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一、课程设计题目
二、课程设计目的
三、设计的原始资料
四、设计工艺参数
五、净化工艺流程的确定
六、设计计算
喷淋塔的设计计算
吸附塔的设计计算
烟囱设计计算
管道设计计算
风机选择
七、参考文献
一、课程设计题目
某铸造厂烘干炉臭气治理设计
二、课程设计目的
通过课程设计进一步消化和巩固课程所学内容,并使所学的知识系统化,培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力、通过设计,了解工程设计的内容、方法和步骤,培养学生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、实用技术资料、编写设计说明书的能力;
三、设计的原始资料
某铸造厂现有两座远红外烘干炉,用于烘干集团公司所生产的主产品——推土机和压路机的型砂;厂房的平面示意图如图1所示,烘干炉的结构示意图如图2所示;
烘干工序为:烘干炉采用间歇操作,两座烘干炉每一个天平均烘干三炉型砂,在加热过程中有恒温控制系统进行自动控制,每加热一炉型砂需要4个小时左右,其排放烟气是间歇性的,一般炉内温度加热到180℃开始使用通风机进行排气,大约排放15分钟,以后每30分钟经行一次排气;炉内烟气通过安装在炉顶的两个排气管d=200mm引出,没有设置烟囱,烟气直接排入室外环境;
从某铸造厂的来的资料进一步了解到型砂是有3-4%的合脂油和黄沙混合而成的;从合脂油的硬化机理知道合脂的硬化主要是由于羟基酸之间的羟基团和羧基团起作用并聚合成为分子量更大的聚合物,同时合脂中少量的不饱和脂肪酸在烘干过程中发生氧化聚合反应;由于合脂中含有较多的羟基酸醇酸,在加热过程中容易脱水聚合,形成长链的聚酯;例如两个分子羟基酸中的羟基-OH和羧基-COOH相互脱水缩合而生成聚合物“交酯”;加热作用除了为了合脂的硬化提供硬化环境外,也起到蒸发水分和促进合脂油中的稀释剂煤油的生成作用;这就会使得在加热过程中有各种复杂的物质以气体的形式排出;主要有合脂油在浓缩过程中产生的水、有机酸、煤油,以及合脂油和黄沙所含杂质在加热过程中所产生的一些易挥发的小分子有机物、硫化物等;这些物质排入环境产生恶臭污染;
四、设计工艺参数
系统风量Q:800Nm3/h
烟气温度T:80-95℃
排气管直径D:225mm
原风机型号:Y132S1—2
风量:3807m3/h功率:KW
五、净化工艺流程的确定
根据原始资料,拟确定有以下方法处理方法:冷凝法、吸附法、洗涤法和洗涤-吸附联合工艺;
冷凝法虽然既有一定的效果,但是烟气的温度难以降低,出口烟气温度在100℃以上,大部分小分子难于冷却下来,因此处理效率很低,出口部位的烟气中仍有恶臭,去除效率不高,冷凝下来的油脂容易附在冷凝管上,不易收集;
吸附法对烟气治理效果较好,因为吸附剂能吸附绝大部分的油脂类物质和小分子物质;在系统的出口部位,烟气中基本上闻不出恶臭味,因此吸附法对恶臭处理具有良好的治理效果;但是吸附法带来一系列问题,如吸附剂的再生、吸附室温度过高对吸附剂带来不良作用等问题;
洗涤法也是利用冷凝的原理,对烟气进行处理,同时能去除部分易溶水的气体;洗涤法对烟气的冷凝作用明显,洗涤器进口管中的烟气温度在120~170℃,经过洗涤后,烟气温度降到40~50℃;油水静止后能分层,在水面上漂浮着油层,水中具有强烈的恶臭气味,说明部分恶臭气体是溶于水的;洗涤法能去除大部分烟气中的气味,但是在出口部分还能闻出少许恶臭的气味,说明洗涤法去除不彻底;
