《環(huán)境工程學(xué)》課程作業(yè)及答案解析

#1X10322.40.15x10-3、64x44.643=0.052ppm,0.12x10-1X10322.40.15x10-3、64x44.643=0.052ppm,0.12x10-3、46x44.643=0.058ppm4.00x10-328x44.643=3.20ppm氣體與空氣混合成體積分?jǐn)?shù)為） 在混合氣體中的質(zhì)量濃度P（5-的混合氣體，在管道中流動(dòng)的流量為 N,試確定：）和摩爾濃度（ ）;）每天流經(jīng)管道的、質(zhì)量是多少千克？解：）P（m)1.50X10-4X15422.4x10-3=1.031g/m3N)/1.50x10-422.4x10-3=6.70x10-3mol/m3N）每天流經(jīng)管道的質(zhì)量為XX04-已知重油元素分析結(jié)果如下：： : : %所需理論空氣量和產(chǎn)生的理論煙氣量；）干煙氣中的濃度和的最大濃度；

22）當(dāng)空氣3的過(guò)剩量為10時(shí):，所需的空氣量及產(chǎn)生的煙氣量。解： 燃油含：重量（）摩爾數(shù)（）需氧數(shù)（）0，試:計(jì)算：1）燃油元素忽略。1）理論需氧量71.25+27.625+0.3設(shè)干空氣：體積比為： 7則理論空氣量22重油。N煙氣組成為 ，22理論煙氣量71.25+56.50+0.312）干煙氣量為 一 重油。0.3125百分比濃度為礪國(guó)X100%=0.07%，X 重油。即X2 X 。22重油。即. 重油。第一次作業(yè)根據(jù)我國(guó)的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，求出。 、三種污染物日平均濃度限值的體積分22數(shù)。解：由我國(guó)《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：: m: m: m按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 干空氣計(jì)算，其摩爾數(shù)為=44.643mol。故三種污染物體積百分?jǐn)?shù)分別為:

71.25空氣燃燒時(shí)存在最大濃度446.49x100%;15.96%）過(guò)?？諝鉃?時(shí)，所需空氣量為 x 重油，N產(chǎn)生煙氣量為 7 重油。N普通煤的元素分析如下： ；灰分； ； .水分； 。（含量不計(jì)））計(jì)算燃煤 所需要的理論空氣量和在煙氣中的濃度（以體積分?jǐn)?shù)計(jì)）；）假定煙塵的排放因子為 ，計(jì)算煙氣中灰分的濃度（以 表示）；）假定用硫化床燃燒技術(shù)加石灰石脫硫。石灰石中含 3當(dāng)為（摩爾比）時(shí)，計(jì)算燃煤需加石灰石的量。解：相對(duì)于碳元素作如下計(jì)算：（質(zhì)量） 煤 碳灰分水分故煤的組成為燃料的摩爾質(zhì)量（包括灰分和水分）為1005.475=燃料的摩爾質(zhì)量（包括灰分和水分）為1005.475=18.26g/mOlC。燃燒方程式為CHSO +n(O+3.78N)-CO+0.292HO+0.010SO+3.78nN0.5840.0100.013 2 2 2 2 2 2）理論空氣量1.1495x(1+3.78)18.26x1000x22.4x10-3m3/kg=6.74m3/kg0.010在濕煙氣中的濃度為 1+0.292+）理論空氣量1.1495x(1+3.78)18.26x1000x22.4x10-3m3/kg=6.74m3/kg0.010在濕煙氣中的濃度為 1+0.292+0.010+3.78x1.1495+——-x100%=0.174%1.64418）產(chǎn)生灰分的量為181x1000100x80%=144.8g/kg煙氣量(1+0.292144.8灰分濃度為二Q。二x1036.8261000x1.7%x.x6x1282..x2x1）需石灰石32.00x1.7x4035%=103.21kg干煙道氣的組成為： （體積），狀態(tài)下），煙道氣流流量在和x0試計(jì)算：1）過(guò)量空氣百分比；2）條件下為（體積分?jǐn)?shù)），顆粒物30,水氣含量（體積）。（在測(cè)定的排放濃度（Ng/m3）；）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（和），干煙道體積；4）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下顆粒物的濃度。解：） — ———2由《大氣污染控制工程》 （一）8—0.5x2空氣過(guò)剩0.264x78.99—(8—0.5x2)x100%=50.5%）在測(cè)定狀態(tài)下，氣體的摩爾體積為PVT11?—2=TP12101325x22.48—0.5x2空氣過(guò)剩0.264x78.99—(8—0.5x2)x100%=50.5%）在測(cè)定狀態(tài)下，氣體的摩爾體積為PVT11?—2=TP12101325x22.4x443273x700x133.322=39.46L/mol.；取煙氣進(jìn)行計(jì)算，則0-，排放濃度為120x10-639.46x10-3x(1-8%)x64=0.179g/m322.4)5663.37x x(1-8%)=2957m3/min) 39.46 n。39.46)30.0x一二52.85g/m3) 22.4 n。粉塵粒徑pm濃度pg.m3第二次作業(yè)1.已知某粉塵粒徑分布數(shù)據(jù)（見下表），1）判斷該粉塵的粒徑分布是否符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布；2）如果符合，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)平均直徑及表面積－體積平均直徑。解：在對(duì)數(shù)概率坐標(biāo)紙上作出對(duì)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 （）.3、Rm、 H6。O=^41=1.851。59 gd50按《大氣污染控制工程》 （一）lnMMD=lnNMD+3ln2anNMD=3.31pm；g）6Ind=InNMD+-ln2al 2gnd=4.00pm；9）Ind=InNMD+ln2asv 2gnd=8.53pm

