《環(huán)境工程學(xué)》課程作業(yè)及答案

1、第一次作業(yè)1. 根據(jù)我國的?環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，求出SQ、NQ、CO三種污染物日平均濃度限值的體積分?jǐn)?shù)。解：由我國?環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)查得三種污染物日平均濃度限值如下：SQ2 m，NQ2 m，CQ mt按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 1mi干空氣計(jì)算，其摩爾數(shù)為1 10322.444.643mol。故三種污染物體積百分?jǐn)?shù)分別為:SQ:30.15 1064 44.6430.052 ppm，nq：0.12 1046 44.6430.058 ppmCQ4.00 1028 44.6433.20 ppm2. CCl4氣體與空氣混合成體積分?jǐn)?shù)為x解：1)(g/m3N)1.50 10 415422.4 10

2、31.031g / mN(mol/m 3n)41.50 10 4322.4 10336.70 10 mol /mN104的混合氣體，在管道中流動(dòng)的流量為 10乩、/s，試確定：1 CCl4在混合氣體中的質(zhì)量濃度g/m3N和摩爾濃度c mol/m3N; 2每天流經(jīng)管道的CCL質(zhì)量是多少千克2)每天流經(jīng)管道的 CCl4質(zhì)量為X 10x 3600x 24x 103kg=891kg3. 重油元素分析結(jié)果如下：C： % H : % Q： % N : % S : %試計(jì)算：1燃油1kg所需理論空氣量和產(chǎn)生的理論煙氣量；2 干煙氣中SQ的濃度和CQ的最大濃度；3 當(dāng)空氣的過剩量為10%寸，所需的空氣量及產(chǎn)生

3、的煙氣量。解：1kg燃油含：重量g摩爾數(shù)g 需氧數(shù)gC855H113-10H2ON元素忽略。1理論需氧量+=kg設(shè)干空氣C2： 2體積比為1 :,那么理論空氣量x =kg重油。即x 1000=kg重油。煙氣組成為，H2C +=,x =。理論煙氣量 +=kg重油。即x 1000=11.27 m 3Jkg重油。2干煙氣量為=kg重油。0 3125SC百分比濃度為100% 0.07% ,446.4971 25空氣燃燒時(shí)CC存在最大濃度100%15.96%。446.493過?？諝鉃?0%寸，所需空氣量為x =11.68m3N/kg重油，產(chǎn)生煙氣量為+x =12.33 m 3N/kg重油。4. 普通煤的

4、元素分析如下：灰分% % %水分% % 含N量不計(jì)1 計(jì)算燃煤1kg所需要的理論空氣量和 SQ在煙氣中的濃度以體積分?jǐn)?shù)計(jì)；2 假定煙塵的排放因子為 80%計(jì)算煙氣中灰分的濃度以mg/m5表示;3 假定用硫化床燃燒技術(shù)加石灰石脫硫。石灰石中含Ca35%當(dāng)Ca/S為摩爾比時(shí)，計(jì)算燃煤 1t需加石灰石的量解：相對于碳元素作如下計(jì)算:% 質(zhì)量mol/100g 煤mol/mol灰分3.306g/mol水分1.644g/mol故煤的組成為,燃料的摩爾質(zhì)量包括灰分和水分為5.47518.26g/molC。燃燒方程式為CH 0.584S0.010O0.013n(02 3.78N2)C02 0.292H2O 0

5、.010SO2 3.78 nN2n=i+4+ 2=1)理論空氣量 1.1495 (13.78) 1000 22.4 10 3m3/kg 6.74m3/kg ;18.26SQ在濕煙氣中的濃度為0.0101 6441 0.292 0.010 3.78 1.1495 -18100%0.174%2)產(chǎn)生灰分的量為18 1 100080%144.8g/kg100煙氣量(1+X +18)x 1000/ xx 10 3=6.826m3/kg144 8灰分濃度為10mg/m=x 104mg/m6.8261000 1.7% 1.7 403)需石灰石 一3200 103 21kg/t 煤35%5. 干煙道氣的組成

6、為：CQ11%(體積)，028% CQ2% SQ120X 106(體積分?jǐn)?shù))，顆粒物30.0g/m 3 (在測定 狀態(tài)下，煙道氣流流量在 700mmH和443K條件下為5663.37m3/min，水氣含量8% 體積試計(jì)算：1過量空氣百分比；2 SQ的排放濃度g / m3 ; 3在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1atm和273K，干 煙道體積；4在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下顆粒物的濃度。解：1 N%=1 11%- 8%- 2%- %=%由?大氣污染控制工程? P46 2 11空氣過剩80.5 20.264 78.99(8 0.5 2)100%50.5%2在測定狀態(tài)下，氣體的摩爾體積為V2 墊 T2101325 224 44339.

