大气污染控制工程课程设计说明书

2013 级本科生毕业实习设计环境工程实习设计说明书题目：某制药厂脱盐水制备（初步）设计姓 名： 李 琦 学 号： 10131760113 学 院：生态与环境科学学院专 业： 环境工程 指导教师 谢 冰 何 国 富职 称: 教 授 时 间： 2017 年 1 月 华东师范大学 环境工程毕业实习设计I前 言制药用水制备及控制技术，制药用水几乎贯穿于药品生产的各环节，因此它被喻为药品生产的“生命线” 。近年来，随着科学技术的不断进步，我国制药用水的制备技术取得了显著进展。制药用水的情况因各个工艺用水点的使用条件不同，差异很大。如前所述，工艺用水系统分单个与多个用水点、仅为高温用水点或仅为低温用水点、既有高温用水点又有低温用水点、不同水温的用水点中，既有同时使用各种水温的情况，又有分时使用不同水温的情况，等等。因此，用水点的用水情况很难简单地确定。必须在设计计算以前确定制药用水系统的贮存、分配输送方式，以确定出在此基础上的最大瞬时用水量。然后，再根据工艺过程中的最大瞬时用水量进行计算。制药用水分类(工艺用水：药品生产工艺中使用的水，包括饮用水、纯化水、注射用水)1）饮用水（Potable-Water）：通常为自来水公司供应的自来水或深井水，又称原水，其质量必须符合国家标准 GB5749-85生活饮用水卫生标准 。按 2005 中国药典规 定，饮用水不能直接用作制剂的制备或 试验用水。2）纯化水（Purified Water）：为原水经蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其他适宜的方法制得的制药用的水、不含任何附加剂。纯化水可作为配制普通药物制剂的溶剂或试验用水，不得用于注射剂的配制 采用离子交换法、反渗透法、超滤法等非热处理制备的纯化水一般又称去离子水。 采用特殊设计的蒸馏器用蒸馏法制备的纯化水一般又称蒸馏水。本设计以超滤+反渗透工艺制备制药厂脱盐水，通过切实可行的水处理工艺将当地自来水制备成符合制药要求的制药用水。通过这次专业实习毕业设计，我们将学习水处理工艺的基本方法和技术手段，培养环境工程专业相关的实际设计能力。华东师范大学 环境工程毕业实习设计I目录前 言 .I大气污染控制工程课程设计任务书 .1一、课程设计题目 .1二、课程设计的任务 .1三、设计原始数据 .1四、课程设计基本要求 .1五、课程设计图纸要求 .21 设计概述 .31.1 课程设计的意义 .31.2 课程设计的目的 .31.3 设计任务 .31.4 设计条件及资料 .41.4.1 SZL4-13 型燃煤锅炉简介 .41.5 除尘器简述 .51.5.1 除尘器的分类与机理 .51.5.2 除尘器选用的考虑因素 .61.5.3 选择除尘器的考虑因素 .72 烟气量及烟尘浓度的计算 .92.1 相关计算公式推导 .92.1.1 标准状态下理论空气量 .92.1.2 标准状态下理论烟气量 .102.1.3 标准状态下实际烟气量 .102.2 设计计算 .112.2.1 标准状态下理论空气量 .112.2.2 标准状态下理论烟气量 .112.2.3 标准状态下实际烟气量 .112.2.4 标准状态下烟气含尘浓度 .112.2.5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 .123 除尘器的选择 .133.1 除尘效率 .133.2 除尘器工况烟气流量 .133.3 除尘系统选择方案 .144 锅炉房烟气除尘系统平面布置 .174.1 布置原则 .174.1.1 锅炉房的平面布置 .174.1.2 除尘系统各装置及管道布置的原则 .174.2 管径的确定 .174.3 烟道的设计 .184.4 烟囱的设计 .194.4.1 烟囱高度的确定 .194.4.2 烟囱直径的计算 .19华东师范大学 环境工程毕业实习设计II4.5 锅炉房及除尘系统平面布置 .205 系统阻力的计算 .215.1 摩擦力损失 .215.2 局部压力损失 .225.3 烟囱的阻力 .235.5 系统阻力计算 .246 系统中烟气温度的变化及烟囱抽力计算 .256.1 烟气在管道中的温度降 .256.2 烟气在烟囱中的温度降 .266.3 烟囱出口烟气温度 .266.4 烟囱中烟气的平均温度 .266.5 烟囱抽力计算 .267 风机和电动机的选择及计算 .287.1 标准状态下风机风量的计算 .287.2 风机风压的计算 .287.3 电动机功率的计算 .288 小结 .308.1 设计结果汇总 .308.2 结论和建议 .31参考文献 .32致谢 .33附录 .34华东师范大学 环境工程毕业实习设计1大气污染控制工程课程设计任务书一、 课程设计题目某制药厂 220 /h 脱盐水制备（初步）设计3二、课程设计的任务某制药厂拟新建一座脱盐水装置，要求学生们根据根据所学知识提出一套切实可行的污水处理工艺方案，并进行比较选择；并对主要构筑物的工艺尺寸、主要高程进行设计计算，设计深度应该符合初步设计深度要求。 根据水质清况，独立完成设计方案的制定，确定适宜的工艺流程； 主体构筑物、设备的设计计算和选型（调节池、超滤、反渗透、监控系统等） 确定平面布置图和高程布置的方案 编写课程设计说明书。三、设计原始数据（1 ）系统进水水量、水质 设计水源：当地自来水，水量为 220m3/h 提供水源水温：520 度，正常为 17 度 水压：0.1MPa 系统进水水质分析资料表 1 系统进水水质分析资料项目 单位 数值TDS mg/L 910SS mg/L 5油 mg/L 2pH 69氯离子 mg/L 233（2 ）系统出水水质表 2 系统出水水质资料项目 单位流量/( /h)3 220供水压力/MPa 按 0.44 设计出水水质 电导率 /cm50(25)（3 ）气象特征与环境条件 设备布置在室内，要求如下 室内温度 525 度 多年极端最低温度：41.4-15 度 室外平均相对湿度：56%华东师范大学 环境工程毕业实习设计2 地震烈度：6 级，7 级设防四、课程设计基本要求 在设计过程中，培养独立思考、独立工作能力以及严肃认真的工作作风。 课程设计的核心内容要求如下。a.方案选择应论据充分，具有说服力，尽量要用数据论证；b.设计参数选择有根据，合理全面；c.计算所选用的公式依据充分，有参数说明，计算结果必须准确；d.说明书中必须列有处理构筑物、设备一览表：名称、型式（型号） 、主要尺寸、数量、参数；e.图纸应正确表达设计意图，符合设计、制图规范，线条清晰、主次分明、粗细适当、数据标绘完整，并附有一段文字说明。总平面布置图 1 张（2#图纸）：包括处理构筑物、配水和集水等附属构筑物、污水污泥管渠、回流管渠、放空管、超越管渠、空气管路、厂内给水、污水管线、道路、绿化、图例、构筑物一览表、经济技术指标一览表等。高程图纸 1 张（2#图纸）：即污水处理高程纵剖面图，包括构筑物标高、水面标高、地面标高、构筑物名称。设计说明书格式见要求，应内容完整、绘制计算草图、文字通顺、条理清楚、计算准确。说明书要求打印（1.0 万1.5 万字） ，可用计算机绘图；参考文献按标准要求编写，必须在 15 篇以上。华东师范大学 环境工程毕业实习设计3第一章 设计理论基础1.1 膜分离技术1.1.1 膜分离技术发展简史膜从广义上可定义为两相之间的选择性屏障，膜一般很薄，厚度从几微米、几十微米至几百微米，而长度和宽度要以米来计量。它可以是固态、液态和气态的，可以是均相或者非均相的，对称或者非对称的，带电或者中性的，而带电膜可以是带正电荷或带负电荷的，或两者兼而有之，被膜分开的物质可以是液态的和气态的。膜可以具有渗透性或者半渗透性的，但不能是完全不渗透性的。膜分离现象在大自然中，特别是在生物体中是广泛存在的，但是人们对它的认识和研究则较晚。1784 年法国学者 Abbe Nollet 首次揭示膜分离现象，由此开始了对膜过程的研究。回顾膜分离技术发展的历史，首先出现的是微滤和超滤，此后是电渗析、反渗透，最后是纳滤。超滤概念由 Schmidr 于 1861 年提出; Zsigmondy 于 1918 年提出商品微滤膜的制造法，1925 年德国 Sartorins 公司成为第一个生产微滤膜的厂家;1953 年美国的 Re 记提出了反渗透研究方案，1960 年美国的 Sourirajan 和 Loeb 教授研制出新的不对称膜，从此，反渗透膜作为经济的淡化技术进入了实用和装置的研制阶段;20 世纪 70 年代末，J.ECadotte 开始研究 NF 一 300 膜，即为研究纳滤膜的开始。此外，以膜为基础的其他分离过程，如膜蒸馏、气体分离膜、膜萃取、膜反应器以及将不同膜分离技术或膜分离过程与其它分离过程相结合的集成膜过程，也正日益得到重视和发展。近半个世纪以来，膜分离技术先后在含油废水、脱脂废水、纤维工业废水、造纸工业废水、放射性废水和高层建筑废水等各类污水处理中得到了广泛的应用。我国膜技术的发展开始于 1958 年进行的离子交换膜的研究，迄今为止已有 40 多年的历史。1966 年我国又开展了反渗透半透膜的研究，1975 年后又进行超滤膜的研究，其后在国家“六五” 、 “七五”和“八五”计划中，膜技术均被列为重点项目进行开发研究。现在生产的电渗析、反渗透和超滤装置己在海水淡化、苦咸水淡化、纯水制备、给水处理、废水处理、食品工业以及某些特殊化工过程中得到广泛的应用，正向大规模工业化应用阶段发展。1976 年后，我国的一些大学和研究单位相继开展了液膜技术的研究，目前乳化型液膜技术在工业废水处理、湿法冶金以及化工分离方面已取得了可喜的进展。