WD5砷化氢尾气处理装置设计说明书(王旭)

山东科学院济宁激光研究所中俄等离子联合实验室WD-5项目砷化氢尾气处理系统设计说明书王旭2017-04-14尾气处理系统管道和各总成设计，及水头分析目录1.任务介绍及主要要求：.........................................................................................31.1介绍：..............................................................................................................31.2主要技术要求：..............................................................................................32.吸附形式及设计流量：.........................................................................................32.1吸附形式：......................................................................................................32.2主要参数确定：..............................................................................................43.吸收塔设计：.........................................................................................................43.1吸附装置主要参数确定：..............................................................................43.2吸收塔设计：..................................................................................................54.反应器集风罩设计：.............................................................................................75.空气滤清器设计：.................................................................................................86.降噪柜设计：.......................................................................................................107.通风管道设计：...................................................................................................118.通风系统水力计算：...........................................................................................128.1通风系统简化结构图：................................................................................128.2局部水头损失：............................................................................................138.3管道延程水头损失：....................................................................................189.高压风机选型：...................................................................................................191.任务介绍及主要要求：1.1介绍：WD-5系统处理含砷废水时，在酸性环境或酸性放电环境下，或许会产生砷化氢（ASH3）气体。为保证生产完全，需要及时排除工作区域内的砷化氢气体，并进行脱砷处理后排放。1.2主要技术要求：（1）保证足够的排风量，确保工作现场没有砷化氢残留。（2）结构简单小巧方便现场布置。（3）现场浓度较低，更换吸附剂周期较长。为避免吸附剂失效，尽量减少吸附剂的填装量（4）在WD5系统中需要再反应罐及沉淀池处进行尾气收集2.吸附形式及设计流量：2.1吸附形式：现有成熟的脱砷技术，在处理砷化氢气体时有一下溶液吸收、干式填料、喷淋吸收三种方式。综合考虑气体浓度处理量及经济因素，干式填料的方法最适合我们。吸附剂主要成分为CuO、ZnO。反应为：2AsH3+3M0=M2As+3H2O2.1.1填料参数：（1）直径：φ3-5mm（2）容比重：0.7-0.9（3）床层高径比(K1)：≥4(取4)(*需保证)（4）空速（倍体积/h,K2）：2000-5000(*需保证)（5）处理范围（PPB）：1000-6000（6）处理效果（PPB）：≤20（7）脱砷容量（m/m）：8（8）脱砷容量（V/V）:44.8(=900*0.08*22.4/36)2.2主要参数确定：2.2.1设计流量：待处理砷化氢气体浓度较低，但是毒性较大，原则上通风量越大效果约好。