大气课程设计

目录
一．概述 (1)
1.1设计目的 (1)
1.2设计任务及要求 (1)
1.3设计内容 (1)
1.4设计资料 (1)
二．方案选择 (2)
2.1气态污染物处理技术方法比较 (2)
2.2方案选择 (2)
2.3工艺流程 (3)
三．集气罩的设计 (3)
3.1集气罩基本参数的确定 (3)
3.2集气罩入口风量的确定 (4)
四．填料塔的设计 (5)
4.1填料塔参数的确定 (5)
4.2填料塔高度及压降的确定 (8)
五．储液池的设计 (9)
5.1储液池尺寸计算 (9)
5.2水泵的选取 (10)
六．管网设计 (11)
6.1风速和管径的确定 (11)
6.2系统布置流程图 (11)
6.3阻力计算 (11)
七．烟囱设计 (13)
7.1烟囱高度的设计 (13)
7.2烟囱进出口内径计算 (14)
7.3烟囱阻力计算 (14)
八．风机的选择 (15)
8.1风量与风压 (15)
8.2动力系统的选择 (15)
九．结论和建议 (15)
十．参考文献 (16)
十一．致谢 (16)
十二．附录 (17)
概述
1.1 设计目的
通过对气态污染物净化系统的工艺设计，初步掌握气态污染物净化系统设计的基本方法。

培养利用已学理论知识，综合分析问题和解决实际问题的能力，绘图能力，以及正确使用设计手册及相关资料的能力。

1.2 设计任务及要求
对某化工厂酸洗硫酸烟雾治理设施进行设计，其主要内容包括：集气罩的设计、填料塔的设计、管网的布置及阻力计算等，经过净化后的气体达到《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)中二类区污染源大气污染物排放限值。

具体内容包括：
①主要设备的设计计算；
②工艺管道计算及风机选择；
③绘制治理设施系统图及Y 型管图；
④编写课程设计说明书。

1.3 设计内容
1.集气罩的设计
2.填料塔的设计
3.储液池的设计
4.管网的设计
5.烟囱的设计
6.设备选型
1.4 设计资料
1.设计题：酸洗硫酸烟雾治理设施
2.已知条件；
(1)采用5%NaOH 溶液在填料塔中吸收净化硫酸烟雾;
(2)标准状态下硫酸浓度为3000mg/m3，排风量为V G =0.60m3/s。

经过净化后的气体达到70mg/m3。

方案选择
2.1气态污染物处理技术方法比较
表 1 处理方法对比
2.2 方案选择
通过以上对四种方案的比较选择，本设计采用吸收法处理硫酸烟雾，即采用
5%NaOH 液体在填料塔中吸收净化硫酸雾。

净化设备为填料塔。

操作情况下，气相传质系数：k Ga 144kmol / (m3h atm)(latm 101325Pa) ；
液相传系数：k La 0.7h 1
液气比为：L/G 2.5~4L/ m3
2.3 工艺流程
酸洗废气集气罩吸收塔风机烟囱排放三．集气罩的设计
3.1集气罩基本参数的确定
集气罩的罩口尺寸应不小于罩子所在污染位置的污染物扩散的断面积。

如果设集气罩连接风管的特征尺寸为d0，(圆形为直径，方形为短边)，污染源的特征尺寸为E，集气罩距污染源的垂直距离H，集气罩口的特征尺寸为D0，集气罩喇叭口长度L，应满足
d0/E>0.2,1.0<D0/E<2.0 和H/E< 0.7(若影响操作，可适当增大)和
L/d0≤3。