sv根據(jù)對(duì)某旋風(fēng)除塵器的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到：除塵器進(jìn)口的氣體流量為h含塵濃度為 。除塵器出口的氣體流量為 ，含塵濃度為 。試計(jì)算該除塵器的處理氣體流量、漏風(fēng)率和NN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解：氣體流量按 （_）Q=c（Q+Q）=11000m3/S;： N21N 2N N；漏風(fēng)率「Q-Q6二產(chǎn)1N-2Nx100%;Q1N12sx100%=20%；除塵效率：考慮漏風(fēng)，按7n=1-^2N考慮漏風(fēng)，按7n=1-^2N02^:1-0.340X12000二90.3%P1NQ1N4.2x10000不考慮漏風(fēng)，按?p? 0.340?八?)n=1--^N=1- =91.9%8p4.21N.對(duì)于題2中給出的條件，已知旋風(fēng)除塵器進(jìn)口面積為,除塵器阻力系數(shù)為 .進(jìn)口氣流溫度為3氣體靜壓為一 ，試確定該處塵器運(yùn)行時(shí)的壓力損失（假定氣體成分接近空氣）。mm解：由氣體方程PV=mm解：由氣體方程PV=mrt得p=v=PM_(1.01x10-5-490)x29RT8.31x423=0.832g/L423c10000X一v=Q= 273=17.9m/sA0.24x36000832按《大氣污染控制工程》5AP=9.8X X17.92=1311Pa按《大氣污染控制工程》TOC\o"1-5"\h\z) 2有一兩級(jí)除塵系統(tǒng)，已知系統(tǒng)的流量為 ，工藝設(shè)備產(chǎn)生粉塵量為 2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》 （一8n=1-(1-n)(1-n)=1-(1-95%)(1-80%)=99%T 1222.2粉塵濃度為222.22.2粉塵濃度為222.g/m3=10g/m3，排放濃度（1－99）排放量X 25.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，若除塵器總除塵效率為98，%試?yán)L出分級(jí)效率曲線。粉塵間隔Hm質(zhì)量頻率進(jìn)口出口粉塵間隔Hm質(zhì)量頻率進(jìn)口—出口）.0計(jì)）.0計(jì)2算，如下表所示：粉塵間隔Hm質(zhì)量頻率進(jìn)口出口n/%i

粉塵間隔Hm其他質(zhì)量頻率進(jìn)口—出口n/%i據(jù)此可作出分級(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Hm質(zhì)量頻率分級(jí)效率解：按《大氣污染控制工程》 （一4I=^ng=72.86%。T i1i7.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。假定飛灰顆粒為球形，顆粒直徑分別為為、、H機(jī)，空氣溫度為，壓力為2飛灰真密度為k解：當(dāng)空氣溫度為 時(shí)「=0.912依/m3,日=23X10-5,8RT :8x8.314X,8RT :8x8.314X387.5首先進(jìn)行坎寧漢修正：=532.2m/s，、■兀M \-3.142x28.97x10-3入= H___入= H___=9.4x10-8m0.499pv '2Kn=——dp2x9.4x10-2

04=0.47。則d2pppgCd2pppgC=1.41x10-5m/s18HRepdPm=—p—H4000X10-6X0.912X士二2750>5002.3x10-5 ，假設(shè)成立。110C=1+Kn[1.257+0.4exp(-——)]=1.61Knd(P-P)Hm時(shí)，應(yīng)處于牛頓區(qū)，m=1.74 p-p g=17.34m/ss Pd2P公式。當(dāng) Hm時(shí),忽略坎寧漢修正，匕=而g=0.088m/s。經(jīng)驗(yàn)證,符合公式。考慮到顆粒在下降過(guò)程中速度在很短時(shí)間內(nèi)就十分接近，因此計(jì)算沉降高度時(shí)可近似按計(jì)算。ssTOC\o"1-5"\h\zHm X-X X-；pd=4H、mh=、X、3、、8=82；、64；pHm X 28、試確定某水泥粉塵排放源下風(fēng)向無(wú)水泥沉降的最大距離。水泥粉塵是從離地面4、5高；處的旋風(fēng)除塵器

出口垂直排出的，水泥粒徑范圍為? ，真密度為 ，風(fēng)速為 ，氣溫，氣壓為 。解：粒徑為Hm，應(yīng)處于 區(qū)域，考慮忽略坎寧漢修正：

d2P豎直方向上顆粒物運(yùn)動(dòng)近似按勻速考慮，則下落時(shí)間u=ppg=3.69x10-2m/s豎直方向上顆粒物運(yùn)動(dòng)近似按勻速考慮，則下落時(shí)間s 18日4.53.69x10-2因此第三次作業(yè)欲通過(guò)在空氣中的自由沉降來(lái)分離石英（真密度為 ）和角閃石（真密度為 ）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)。試確定完全分離時(shí)所允許的最大石英粒徑與最小角閃石粒徑的最大比值。、dp 、dp設(shè)最大石英粒徑，最小角閃石粒徑。由題意，L74Jp1cp1g=L74Jp2p2g\P \P—pi—pid35=1.352.6p2p2p1直徑為0、真密度為直徑為0、真密度為的球形顆粒置于水平的篩子上，用溫度 和壓力的空氣由篩子下部垂直向上吹篩上的顆粒，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，p=L205kg/m3,日=1.81x10-5Pa?s。 Hm時(shí)，考慮采用過(guò)渡區(qū)公式，按《大氣污染控制工程》 （一）：0.153d1.14(P-P)0.714g0.714 0.153(200x10-6)1.1418500.7149.810.714u= p p = =1.03m/ss H0.428P0.286 (1.81x10-5)0.4281.2050.286200x10-6x1.03x1.205符合過(guò)渡區(qū)公式。Re= =13.85符合過(guò)渡區(qū)公式。p 1.81x10-5 ，阻力系數(shù)按2)C18.5Re0.6阻力系數(shù)按2)C18.5Re0.6=3.82阻力按(56－59)HHm,應(yīng)處于 區(qū)域，考慮忽略坎寧漢修正：g=3.69x10-2m/s。豎直方向上顆粒物運(yùn)動(dòng)近似按勻速考慮，則下落時(shí)間1 1c 兀~八…T-T" CCT八F=—CApu2=x3.82x-(200x10-6)2x1.205x1.032=7.83x10-8Np2Dp 2 4試確定某水泥粉塵排放源下風(fēng)向無(wú)水泥沉降的最大距離。水泥粉塵是從離地面 高處的旋風(fēng)除塵器出口垂直排出的，水泥粒徑范圍為?O，真密度為 ，風(fēng)速為 ，氣溫，氣壓為10132。解：粒徑為24.53.69x10-2因此d2pu4.53.69x10-2因此某種粉塵真密度為 ，氣體介質(zhì)（近于空氣）溫度為，壓力為 ，試計(jì)算粒徑為和0的塵粒在離心力作用下的末端沉降速度。已知離心力場(chǎng)中顆粒的旋轉(zhuǎn)半徑為 ，該處的氣流切向速度為 m解：在給定條件下P=0.815kg/m3,旦=2.5x10一5Pa'sNmNm,粉塵顆粒處于區(qū)域:d2Pu2(1X10-6)2X2700162p-^p-?t-= x =0.768m/s18NR 18x2.5x10-5 0.2Nm,粉塵顆粒處于牛頓區(qū):0.55兀pd2u2pc1u2=6兀Nm,粉塵顆粒處于牛頓區(qū):0.55兀pd2u2pc1u2=6兀dpp?方。因此：3.03dpu2uc=\ RPpt=8。2m/s。經(jīng)驗(yàn)證,，＞假5設(shè)0成0立。直徑為 Nm的單分散相氣溶膠通過(guò)一重力沉降室，該沉降室寬 ，長(zhǎng)，共層，層間距2氣體流速是 L并觀測(cè)到其操作效率為 。問(wèn)需要設(shè)置多少層可能得到 的操作效率。解：按層流考慮，根據(jù)《大氣污染控制工程》計(jì)16（36－5）nn―n1.80-i-=-i-nn=n1■=18x =22.2因此需要設(shè)置nn2 1n64,9 ，因此需要設(shè)置22 13層。有一沉降室長(zhǎng)，高，氣速 ，空氣溫度 ，塵粒密度，空氣粘度求該沉降室能100捕%集的最小粒徑。解：N=0.067kg/(m.h)=1.86x10-5Pa?sdmin：18卬H- 0-:PgLpp,'18x1.86x10-5x0.3x12V 2.5X103X9.81X7=8.4x10-5m=84nm<100^m,符合層流區(qū)假設(shè)。7.氣溶膠含有粒徑為和 Nm的粒子（質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等），以的流量通過(guò)多層沉降室。給,p=1.05g/,p=1.05g/cm3,0.499Pv1.82x10-50.499x1.185x466.6=6.6x10-8m，Kn=2x6.6x10-2