但砷烷吸附装置必须采用堆积式填料，并且填料较高局部水头损失较大，高压风机能耗将会很高。所以综合考虑系统设计流量为Q=100m³/h3.吸收塔设计：3.1吸附装置主要参数确定：根据“2.1.1填料参数”可知吸附床主要参数需要满足一下条件(1)K1=H/D≥4(2)K2=Q/V,2000≤K2≤6000考虑处理效果及经济性，确定：K1=4,固有：K2=Q/V=Q/πD³D=√QπK2)3,2000≤K2≤6000可得：Dmin=0.233mDmax=0.317m拟定吸收塔使用PVC管加工制作，所以选择：D=0.25m,可得：H=D*K1=1mV=πD1²*D1=0.053m³m=0.053*0.9*10³=47.7KGm：填料质量V:填料体积Q:设计流量,m³/hH:填料总高度,mD：吸附床直径，m3.2吸收塔设计：序号名称序号名称1进气口2链接法兰3吸收塔体4出气接口5出气接口6上法兰盘7观察窗8加料口9卸料口10底部镇流仓11砷烷吸附剂12支撑网4.反应器集风罩设计：反应器为砷烷的主要发生区域，并且在非工作状态在它顶部需要足够的空间进行操作及加料。因此如采用开放式集风罩，系统需要很大的排风流量（约5000-10000m³），我们需要大功率的高压风机及体积巨大的排风系统。所以，我们采用半封闭式的集风罩。结构如下：工作时，闭合状态。需要操作、加料时，打开状态。侧置排风、侧置进风，尺寸为(mm)：1200(L)*360(W)*425(H)，容积为：V1=0.16m³可知，每小时换气次数n=Q/V1=625次(满足高度性通风橱换气标准)5.空气滤清器设计：砷烷吸收剂主要是靠其巨大的比表面积与空气接触吸附并与砷烷反应，空气中的粉尘会阻塞吸收剂内部孔隙，造成吸收剂失活。因此需要再吸收塔之前加装空气滤清器，主要去除空气中的粉尘。结构如下：6.降噪柜设计：高压风机工作时会产生较大的噪声（约70dB），排风系统不可能原理设备主体，同时，空气滤清器、砷化氢传感器、需要必要的支撑和防护，因此需要降噪收纳柜。主体采用不锈钢板材，内附吸声降噪材料。7.通风管道设计：紫色部分为通风管道8.通风系统水力计算：8.1通风系统简化结构图：8.2局部水头损失：8.2.1空气参数：采用标准空气参数，即大气压力，P=101325Pa温度，t=20℃密度，ρ=1.2kg/m³运动粘度，μ=15.06x10−6㎡/s8.2.2集风罩水头损失：集风罩结构如图所示，侧置排风、侧置进风，进风口为10条250*5.5的长条，板厚5mm。水头损失为：A=5.5mmB=250mmDS=2A∗BA+B=10.8mmL=5mmn=10Q=100m³/h=0.0278m³/s可得:S=10*A*B=1.25*10−2㎡V=Q/S=2.24m/sRe=𝜌𝑣𝑑/μ=1.2*11.7*5.5*10−3/（15.06∗10−5）=97＜2300所以，此时为层流。孔壁材质PVC。绝对粗糙度K=0.00921√=−2log(K3.71D+2.51Re√)∆P1=V2ρ/2D可得：∆P1=187.............................................(1)集气罩内部空气流速很低为：V=0.0278/(0.36*0.425)=0.175m/s管道长度只有1.2m，因此此部分水头损失可以忽略不计。8.2.3空气滤清器水头损失：空气滤清器滤芯采用2.0L汽车高效进气滤芯，其滤纸的表面积为1㎡，滤纸表面流速为V=100/1*3600=0.028m/s远小于滤芯表面速度设计标准0.35m/s过滤器初阻力约为57Pa过滤器终阻力约为117Pa∆P3=117Pa...........................................（2）8.2.4填料吸收塔水头损失根据第三节填料吸收塔设计可知，填料的主要参数为：吸附床直径：D=0.25m填料高度：H=1m截面积：A=πD²/4=0.049㎡截面风速：V=Q/A=100/(0.049*3600)=0.56/s填料直径：D1=3~5mm参照《活性炭形状和大小对其压降特性的影响研究》（四川大学建筑与环境学院，曾莉，2007）中，对直径4.45mm，堆积高度500mm，风速0.6~1.6m/s活性炭实验数据：可知，500mm堆积高度，0.6m/s风速下压降为400mmH2O可得：∆P3≈400mmH2O*2=800*9.8=7840Pa.....................（3）8.2.5管接头水头损失（B部分）通风系统简化结构图（8.1）中A部分，主要目的是排除搅拌桶与沉淀池产生的气体，压力损失忽略不计。通风系统简化结构图（8.1）中B部分所示，管道内径为D=70m，6倍水力直径为L=6D=420mm。如图所示，其中有6处接头小于L，在对其计算时采用修正系数K=1~5。查表可得，接头种类及局部阻力系数如下(编号为从集风罩至排放顺序排列)：序号接头种类值修正系数K管道直径1直通0.093702弯通（90°）0.751703弯通（90°）0.751704弯通（90°）0.751705弯通（90°）0.751706直通0.091707弯通（90°）0.753708直通0.095709弯通（90°）0.75311010弯通（90°）0.75311011弯通（90°）0.753110管道风速为：V1=Q/A=4*0.0278/(π0.07²)=7.25m/sV2=Q/A=4*0.0278/(π0.1²)=3.54m/s∆P4=KV2ρ2∑K1=3*0.09+0.75+0.75+0.75+0.75+0.09+3*0.75+5*0.09=6.06∑K2=3*3*0.75=6.75∆P4=∑K1V12ρ2+∑K2V22ρ2=6.06*7.25²*1.2/2+6.75*3