由酸洗槽排风量V G=0.60m3/s，可知该厂酸洗处理规模较小，故采用单个集气罩进行废气收集即可。

取E=800mm，H=500mm
则：
D 0
E 0.8H 800 0.8 500 1200mm
1 2 2 2
集气罩下口面积：F0 D02 0.25 1.22=1.13m2
4
集气罩下口罩裙高：h裙0.25 F0 0.25 1.13 =0.27m
集气罩上口直径拟定为d0 =250mm
集气罩喇叭口长度：L
D0 d0 1.2 0.25=0.48m
22
校核：
d0
E 2500.3125 0.2
800
1.0<D
0 1200
=1.5<2.0
E 800
500
=0.625<0.7 E 800
L d0 0.48
0.25
=1.92<3
校核结果表明设计参数全部满足设计要求3.2 集气罩入口风量的确定
冬季：环境温度为－6℃，加酸后槽内温度可达100℃
12 F源
d 源4 0.82
4
0.50m2
8.98 T 1.25
F
3600
1.25
8.98 106 1.25 0.5
3600
=0.424kJ/s
Q0 0.403 qHF源2 3 0.403 0.424 0.5 0.5 3 =0.151m3/s
2
F' F0 F 1.13 0.50 =0.63m2
取吸气罩入口速度V'=0.8 m/s
Q Q0 V'F' 0.151 0.8 0.63=0.655m3/s
夏季：环境温度为31℃，加酸后槽内温度可达100℃T =T1-T2 = 100 - 31 = 69K
1.25
8.98 691.25 0.5
3600
1
1
2 Q0 0.40
3 qHF源2 3 0.403 0.248 0.5 0.5 3=0.127m3/s
取吸气罩入口速度V'=0.8 m/s
3
Q Q0 V'F' 0.127 0.8 0.63=0.631m3/s
由于冬季排风量大于夏季排风量，应以冬季排风量来计算，
Q=0.655(m3/s)
校核管道中风速：V 42Q 4 0.6255=13.3 (m/s),符合要求(10~20m/s) d02
0.252
上式中ΔT——温差，K
T1——料槽温度, K
T2——环境温度，K
q——热量流量，kJ/s
Q0——-热烟气流量, m3/s
Q——最小吸入风量，m3/s
F ' ——集气罩罩口面积与污染面积之差，m2
V'——最小吸入速度，0.5~1.0m/s
四．填料塔的设计
4.1填料塔参数的确定
1. 填料的规格及相关参数
(1)拟选用陶瓷鲍尔环填料的规格及相关参数
表2 填料参数
规格尺寸比表面积孔隙率堆积个数干填料因子
mm mm m 2
/m
3
% n/m
3
m
-1
1.25
8.98 T 1.25
F
3600
=0.248 kJ/s
陶瓷鲍尔环
填料
Φ38 38
×38×4
150 78% 13400 356
(2) 计算泛点气速
本设计采用 5%NaOH 溶液为吸收液 ,
标准状态下酸雾含量为 3000mg/m3 ，温度为 60℃。