0.63=0.21出下列數(shù)據(jù)，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。TOC\o"1-5"\h\z,四=0.000182g/(cm.s), 層。解：設(shè)空氣溫度為 8首先進(jìn)行坎寧漢修正:- ：8RT:8x8.314x298 ‘v=, = =466.6m/s\kM \3.142x28.97x10-3 ，

1.10C=1+0.21[1.2571.10C=1+0.21[1.257+0.4e-0.21]=1.264。故ud2pppgC=1.58x10-5m/s18日uLW(n+1)

―s Q1.58x10-5x0.5x0.2x203.61x10-3/60=0.525。用同樣方法計(jì)算可得的分級(jí)效率為0.8。64因此總效率n=0.5(0.525+0.864)=0.695i某旋風(fēng)除塵器處理含有 灰塵的氣流（H=2.5x10-5Pa-s）,其除塵總效率為。粉塵分析試驗(yàn)得到下列結(jié)果。粒徑范圍Hm捕集粉塵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)逸出粉塵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）作出分級(jí)效率曲線；）確定分割粒徑。n解：根據(jù)《大氣污染控制工程》 （—）n.=-D/ （ ）計(jì)算分級(jí)效率，結(jié)果如下in+Pg/g2i 3i表所示：粉塵間隔Hm質(zhì)量頻率捕集出口n/%i據(jù)此可作出分級(jí)效率曲線。由上表可見，?Hm去除效率為 某因此在工程誤差允許范圍內(nèi)，Hm。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(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)表示，且0,0=L25。在實(shí)際操作條件下該旋風(fēng)除塵器的分割直徑為Hm，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《大氣污染控制工程》 （一8