可以说，膜技术已成为解决当代能源、资源和环境污染问题川，促进可持续发展的重华东师范大学 环境工程毕业实习设计4要高新技术。1.1.2 膜分离技术的分类膜分离是用天然或者人工合成膜，以外界能量或者化学位差作为推动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集方法的统称。膜分离法可以用于液相和气相，其中对液相分离可以用于水溶液体系、非水溶液体系以及水溶胶体系。膜分离技术的分类很多，一般有以下几种:（1 ）按膜的形态分有固体膜、液体膜和气体膜三类。目前大规模工业应用多为固体膜; 液膜己有中试规模的工业应用;气膜分离尚处于实验室研究中。（2 ）按分离机理进行分类有反应膜、离子交换膜、渗透膜等。（3 ）按膜的性质分类，主要有天然膜( 生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜) 。（4 ）按膜的结构型式分类，主要有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。目前常见的几种膜分离法是:微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透 (RO)、纳滤(NF)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透蒸发(PV)及液膜(LM)等。表 1.1 给出了膜分离技术的分类及其基本特征。表 1.1 膜分离的分类及其基本特征Tab.1.1 BasieeharacteristicsandclassifieationofmembraneseParation膜的种类 膜的功能 分离驱动力 透过物质 被截留物质微滤 多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子压力差 水、溶剂和溶解物 悬浮物、细菌类、大分子有机物超滤 脱除溶液中胶体、各类大分子压力差 溶剂、离子和小分子蛋白质、细菌、胶体、微粒子纳滤和反渗透 盐类及低分子物质 压力差 水和溶剂 氨基酸、有机物等透析 脱除溶液中盐类及低分子浓度差 离子、酸、碱、低分子物离子、无机盐、糖类、氨基酸、有机物等渗透气化 溶液中的低分子及溶剂间的分离压力差和浓度差 蒸汽 液体、无机盐、乙醇溶液电渗透 脱除溶液中的离子 电位差 离子 无机、有机离子气体分离 气体与蒸汽分离 浓度差 易透过气体 不易透过液体华东师范大学 环境工程毕业实习设计5表 1.1 中分别给出了按分离原理和按被分离物质的大小区分的膜分离的种类，从中可以看出，除了透析膜主要用于医疗用途以外，几乎所有的膜分离技术均可应用于任何分离、提纯和浓缩领域。反渗透、超滤和纳滤作为主要的水及其它液体分离技术之一，在分离膜领域内占重要地位。1.1.3 膜分离技术的特点在膜分离出现之前，己经有许多的分离技术在生产中得到应用。如蒸馏、萃取、深冷分离等。膜分离与这些传统的分离技术相比，具有以下特点:（1 ）膜分离过程的能耗通常比较低。大多数膜分离过程都不发生相的变化;对比之下，蒸发、蒸馏、萃取、吸收、吸附等分离过程，都伴随着从液相或吸附相至气相的变化，而相变化的潜热是很大的。（2 ）膜分离技术适用范围广，不仅适用于有机物和无机物，从病毒，细菌到微粒的广泛分离，而且适用于许多特殊溶液体系的分离，如溶液中大分子与无机盐的分离，一些共沸点或近沸点物系的分离。（3 ）膜分离效率高，分离效果好。通常来说分离效果只与膜孔径的大小有关，与原分离体系的成分以及运行条件无关，能够得到稳定可靠的分离结果，对于有些成分理论上能够达到 100%的去除率，是其它常规处理和深度处理所不能比拟的。（4 ）膜分离装置简单紧凑，易于自动操作且易控制，便于维修。膜装置一般由膜组件、进料系统及清洗系统组成，结构简单且操作方便。1.2 超滤的理论基础1.2.1 超滤的基本原理超滤膜多数为非对称膜，由一层极薄(通常仅 0.11 m)具有一定孔径的表皮层和一层较厚(通常为 125 m)具有海绵状或指状结构的多孔层组成，前者起筛分作用，后者主要起支撑作用。超滤过程的原理见图 1.1 所示。在一定压力作用下，当含有溶质 A 和溶质 B 的混合溶液通过超滤膜时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质 B 通过超滤膜成为超滤液，而大于膜孔的高分子溶质 A 则被截留成浓缩液。对于超滤膜对溶质分离作用机理，已经提出多种理论描述超滤传质的动力学过程和机理。微孔模型就是常用的一种，溶质被截流是因为溶质分子太大，不能进入膜孔;或者由于大分子溶质在膜孔中的流动阻力大于溶剂和小分子溶质，不能进入膜孔。由微孔模型可以预料膜的过滤通量正比于操作