标准状态下取液气比
3
L/G=3L/ m 3
3.0 22.4
100% =0.069% 98 1000
M M 空 1 y H 2
SO 4
M 酸 y H 2
SO 4
29 1 0.069% 29 0.069 % 29.05
T=273+t=273+60=333K
所以:
33
Q G =0.655m 3/s=2358 m 3/h
Q
G
G 0.655 3 -3 3 3
Q L G
=1.965×10-3m 3/s=7.074m 3/h
L
1000 1000
W G Q G G 2358 1.065=2511.3kg/h W L Q L L 7.074 1050=7427.7kg/h
W L G W G
L
7427.7 1.065 =0.094 2511.3 1050
上式中 M —— 混合气体的分子量
Q G —
— 气体流量， m 3/s 或 m 3/h
Q L —
— 吸收液流量， m 3/s 或 m 3/h W G — — 气体的质量流速， kg/h
W L —
— 吸收液的质量流速， kg/h 查埃克特关联图
y
H 2SO 4
PM RT 101.3 29.05 8.314 333
3
=1.065 kg/
m 3
1000 1000 5%
1
3
=1050kg/
m 3
G
取 ΔP=150mm 水柱 /m 填料
u L 取1m/s ，
水
=0.95
L
上式中 u f —— 泛点气速， m/s
—— 干填料因子， m -1
(3) 计算操作气速
u = 0.8u f = 0.8 1.92 =1.54m/s
计算塔径，并圆整
(4) 重新计算操作气速
4Q G
4 0.655
u
4D Q
2
G
40.8
0.2655 =1.3/s
(5) 校核填料直径与塔体直径的比
(6) 校核填料塔的喷淋密度
当填料 d<75mm 时，填料的最小润湿率为 0.08m 3/(m 2·h)，要求 L
喷>L 喷
min
u f
0.13
g L
G u L
0.2
0.13 9.8 1050 0.2
356 0.95 1.065 10.2
=1.92m/s
u u f
1.3
1.92
=0.68 处于u f 的 50%~70%内，符合要求 d
填
38
1200
=0.048<0.1，符合要求 D
T
4 0.655
=0.74=0.8m
1.54
V Q
A
G
27.
2
3
35
8
.50=171.8kmol/(m
3·h)
L 喷min=最小润湿率×填料比表面积=0.08×150=12m3/(m2· h)
填料塔横截面积：
22
D 2 0.822 A =0.50m2
44
L喷Q A L
7.074 3 2
7.074=14.15m3/(m2· h) >L 喷min
，符合要求
4.2 填料塔高度及压降的确定
1. 计算填料层高度Z
由资料可知标准状态下，酸雾含量为3000mg/m3；查大气污染物综
合排放标
准，硫酸烟雾最高允许排放浓度为70mg/m3；操作情况下，气相传质数为
3
k Ga 144kmol /(m3 h atm)(latm 101325Pa)
Y1= y(H2SO4)= 0.069%
Y20.070 22.4 10100% =0.0016%
98
Y1 N OG Y2
dY* =ln0.069%-ln0.0016%=3.76 Y Y
*
V0T 22.4 333
T0 273
=27.3(L/mol)
K Ga N OG
171.83.76=4.5m
144
上式中Y1进口处气体中硫酸的摩尔百分比
Y2 出口处气体中硫酸的摩尔百分比
N OG 传质单元数
K Ga
传质单元高度，m
Z——填料层高度，m
2. 填料层压降
根据所取ΔP=150mm水柱/m填料，1mmH20 的压强为9.8Pa 填料层压降为：ΔP Z=150×9.8×4.5=6615Pa
3.填料塔相关附件的选择
表 3 填料塔附件表
附件名称装置层高度(mm) 阻力(Pa)
封头
100
折板除雾器200100
多环管喷淋器
400
多孔盘式液体再分布装置30050
栅板支承板200
斜口气体分布器
400400
废液收集槽400
支座200
4.
H T 0.1 0.2 0.4 0.3 4.5 0.4 0.4 0.4 0.2=6.5m
5. 填料塔总压降
P 100 50 6615 200 400 =7365Pa
五．储液池的设计
5.1 储液池尺寸计算
1. 设计容量(单位时间内的流量减去过程中的蒸发量，此处取蒸发系数
为
0.2，单位时间为1h)
Z2 0.2 0.4 0.4 4.5 0.3 0.2=6m
7.074/ 3600
20.25 1.52 =0.001m/ s
V储
1 0.
2 0.8
=8.85m
2. 取储液池直径D储=1.5m，则储液池高度为：
H储V储8.85
2
A储0.25 1.52
=5.0
m
5.2 水泵的选取1. 输水管的规格
吸收液的输送采用不易结垢，水流阻力小，耐腐蚀、高压的
取60mm；当储液池内水深小于0.5m 时，补充吸收液。