将洗涤法和吸附法联合起来处理,烟气先洗涤,后吸附,经过两道工序,保证了治理效果,同时解决了吸附法存在温度过高处理效果不好的的问题;因此在工艺选择上,我们采用了洗涤——吸附法的联合工艺;
由以上工艺,洗涤器设置为喷淋塔,吸附器设置为吸附塔;
六、设计计算
喷淋塔的设计
由于吸附塔在0-40℃时随着温度升高,活性炭吸附效果越好,所以取出喷淋塔温度为40℃;烟气量为800Nm3/h,令烟气温度为90℃,出口温度为40℃,冷流体进入状况,进水温度为25℃,出水温度为45℃;
1烟气量计算
Q=273+T273Q0
式中:Q、Q0——标准状态下和温度为T时的烟气流量,m3/h
T——烟气进口温度
代入数据得:
进口烟气流量:Q=273+90273800=m3h=m3s
2塔径的计算
D=4QπV
式中:Q——烟气流量,m3/h
V——空塔气速
由于喷淋塔是小型喷淋塔,根据GB/T50392-2006的机械通风冷却塔设计规范;塔内风速一般为2~s,取空塔气速为2m/s;
所以:
D=4**2=,取整为
实际空塔气速为v=4QπD2=4**=s
3湿段高度
为了取得较好的降温效果,一般取2-5秒的停留时间,本次设计取停留时间为5秒;
所以湿段高度h=4=
4用水量计算根据热量平衡式计算
Q=WhCphT1-T2=WcCpct1-t2
式中:Wh、Wc——热流体和冷流体的质量流量,kg/h
T1、T2——热流体进出口温度,℃
t1、t2——冷流体进出口温度,℃
Cph、Cpc——热流体和冷流体的平均比热容,KJ/kg·℃
烟气的平均温度为90+402=65℃,查得该温度下比热容Cpc=kg·℃,密度为kg/m3;
冷流体的平均温度为25+452=35℃,查得该温度下比热容Cpc=KJ/kg·℃,密度为994kg/m3;
热流体的质量流量Wh=*=h
冷流体的质量流量:
Wc=WhCphT1-T2Cpct1-t2=**(90-40)*(45-25)=kg/h
所以用水量为
Qc==m3/h
考虑到水的重复使用,设置一个换热器以及提升泵;
5其他设施设计
a、布水装置
由于采用逆流式冷却塔,所以用管式配水;喷头布置采用正三角形布置;
喷淋区一般设置3~6个喷淋层,每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴,交叉布置,覆盖率达200%~300%;由于湿段高度为,同时考虑成本问题,故设计中设置3个喷淋层;喷淋层间距一般为~2m,为了便于检修和维护,层间距设为;由于处理量较小,根据GB/T50392-200的冷却塔设计规范,取喷淋密度为14m3m2/h;
表1:喷淋塔高度参考
项目
范围
喷淋入口宽度与直径之比/%
60—90
入口烟道到第一层喷淋层的距离/m
—
喷淋层间距/m
—2
最顶端喷淋层到除雾器的距离/m
—2
除雾器高度/m
—
除雾器到吸收塔出口的距离/m
—1
喷淋塔出口宽度与直径之比/%
60—100
喷淋层高度为h2=3-1=
入口烟道到第一层喷淋层的距离为:h1=3-1=;满足要求;
b、除雾器设置
气液接触后,气体中会有一定量的液体沫雾,在进入吸附塔之前,必须将水雾去除;常用的除雾器有拆版除雾器,填料除雾器,丝网除雾器,考虑到喷淋塔的特点及经济因素和效果,本工艺采用折板除雾器;
除雾器通常安装在吸收塔的顶部,也可安装在吸收塔后的烟道上;其作用是捕集降温后洁净烟气中的水分,尽可能地保护其后的管路及设备不受腐蚀与沾污;同时如果蒸汽中含有较多的水分会对后续的吸附塔吸附产生影响,必须要对气体进行除雾干燥;在吸收塔中,由上下两级除雾器及冲水系统构成;本喷淋塔按照吸收塔规格设计;除雾器的原理示意图如下:
