7]魏先勛主編，《環(huán)境工程設計手冊》，湖南科學技術出版社，2002年7月第一版 [8] 中國石化集團上海工程有限公司編，《化工工藝設計手冊下》，化工工業(yè)出版社，2003年8月第一版 4心得體會 課程設計是

28、一個將書本上的理論知識運用于實際問題的平臺。通過這次的課程設計，它使我們掌握《大氣污染控制工程》課程要求的基本設計方法；具備初步的大氣污染控制工程方案及設備的獨立設計能力；明確大氣污染控制系統(tǒng)的設計過程，能夠進行設計計算、工程繪圖、查找與使用技術資料、編寫設計說明書的能力。這對于培養(yǎng)我們環(huán)境工程專業(yè)學生綜合運用所學的理論知識獨立分析和解決大氣污染控制工程實際問題的實踐能力具有十分重要的作用。這次的課程設計還使我明白了自己有許多不足，在很多方面都需要繼續(xù)努力！ 5致謝 在這次課程設計的撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。首先我要感謝我的老師在課程設計上給予我的指導、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術上的難題，讓我能把系統(tǒng)做的更加完善。在此期間，我不僅學到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設計能力。其次，我要感謝幫助過我的同學，他們?yōu)槲医鉀Q了不少我不太明白的設計上的難題。最后再一次感謝所有在課程設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友。 17