则水泵全扬程为：PPR 管，直径
H 0 (Z2 Z1) P2 P1 22
u2 u1
2g
h f
u2
Q L
2
0.25 D 水
管
7.074/
3600
2
0.25 0.062
=0.69m/
s
直管段长度和摩擦系数都较小，所以直管段阻力损失不计，取0.17弯管
R/d=1.5，ζ=
2
h f h'f2 u2 2 0.17
2 0.692
2 =0.08
m
所以水泵的全扬程
为：
H0 (6 0) (0 0.5) 0.692 0.0012
2 9.8
0.08=5.6
m
u1
Q L
2 0.25 D储2
2. 水泵型号的选择
根据水泵的全扬程和流量，选取 IS80-65-160 型单级单吸离心泵，额定轴功 率为 0.67kW ，额定电机功率为 15kW 。

六． 管网设计
6.1
风速和管径的确定
保证管内风速在 10~20m/s 的范围内， 本设计采用 13.3m/s ，保证较小的压力 损失。

考虑到废气中含有硫酸酸雾，风管采用耐酸合金钢管，管径为 250mm 。

6.2 系统布置流程图
见附录
6.3 阻力计算
1. 由 4.1.1计算得混合气体密度 G =1.065 kg/ m 3
单位摩擦阻力的修正系数为：
K t =(273 20)0.825 (273 20)0.825=0.90
t
297 t 297 60
查得材料制作风管的粗糙度表，薄合金板 K=0.15~0.18，取 K=0.15
K r = (Kv) 0.25 (0.15 13.3)0.25=1.18 2. 各管段阻力计算如下：
管段 1-2-3
沿程阻力损失： 根据 d 1-2-3=250mm,V 1-2-3=13.3m/s ，查“全国通用通风管道计
算表”得单位摩擦阻力 R m =0.836mmH 20，则
K B
P (P P 0)
0.9 ( 98
(
101.3
)
0.9
=0.97
P L1 2 3 K t K B K r R m L 0.90 0.97 1.18 0.836 9.8 0.2 =1.7Pa 局部阻力损失：集
气罩 ζ=0.11；插板阀 ζ=0.1；90°弯头， R/d==1.5，ζ=0.17 22
v 1.065 13.3
P'1 2 3
(0.11 0.1 0.17) =35.8Pa
管段 3-4-5
沿程阻力损失： 根据 d 3-4-5=250mm,V 3-4-5=13.3m/s ，查“全国通用通风管道计
算表”得单位摩擦阻力 R m =0.836mmH 20，则
P L3 4 5 K t K B K r R m L 8.44 (1.5 1.7 0.1) =27.9Pa
局部阻力损
90°弯头， R/d==1.5，ζ=0.17，数P'3 4 5
2v
(0.17 2) 1.0652
13.3
=32.0Pa
管段 6-7-8
沿程阻力损失： 根据 d 6-7-8=250mm,V 6-7-8=13.3m/s ，查“全国通用通风管道计 算表”得单位摩擦阻力 R m =0.836mmH 20，则
P L6 7 8 K t K B K r R m L 8.44 (3.9 6.6) =88.6Pa
局部阻力损失： 90°弯头， R/d==1.5，ζ=0.17，数量 3 个
管段 8-9
沿程阻力损失：根据 d 8-9=250mm,V 8-9=13.3m/s ，查“全国通用通风管道计算 表”得单位摩擦阻力 R m =0.836mmH 20，则
P L8 9 K t K B K r R m L 8.44 1=21.1Pa
局部阻力损失：天圆地方连接管， ζ=0.1，数量 2 个
P'6 7 8
v
2
(0.17 3) 1.065 13.32
2
=48.0Pa
22
P'8 9v2(0.1 2) 1.065 13.32
22
表4 硫酸烟雾净化系统阻力计算
七．烟囱设计
7.1 烟囱高度的设计
烟囱的有效源高H 为：
H[
2Q
eu(c0 c b)
z ]
0.5
y
2 70 0.655
5 (0.1 0)e
1] 0. 5=4.6m
烟囱的几何高度H s 为：
H s=H-ΔH<4.6m
上式中Q——排放源强，mg/s
u——烟囱出口处平均风速，m/s
3
c0——大气H2SO4 环境目标值，
mg/m3 c b ——大气H2SO4 背景浓
z z y 垂直扩散参数与横向扩散参数之比，
0.5~1.0
Δ H——烟气抬升高度，m
《大气污染物综合排放标准GB16297-1996》中规定酸洗废气排放烟囱不应低于15m，所以本设计中烟囱高度取15m。

