環(huán)境工程課程設(shè)計(jì)——某工廠文丘里除塵器設(shè)計(jì)

1、目錄課程設(shè)計(jì)目的1課程設(shè)計(jì)題目描述和要求1設(shè)計(jì)說明書2一 概述21、大氣污染22、大氣污染物23、大氣污染的危害2二 文丘里除塵器41、工作原理52、優(yōu)缺點(diǎn)53、文氏里管設(shè)計(jì)和使用注意事項(xiàng)5三 管道的設(shè)計(jì)要求61、管道布置一般原則：62、除塵管道布置原則：7四 工藝流程圖8設(shè)計(jì)計(jì)算書8一 設(shè)計(jì)參數(shù)8二 文丘里洗滌器幾何尺寸計(jì)算8三 液氣比及噴嘴流量9四 壓力損失計(jì)算9五 除塵效率10六 管道的初步設(shè)計(jì)11七 風(fēng)機(jī)和電機(jī)的選擇12總結(jié)14參考文獻(xiàn)15課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)的目的在于進(jìn)一步鞏固和加深課程理論知識，并能結(jié)合實(shí)踐，學(xué)以致用。本設(shè)計(jì)為某工廠文丘里的設(shè)計(jì)，能使學(xué)生得到一次綜合訓(xùn)練，特別是：

2、工程設(shè)計(jì)的基本方法、步驟，技術(shù)資料的查找與應(yīng)用；基本計(jì)算方法和繪圖能力的訓(xùn)練；綜合運(yùn)用本課程及其有關(guān)課程的理論知識解決工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際問題；熟悉、貫徹國家環(huán)境保護(hù)法規(guī)及其它有關(guān)政策。課程設(shè)計(jì)題目描述和要求為某工廠設(shè)計(jì)一臺簡易文丘里除塵器。已知條件：采用文丘里除塵器處理某工廠含塵煙氣。工廠煙氣量5200m3/h，煙氣含塵濃度為2200mg/m3，煙氣溫度為120，煙氣粘度為2.4×10-5Pa.s。文丘里除塵器進(jìn)口粉塵的粒級分布如下：平均粒徑（m）0.050.10.30.51.0>1.0粒徑分布g（）101516182021設(shè)計(jì)要求：1、除塵器的壓力損失要在合理的范圍內(nèi)；2、采用

3、碗形噴嘴；3、文丘里裝配圖一張,要求用A2以上圖紙,計(jì)算機(jī)繪圖均可。設(shè)計(jì)說明書一 概述1、大氣污染按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義，“大氣污染通常是指由于人類活動或自然過程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)到足夠的時間，并因此危害了人體的舒適、健康和福利或環(huán)境污染的現(xiàn)象?！?所謂人類活動不僅包括生產(chǎn)活動，而且也包括生活活動，如做飯、取暖、交通等。自然過程包括火山活動、山林火災(zāi)、海嘯、土壤和巖石的風(fēng)化及大氣圈中空氣運(yùn)動等。一般來說，由于自然環(huán)境所具有的物理、化學(xué)和生物機(jī)能（及自然環(huán)境的自凈作用），會是自然過程造成的大氣污染，經(jīng)過一段時間后自動消除（即使生態(tài)平衡自動恢復(fù)）。所以可以說，

4、大氣污染主要是人類活動造成的。全球性大氣污染問題包括溫室效應(yīng)、臭氧層破壞和酸雨等三大問題。2、大氣污染物大氣污染物系指由于人類活動或自然過程排入大氣的并對人和環(huán)境產(chǎn)生有害影響的那些物質(zhì)。按其存在狀態(tài)可分為兩大類。一種是氣溶膠狀態(tài)污染物，另一種是氣體狀態(tài)污染物。氣溶膠狀態(tài)污染物主要有粉塵、煙、飛灰、黑煙、霧等。氣體狀態(tài)污染物主要有以二氧化硫?yàn)橹鞯牧蜓趸衔铮匝趸投趸獮橹鞯暮衔铮佳趸衔?、有機(jī)化合物及鹵素化合物等，如表1所示。 表1氣體狀態(tài)大氣污染物的總分類污染物一次污染物二次污染物含硫化合物SO2、H2SSO3、H2SO4、MSO4含氮化合物NO、NH3NO2、HNO3、MNO

