1、南京工业大学环境学院环境工程系环境工程专业大气污染课程设计计算说明书编 制 人： 班 级： 学 号： 指导老师： 编制日期： 南京工业大学环境学院环境工程系目 录一设计目的1二设计条件12.1 设计任务12.2 原始材料12.3 排放标准12.4 处理方法2三工艺设计与计算33.1 工艺流程的初步确定33.2 吸附塔计算33.2.1 吸附剂筛选33.2.2吸附剂再生43.2.3 吸附塔设计43.3 确定工艺流程83.4 管道计算及选材93.5 排气筒高度93.6 系统阻力计算93.6.1 沿程阻力计算93.6.2 局部阻力计算103.7 风机选型103.8 吸附塔气速校核113.9 工艺参数核
2、算133.10 其他参数说明和计算13四工艺流程说明13五绘图145.1 工艺流程高程图145.2 吸附塔结构图145.3 平面布置图15参考文献16一、 设计目的：（1）通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行工业废气处理系统设计的初步能力（2）通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、查找与使用技术资料、编写设计说明书的能力。二、 设计条件：2.1设计任务1、 根据工艺废气相关资料，确定废气处理流程；2、 对废气处理流程中相关设备进行工艺计算，确定其形式、数目与尺寸；3、 对标准
3、设备进行选型，计算相关管道尺寸并确定材质；4、 进行各设备的总体布置，吸附塔设备结构图（主视图、俯视图、剖面图）。2.2原始材料某化工厂生产过程中需排放含甲苯的有机工艺废气。相关数据：流量：2100Nm3/h；温度：40；压力：由风机决定；组成（v/v）：甲苯：0.28%；其它：空气。试设计出一种废气处理工艺，使处理后工艺废气满足大气污染物综合排放标准(GB 16297-1996)中规定的二级排放要求。2.3排放标准大气污染物综合排放标准(GB 16297-1996)甲苯排放标准（执行二级标准）污染物最高允许排放浓度最高允许排放速率，无组织排放监控浓度限值排气筒高度，m一级二级三级监控点浓度甲
4、苯6015禁排3.65.5周围外浓度最高点0.30206.19.33021314036542.4处理方法的确定VOCs的处理方法有：（1） 燃烧法用燃烧方法将有害气体、蒸汽、液体或烟尘转化为无害物质的过程称为燃烧法净化，燃烧法净化时所发生的化学反应主要是燃烧氧化作用及高温下热分解。；很高时，可把废气当燃料燃烧；在热力燃烧和催化燃烧情况下，所处理废气中可燃物浓度太低，必须借助辅助燃料来实现燃烧。在绝大多数处理有机废气场合，废气中VOC浓度一般较低，而风量较大。往往因为回收废气中的有机溶剂在经济上不划算或难以使回收后的溶剂重复使用，以及在回收过程中可能产生二次污染等问题，才采用燃烧法处理有机废气。
5、（2） 吸收法溶剂吸收法采用低挥发或不挥发性溶剂对VOCs进行吸收，再利用VOCs分子和吸收剂物理性质的差异进行分离。在对含VOCs废气进行治理的方法中，吸收法的应用不如燃烧法、吸附法等广泛，影响应用的主要原因是因为有机废气的吸收剂均为物理吸收，其吸收容量有限。吸收法净化有机废气，最常见的是用于净化水溶性有机物，国内已有一些有机废气吸收的应用实例，但净化效率都不高。另外，吸收法的投资费用较大，用于吸收剂循环的操作费用也较高，如果废气中含多种有机组分，则难以再生利用或必须添加分离设备，还可能产生废水而造成二次污染。目前此法多用于废气中无机污染物的净化。（3） 吸附法 目前工业上常用吸附剂主要有活
6、性炭，活性氧化铝，硅胶，分子筛等（4） 冷凝法冷凝法利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压这一性质，采用降低温度、提高系统的压力或者既降低温度又提高压力的方法，使处于蒸气状态的污染物（如VOCs）冷凝并与废气分离。该法特别适用于处理废气体积分数在10-2以上的有机蒸气。冷凝法在理论上可达到很高的净化程度，但是当体积分数低于10-6 时须采取进一步的冷冻措施，使运行成本大大一高提高。所以冷凝法不适宜处理低浓度的有机气体，主要用于回收溶剂，作为废气净化的一道预处理工序，以降低有机负荷，回收有机物。（5） 生物法生物法控制VOCs污染是近年发展起来的污染控制技术，主要针对既无回收价值又严重污染环境的
7、工业废气研究开发的。该技术已在德国、荷兰得到规模化应用，有机物去除率大都在90%以上。与常规处理法相比，生物法具有设备简单，运行费用低，较少形成二次污染等优点，尤其在处理低浓度、生物降解性好的气态污染物时更显经济。生物法适合处理气量在800-20000Nm /h左右的废气，废气的浓度一定要小，设备的占地面积很大。此次课程设计是去除烟气中的甲苯，采用吸附法。三、 工艺设计与计算：3.1工艺流程的初步确定有机废气过滤器冷凝器活性炭吸附塔风机处理后排放说明：简易的工艺流程图如上，含甲苯的废气先通过过滤器除去颗粒状污染物，由于含甲苯的废气温度在40，所以必须要先经过冷凝器将废气温度将在室温左右，然后有
8、机废气进入吸附塔内，有机废气被吸附剂（活性炭)吸附，净化后的气体被排入大气中。3.2吸附塔计算3.2.1. 吸附剂筛选工业吸附剂的要求应具备以下特性：A、 具有大的比表面积B、 具有良好的选择性吸附作用C、 具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸D、 具有足够的热稳定性及化学稳定性E、 有良好的再生性能F、 吸附剂的来源广泛，价格低廉名称粒度（目数）颗粒密度（kg/m3）颗粒孔隙率填充密度（kg/m3）比表面积（m2/g）活性炭(粉末状） 3000Pa)、中压风机(1000PaP3000Pa)、低压风机(P1000Pa)。查阅有关资料：机号转速序号流量全压配用电机（r/min）（m3/h）pa型号
9、功率9-26 5A2900160354293Y225M-245259844706358695114457255527Y250M-2555555359416538163497518067629-26 7.1D290081242712292Y280S-27591232113475101207814643111177615826Y315S-2110121141517009131105518177141063519360根据计算结果，选择上面第4个风机，其性能参数如下：机号转速序号流量全压配用电机（r/min）（m3/h）pa型号功率9-26 7.1D2900101207814643Y280S-275