(d/d)2 pi c 1+(d/d)2pi(d/5)2—pi 1+(d/5(d/d)2 pi c 1+(d/d)2pi(d/5)2—pi 1+(d/5)2

pid2

pi

25+d2

pin=J1nqdd0ipid2 pi——25+d2piqdd。pi代入上式，a=1.25，q=^= 22ddInapigdInpi

d

exp[-(—~」)2]=

J2lnag1.79dpidln-pi-exp[-( 20)2]0.32利用積分可得n=f1nqdd=96.3%0ipi.利用一高壓電除塵器捕集煙氣中的粉塵，已知該電除塵器由四塊集塵板組成，板高和板長(zhǎng)均為板間距4煙氣體積流量 ；操作壓力為，設(shè)粉塵粒子的驅(qū)進(jìn)速度為c試確定:）當(dāng)煙氣的流速均勻分布時(shí)的除塵效率；）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時(shí)%的除塵效率（參考圖7）。解：1）,n=1-exp(-i13.40.667/2義0.122)=99.3%。v7得)-7得V故n=1-（1-n）Fv=1-（1-99.3%）1.75=98.8%。i板間距為的板式電除塵器的分割直徑為 9，使用者希望總效率不小于，有關(guān)法規(guī)規(guī)定排氣中含塵量不得超過(guò) 。假定電除塵器入口處粉塵濃度為 ，且粒徑分布如下：質(zhì)量百分比范圍平均粒徑Hm并假定德意希方程的形式為n=1-e-6dp，其中n捕集效率； 經(jīng)驗(yàn)常數(shù)； 顆粒直徑。試確定：）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：）由題意0.5=1-exp（-k義0.9）nk=0.77Hm,n=1-exp(-0.77x3.5)=93.2%p，1Hm,n=1-exp(-0.77x8.0)=99.8%p2Hm,n=1-exp(-0.77x13.0)=100%p3故n=0.2x93.2%+0.2x99.8%+1x0.2x3=98.6%>98%)98.6%=)98.6%=1-區(qū)則p) 30,則2i。不滿足環(huán)保規(guī)定和使用者需要。對(duì).于粉塵顆粒在液滴上的捕集，一個(gè)近似的表達(dá)式為n=exp[—(0.018M0$+R/R—0.6R2)]。其中是碰撞數(shù)的平方根， ，對(duì)于密度為的pD粉塵，相對(duì)于液滴運(yùn)動(dòng)的初速度為 ，流體溫度為 ，試計(jì)算粒徑為)hm；) hm的粉塵在直徑為、、 Hm的液滴上的捕集效率。TOC\o"1-5"\h\z解：)粉塵粒徑 Hmpd2p(u—u)當(dāng)液滴直徑為Hm時(shí)， 、碰撞數(shù)N=P \-D-=366.3,W=19.14。\o"CurrentDocument"I 18HD IC由給出計(jì)算公式可得口=50.3%同理可得液滴直徑為Hm、 Hm時(shí)捕集效率為 ％、 .2)d=5H、mp用同樣方法計(jì)算可得顆粒在直徑為Hm、 Hm、 Hm的液滴上捕集效率分別為、、1、.、22%5.％。、一個(gè)文丘里洗滌器用來(lái)凈化含塵氣體。操作條件如下： ，喉管氣速為，粉塵密度為方程，煙氣粘度為x- ,取校正系數(shù) ，忽略，計(jì)算除塵器效率。煙氣中粉塵的粒度分布如下：粒徑Hm質(zhì)量百分?jǐn)?shù)解：按《大氣污染控制工程》 (一3Ap=—1.03X10-3V2(Q)=—1.03X10-3X(83x102)2X1.36x10-3=96.5cmHOTOC\o"1-5"\h\zTQ 2g6.1X10—9ppCd2f2Ap由(-5P=exp[— l_§-C~p ]=e—0.33dp2i H2§粒徑小于 Hm所占質(zhì)量百分比太小，可忽略；粒徑大于Hm,除塵效率約為1因此P=空Xe—0.33X0.32+經(jīng)xe—0.33X0.752+小Xe—0.33X32+3Xe—0.33X7.52100 100 100 100=0.0152%=0.0152%+ Xe—0.33X12.52+ Xe—0.33X17.52100 100故月=1—p=98.48%。直徑為 的雨滴以其終末沉降速度穿過(guò) 厚的大氣近地層，大氣中含有粒徑為Hm的球形顆粒，顆粒的質(zhì)量濃度為 Mg/m3。1）每個(gè)雨滴下降過(guò)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？兀解：由《 》 式M=-D2卜zc^。n通過(guò)4Dtt讀取。取P=2x103kg/m3,雨滴，處于牛頓區(qū)，利用《大氣污染控制工程》 （pb—3v=1.74[2.0x10-3（1.