环境工程设计方法选择与工艺流程设计

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1.洗涤塔内径;2.泵的轴功率及电机功率
一、洗涤塔内径的计算
设进塔气体被水蒸气饱和,可由《手册》查 得35℃的饱和水蒸气分压
pH2O=42.17mmHg p进=750+3100/13.6=977.94 mmHg p出=750+3000/13.6=970.59 mmHg p平均=(977.94+970.59)/2= 974.07 mmHg 则进塔气体中水蒸气量:
(10)绘制设计图纸,编制设计说明书 。 图纸包括PFD图、PID图、平面布置图 、甚至立面布置图等,还要编制设计说 明书。
(11)编制概(预)算书 概算是根据初步设计的内容,大概计算 每项工程项目建设费用的文件,列入初 步设计文件;预算是根据施工图设计内 容,计算每项工程项目建设费用的文件 ,列入施工图设计文件。
处理效 果 中等 良好 良好
中等 较好 良好
较好
投资状 况 中等 较高 较高
较高 较高 中等
中等
运行费 用 中等 较高 高
高 高 较高
较低
含苯有机废气处理方法对比(续)
处理方 法
吸收法
优点
缺点
工艺路线较为简单 吸收液处理
备注
处理浓度较高
吸附法 处理效果好
吸附剂再生费用高 处理浓度较低
催化法 处理效果好
含苯有机废气处理方法对比
处理方 法 吸收法 吸附法 催化法
冷凝法 燃烧法 电晕法
生化法
处理原理
气体在液体 中的溶解度 吸附剂较大 的表面积 催化剂降低 活化能
降低温度达 到露点 燃烧使有机 物氧化 电晕放电的 物化过程
微生物的生 命活动
主要设 备 吸收塔
吸附塔
催化燃 烧塔 冷凝器
燃烧器
电晕反应 器 生化反应 器
处理量较小时选择间歇处理工艺 生产规模较小,产生的污染不是连续的,且要处
理的量小,时可采用间歇的处理工艺。
[例9] 清洗汽车产生的废水是不连续的,考虑处理工艺 应是间歇性的处理工艺。
尽可能回收有用的物质: 在生产中排放的污染物有些是有回收价值的,在处理时 要充分考虑这些污染物的回收利用,尽量做到能直接利 用收集的污染物,同时要还要考虑以废治废。
通过物料衡算,设计工作由定性转入
定量阶段,可以正确地进行能量计算、 设备计算和工艺流程设计。
(4)能量计算
根据能量衡算确定传入或传出的热量, 加热剂(或燃料)或冷却剂的消耗量, 同时结合设备设计,可算出设备的传热 面积,最后得出能量消耗综合表。能量 计算一般在物料计算后结合设备设计一 起进行。
(5)设备设计与选择 通过计算,确定保证达到处理能力和达标排放
工艺管道设计:主、辅设备间联通的管道设计
流程运行操作条件和控制方式 非工艺项目的条件提出 工艺流程图、车间工段布置图 编制概/预算书
(1)治理方法的选择
治理方法和工艺路线的选择是所有环 境工程设计最重要的开端,必须对各种治 理方法作全面的分析,进行技术经济比较 ,选择合理的治理方法。
(2)工艺流程设计
(7)工艺管道设计
大部分工作在施工图设计阶段完成,其 主要内容有:管道设计(包括各种介质 、管径计算、管道材料、管壁厚度和选 择以及管道的配置等);管道地沟断面 条件、位置的确定;管道架设方法;管 架、保温设计等。
(8)工艺系统的操作条件和控制条件
需要提供两个文件,即: a)系统检测、控制条件,是自控人 员进行工作的基础;以及, b)统操作条件/规程,是系统运行的 规范
监测控制方案 ,PID图
操作运行方案
工艺计算
工艺计算常包括物料衡算、能量衡算以及工 艺设备的计算。
物料衡算是设计的基础,能量衡算等其他工 艺计算都必须以物理衡算结果为依据
★明确物料衡算范围 ★明确衡算系统中的化学变化 ★明确计算对象 ★选择计算基准 ★画出物理衡算示意图
能量衡算的作用
★确定流体输送机械(泵、压缩机、通风机 )和其他操作机械(搅拌机、过滤机、粉碎 机等)所需功率
环境工程设计方法选择 与工艺流程设计
2020/11/23
环境工程设计方法选择与工艺流程设 计
污染治理 系统设计
非工艺设计 工艺设计
土建 电气
控制 动力 采暖 通风 给排水
工艺设 计任务
污染治理方法选择 工艺流程设计