表1是吸收塔的相关设计规范,由于喷淋塔参考吸收塔设计,可以使用吸收塔的相关设计规范;按照表1取值,取最后一层喷淋层到除雾器的距离为,除雾器到吸收塔出口的距离;除雾器的高度为1m,采用2层除雾,则除雾区的总高度为h3=+1×2+=3m;
C、布气装置设计
布气主要是看进出口烟气的控制,一般希望进气在塔内能够分布均匀,且烟道呈正方形,故高度尺寸取得较小,但宽度不宜过大,否则影响稳定性;取入口宽度与直径之比,出口宽度与直径之比取;所以:
入口宽度d入=800=240mm
出口宽度d出=800=280mm
由于进口烟气温度为90℃,出口烟气温度为40℃,所以可以得出进出口的烟气流量;
进口烟气流量:Q入=273+90273*800=m3h=m3s
出口烟气流量:Q出=273+40273*800=m3h=m3s
逆流式喷淋塔烟气进出口流速一般为~5m/s,本设计均取s,由上面可以得到进口烟气流量为m3s,出口烟气流量为m3s;由V=u×h×L,得:
入口高度:h入=*=,取;
出口高度:取出口为喷淋塔塔顶出气。
根据气体在管道内的速度范围及喷淋塔的出口气体的细致特点,在塔顶设计成锥形,选取喷淋塔的出口口径D=150mm,外接外径为150mm壁厚的钢质管道,其中塔斗边角为45°;
所以塔斗所占高度为:800-280/2=60mm=
d、塔总高度计算
塔的总高等于各段高度之和;
H=h1+h2+h3+h入+h出=++3++=
实际中可取整计算;本设计按照设计;
压力损失:由于采用的是三层喷淋,根据计算喷淋塔压力损失的软件,一层喷淋压力损失为407Pa,三层喷淋压力损失为1221Pa;
表2冷却塔的主要数据
项目
单位
内容
冷却塔形式
喷淋塔
流向顺流/逆流
逆流
进口烟气量进口温度下
m3/h
出口烟气量出口温度下
m3/h
空塔气速
m/s
烟气在吸收塔内停留时间
s
5
吸收塔吸收区直径
mm
800
用水量
m3/h
喷淋层层数
层
3
喷淋层层间距
m
除雾器高度
m
1
除雾器层数
层
2
烟气入口宽度
mm
240
烟气出口宽度
mm
280
吸收塔吸收区高度
m
2,9
喷淋层高度
m
除雾区高度
m
3
入口高度
m
出口高度
m
塔顶
吸收塔总高度
m
吸附塔设计
工业上应用广泛的吸附剂主要有四种:活性炭、活性氧化铝、硅胶和沸石分子筛;通过常用吸附剂的比较,我们可以选择活性炭作为吸附剂;它是由各种含碳物质在低温下碳化,然后在高温下活化而得到;其优点是吸附效率高,比表面积大,有足够的机械强度,提热稳定性和化学稳定性强,价格便宜,且易获得;选取相关参数如下:
堆积密度:ρb=460g/m3;
孔隙率:ε=;
颗粒直径:4-8mm;选用粒状炭;
实验确定活性炭的用量为400kg/三个月;
2、烟气量:
Q=273+T273Q0
式中:Q、Q0——标准状态下和温度为T时的烟气流量,m3/h
T——烟气进口温度
由于吸附塔位于喷淋塔后,所以吸附塔的进口温度为40℃;即:
Q=273+40273*800=m3h=m3s
3、活性炭体积:
V=mρm3
式中:m——一次装入的活性炭质量,kg
ρ——活性炭密度,kg/m3
V=mρ=400460=m3
4、塔径:
D=4QπV0
式中:Q——烟气流量,m3/h
V0——空塔气速,m/s,查相关设计手册
查简明通风设计手册,选择固定床吸附装置中的圆筒型,如下;
同时查简明通风设计手册,得出固定床吸附装置的空塔气速一般取s以下,吸附剂和气体的接触时间取~以上,吸附层压力损失应控制小于1KPa;
取空塔气速为s,由于处理的有害气体浓度不是太高,采用单罐式;故塔径为:
D=4QπV0=4**=,取整D=1m
实际的空塔气速为v=4QπD2=4**1=s
5、压力损失: