珠海市明日电镀厂废气处理设施设计.doc

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1、珠海市明日电镀厂废气处理设施设计学 院：专 业：姓 名：指导老师：材料与材料学院环境工程赖丹玲学 号：职 称：160503102212吴灵教授中国珠海二二年五月北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计珠海市明日电镀厂废气处理设施设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名： 日期： 年 月 日珠海市明日电镀厂废气处理设施设计摘 要本设计的研究对象是位于广东省珠海市金湾区的珠海市明日电镀有限公司生产的工业废气，该公司有镀铜和镀铬两条加工线，主要产生的废气

2、有电镀过程中产生的氯化氢废气和铬酸废气、抛光过程中产生的粉尘废气以及喷涂过程中产生的挥发性有机废气。针对这些废气的特点和实际需求，为该公司设计了一套经济高效的废气处理系统。本设计的废气量为30000m3/h，由于各废气之间性质差异大，因此采用分开处理的方法治理，氯化氢废气以水为吸收剂，采用吸收法处理；铬酸废气采用酸雾净化器处理；粉尘采用袋式除尘器处理；挥发性有机废主要成分为甲苯和笨，采用活性炭吸附装置处理，处理后的废气均满足广东省大气污染物排放限值（DB44/27-2001）第二时段二级标准和电镀污染物排放标准（GB21900-2008）较严者中大气污染物排放限值。关键词：电镀；氯化氢；挥发性

3、有机废气；活性炭吸附Engineering Design of Exhaust Gas Treatment Produced by Zhuhai Ming Ri electroplating limited companyAbstractThe research object of this design is the industrial waste gas produced by Zhuhai Ming Ri electroplating limited company, which is located in Jinwan District, Zhuhai City, Guangdong

4、 Province. The company has two processing lines of copper plating and chromium plating. The main waste gas produced is hydrogen chloride waste gas and chromic acid waste gas produced in the electroplating process, dust waste gas produced in the polishing process and volatile organic waste gas produc

5、ed in the spraying process. According to the characteristics and actual needs of these waste gases, a set of economic and efficient waste gas treatment system is designed for the company.The waste gas volume of this design is 30000m3/h. due to the great difference in the nature of each waste gas, th

6、e method of separate treatment is adopted. The hydrogen chloride waste gas is treated with water as absorbent and absorption method is adopted; the chromic acid waste gas is treated with acid mist purifier; the dust is treated with bag filter; the volatile organic waste is mainly composed of toluene

7、 and benzene and treated with active carbon adsorption device after treatment All of the exhaust gases meet the secondary standard in the second period of emission limit of air pollutants (DB44 / 27-2001) and the emission limit of air pollutants in the stricter period of emission standard of electro

8、plating pollutants (GB21900-2008).Keywords: Hydrogen chloride;volatile organic compounds;Electroplating;activated carbon adsorption目 录1 前言11.1国内电镀污染现状11.2本设计的目的、意义11.3电镀废气处理方法和技术12设计概况32.1企业概况32.1.1地理位置32.1.2气象资料32.1.3 河流水文特征32.2设计原始数据32.3设计标准32.4设计内容42.5设计方案的选择与确定42.5.1酸性废气处理方案的选择42.5.2铬酸废气处理方案的选择4

9、2.5.3粉尘处理方案的选择42.5.4挥发性有机废气处理方案的选择53酸雾吸收系统的设计与计算73.1集气罩的设计与计算73.1.1集气罩的设计原则73.1.2 集气罩的选型及计算73.2填料塔的设计与计算83.2.1 填料的选择83.2.2 填料塔的计算93.3 管道系统的设计153.4风机的选型163.5水泵的选型174铬酸废气净化装置的设计与计算184.1集气罩的设计与计算184.2网格式净化器的工作原理184.3网格式净化器的选型184.4 管道系统的设计194.5风机的选型205 除尘装置的设计与计算215.1集气罩的设计与计算215.2除尘器的设计与计算215.2.1 除尘器的选