5、3碳氧化合物CO、CO2無有機(jī)化合物C1C10化合物醛、酮、過氧乙酸硝酸酯、O3鹵素化合物HFHCI無3、大氣污染的危害人類體驗(yàn)到的大氣污染的危害，最初主要是對人體健康的危害，隨后逐步發(fā)現(xiàn)了對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各種危害以及對天氣和氣候產(chǎn)生的不良影響。人們對大氣污染物造成危害的機(jī)理、分布和規(guī)模等問題的深入研究，為控制和防治大氣污染提供了必要的依據(jù)。對人體健康的危害大氣污染后，由于污染物質(zhì)的來源、性質(zhì)、濃度和持續(xù)時間的不同，污染地區(qū)的氣象條件、地理環(huán)境等因素的差別，甚至人的年齡、健康狀況的不同，對人均會產(chǎn)生不同的危害。大氣污染對人體的影響，首先是感覺上不舒服，隨后生理上出現(xiàn)可逆性反應(yīng)，再進(jìn)一步就出現(xiàn)急性

6、危害癥狀。大氣污染對人的危害大致可分為急性中毒、慢性中毒、致癌三種。a.急毒：性中大氣中的污染物濃度較低時，通常不會造成人體急性中毒，但在某些特殊條件下，如工廠在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)特殊事故，大量有害氣體泄露外排，外界氣象條件突變等，便會引起起人群的急性中毒。如印度帕博爾農(nóng)藥廠甲基異氰酸酯泄露，直接危害人體，發(fā)生了2500人喪生，十多萬人受害。b.慢性中毒：大氣污染對人體健康慢性毒害作用，主要表現(xiàn)為污染物質(zhì)在低濃度、長時間連續(xù)作用于人體后，出現(xiàn)的患病率升高等現(xiàn)象。，近年來我國城市居民肺癌發(fā)病率很高，其中最高的是上海市，城市居民呼吸系統(tǒng)疾病明顯高于郊區(qū)。c.致癌作用：這是長期影響的結(jié)果，是由于污染物長

7、時間作用于肌體，損害體內(nèi)遺傳物質(zhì)，引起突變，如果生殖細(xì)胞發(fā)生突變，使后代機(jī)體出現(xiàn)各種異常，稱致畸作用；如果引起生物體細(xì)胞遺傳物質(zhì)和遺傳信息發(fā)生突然改變作用，又稱致突變作用；如果誘發(fā)成腫瘤的作用稱致癌作用。這里所指的“癌”包括良性腫瘤和惡性腫瘤。環(huán)境中致癌物可分為化學(xué)性致癌物，物理性致癌物，生物性致癌物等。致癌作用過程相當(dāng)復(fù)雜，一般有引發(fā)階段，促長階段。能誘發(fā)腫瘤的因素，統(tǒng)稱致癌因素。由于長期接觸環(huán)境中致癌因素而引起的腫瘤，稱環(huán)境瘤。對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害大氣污染對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害十分嚴(yán)重，這些危害可影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，造成大量人力物力和財力的損失。大氣污染物對工業(yè)的危害主要有兩種：一是大氣中的酸性污染物

8、和二氧化硫、二氧化氮等，對工業(yè)材料、設(shè)備和建筑設(shè)施的腐蝕；二是飄塵增多給精密儀器、設(shè)備的生產(chǎn)、安裝調(diào)試和使用帶來的不利影響。大氣污染對工業(yè)生產(chǎn)的危害，從經(jīng)濟(jì)角度來看就是增加了生產(chǎn)的費(fèi)用，提高了成本，縮短了產(chǎn)品的使用壽命。大氣污染對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也造成很大危害。酸雨可以直接影響植物的正常生長，又可以通過滲入土壤及進(jìn)入水體，引起土壤和水體酸化、有毒成分溶出，從而對動植物和水生生物產(chǎn)生毒害。嚴(yán)重的酸雨會使森林衰亡和魚類絕跡。對大氣和氣候的影響大氣污染物質(zhì)還會影響天氣和氣候。顆粒物使大氣能見度降低，減少到達(dá)地面的太陽光輻射量。尤其是在大工業(yè)城市中，在煙霧不散的情況下，日光比正常情況減少40% 。高層大氣中的

9、氮氧化物、碳?xì)浠衔锖头葻N類等污染物使臭氧大量分解，引發(fā)的“臭氧洞”問題，成為了全球關(guān)注的焦點(diǎn)。從工廠、發(fā)電站、汽車、家庭小煤爐中排放到大氣中的顆粒物，大多具有水汽凝結(jié)核或凍結(jié)核的作用。這些微粒能吸附大氣中的水汽使之凝成水滴或冰晶，從而改變了該地區(qū)原有降水（雨、雪）的情況。人們發(fā)現(xiàn)在離大工業(yè)城市不遠(yuǎn)的下風(fēng)向地區(qū)，降水量比四周其它地區(qū)要多，這就是所謂“拉波特效應(yīng)” 。如果，微粒中央夾帶著酸性污染物，那么，在下風(fēng)地區(qū)就可能受到酸雨的侵襲。大氣污染除對天氣產(chǎn)生不良影響外，對全球氣候的影響也逐漸引起人們關(guān)注。由大氣中二氧化碳濃度升高引發(fā)的溫室效應(yīng)，是對全球氣候的最主要影響。地球氣候變暖會給人類的生態(tài)

10、環(huán)境帶來許多不利影響，人類必須充分認(rèn)識到這一點(diǎn)。 二 文丘里除塵器 圖1 文丘里洗滌器結(jié)構(gòu)示意圖文丘里除塵器是一種高效濕式洗滌器，在結(jié)構(gòu)上如圖1所示，由收縮管、喉管和擴(kuò)散管組成。文氏管是在意大利物理學(xué)家文丘里首次研究了收縮管道對流體流動的效率的影響后命名的。文丘里管是在1886年美國科姆斯·藿舍爾為了增加流體的速度從而引起壓力的減少而發(fā)明的。文丘里除塵器于1946年開始在工業(yè)中的應(yīng)用。事實(shí)除塵器要得到較高的除塵效率，必須造成較高的氣液相對運(yùn)動速度和非常細(xì)小的液滴，文丘里管就是為了適應(yīng)這個要求而發(fā)展起來的。文丘里除塵器是一種高能耗高效率的濕式除塵器。含塵氣體以高速通過喉口，水在喉口處被

11、湍流運(yùn)動的氣流霧化，塵粒與水滴之間相互碰撞使塵粒沉降，這種除塵器結(jié)構(gòu)簡單，對0.55的塵粒除塵效率可達(dá)99%以上，但其費(fèi)用較高。該除塵器常用于高溫?zé)煔饨禍睾统龎m，也可用于吸收氣體污染物。1、工作原理文丘里除塵器是典型的濕式除塵器，其除塵是由于慣性、粘附和擴(kuò)散等作用，主要還是慣性作用。含塵氣體由進(jìn)氣管進(jìn)入收縮管后，流速逐漸增大，氣流的壓力能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，在喉管入口處氣速達(dá)到最大，一般為50180m/s。洗滌液（一般為水）通過沿喉管周邊均勻分布的噴嘴進(jìn)入，液滴被高速氣流霧化和加速。充分的霧化是實(shí)現(xiàn)高效除塵的基本條件。通常假定：微細(xì)顆粒以與氣流相同的速度進(jìn)入喉管；洗滌液滴的軸向初速度為零，由于氣流