7、46L/mol ；T1 P2273 700 133.322取1m3煙氣進(jìn)行計(jì)算，那么sq1 20x 106m,排放濃度為6120 10(1 8%)339.46 103) 5663.3722.4(139.463640.179 g / m。38%)2957 mN / min4) 30.039.46322.452.85g/mN。第二次作業(yè)1. 某粉塵粒徑分布數(shù)據(jù)見下表，1判斷該粉塵的粒徑分布是否符合對數(shù)正態(tài)分布；2如果符合,=m、d15。9=m。g 血11.85。d50按?大氣污染控制工程?P129 ( 5-24) ln MMDIn NMD3ln2 gP129 (5 - 26)ln dL1 2ln

8、NMD 丄|門2 g2 gdL4.00m ；P129 (5 - 29)In dsvln NMD -ln2 g2 gdsv 8.53m。NMD 3.31 m ；求其幾何標(biāo)準(zhǔn)差、質(zhì)量中位直徑、個(gè)數(shù)中位直徑、算數(shù)平均直徑及外表積-體積平均直徑。粉塵粒徑/ m02244 661010 2020 40>40濃度/ g m3255676273解：在對數(shù)概率坐標(biāo)紙上作出對數(shù)正態(tài)分布的質(zhì)量累積頻率分布曲線，讀出質(zhì)量中位直徑 d50 MMD = m、2. 根據(jù)對某旋風(fēng)除塵器的現(xiàn)場測試得到：除塵器進(jìn)口的氣體流量為10000m“h，含塵濃度為4.2g/ nk除塵器出口的氣體流量為 12000 m3N/h，含塵

9、濃度為340mg/m3N。試計(jì)算該除塵器的處理氣體流量、漏風(fēng)率和除塵效率分別按考慮漏風(fēng)和不考慮漏風(fēng)兩種情況計(jì)算1 3解：氣體流量按P141( 5 - 43)000mN / s ；IQ1N Q2 N2000漏風(fēng)率 P141 (5 - 44)J 100% 100% 20% ；Q1N10000除塵效率:考慮漏風(fēng)，按 P142 5 - 472NQ2N1N Q1N0.340 120004.2 10000不考慮漏風(fēng)，按 P143 5 - 482N1N1034091.9%4.23. 對于題2中給出的條件，旋風(fēng)除塵器進(jìn)口面積為0.24m2，除塵器阻力系數(shù)為，進(jìn)口氣流溫度為423K，氣體靜壓為-490Pa,試確

10、定該處塵器運(yùn)行時(shí)的壓力損失假定氣體成分接近空氣解：由氣體方程PV RT得MPM5(1.01 10490) 29RT8.31 4230.832g/L423 10000 -27317.9m/s0.24 3600按?大氣污染控制工程? P142 ( 5-45)P9.8詈 17.921311Pa。4.有一兩級(jí)除塵系統(tǒng)，系統(tǒng)的流量為2.22m3/s ,工藝設(shè)備產(chǎn)生粉塵量為22.2g/s，各級(jí)除塵效率分別為80%和95%試計(jì)算該處塵系統(tǒng)的總除塵效率、粉塵排放濃度和排放量。解：按?大氣污染控制工程? P145 ( 5- 58)T 1(11)(12)1 (195%)(1 80%)99%22 2粉塵濃度為五g/

11、m3 10g/m3，排放濃度10 (1 - 99% =0.1亦;排放量X =0.222g/s。98%試?yán)L出分級(jí)效5. 某燃煤電廠除塵器的進(jìn)口和出口的煙塵粒徑分布數(shù)據(jù)如下，假設(shè)除塵器總除塵效率為率曲線。粉塵間隔/m<1122334質(zhì)量頻率進(jìn)口 g1/%出口 g2粉塵間隔/m45566881010122030質(zhì)量頻率進(jìn)口 g1/%出口 g2解：按?大氣污染控制工程? P144 ( 5- 52)i 1 p 電 (P=)計(jì)算，如下表所示:g1i粉塵間隔/m<1122334質(zhì)量頻率進(jìn)口 g1/%出口 g2i /%93959092粉塵間隔/m45566881010122030其他質(zhì)量頻率進(jìn)口

12、g1/%出口 g20i /%9898100據(jù)此可作岀分級(jí)效率曲線。6.某種粉塵的粒徑分布和分級(jí)除塵效率數(shù)據(jù)如下，試確定總除塵效率。平均粒徑/ m>質(zhì)量頻率/%分級(jí)效率/%83060758186959899100解：按?大氣污染控制工程? P144 5- 54 Ti g72.86%。7. 計(jì)算粒徑不同的三種飛灰顆粒在空氣中的重力沉降速度,以及每種顆粒在30秒鐘內(nèi)的沉降高度。假定飛101325Pa,飛灰真密度為 2310kg/m3。灰顆粒為球形，顆粒直徑分別為為、40、4000 m，空氣溫度為，壓力為解：當(dāng)空氣溫度為時(shí)0.912kg/m3,2.3 10 5當(dāng)dp= m時(shí)，應(yīng)處在Stokes

13、區(qū)域。首先進(jìn)行坎寧漢修正:8RTM . 3.1428 8.314 387.528.97 10532.2m/s，0.499 v89.4 10 m， Kn2 9.4 102C 1 Kn 1.2570.4exp(詳當(dāng)dp=4000 m時(shí)，應(yīng)處于牛頓區(qū),dp0.40.47。那么1.61，Usd2 p18gC 1.41 10 5m/s。Us 1.74dp( p 17.34m/s。Rep dpU 400010 652.3 100 91217 342750500，假設(shè)成立。當(dāng)dp= m時(shí)，忽略坎寧漢修正,Usdp Pg180.088m/S。經(jīng)驗(yàn)證R&V1，符合Stokes公式考慮到顆粒在下降過程中速

14、度在很短時(shí)間內(nèi)就十分接近Us,因此計(jì)算沉降高度時(shí)可近似按Us計(jì)算。dp= m h= x io5x 30=x io4m dp=40 m h= x 30=2.64m； dp=4000 m h= x 30=520.5m4.5m高處的旋風(fēng)除塵器8. 試確定某水泥粉塵排放源下風(fēng)向無水泥沉降的最大距離。水泥粉塵是從離地面出口垂直排出的，水泥粒徑范圍為25500 m，真密度為1960kg/m3，風(fēng)速為1.4m/s，氣溫293K,氣壓為 101325Pa。解：粒徑為25 m，應(yīng)處于Stokes區(qū)域，考慮忽略坎寧漢修正：d 2usp p g 3 69 10 2m/s。豎直方向上顆粒物運(yùn)動(dòng)近似按勻速考慮，那么下落

15、時(shí)間18H4.52Us3.69 10122 s，因此 L=x 122m=171m第三次作業(yè)1. 欲通過在空氣中的自由沉降來別離石英真密度為2.6g/cm 3和角閃石真密度為3.5g/cm 3的混合物，混合物在空氣中的自由沉降運(yùn)動(dòng)處于牛頓區(qū)。試確定完全別離時(shí)所允許的最大石英粒徑與最小角閃石粒徑的最大比值。設(shè)最大石英粒徑dp1，最小角閃石粒徑dp2。由題意，1.74 /dp1 p1 g1.74 J dp2 p2 gd p1p23.5故1.35。dp2p1262. 直徑為200 m、真密度為1850kg/m3的球形顆粒置于水平的篩子上，用溫度293K和壓力101325Pa的空氣由篩子下部垂直向上吹篩

16、上的顆粒，試確定：1恰好能吹起顆粒時(shí)的氣速；2 在此條件下的顆粒雷諾數(shù)；3作用在顆粒上的阻力和阻力系數(shù)。解：在所給的空氣壓強(qiáng)和溫度下，1.205kg /m3,1.81 10 5 Pa s。dp=200 m時(shí)，Us0.153dp14(p0.4280.2860.7140.714)g61 140 7140 714°.153(200 10 ). 1850. 981.1.03m/s(1.81 10 5)0.4281.2050.286Rep6200101.031.20513.85，符合過渡區(qū)公式。1.81 10 5阻力系數(shù)按P147 ( 5 62) CP18.5市 3.82。阻力按 P146 (

17、 5 59)0.6Rep1 1Fp 1cdAp u2 2 382 4(200 10 6)2 1205°327.83 10 8N。3.試確定某水泥粉塵排放源下風(fēng)向無水泥沉降的最大距離。水泥粉塵是從離地面4.5m高處的旋風(fēng)除塵器岀口垂直排岀的,水泥粒徑范圍為25500 m，真密度為1960kg/m3，風(fēng)速為1.4m/s，氣溫293K，氣壓為 101325Pa。解:粒徑為25m，應(yīng)處于Stokes區(qū)域，考慮忽略坎寧漢修正:Us4.3.69 10 2m/s。豎直方向上顆粒物運(yùn)動(dòng)近似按勻速考慮，那么下落時(shí)間4 5122s，因此 L=x 122m=171m us3.69 10 210和500 m

18、的塵粒在離心力作用下的末端沉降速度。離心力場中顆粒的旋轉(zhuǎn)半徑為200mm該處的某種粉塵真密度為2700kg/m 3，氣體介質(zhì)近于空氣溫度為 433K，壓力為101325Pa，試計(jì)算粒徑為氣流切向速度為16m/s。解：在給定條件下0.815kg/m3,2.510 5 Pa s。當(dāng)dp=10 m，粉塵顆粒處于 Stokes區(qū)域:Ucdp p ut2(1 10 6)2 270018 R 18 2.5 10 51620.20.768m/s。dp=500 m，粉塵顆粒處于牛頓區(qū)：0.55.2 2dpUc1 d36 p2Ut-。因此RUc23.03d p put80.2m/S。經(jīng)驗(yàn)證，R$=1307>

19、;500,假設(shè)成立。5.直徑為 m的單分散相氣溶膠通過一重力沉降室，該沉降室寬20cm,長50cm,共18層，層間距0.124cm，氣體流速是8.61L/min，并觀測到其操作效率為 %問需要設(shè)置多少層可能得到80%的操作效率。解：按層流考慮，根據(jù)?大氣污染控制工程?P163 6 -51 也 n2 n118 22.2，因此需要設(shè)置 23層。2 n?i64. 96. 有一沉降室長 7.0m,高12m,氣速30cm/s，空氣溫度300K,塵粒密度2.5g/cm 3，空氣粘度0.067kg/ , 求該沉降室能100%甫集的最小粒徑5解： 0.067kg/(m.h)1.86 10 Pa sdmin18

20、 v°H pgL!c18 1.86 100.3 122.5 1039.81 7G&4 10 m 84 m 100 m，符合層流區(qū)假設(shè)7.氣溶膠含有粒徑為和m的粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等以3.61L/min的流量通過多層沉降室。 給出以下數(shù)據(jù),31.05g / cm , W=20cm h=0.129cm ,8RTM1.82 10 50.499 v 0.499 1.18586.6 10 m466.6Kn皿止0.210.6310.211.2571.100.4e 0.21 1.264。故 usd： p18gC1.58 10 5m/susLW(n 1)1.58 1050.5 0.2 2033.6

21、1 10/600.525 o用同樣方法計(jì)算可得m粒子的分級(jí)運(yùn)用斯托克斯定律和坎寧漢校正系數(shù)計(jì)算沉降效率。L=50cm,0.000182g /cm.s , n=19 層。解：設(shè)空氣溫度為298K,首先進(jìn)行坎寧漢修正:8 8.314 298 3466.6m / s , 3.142 28.97 10效率為。因此總效率i 0.5(0.525 0.864) 0.6958.某旋風(fēng)除塵器處理含有4.58g/m 3灰塵的氣流52.510 Pa s,其除塵總效率為90%粉塵分析試驗(yàn)得到以下結(jié)果。粒徑范圍/ m捕集粉塵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/%逸岀粉塵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/%0551010151520202525303035354

22、04045>45解：根據(jù)?大氣污染控制工程? P144 (5-53)示：(P=)計(jì)算分級(jí)效率，結(jié)果如下表所Pg2i /g3i1)作岀分級(jí)效率曲線；2)確定分割粒徑。粉塵間隔/m055101015152020252530303535404045>45質(zhì)量捕集g3頻率/%出口 g2i/%據(jù)此可作出分級(jí)效率曲線。由上表可見，510 m去除效率為。因此在工程誤差允許范圍內(nèi)，dc= m。9. 含塵氣流用旋風(fēng)除塵器凈化，含塵粒子的粒徑分布可用對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)表示，且D=20 m ,1.25。在實(shí)際操作條件下該旋風(fēng)除塵器的分割直徑為5 m，試基于顆粒質(zhì)量濃度計(jì)算該除塵器的總除塵效率。解：按?大氣

23、污染控制工程?P170 ( 6- 18)2 2(dpi/dc)(dpi/5)2 2dpi225 dpi10 iqddpi0 25務(wù) qdd pi。 dpiIndg=20 m,1.25, qex).2 d pi ln gI 2 lndpid g 2g)2g1.79ex) dpi代入上式，利用Matlab積分可得1o iqddpi 96.3%。1 (d pi/dc)1 (dpi/5)366cm，10. 利用一高壓電除塵器捕集煙氣中的粉塵，該電除塵器由四塊集塵板組成，板高和板長均為12.2cm/s。試確定:板間距24.4cm，煙氣體積流量2mi/s ;操作壓力為1atm，設(shè)粉塵粒子的驅(qū)進(jìn)速度為1當(dāng)煙