10、择215.2.2 除尘器的基本参数225.2.3 除尘器的选型235.3管道系统的设计235.4 风机的选型246挥发性有机废气净化工艺的设计与计算266.1集气罩的设计与计算266.2吸附床的设计与计算266.2.1吸附剂的选择266.2.2吸附装置的选择276.2.3吸附装置的计算276.3管道系统的设计296.4风机的选型296.5烟囱的设计与计算307设备选型及废气产生与排放情况一览表328 工程概预算338.1 设备及安装费用338.2运行费用339 结论35参考文献36谢 辞37附 录381 前言Error! No bookmark name given.1.1国内电镀污染现状电镀

11、产业是我国生产链中无法缺少的一个部分，对于机械工业、轻工业、汽车制造业、航天航空、仪表行业、家用电器行业、建筑业、高新技术产业等行业来说电镀都是不可缺少的，电镀对国家生产来说至关重要。近几年，我国电镀厂的制造需求不断扩大，对于电镀行业污染物的治理需求也越来越大。由于电镀行业中使用试剂多为有毒有害化学试剂，如强酸、强碱、重金属溶液、氰化物等，这使得电镀行业所产生的的污染物成分复杂，对环境的危害也很大。电镀行业所产生的废水主要有酸碱废水、含氰废水、含重金属废水等；废气主要包括了挥发性有机废气、酸碱雾、铬酸雾、含氰废气等。固废包括了废金属屑、电镀渣、废原材料包装物、剩余污泥。电镀产生的污染物如不采取

12、治理措施，将会对人类和我们的环境造成威胁。Error! No bookmark name given.1.2本设计的目的、意义Error! No bookmark name given.电镀行业能耗高，容易造成严重的污染行业，在电镀作业过程中产生的大量各类污染物严重威胁着人类的健康和生存的环境。而电镀行业作为不可或缺的行业，其企业数量还在不断的增加。在珠海市，电镀企业存在着一些问题，部分中小型电镀企业的生产设施简陋，仍采用简单的手工操作、单槽清洗方式，污染物处置工艺相对落后，废气治理能力较低。因此，电镀企业要想做到清洁生产，就必须加强对废气的治理，对电镀产生的废气严格按照标准治理。本论文针对该

13、企业的生产工业流程，设计出相应的废气治理工程，不仅能大大减少污染物的排放浓度，使废气能以低于国家标准的浓度排放。1.3电镀废气处理方法和技术表1.1 电镀废气治理方法综述序号废气名称废气治理方法1铬酸雾（1） 铬酸雾净化处理装置。铬酸雾在净化器中通过改变气流速度，凝聚成较大的铬酸液滴，从气流中分离，流入集液罐。（2）铬槽内投放抑雾剂。根据电镀厂使用经验，当铬酸槽液浓度250 g/L时，由于耗料量太多，不宜采用抑雾剂。2酸性废气（1）吸收法。利用酸碱中和反应处理酸性废气。方法原理简单，酸气和碱液同时逆向进入酸雾治理措施，在设施内能按气液比完成中和反应。（2）吸附法。可采用活性炭或SDG型复合吸附

14、剂吸附酸性废气。采用活性炭的成本高且容易带来二次污染；采用SDG型复合吸附剂耐温耐湿，净化效率高，初始净化效率可达95%，不存在二次污染。83挥发性有机废气（1）燃烧法。对有机废气进行燃烧，从而转化为二氧化碳等无害物质。这种方法只适用于可燃物质或者在高温下可分解的有害物质。（2）吸收法。利用挥发能力弱，或者不挥发的溶剂对挥发性有机废气进行吸收，由于有机废气与吸收剂物性不同，可以利用这点来进行分离。（3）冷凝法。物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压，可以通过降低温度、提高压力的方法，使处于蒸汽状态的有机废气冷凝并与废气分离。（4）吸附法。利用固体表面存在的未平衡的分子吸引力或化学键作用力，把有机废

15、气组分吸附到固体表面。（5）生物法。滤料介质中附着着微生物，微生物分解有机物，以此获取碳源和能源，维持生命活动，并将有机物分解为二氧化碳、水和细胞质。402设计概况2.1企业概况2.1.1地理位置 珠海市明日电镀有限公司位于珠海市金湾区三灶镇三灶科技工业园内，占地面积为5万m3。三灶镇地处珠海西部的金湾区，金湾区位于珠江出海口磨刀门和崖门之间，东面为澳门，西面为珠海港，南面为大西水道，北面位珠江三角腹地。本项目选址目前为成熟的工业区域，项目东边界为盛荣路，南面为安基路，西面为兴荣路及中心村工业厂房，北面为琴石路。2.1.2气象资料珠海市金湾区为亚热带季风湿润气候。年平均气温为22.5，年累计月