12、曳力在喉管部分被逐漸加速。在液滴加速過程中，由于液滴與粒子之間的慣性碰撞，實(shí)現(xiàn)微細(xì)顆粒的捕集。當(dāng)夜地速度接近氣流速度時，液滴與顆粒之間相對速度接近零。在喉管下游，慣性碰撞的可能性迅速減小。因?yàn)榕鲎膊都孰S相對速度增加而增加，因此，氣流入口速度必須高。在擴(kuò)散管中，氣流速度減小和壓力回升，使以顆粒為凝結(jié)核的凝聚速度加快，形成直徑較大的含塵液滴以便于被低能洗滌器或除霧器捕集下來。2、優(yōu)缺點(diǎn)文丘里除塵器的優(yōu)點(diǎn)是：除塵效率高，可達(dá)99；能消除l弘m以下的細(xì)塵粒；結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，維護(hù)管理簡單；它不僅用作除塵，還能用于除霧、降溫和吸收、蒸發(fā)等方面。缺點(diǎn)是:壓力損失較大，用水量較多；不利于副產(chǎn)品回收；除

13、塵產(chǎn)生的污水污泥易造成二次污染。3、文氏里管設(shè)計(jì)和使用注意事項(xiàng)文氏管的喉管表面的粗糙度要求一般為。其他部分可以鑄件或焊件，但表面應(yīng)無飛邊毛刺。文氏管可以用鋼板卷焊。在喉管部分鋼板應(yīng)適當(dāng)加厚；在喉管外壁應(yīng)有適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)筋板。如因管段過長，需加法蘭連接，應(yīng)盡量避免將法蘭鑲嵌在喉口直管部位，而使法蘭位于喉管以外相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，即腰鼓形喉管，其長度包括1/3的收縮管和約1/3擴(kuò)散管的長度在內(nèi)。以阻止氣流在團(tuán)六區(qū)內(nèi)因法蘭面的凸凹和填料突出等，產(chǎn)生不必要的阻力。不宜在文氏管本體內(nèi)設(shè)測壓、測溫孔和檢查孔。裝噴嘴的手孔內(nèi)部精度應(yīng)與文氏管本體一致，不得有突出部分。對含有不同程度的腐蝕性氣體，使用時應(yīng)注意防腐措施，避

14、免設(shè)備腐蝕。采用循環(huán)水時應(yīng)使水充分澄清，水質(zhì)要求含塵量在0.01%以下，以防止噴嘴堵塞。文氏管在安裝時各法蘭連接管的同心度誤差不超過±2.5mm。圓形文氏管的橢圓度誤差不超過±1mm。溢流文氏管的溢流口水平度應(yīng)嚴(yán)格調(diào)解在水平位置，使溢流水均勻分布。文氏管在用于高溫?zé)煔獬龎m時，安裝設(shè)壓力、溫度升高警報信號，并設(shè)事故高位水池，以確保供水安全三 管道的設(shè)計(jì)要求1、管道布置一般原則：（1）管道布置應(yīng)減少阻力，采用圓形風(fēng)道強(qiáng)度大，耗用材料少，但是占用空間大。矩形風(fēng)道管件占用空間小，因此易布置。根據(jù)具體情況也可以采用其他的形狀，以充分了利用建筑空間。（2）管道敷設(shè)的原則 管道敷設(shè)有兩種