10、3.8 吸附塔气速校核根据以上的一系列的计算，将吸附塔分成2个塔（两个塔串联使用），所选用的风机压力为14613（pa），管道中的总的压力损失为4927.2（pa)，两者之差为9685.8(pa),带人计算可得; 可以求出流速u=0.21m/s，而上面假设的流速为0.2m/s，相差不大，即上述计算正确，工艺流程基本正确。3.9 工艺参数核算根据公式得：，能够达到大气污染物综合排放标准(GB 16297-1996)甲苯排放标准。根据上述计算，吸附该甲苯废气需活性炭用量为15845kg，初始浓度为12553.1mg/m3，则可求得实际的吸附周期3.10 其他参数说明和计算（1）吸附塔参数估算每座吸
11、附塔内活性炭的用量近似为237675kg吸附塔材质为钢材质的碳钢筒体塔身，吸附塔上部选用EHA椭圆形封头。EHA椭圆形封头内表面积、容积（JB/T47462002）序号公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m3序号公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m313001000.12110.00533429007659.48073.456723501130.16030.008035300079010.13293.817034001250.20490.011536310081510.80674.201544501380.25480.015937320084011.5
12、0214.611055001500.31030.021338330086512.21935.046365501630.37110.027739340089012.95815.508076001750.43470.035340350091513.71865.997286501880.50900.044241360094014.50086.514497002000.58610.054542370096515.30477.0605107502130.66860.066343380099016.13037.6364118002250.75660.0796443900101516.97758.24271
13、28502380.84990.0946454000104017.84648.8802139002500.94870.1113464100106518.73709.5498149502631.05290.1300474200109019.649310.25231510002751.16250.1505484300111520.583210.98831611003001.39800.1980494400114021.538911.75881712003251.65520.2545504500116522.516212.56441813003501.93400.3208514600119023.51
14、5213.40601914003752.23460.3977524700121524.535914.28442015004002.55680.4860534800124025.578215.20032116004252.90070.5864544900126526.642216.15452217004503.26620.6999555000129027.728017.14792318004753.65350.8270565100131528.835318.18112419005004.06240.9687575200134029.964419.25502520005254.49301.1257
15、585300136531.115220.37042621005655.04431.3508595400139032.287621.52812722005905.52291.5459605500141533.481722.72882823006156.02331.7588615600144034.697523.97332924006406.54531.9905625700146535.935025.26243025006657.08912.2417635800149037.194126.59693126006907.65452.5131645900151538.475027.9776322700
16、7158.24152.8055656000154039.777529.40533328007408.85033.1198根据上表格可以查的：公称直径为2m时，碳钢塔体厚度为5mm，椭圆形封头内表面积，封头有2个，塔高（除封头）为5.3m。则：又所以整座吸附塔总质量可近似估算，得（2）冷却器冷却水参数计算原含甲苯的有机废气流量为，即经冷却器冷却至25后，气体流量变为，由于原废气中仅含甲苯气体，其余为空气，将其近似当作空气处理25时，；-1，根据，冷却水和气体的交换热相等。有设冷却水的进水温度为5，热交换后水温为25则四 工艺流程说明本次课程设计是除去含有甲苯的有机废气，废气的相关条件为：温度40
17、、流量：2100Nm3/h、甲苯：0.28%。采用孔径为2mm的活性炭为吸附剂，含有甲苯的有机废气先经过除尘器出去有机废气中的大的颗粒物，然后经过冷却器将有机废气的温度降至温度为25，然后经过装有活性炭吸附剂的吸附塔，备用塔的作用是：当主塔提前穿透时备用塔可以继续吸附废气中的甲苯，保证吸附塔组不会在一个周期内穿透。经过一个周期后需要更换吸附剂时，通过阀门的控制进行切换，切换后备用塔作为主塔进行工作，对原来的主塔进行吸附剂的更换。处理后的烟气由高压离心风机提供动力，经15m高的烟囱排除，设计时安排两台风机，一备一用。五 绘图5.1,甲苯工艺流程的平面布置图：详细见CAD图纸5.2甲苯工艺流程中的吸附塔的结构示意图：详细见CAD图纸5.3甲苯工艺流程中的高程图：详细见CAD图纸参考文献1 周云龙、洪文鹏. 工程流体力学M. 北京：中国电力出版社，20062 李颖. 环境工程CADM. 北京：机械工业出版社，20093 郝吉明. 大气污染控制工程M. 北京：高等教育出版社，20104 胡洪营. 环境工程原理M. 北京：高等教育出版社，201115