24、氣的流速均勻分布時(shí)的除塵效率;2當(dāng)供入某一通道的煙氣為煙氣總量的50%而其他兩個(gè)各供入 25%寸的除塵效率參考圖 6-2713 4解：1 Q =2/3=m3/s，S=13.4m2，i 1 exp : 0.122 99.3%。0.667/22細(xì) 051.5，查圖 6- 27 得 Fv=v 1/3故 i 1(1 )Fv 1(1 99.3%)1.7598.8%。11. 板間距為25cm的板式電除塵器的分割直徑為m，使用者希望總效率不小于98%有關(guān)法規(guī)規(guī)定排氣中含塵量不得超過0.1g/m 3。假定電除塵器入口處粉塵濃度為30g/m3，且粒徑分布如下:質(zhì)量百分比范圍/%02020404060608080

25、100平均粒徑/ m并假定德意希方程的形式為1 e kdp，其中 捕集效率；K經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；d顆粒直徑。試確定：1 該除塵器效率能否等于或大于 98% 2出口處煙氣中塵濃度能否滿足環(huán)保規(guī)定；3) 能否滿足使用者需要。解: 1)由題意 0.51 exp( k 0.9) k 0.77dp= m，11 exp( 0.77 3.5)93.2%dp= m，1 exp( 0.77 8.0)99.8%dp=m,1 e)p( 0.77 13.0)100%故 0.2 93.2%0.2 99.8%1 0.2 398.6%98%2) 98 6%1 一匕，貝U 2i =0.42g/m3>0.1g/m3。不滿足環(huán)保規(guī)

26、定和使用者需要。3012. 對于粉塵顆粒在液滴上的捕集，一個(gè)近似的表達(dá)式為exp (0.018M 0.5 R/R 0.6R2)。其中M是碰撞數(shù)的平方根，R=d/d D,對于密度為2g/cm3的 粉塵，相對于液滴運(yùn)動(dòng)的初速度為 30m/s，流體溫度為297K，試計(jì)算粒徑為1)10 m ； 2)50 m的粉塵 在直徑為50、100、500 m的液滴上的捕集效率。解：1)粉塵粒徑dp=10 m當(dāng)液滴直徑為50 m時(shí)，R=碰撞數(shù) N|d： p(Up ud)18 De366.3， NI19.14。由給出計(jì)算公式可得 50.3%同理可得液滴直徑為100 m、500 m時(shí)捕集效率為、2) dp=50 m用同

27、樣方法計(jì)算可得顆粒在直徑為50 m、100 m、500 m的液滴上捕集效率分別為0、 %。13. 一個(gè)文丘里洗滌器用來凈化含塵氣體。操作條件如下：L=1.36L/m3，喉管氣速為 83m/s，粉塵密度為0.7g/cm 3方程，煙氣粘度為x 10，取校正系數(shù)，忽略Cc計(jì)算除塵器效率。煙氣中粉塵的粒度分布如下：粒徑/ m質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/%<>解：按?大氣污染控制工程? P211 6- 531.03 10 3vT(1.03 10 3(83 102)2 1.36 10 396.5cmH2O由(6-55) pexp 6.1 "1 gCcd；f2 p2 g0.33d2e粒徑小于 m所占質(zhì)

28、量百分比太小，可忽略；粒徑大于m，除塵效率約為1 ；因此0 . 2 10.33 0.320.7 80.33 0.752Pee100 10013.00.33 32e10016.01000.33 7.52e12 . 00.33 12.528.00.33 17.52ee0.0152%100100故 1 P 98.48%3 m的球形顆粒,直徑為2mm的雨滴以其終末沉降速度穿過300m厚的大氣近地層，大氣中含有粒徑為顆粒的質(zhì)量濃度為80 g /m3。1每個(gè)雨滴下降過程中可以捕集多少顆粒2由于捕集這些顆粒，雨滴的質(zhì)量增加了百分之幾解: 由?Air Pollution Control Engineering?P300式M7DD zc tt 通過 P293 Figure 讀取。取 p 2 103 kg / m3，雨滴Db=2mm處于牛頓區(qū)，利用?大氣污染控制工程?P150 5 - 83331/2v 1.742.0 10 (1.0 101.205) 9.81/1.2057.0m/s。因此,Nspd：v18