主体设备与辅助设备 间的工艺关系
主要物料
物料流向
能量变化
辅助物料
设备设计与选择
主体设备工艺参数确定 辅助设备选型
选择说明: ①如果废水浓度较大,需要进行多级才能达到 排放标准; ②同时有高浓度和低浓度废水时要分别进行处理; ③如果场地较小,要选择占地较小的处理工艺。
[例3] 城市污水成熟的处理工艺路线是:预处理、一 级处理、二级处理、三级处理 ( 深度处理)和污泥处理 ,其中的核心部分是二级的生化处理。目前,预处理 都是格栅和沉沙池,原有的二级生化处理是指活性污 泥法,现在由于处理的要求提高,不仅要去除有机污 染物,而且要去除氮和磷等污染物,因此就在活性污 泥法这一成熟的技术上延伸和发展出新技术、新工艺 和新设备,并被开发和推广应用,这些方法有A-B法 、A2/O法、SBR法、ICEAS(改进的SBR法)、氧化沟 及酸化水解与耗氧串联处理工艺等。现在我国的城市 污水处理的二级生化处理基本上是采用以上工艺流程 ,因此在设计城市污水处理流程时,可采用上述的处 理方法。
治污工艺 选择原则
合法性 先进性 可靠性 结合实际情况 简洁和简单 安全性
选择方法
收集资料 设备、设施、仪器等的落实 全面比较
治污工艺路线的最终确定
[例1] 汽车、家具喷漆,印刷等行业排放出的含苯 系物有机废气的治理,其处理方法有几种可供选择。
实际中,要根据具体的情况来确定处理的工艺路 线,如果排放要求较为严格,可采用几种处理方法联 合使用:
1.处理干气量2442.82Nm3/h; 2.洗涤塔的操作温度为35℃(塔内平均温度); 3.操作压力为3100mmH2O(表压),全塔压降为 100mmH2O; 4.湍球填料经验操作空塔气速ws=2.5m/s,喷淋密 度40m3/m2h; 5.塔顶水进口处距地面的距离为11m,地下水槽液 面距地面3m; 6.地下水槽液面上的压强为750mmHg; 7.泵的效率为60%; 8.管道的阻力损失10mH2O; 求:
(9)其他非工艺设计项目的考虑
当车间工艺设计基本告一段落后,其他 非工艺设计项目(设备的机械设计、自 动控制、土建、采暖、通风、动力、电 气等)就要着手进行。这些非工艺项目 设计的根据是由工艺设计提供的资料。 因此在进行工艺设计的同时,就要考虑 其他非工艺设计的条件,以使其他非工 艺设计能更好地为治理工艺服务。
预处理
焦碳去除漆皮 水幕
纤维过滤
净化 吸收
深度 净化
吸附
风机
烟囱
含苯有机废气处理大致工艺路线
[例2] 啤酒生产主要以玉米和大麦为原料,加入啤酒 花和鲜酵母进行酿造而成。其废水主要包括浸麦废水 、糖化废水、废酵母液、洗涤废水和冷却排水等。污 水中的主要成分为糖类和蛋白质,主要水质指标为 COD = 1000~2500 mg/L,BOD = 700 ~ 1500mg/L, SS = 300 ~ 600mg/L,pH = 5~6,属于中等浓度可生 物降解的有机废水。该废水处理工艺路线有以下几种 选择:
的设备结构和尺寸。对非标准设备必须进行单独 的设计计算,对标准设备则根据计算结果进行选 择。
在某些环境工程设计中(例如湿法烟气脱硫
系统中烟气再加热设备的设计,催化燃烧法处理 有机废气系统中利用燃烧后的高温净化气预热低 温待处理有机废气换热器的设计等),设备的设 计也包括换热面积的大小,因此“设备设计”和 “能量计算”常结合在一起进行。
以图解的形式表示出整个治理过程的全 貌,即从待处理的废气、废水或固体废 弃物到处理达标排放或实现无害化,需 要经过那些过程和设备,这些设备之间 的关系、衔接以及它们的相对位差如何 ,并对流程图作出叙述等。一般而言, 工艺流程设计开始最早而结束最晚。
(3)物料计算 在物料衡算的基础上求出废气、废水
或固体废弃物及它们中的污染物、处理 剂等进、出处理系统的各种物料的质量 、体积和成分等,最后汇总出物料平衡 表或原材料消耗表。
[例4] 在除尘系统中防止风机噪声时,一种方法是采 用帆布类进行风机进口软连接,另一种是对风机本身 进行加大基础或单独设计基础,即设计减振的措施, 这些都是成熟的技术,在设计中可以采用。
避免二次污染物的产生:
