除尘课程设计(精选.)

第一章绪论 (5)

1.1车间粉尘性质 (6)

1.2 车间粉尘危害及治理 (6)

1.2.1 粉尘危害 (6)

1.2.2 碳黑治理方法 (7)

1.2.3 旋风除尘器的原理 (7)

1.3 除尘系统 (8)

1.4 课程设计背景、主要内容、意义与预期目标 (9)

1.4.1 主要内容课程设计背景 (9)

1.4.2 主要内容 (9)

1.4.3 课程设计意义 (10)

1.4.4 课程设计预期目标 (10)

第2章数据分析 (11)

2.1 已知数据 (11)

2.2 风量确定 (12)

2.3 净化设备选择或设计 (12)

第3章集气罩设计 (13)

3.1集气罩设计的设计原则 (13)

3.2设计方法选择 (13)

3.2.1控制风速法原理 (13)

3.2.2 控制风速选择 (14)

3.3 集气罩选择 (14)

3.3.1 集气罩集气原理 (14)

3.3.2 集气罩类型和选择 (15)

3.3 风量计算 (15)

3.3.1 风量计算方法选择 (15)

3.3.2 风量计算 (15)

3.4 集气罩的尺寸 (16)

第4章管道、弯头及三通设计 (17)

4.1 管道设计 (17)

4.1.1 管道速度选择 (17)

4.1.2 管径选择 (18)

4.2 弯头、三通管的设计 (20)

第5章管道阻力计算及风机的选择 (21)

5.1各管道的阻力计算 (21)

5.1.1计算最不利环路的压力损失 (21)

5.1.2 并联管路压力损失计算 (22)

5.2选择风机和电动机 (23)

第6章除尘器的设计 (25)

6.1 除尘器的分类及选择 (25)

6.1.1除尘器的分类 (25)

6.1.2 除尘器的选择 (25)

6.2 旋风除尘器尺寸 (27)

总结 (28)

《大气污染控制工程》课程设计任务书

一、目的：

课程设计的目的在于进一步巩固和加深课程理论知识，并能结合实践，学以致用。

本设计为车间除尘系统的设计，使学生得到一次综合训练。特别是：

1．工程设计的基本方法、步骤，技术资料的查找与运用；

2．基本计算方法和绘图能力的训练；

3．综合运用本课程及其有关的理论知识，解决工程中的实际问题；

4．熟悉、贯彻国家环境保护法及其有关政策。

二、任务与要求

学生在限定时间内，必须在老师指导下独立、全面地完成此规定的设计。

其内容包括：

1．设计说明书一份

2．平面布置图一份

3．立面布置图一份

三、设计内容

1．集气罩的设计

控制点控制速度V的确定

集气罩排风量、尺寸的确定

2．管道的初步设计

管内流速确定

管道直径确定

弯头设计

直管长确定

三通设计计算

3．压损平衡计算

分段计算

压力校核

4．总压损计算

5．选风机、校核

6．电机选择、校核

7．车间大门设计

四、设计课题与有关数据

1．设计题：车间除尘系统设计

2．课题已知条件

a.车间面积与两台产生污染设备的位置

见附图一：

b.产生污染源设备的情况

污染源：立方体 1200x600x1000

操作条件：20℃ 101.3kPa

污染源产生轻矿物粉尘，以轻微速度发散到尚属平静的空气中；

c.在该污染设备的顶部设计二个伞形集气罩

罩口边须距污染面积H=600mm，才操作正常

d.管道和集气罩均用钢板制作

钢管相对粗糙度 K=0.15

排气筒口离地面高12m

e.所用除尘器：

LD14型布袋除尘器

该除尘器阻力为980Pa

长：4503mm;宽：2250mm

除尘器进口高度：3653mm；除尘器出口高度：8890mm

f.有关尺寸

墙厚 240mm 方块柱 300 x300

车间大门可取2010x2010

管外径 D=750

LD14-84型过滤面积 168m2

最大风量 25200 m2/h

窗台到地面距离民用房 900—700mm

工业用房 1.0---2.0cm

仓库 1.5—2.0 cm

附图一

第一章绪论

随着时间的推移，我们已经进入了21世纪，一项项的科学技术以及成果纷纷亮相，科技正高速发展，然而21世纪的发展早已远不止科技发展，一个日益严重，趋向突出的问题正悄悄的崛起：环境的恶化。环境的恶化不单单再是传统的泥土流失，土地沙漠化，而写了海洋污染，全球气候变暖，厄尔尼诺现象成了21世纪面临的重大问题，而粉尘污染就是最严重的问题之一。

然而正是如此危害极大的粉尘污染，却没有得到人们足够的关注与重视，更没有能使人们采取果断、有效的方法手段去遏制粉尘污染的持续蔓延与加重。不要认为粉尘污染的严重性比不上臭氧黑洞、土地沙漠化、水土流失及水质污染等一类的问题，即使臭氧被修复，土地重新肥沃，水变清天更蓝，粉尘污染一样可以使人类以至于动物死于各种各样的疾病更甚至灭绝。粉尘不会直接伤人，但对呼吸道和眼睛等器官会造成很大危害。粒径大于10微米的粉尘在空气中停留时间较短，在呼吸作用中可被有效地阻留在呼吸道上，不进入肺泡，但由于木粉尘中含有木焦油，这种物质由各种酚类和烃类组成，并含有致癌性较强的物质，长此以往，工人会部分的患有支气管炎、哮喘和肺气肿等，甚至致癌。粒径小于10微米以下的木粉，会直接进入人的肺部组织，沉淀于肺泡中，有可能引起肺组织的慢性纤维化，甚至导致肺心病、心血管病等一系列病变。而且这些可吸入物质还会将多种污染物或病菌带入肺部，对人体危害很大。粉尘如果弹入或飞入人的眼睛，会造成伤害，影响正常操作。另外粉尘还是最危险的易燃物品之一，易引起火灾。另外，悬浮性粉尘会增加生产设备的非正常磨损，缩短设备的寿命，增加维护成本，从而对企业的产出和经济效益产生不可低估的影响。

1.1车间粉尘性质

碳黑（炭黑）是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，比表面积非常大，范围从10-3000m2/g，是有机物（天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。分子量：12.01 是以含碳原料（主要为石油）经不完全燃烧而产生的微细粉末。外观为纯黑色的细粒或粉状物。颜色的深浅，粒子的细度，比重的大小，均随所用原料和制造方法的不同而有差异。碳黑不溶于水、酸、碱；能在空气中燃烧变成二氧化碳。碳黑的主要组成物是碳元素，还含有少量的氢、氧、硫、灰分、焦油和水分。碳黑粉尘可燃，粉体与空气可形成爆炸性混合物，当达到一定浓度时，遇火星会发生爆炸。炭黑颗粒很细，根据不同种类，平均粒径在10~30nm之间。

1.2 车间粉尘危害及治理

1.2.1 粉尘危害

人体长期吸入碳黑，肺部组纷呈会发生纤维化病变，使肺部组织逐渐硬化，失去正常的呼吸功能，造成炭黑的尘肺病（法定职业病的一种）。碳黑粉尘的粒径为0.5~5μm时，对人体危害最大，严重污染全身时对皮肤有刺激。

大量吸入炭黑粉尘，至少会造成炭黑尘肺病（职业病尘肺病的一种。在我国尘肺病包括：矽肺、煤工尘肺、石墨尘肺、炭黑尘肺、石棉肺、滑石尘肺、水泥尘肺、云母尘肺、陶工尘肺、铝尘肺、电焊工尘肺、铸工尘肺等）。目前，炭黑生产已基本是密闭化和自动化，但仍存在粉尘飞扬的现象，因此，在炭黑厂的炉前、回收、筛粉、分离室、加工和包装等工序经常接触炭黑粉尘。使用炭黑的工厂，如橡胶、塑料和电极等工厂，在配料、混炼、搅拌、过筛和投料等生产过程中，均产生大量炭黑粉尘，造成工作人员的接触机会。

1.2.2 碳黑治理方法

根据我国《工作场所空气中粉尘容许浓度》的规定，炭黑粉尘的总粉尘时间加权平均容许浓度为4mg／ms，短时间接触容许浓度为8mg／ms。根据炭黑粉尘质轻易飞扬，且长期漂浮空气中的特点，如密闭不严，可造成生产车间空气中粉尘浓度极高(如600mg／m。)。因此，防尘工作的重点应放在密闭除尘上。

目前净化碳黑粉尘的主要方法有：机械除尘器、袋式除尘器、湿式除尘器。本次课程设计采用的方法是旋风除尘器。

1.2.3 旋风除尘器的原理

旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘装置。它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备，造价较低．阻力中等，器内无运动部件，操作维修方便等优点。旋风除尘器一般用于捕集5-15微米以上的颗粒。除尘效率可达80％以上，近年来经改进后的特制旋风除尘器。其除尘效率可达5％以上。旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于5微米的效率不高。

旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。旋转下降的气流在到达圆锥体底部后．沿除尘器的轴心部位转而向上．形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。自进气口流人的另一小部分气流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从诽气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走。

旋风式除尘器的组成及内部气流

1-筒体；2-锥体；3-进气管；4-排气管；5-排灰口；6-外旋流；7-内旋流；8-二次流；9-回流区。

1.3 除尘系统

在选用除尘系统时必须在净化装置费用计算的基础上做技术经济分析，包括设备投资费用与运行费两部分。投资费用通常包括主体净化装置、辅助设备（如风机、电动机、卸灰输灰设备与管道等）、土地、基建费用及其他费用。净化系统的运行费用包括水、电和材料消耗费，设备折旧、维修及劳务费等。局部排气净化系统的基本组成：

1 集气罩：用以捕集污染空气。

2 风管（通风管道）：净化系统中用以输送气流的管道。

3 净化设备：净化系统的核心部分。净化排气中的粉尘，使之达标排放。本课程设计采用旋风除尘器。

4 通风机：为系统中流体提供动力，是系统中气体流动的动力装置。

5 烟囱：净化系统的排气装置。为了保证由于不能100%的净化而排放的污染物所造成的地面浓度不超过环境空气质量标准，烟囱必须具有一定的高度。

局部排气净化系统示意图

1-集气罩；2-风管；3-净化设备；4-通风机；5-烟囱

1.4 课程设计背景、主要内容、意义与预期目标

1.4.1 主要内容课程设计背景

本太远碳黑厂车间产生的碳黑粉尘，已经超过正常允许浓度，影响工人的健康。太远碳黑厂共有两个车间产生碳黑粉尘，这两个污染源水平放置碳黑粉尘以轻微的速度发散到相当平静的空气中，污染源L × W × H =900x300x700。炭黑可作为一种纯炭的来源，极少或不含其他物质，碳成分占90％一95％，游离二氧化硅含量很少，仅占0.5％一1.5％。

1.4.2 主要内容

本次课程设计是去除太远碳黑厂车间产生的碳黑粉尘，改善工人的工作环境，减少因吸入粉尘而引起各种疾病的产生，同时改善当地的环境：这次课程设计需要设计好去除车间碳黑的除尘系统各个部分：鼓(通)风机、净化设备(包括粉

尘处理装置)、抽风罩、风管及其他附件等设备(装置)。去除碳黑主要采用物理去除法,选用旋风除尘器。

1.4.3 课程设计意义

(1)保护工人健康人体长期吸入碳黑，肺部组纷呈会发生纤维化病变，使肺部组织逐渐硬化，失去正常的呼吸功能，造成炭黑的尘肺病（法定职业病的一种）。碳黑粉尘的粒径为0.5~5μm时，对人体危害最大，严重污染全身时对皮肤有刺激。故必须对车间进行除尘，使粉尘浓度达到正常标准。

(2)减少大气污染如果不采取有效的控制粉尘措施，排出大量粉尘会严重污染周围大气，当粉尘排放量达到一定水平时，会对污染源下风向居民的生活造成很大不便，对居民健康也有不利影响。同时，排放的大量粉尘落到农作物上后，会影响植物的正常呼吸，对其产生损害，造成农业减产。

(3)回收有用物料大量排放物除了造成上述种种危害外，也是一项经济损失。一方面增加原材料消耗量，另外还损失了成品，势必提高产品成本。本次课程设计采用的旋风除尘器能收集到干的碳黑粉尘，能利用回收，能提高产品碳黑生产量，能降低产品成本。

1.4.4 课程设计预期目标

通过设计的净化系统使产生的碳黑粉尘达标排放，同时选择净化系统时，考虑各项技术和经济指标，使整个净化系统更加经济化、合理化。

第2章数据分析

2.1 已知数据

车间共有两个污染源，污染源水平放置（两个污染源在同一水平线上），污染源的尺寸：立方体 L × W × H=900x300x700，以轻微的速度扩散到相当平静的空气中。操作条件：20℃ 101.3kPa ，污染源产生粉尘为碳黑粉尘。

在该污染设备的顶部设计二个伞形集气罩，集气罩的位置在上部，罩口边须距污染面积H=600mm，才操作正常。钢管相对粗糙度 K=0.15，排气筒口离地面高15m。所用除尘器：旋风除尘器：阻力为600Pa, 直径1.2m。除尘器进口高度：0.3m；除尘器出口高度：5.5m，管外径 D=750。

有关尺寸车间长宽高分别为：18米*12米*12米，墙厚 240mm ，方块柱 300 x300，车间大门可取2010x2010，窗台到地面距离：民用房 900—700mm：工业用房1.0---2.0cm：仓库1.5—2.0 cm 。

车间面积与两台产生污染设备的位置

2.2 风量确定

通过抽尘罩抽走的风量要适中，过大或不足均为不利。风量的大小，要足以在需要控制产生粉尘的地点，造成必要的控制风速。如果抽风量过小，就不能控制粉尘的飞扬，不能抵抗周围气流的干扰。而如果抽风量过大就会造成风机、管道、除尘设备的庞大，还会抽走有用的物料，既造成资源浪费，又加大除尘器负荷。

2.3 净化设备选择或设计

净化设备的选择或设计一般按以下程序进行：

(1)工程调查。

(2)根据排放标准和生产要求，计算需要达到的净化效率；

(3) 确定净化方法和净化流程。在此基础上，决定净化设备的选择范围；

(4) 选定适宜的净化装置；

(5)确定净化设备的型号规格及运行参数。

第3章集气罩设计

3.1集气罩设计的设计原则

集气罩设计的设计原则有：

（1）在负压面得部位尽可能多地设置遮挡面，最好全部遮挡，给予密封。

（2）如受条件的限制，不能给予密封时，应尽量把吸气罩近扬尘区域。

（3）吸尘罩的罩口要对着粉尘扩散的方向。

（4）吸气罩的安装不要影响设备的运行，不要妨碍设备的操作与维修。

3.2设计方法选择

3.2.1控制风速法原理

目前多采用“控制速度法”计算外部吸气罩的排风量。从污染源散发出的污染物具有一定的控制速度，该速度随污染物扩散而逐渐减小。所谓控制速度系指在罩口钱污染物扩散方向的任意点上均能使污染物随吸入气流流入罩内并将其捕集所必需的最小吸气速度。吸气气流有效作用范围内的最远点称为控制点。控制点距罩口得距离称为控制距离。

图3-1 控制风速法

3.2.2 控制风速选择

控制风速选择原则：

1.按有害物散发条件选择控制速度

2.按周围气流情况及有害气体的危害性选择控制速度

3对于某些特定作业的吸入速度

4.按有害物危害性及排气罩形式选择控制速度

5.因外界干扰气流影响对控制速度增加修正

因污染源产生一般粉尘，以轻微速度发散到相当平静的空气中，故根据《大气污染控制工程》中表14-3选取v x=0.3m/s。

表3-1 按污染物散发条件选择的控制风速

3.3 集气罩选择

3.3.1 集气罩集气原理

吸气口吸气时，在吸气口附近形成负压，周围空气从四面八方流向吸气口，形成吸入气流或汇流。当吸气口面积较小时，可视为“点汇流”。

3.3.2 集气罩类型和选择

按罩口气流流动方式分类，集气罩的基本形式有吸气式集气罩、吹吸式集气罩。吸气式集气罩：利用吸气气流捕集污染空气的装置。吹吸式集气罩：利用吹吸气流控制污染物扩散的装置。按集气罩与污染源的相对位置及适用范围分类，集气罩的基本形式有密闭罩、排气柜 、外部集气罩、接受式集气罩、吹吸式吸气罩。

本次设计中集气采用二个伞形集气罩，集气罩的位置在上部，罩口边须距污染面积H=600m 。

3.3 风量计算

3.3.1 风量计算方法选择 目前在工程设计中常用控制速度法来计算外部集气罩的排风量。

3.3.2 风量计算

设计条件：污染源：立方体 L × W × H =900x300x700：在该污染设备的顶部设计二个伞形集气罩，罩口边须距污染面积h=600mm ，才操作正常。 污染源以轻微的速度发散到相当平静的空气中 。

风量的计算公式：X Q kPhV ＝ 式中： P----罩口敞开面周长，m ；

H----罩口至污染源距离，m ； V x -----控制速度，m/s ；

K----考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数，通常取K=1.4。

在设计该集气罩时，应尽量减小吸气范围和避免横向气流干扰，则有H ≤0.3L ，又已知罩口边须距污染面积H=600mm ，即H=0.6m ，故L ≥2m ，取集气罩的边长L=2m 。

为提高集气罩的控制效果，减少无效气流的吸入，罩口加设法兰边。上 部集气罩的吸气流易受横向气流的影响，所以靠墙布置，在罩口四周加设活动挡板。由于墙厚240mm ，污染源中心距离墙中心750mm ，因此污染源距墙边

B=750-240/2=630mm ，由此可知集气罩宽2B=1260mm=1.26m 。

罩口敞开面周长P =2(L+B)=2×(2+1.26)=6.52m

排风量X Q kPhV ＝=1.4 x6.52 x0.6 x0.3=1.64m 3/s.=5904 m 3/h

3.4 集气罩的尺寸

为了保证吸气罩的控制效果，吸气罩的扩张角不应大于60°,宜在30°至50°，此处选取40°。

吸气罩的高为H= 0.84m

直边的高度h2 =0.25×1.25=0.40m

表3-2 集气罩的尺寸

长 宽 高 扩张角 2000mm 1260mm

840mm

40°

第4章管道、弯头及三通设计

4.1 管道设计

管道系统的设计计算是在管道系统配置基础上，确定各管段的截面尺寸和压力损失，求出总流量和总压力，并以此选择适当的风机或泵，配置电动机。

4.1.1 管道速度选择

管道内的流体流速的选择涉及到技术和经济两方面的问题。当气体流量一定时，若选用较高的流速，则管径小，材料消耗少，基建投资少，但系统压力损失大，噪声大，动力消耗大，运行费用高。反之，若选用较低的流速，则管径大，材料消耗多，基建投资高，可节省运行费用。对于除尘管道，气体流速过高，会加速管道的磨损，而过低的管道流速，又可能发生粉尘沉积、堵塞管道的现象。因此，要使管道系统的设计经济合理，必须选择适当的管内流体流速，使投资和运行费用的总和为最小。。下表所列为管道内各种流体常用的速度范围。

表4-1 除尘管道内最低气流速度

因为碳黑属于染料粉尘，所以取水平管内流速为υ=16m/s 。

4.1.2 管径选择

管径计算公式： D=

Q

4

π

υ

?

式中 Q----管道内的风量，s m /3

；

D----管道直径，m ； A-----管道截面积，2m ；

υ----管道内的风速，s m /；

（1） 管段①管径的设计

由Q=1.64m 3/s ，υ=16m/s D1=

Q

4

π

υ

? =0.360m

取管段①的外径D1’=360mm ，取壁厚0.75mm,得管内实际流速1υ’=16.3m/s 。

(2)管段②管径的设计

Q2=Q=1.64m/s

υ=16m/s，

取

2

υ’=16.3m/s。取管段②的管径D2’=360mm，壁厚为0.75mm,得管内实际流速

2

(3)管段③管径的设计

Q3=2×1.64=3.28m3/s，取υ=16m/s

D3=

υ’=16.8m/s。取管段③的管径D3’=500mm，壁厚取为0.75mm,得管内实际流速

3

(4)管段④管径的设计

Q4=Q3=3.28m/s

υ=16m/s，

取

4

υ’=16.8m/s。取管段④的管径D4’=500mm，壁厚取为0.75mm,得管内实际流速

4

（5）管段⑤的设计

Q5=Q4=3.28m/s

υ=16m/s，

取

5

υ’=16.8m/s.表取管段5的管径D5’=500mm，壁厚取为0.75mm,得管内实际流

5

4-2设计管径

管段编号

①②③④⑤

管径

（mm）

360 360 500 500 500

流速（m/s）

16.

3

16.3 16.8 16.8 16.8

4.2 弯头、三通管的设计

管道系统的异形管件包括弯管、三通、变径管等。异形管件产生的局部压力损失，在管道系统总压力损失中所占的比例较大。为了减少系统的局部压力损失，异形管件的制作和安装应符合设计规范要求，且要尽量减少异形管件的数目。弯头要求有一定的曲率半径，一般应取管径的2-2.5倍，取曲率半径为管径的2.5倍。三通夹角宜采用15。-45。；变径管的扩散角一般不大于15。。

表4-3 异形管件形式