15、形式：明裝和暗裝。在實(shí)際運(yùn)用中常采用明裝，因?yàn)樗阌跈z修，不能用明裝時采用暗裝。管道應(yīng)盡量集中成列，平行敷設(shè)，并盡量沿墻或柱子敷設(shè)，管徑大的和保溫管應(yīng)設(shè)在靠墻側(cè)。管道與梁、柱、墻。設(shè)備及管道之間應(yīng)有一定的距離，以滿足施工、運(yùn)行、檢修和熱脹冷縮的要求。一般設(shè)計(jì)原則為：不保溫管道與墻的距離應(yīng)根據(jù)焊接要求考慮，管道外壁與墻的距離一般不小于150200mm。管道與梁、柱、墻、設(shè)備的距離可比與墻的距離減少50mm，在該處不應(yīng)有焊接接頭。兩根管平行布置時，不保溫管道不小于150200mm。當(dāng)管道受熱伸長或冷縮后，上述間距均應(yīng)不小于25mm。水平管道應(yīng)有一定的坡度，以便于放水、放氣、疏水和防止積塵，一般坡度

16、為0.0020.005。坡度應(yīng)考慮斜向風(fēng)機(jī)方向，并應(yīng)在風(fēng)管的最低點(diǎn)和風(fēng)機(jī)底部裝設(shè)水封泄液管。（3）管道應(yīng)盡量避免遮擋室內(nèi)光線和妨礙門窗的關(guān)閉，不應(yīng)影響正常的生產(chǎn)操作。（4）管道的支撐原則 注意管道不宜與閥件直接支撐在設(shè)備上，應(yīng)該單獨(dú)支架或吊架。管道的焊接縫位置應(yīng)布置在施工方便和受力較小的地方。焊縫不得位于支架處。焊縫與支架的距離不應(yīng)小于管徑，至少不得小于200mm。（5）管道連接的原則 在以焊接為主要的連接方式的管道中，應(yīng)設(shè)置足夠數(shù)量的法蘭連接處。在以螺紋連接為主的管道中應(yīng)設(shè)置足夠數(shù)量的活接頭，以便于暗轉(zhuǎn)、拆卸和檢修。（6）風(fēng)管上應(yīng)設(shè)置必要的調(diào)節(jié)和測量裝置，如閥門、壓力表、溫度計(jì)、風(fēng)量測量孔及

17、采樣孔等，或者預(yù)安裝測量裝置的接口。（7）管道設(shè)計(jì)中既要考慮便于施工，又要保證嚴(yán)格不漏。整個系統(tǒng)要求漏損小，以保證吸風(fēng)口有足夠的風(fēng)量。2、除塵管道布置原則：除應(yīng)遵守上述一般原則外，還應(yīng)滿足以下要求：除塵管道力求順直，保證氣流通暢。當(dāng)必須水平敷設(shè)時，要有足夠的流速以防止積塵。對易產(chǎn)生積灰的管道，必須設(shè)置清灰孔；為減輕風(fēng)機(jī)磨損，特別當(dāng)氣體含塵濃度較高時（大于3g/）,應(yīng)將凈化裝置設(shè)在風(fēng)機(jī)的吸入段；分支管與水平管或傾斜主干管連接時，應(yīng)從上部或側(cè)面接入。三通管的夾角一般不大于300。當(dāng)有幾個支管會和于同一主干管時，匯合點(diǎn)最好不設(shè)在同一斷面上。四 工藝流程圖 圖2 文丘里除塵器工藝流程圖如圖2所示，工廠

18、產(chǎn)生的煙氣被集氣罩收集后，在引風(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入文丘里洗滌器，煙氣中的顆粒物與由噴嘴進(jìn)入洗滌液在慣性碰撞的作用下形成直徑較大的含塵液滴。含塵液滴進(jìn)入除霧器后被捕集，形成污水污泥由除霧器下部排出，進(jìn)入廢水處理裝置（如沉淀池）。凈化后的氣體在引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓下由除霧器上部進(jìn)入管道，最后通過煙囪排入大氣。設(shè)計(jì)計(jì)算書一 設(shè)計(jì)參數(shù)工廠煙氣量5，含塵濃度2200mg/m3，溫度T=120，粘度為=2.4×10-5Pa.s。二 文丘里洗滌器幾何尺寸計(jì)算進(jìn)風(fēng)管管徑取管道中氣流速度：進(jìn)風(fēng)管截面積：進(jìn)風(fēng)管管徑：喉管管徑取喉管截面積：進(jìn)風(fēng)管截面積=1：4則喉管管徑：喉管長度：=(0.81.5) 式中：喉管長