16、平均风速为3.2m/s，夏季主要盛行东南风，冬季盛行东北风，主导风为偏东风。年降水量2063mm，降水多集中在4月到10月。2.1.3 河流水文特征 金湾区东有西江干流的磨刀门出海口，西有鸡啼门出海口，广东海岸的西南近岸流和珠江口径流流过本区。2.2设计原始数据珠海市明日电镀有限公司是生产铜、锌制品水龙头零配件产品，其抛光过程会产生粉尘，电镀过程会产生氯化氢酸雾和铬酸雾，喷涂过程会产生挥发性有机废气。其设计各类废气参数如下表2.1：表2.1 本设计废气基本参数废气类型产生浓度（mg/m3）产生总量（m3/h）温度()氯化氢100700025铬酸雾0.1710025粉尘200.0740025甲苯

17、60850025笨80252.3设计标准 全厂废气经过处理达标后排放到大气中，三灶科技工业园属于二类区，本设计中产生的废气执行广东省大气污染物排放限值（DB44/27-2001）第二时段二级标准和电镀污染物排放标准（GB21900-2008）较严者，其排放标准如下表2.2：表2.2 本设计废气排放标准序号污染物GB21900-2008排放浓度限值（mg/m3）DB44/27-2001第二时段二级标准排放浓度限值（mg/m3）较严者1氯化氢30100302铬酸雾0.050.050.053粉尘/1201204甲笨/40405苯/12122.4设计内容（1） 针对该公司的废气种类和排放情况，设计出相

18、应的净化工艺处理该公司的电镀废气；（2）对净化工艺中所涉及的构筑物进行设计计算，对于风机、水泵等主要设备选型，绘制各处理构筑物的设备图和平面布置图；（3）对整个处理工艺进行工程概预算。2.5设计方案的选择与确定2.5.1酸性废气处理方案的选择 氯化氢易溶于水，利用这个性质用水吸收氯化氢，成本低，操作方便。氯化氢酸雾属于易腐蚀气体，填料塔可用于除去腐蚀性废气，故本设计选用填料塔作为酸雾的净化设备。本设计用集气罩收集酸性废气，再用填料塔，以水为吸收剂，吸收酸性废气。处理流程如图2.1。酸性废气集气罩填料塔风机排气筒图2.1 酸性废气处理方案2.5.2铬酸废气处理方案的选择 铬酸雾危害大，有回收价值

19、，需要与酸洗废气分开治理。本设计采用网格式酸雾净化器净化铬酸雾，网格式净化器构造简单，容易操作，净化率高，铬酸雾净化后可以通过回收罐进行回收利用。处理流程如下图2.2。铬酸雾集气罩净化器风机排气筒回收罐图2.2 铬酸废气处理工艺流程图2.5.3粉尘处理方案的选择除尘设备按照除尘的原理可以分为：重力除尘器、旋风除尘器、惯性除尘器、袋式除尘器、电除尘器、湿式除尘器等。各除尘器使用范围及优缺点见下表2.3。表2.3 除尘器使用范围及优缺点除尘器种类适用范围优点缺点重力除尘器50微米以上的粉尘颗粒。在相同气量、相同距离的低速排气管路系统，管路的压力损失小，运行费用低。管径大，设备耗费高。惯性除尘器十几

20、微米到数十微米较粗大的粉尘颗粒。能净化高温气体。在某些特定的除尘设备中，粉尘容易发生堵塞。旋风除尘器对于直径大于5微米的粉尘颗粒有着良好的性能。构造简单，操作方便，除粉尘效率高，成本较低。对小于5微米的细粉尘颗粒分离效率较低。袋式除尘器对细粉尘颗粒的效率在99%以上，还可以除去1微米甚至0.1微米的尘粒颗粒。近年新型滤材具有耐用、耐腐蚀、耐高温、易清灰的优点。过滤速度较低，占地面积大，换袋麻烦。电除尘器能处理高温和细微粉尘颗粒，但比电阻高的粉尘颗粒难以去除。除粉尘效率高、阻力低、能应用于高温（10，符合要求（9） 填料层高度Z：吸脱因数S：S=0.70 （3.24）气相总传质单元数N：N=+S

21、=6.13（3.25）有效传质面积a:=1-exp-1.45（）Re （3.26）式中： Re液体雷诺准数，表征液体沿填料表面流动状况，液体弗鲁德准数，表示重力影响因素，液体韦伯准数，表征表面张力影响因素，a、a单位体积填料层的有效面积及填料层比表面积，m2/m3，a=110m2/m3、液体表面张力及填料材质的临界表面张力，N/m，与填料材质有关，本设计鲍尔环采用陶瓷材质，=0.061N/m，=0.0728 N/m液体质量通量W=26008.51kg/(mh)气体质量通量G=10763.06kg/(mh)Re=65.35=0.00059=0.0065=1-exp-1.4565.350.0005

22、90.0065得a=70.4m 液膜吸收系数ka:k=0.0095ReSc （3.27）式中：Re按填料有效面积a计算的液体雷诺数，Sc液体的施密特准数，填料形状修正系数，本设计采用鲍尔环（米字筋），其=1.36，D溶质在液相中的扩散系数，m2/s；DL=2.810-9m2/s；Re=102.11Sc=359.65 k()=0.0095102.11359.65 1.36得k=2.610m/ska=70.42.610=0.0183 l/s气膜吸收系数ka:Sh=ReSc(ad) （3.28）Sh=k （3.29）式中：Sh低浓气体的舍伍德准数;Re气体流过填料层的雷诺准数;Sc气体的施密特准数，

23、表征物性影响因素;DG溶质在气相扩散系数，m2/s；DG=1.6710-5 m2/s;u气体的黏度，Ns/m2，G=1.8110-5 Ns/m2;气体密度，kg/m3；d填料尺寸，m;系数，一般环形填料为5.23。=1.3210Re=2303.34Sc=0.901.3210k=5.232303.340.90(1100.05) 得k=2.8610 kmol/(m2skPa)ka=70.42.8610=2.0110 kmol/(m3skPa)溶解度系数H：H= kmol/(m3kPa) （3.30）气相总传质系数Ka:=+ （3.31） 得Ka=1.1310 kmol/(m3skPa)气相总体积传

24、质系数KaKa=Kap=1.1310101.3=0.114kmol/（m3s） （3.32）p大气绝对压力，kPa。传质单元高度HH=0.90m （3.33）塔截面积，m2。填料层的高度ZZ=NH=0.906.13=5.52m （3.34）（10） 填料层压降p=1759.58Pa （3.35）3.3 管道系统的设计（1）管道直径D：D=0.50 （3.36）式中：烟气流速，m/s，不锈钢管干管烟气流速614m/s，取=10m/s。取外径为550mm ,壁厚25mm，即内径D为500mm。则管道实际风速=10m/s。（2）管道压力损失的计算管道沿程阻力损失P: P=81.90Pa （3.37）

25、式中：摩擦阻力系数，=0.02；空气密度，kg/m3，取=1.17 kg/m3；l管道长度，m。部阻力损失P：P= （3.38）式中：局部阻力系数。按上述公式计算结果如下表3.3：表3.3 吸附系统各管道局部阻力损失计算结果名称数量局部阻力系数局部压力损失伞形罩10.054.9490圆弯头20.2549.43 渐缩管20.31462.09渐扩管20.021.98合计118.44管道总阻力损失P：P=P+P=81.90+118.44=200.34Pa系统总阻力P：P=p+P=1759.58+200.34=1959.92Pa3.4风机的选型（1） 风量Q：Q=1.1Q=1.17000=7700m3

26、/h （3.39）（2） 风压P：P=1.2P=1.21959.92=2351.90Pa （3.40）（3） 风机型号 根据上述计算和结果，参考简明通风手册，选用4-68 No.4.5A型离心通风机，具体参数如下表3.4：表3.4 4-68 No.4.5A型离心通风机性能参数风机型号转速（r/min）流量（ m/h）配用电动机全压/Pa功率/kW型号功率/ kW4-68 No.4.5A29009702Y132S-27.521107.593.5水泵的选型（1）水泵流量Q=20.42m/h （3.41）式中：W液体的质量流量，kg/h；液体的密度，g/cm。（2）水泵扬程H=1.2Z=1.25.5

27、2=6.62m （3.42）根据计算得到的流量和扬程，给水排水设计手册选择IS65-50-125B离心泵1台，离心泵具体参数如下表3.5：表3.5 IS65-50-125B离心泵参数流量（m/ h）扬程（m）转速（r/min）轴功率（kW）配套电机型号电机功率（kW）效率（%）汽蚀余量（m）21.915.429001.4890L-2/2.23622.34铬酸废气净化装置的设计与计算4.1集气罩的设计与计算（1）罩口面积A：A=2.82m （4.1）式中：v根据表3.1，铬酸雾会以较低速度放散到平静空气中，取控制风速为0.7m/s。（2）罩口直径D:D=1.90m （4.2）（3）罩口敞开面周长

28、L:L=3.14=5.97m （4.3）（4）管径d：d=0.50m=500mm （4.4）（5）罩口喇叭口长度L:L 3d，取L=1.5dL=1.5d=1.50.50=0.75m （4.5）4.2网格式净化器的工作原理铬酸雾进入净化器，与塑料板网相互碰撞，在惯性、扩散、冷凝等作用下，被塑料板网所阻留，铬酸雾雾滴较大且凝固点高，会在塑料板网上凝聚成许多液滴，液滴增大到一定程度后，会沿着塑料板网下流至导液槽中，最后流入回收罐，送入电镀槽继续使用，处理后的气体通过风机送到烟囱排放。4.3网格式净化器的选型 铬酸雾流量为7100m/h，浓度为0.1mg/m3，根据流量和浓度，本设计采用WY-X型网格

29、式净化器，具体参数如下表4.1。表4.1网格式净化器的具体参数流速/mmin塑料板网层数/层塑料板网材质阻力/Pa净化效率0.6910聚氯乙烯20090%4.4 管道系统的设计（1）管道直径D：D=0.50 （4.6）取外径为550mm ,壁厚25mm，即内径D为500mm。则管道实际风速=10m/s。（2）管道压力损失的计算管道沿程阻力损失P: P=74.88Pa （4.7）部阻力损失P：P= （4.8）按上述公式计算结果如下表4.2：表4.2 除尘系统各管道局部阻力损失计算结果名称数量局部阻力系数局部压力损失伞形罩10.054.9490圆弯头40.25148.30渐缩管20.31462.0

30、9渐扩管20.021.98合计217.31管道总阻力损失P：P=P+P=74.88+217.31=292.19Pa系统总阻力P：P=p+P=200+292.19=492.19Pa4.5风机的选型（1）风量Q：Q=1.17100=7810m3/h （4.9）（2）风压P：P=1.2P=1.2492.19=590.63Pa （4.10）（3）风机型号 根据上述计算和结果，参考简明通风设计手册，选用4-68No.5A型离心通风机，具体参数如下表4.3：表4.3 4-68No.5A型离心通风机性能参数风机型号转速（r/min）流量（ m/h）配用电动机全压/Pa功率/kW型号功率/ kW4-68No.

31、5A14507860Y100L1-42.26601.895 除尘装置的设计与计算5.1集气罩的设计与计算（1）罩口面积A：A=1.37m （5.1）式中：v根据表3.1，抛光产生的粉尘会以较大速度放散出来，取控制风速为1.5m/s。（2）罩口直径D:D=1.32m （5.2）（3）罩口敞开面周长L:L=3.14=4.15m （5.3）（4）管径d：d=0.47m=470mm （5.4）（5）罩口喇叭口长度L:L 3d，取L=1.5dL=1.5d=1.50.47=0.71m （5.5）5.2除尘器的设计与计算5.2.1除尘器的选择除尘器一般分为机械除尘器、电除尘器、袋式除尘器以及湿式除尘器等，其中袋式除尘器的除尘效率高，一般可达99%以上，操作简单，在除尘方面应用较广。袋式除尘器按照清灰