[例5] 采用吹脱法处理含氨废水,如果不对吹脱的气 体进行有效的处理,就会把水中的氨转换成空气中的 氨,造成污染物转移,这样并没有达到真正的去除氨 的目的。可用HCl吸收吹脱气体中的氨,避免污染物的 转移。
[例10] 采用以萘为原料的流化床法生产苯酐时,在其热 熔工序中产生含顺酐的有机废气,顺酐被水吸收成为顺 酸水溶液,由于顺酸可异构为反丁烯二酸,其溶解度甚 小,在室温下就可从母液中结晶析出,从而生产了有用 的物质。
考虑处理能力的配套性和一致性,且要有一定操作的 弹性:
设计的处理能力一般要略大于实际所需要的处理 量,使处理能力有一定的富余量,以使处理系统能适 应实际的变化。选择设备的处理能力不能过大或过小 ,与实际要基本一致;对易损和易坏的部件采用双套 切换,保证系统能正常运行;一般的配件要选择基本 一样的,如选择法兰的螺丝尽量使整个系统的一致。
工艺流程设计
工艺流程设计的主要任务是设计各个污染 物处理单元的具体内容、大小尺寸、顺序 和排列方式,以达到有效处理污染物的目 的
★设备的组合依据工艺要求来进行设计
★设备大小尺寸等主要依靠工艺计算来完成
工艺流设计
工艺流 程设计
主体设备与辅助设备 间的工艺关系
主要物料
物料流向
能量变化
辅助物料
设备工艺参数 ,(主要设备 、辅助设备、 管道)
设备设计的最后结果是得到“设备示意图” 和“设备一览表”。
(6)车间(工段)布置设计
目的是解决厂房、场地的配制与设备的 排列问题。
首先要对车间的各工段、动力间、 机修间、化验室、仓库、办公室等作出 整体布置和厂房轮廓设计;整体布置和 厂房轮廓设计基本就绪后,即可进行设 备的排列与布置工作。车间布置设计常 同建筑及其他非工艺设计项目发生密切 关系,设计工作常是交错进行的。在施 工图设计阶段,尚有设备安装设计。
运行费用较高
处理浓度较高
冷凝法 能回收有用物质 燃烧法 工艺简单
运行费用高,只适 处理浓度较高 用高浓度废气
运行wk.baidu.com用高
处理浓度较高
电晕法 生化法
工艺简单、管理方 便
处于实验阶段
运行费用低、无二 生物抗冲击能力差 处于实验阶段 次污染
例如:汽车、家具、印刷 等行业的有机废气治理的 工艺路线选择:
含苯有 机废气
操作状态下的气体量:
塔内径: 取整,D=0.55 m; 核算实际空塔气速:
Nm3/h m3/h
m m/s
二、泵的功率计算 1.每小时泵需要输送的液体量: 泵每小时需要输送的液体量可根据喷淋密度而求得。 根据条件,喷淋密度40m3/m2h;则小时液体用量: W=(3.14/4)×0.552×40=0.785×0.552×40=9.5 m3/h
★确定各单元过程(如冷却过程等)所需热 量、冷量、及其传递速率 ★核算能耗
能量衡算时常常需要考虑的能量:
★物料带入的能量 ★加热(冷却剂)带入(走)的能量 ★过程的热效应 ★物料带出的热量 ★加热设备时所需的热量 ★热损失
如图所示,有一气体洗涤除尘塔(湍球填料),不洁净气体从 塔的底部进入,用离心水泵从槽抽水,送至洗涤塔顶部喷下, 从上往下与气体逆流接触,污水从塔底经过水封排出,经过洗 涤后的气体(净气)从塔的上部引出,已知:
避免二次污染物的产生:
[例6] 采用燃烧法处理固体废弃物,因固体废弃物中 的成分十分复杂,如果燃烧的温度较低,不仅固体废 弃物中的碳不能完全燃烧,会产生碳的小颗粒,污染 环境,而且有机物燃烧可产生二噁英类物质,这是国 际上公认的致癌物质,所以设计燃烧温度应在805℃以 上,可避免二次污染物的产生。
[例7] 采用燃烧法处理有机废气时,由于燃烧 可使排放的烟气温度较高,具有较大的热量, 因此可使排放的烟气经过热交换器,将热量交 换给要进燃烧室的废气,以减少能量的消耗, 其工艺见图:
处理量较大时选择连续的处理工艺 对于连续生产产生的污染,要处理的量较大时采
用连续的处理工艺较为适宜。
[例8] 催化燃烧法处理浓度较高的有机废气时, 在该工艺开始启动 (开车) 时,需要进行加电预 热,启动后就可利用有机物自身燃烧产生的热 量进行工作,维持整个系统的稳定。该处理工 艺需要采用连续的处理工艺。
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