7.2烟囱进出口内径计算
烟囱出口处烟气流速为该处平均风速的 1.5
倍，所以
D s(4Q G )0.5=0.33m
u s
为提高烟囱稳固性，取烟囱底部外径为
1m。

7.3 烟囱阻力计算
烟囱抽力ΔP c 为：
P c 0.0345H S(
1
273 t a
1
273 t f
)B
0.0345 15 (
1
273 20
1
273 60
101.3 103
= 21.4Pa
上式中H——产生抽力的管道高度，m
t a——外部空气温度，℃
t f——计算管段中烟气的平均温度，℃
B——大气压力，Pa
沿程阻力损失：根据D s=330mm,V8-9=7.5m/s，查“全国通用通风管道计算表”
得单位摩擦阻力R m=0.220mmH20，则
P s K t K B K r R m H S 0.9 0.97 1.18 0.220 9.8 15=33.3Pa
局部阻力损失：风管与烟囱接口，ζ=0.1
v21 1.065 13.32=94.2Pa
P s
22
烟囱的总压降P 为：
P P s P s'P c 33.3 94.2 21.4=106.1Pa
八．风机的选择
8.1 风量与风压
风机风量Q'为：
'3
Q 1.1Q G 1.1 2358 2594m /h
风机风压P r 为：
P r 1.1 P 1.1 7745=8519Pa
8.2 动力系统的选择
查阅风机手册可选用9-19 型高压离心通风机（No5.6），配套电
机为Y160M1-2 ，功率为11kW。

主要设备及构筑物
九．结论和建议
本设计结构简单紧凑，便于建设及管理，适用于单酸洗池，排风量为0.6m3/s 左右的小型工厂，如酸洗池数量增加，可增加集气罩的数量，并相应增加风管直径，适当扩大填料塔的塔径及塔高，以保证废气处理效果。

十．参考文献
[1] 郝吉明，马广大，王书肖. 大气污染控制工程（第三版）. 北京：高等教育出版社. 2010
[2]吴忠标. 实用环境工程手册——大气污染控制工程. 化学工业出版社. 2001
[3]童华. 环境工程设计. 化学工业出版社. 2009
[4]魏先勋. 环境工程设计手册（修订版）. 湖南科学技术出版社. 2002
[5]刘天齐. 三废处理技术手册（废气卷）. 化学工业出版社. 1999
[6]续魁昌. 分机手册. 机械工业出版社. 1999
[7]郭东明. 硫氮污染防治工程技术极其应用. 化学工业出版社. 2001
[8]郑铭. 环保设备. 化学工业出版社. 2006
[9]季学李，羌宁. 空气污染控制工程. 化学工业出版社. 2005
[10]全国通用通风管道计算表. 中国建筑工业出版社. 1977
[11]9-19、9-26 型高压离心通风机说明书
十一．致谢
本次大气课程设计让我获得了很多环保工程设计方面的知识和经验，感谢老师及其他同学对我的支持和帮助，在今后的学习个工作中我会努力为环保事业做出贡献，谢谢大家！
十二．附录
主要设备及构筑物一览表
筑 物 储液池
D=1.5m ，H=5.0m 1座
烟囱
D 上=0.33m ，D 下=1m ，
H=15m
1座
废液出口
填料塔示意图
填料层
气体再分布层
喷淋层
废液收集层
除雾层及封
液体再分布
330
10
3900
7
气体出口
1
填料塔
1
风机
8
1500
3 1500
集气罩
1200
5
气体入口
管网系统图
烟囱
2500 1000。