19、度，m ；收縮管長度：式中：收縮管長度，m ； 收縮角，一般為23°25°取，則擴(kuò)散管管徑：擴(kuò)散管長度：式中：擴(kuò)散管長度，m ； 擴(kuò)散角，一般為5°7°取，則三 液氣比及噴嘴流量取液氣比則噴嘴總流量取用四個噴嘴，每個流量四 壓力損失計(jì)算由海斯凱茨方程式有： 式中：壓力損失，Pa ；喉管中氣體流速，m/s ；喉管的橫截面積，m2 ；煙氣密度，kg / m3 ；、液態(tài)、氣態(tài)的量，單位相同。煙氣密度：壓力損失：文丘里處理后還需除霧器捕集含塵液滴，故還須考慮除霧器壓損，一般除霧器壓損為10002000Pa,本設(shè)計(jì)中取。五 除塵效率常用碗型噴嘴腰鼓形文氏管除塵器的

20、除塵效率見除塵設(shè)備表6-28本設(shè)計(jì)中氣體喉口速度則有：平均粒徑（）0.050.10.30.51.0>1.0粒徑分布（%）101516182021除塵效率0.18700.92350.99910.999450.999710.99963故總的除塵效率:六 管道的初步設(shè)計(jì)1、管道流速：，管道直徑：，取管壁厚約為10mm則外徑，查除塵設(shè)備表7-2可知，動壓為240.3Pa。各管段長度L1=15m，L2=5m，L3=15m。管道：摩擦壓力損失為各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：集氣罩：；90o彎頭（R/d=1.5）：。則局部壓損為管道：摩擦壓力損失為該段有90o彎頭（R/d=1.5）兩個，由手冊的得。

21、則局部壓損為管道：摩擦壓力損失為該管段局部壓損主要包括風(fēng)機(jī)進(jìn)出口及排風(fēng)口傘形風(fēng)帽的壓力損失，若風(fēng)機(jī)入口處變徑管壓力損失忽略不計(jì)，風(fēng)機(jī)出口（估算），傘形風(fēng)帽（h/D0=0.5）,則局部壓損為管道總壓損：2、 除塵系統(tǒng)的總壓損：七 風(fēng)機(jī)和電機(jī)的選擇選擇通風(fēng)機(jī)的計(jì)算風(fēng)量：式中：Q-管道計(jì)算的總風(fēng)量，m3/h K1-考慮系統(tǒng)漏風(fēng)所附加的安全系數(shù)。一般管道取0.1；除塵管道的取0.10.15。選擇通風(fēng)機(jī)的計(jì)算風(fēng)量：式中：管道計(jì)算的總壓力損失，Pa；考慮管道計(jì)算誤差及系統(tǒng)漏風(fēng)等因素所采用的安全系數(shù)。一般管道取0.10.15，除塵管道取0.150.2； 、通風(fēng)機(jī)性能表中給出的標(biāo)定狀態(tài)的空氣密度、壓力、溫度。一般來說，=101.3kpa,對于通風(fēng)機(jī)=293，=1.2kg/m3,對于引風(fēng)機(jī)=473，=0.745kg/m3； 、運(yùn)行工況下進(jìn)入風(fēng)機(jī)時的氣體密度、壓力、溫度。設(shè)計(jì)選取引風(fēng)機(jī)，進(jìn)入風(fēng)機(jī)時假設(shè)氣體溫度，密度密度則風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓：根據(jù)上述風(fēng)量和風(fēng)壓，考慮文丘里處理煙氣后實(shí)際溫度以及粉塵粒徑等在通風(fēng)機(jī)樣本上選