大氣污染控制工程-課后習(xí)題答案

第一章概論

1.1根據(jù)我國(guó)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，求出PM2.5、SO2、N02

三種污染物日平均濃度限值的體積分?jǐn)?shù)。

解：查表得三種污染物二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(日平均濃度限值)分別為SO2150|ig/m3、NO280Ng/m3和

3

PM2.575|ig/mo

以S02為例，求體積分?jǐn)?shù)即求ppm

,。「帆=1000MW*22-4

其中Cmass的單位為Hg/n?。

64

所以S02Cppm=150*22.4/(1000*64)=0.0525ppm=0.0525*10=0.0525*1O-%

4

同理可得NO20.039*IO-%

PM2.5屬于顆粒物，假設(shè)標(biāo)況下空氣密度L29kg/m3,所以其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

75*10-6/1.29*103=5.814*10'6%,質(zhì)量分?jǐn)?shù)與體積分?jǐn)?shù)一樣，其體積分?jǐn)?shù)0.05814*10'4%

1.2含CCI4廢氣，氣流量為10Nm3/s,CCL,體積分?jǐn)?shù)為150ppm,請(qǐng)估算廢氣中CCI4的質(zhì)量

濃度(g/Nn?)和摩爾濃度(mol/Nn?)。

解：CC14平均分子量154g/mol體積分?jǐn)?shù)1.50*10-4=1.50*l()2ppm

P=Cmass=1.50*102*1000*154/22.4=1.03g/Nm3

C=1.03g/NmVl54g/mol=6.69*10-3mol/Nm3

1.3成人每次吸入的空氣量平均為0.5L,假若每分鐘呼吸15次，空氣中顆粒物的濃度為

lOOpg/m3,試計(jì)算每小時(shí)沉積于肺泡內(nèi)的顆粒物質(zhì)量。已知該顆粒物在肺泡中的沉降系數(shù)為

0.12?

解：成人每次吸入空氣量為0.5L=5*l(r*m3每小時(shí)吸入空氣量5.0*l(y4*i5*60=0.45m3/h

每小時(shí)吸入顆粒物量0.45*100=45陷山。所以沉積在肺泡上顆粒物量為45*0.12=5.4gg/h

1.4設(shè)人體內(nèi)有4800mL血液，每100mL血液中含20mL氧。重體力勞動(dòng)者的呼吸量為

4.2L/min,受污染空氣中所含CO濃度為lOOppm。血液中CO最初濃度為0%,計(jì)算血液達(dá)

到7%的CO飽和度需要多少分鐘。設(shè)吸入肺中的CO全被血液吸收。

解：人體血液中含氧總量為4800*20/100=960mL

當(dāng)血液中含CO7%時(shí)對(duì)應(yīng)CO的量為960*0.07/(1-0.07)=72.26mL

所以所需的時(shí)間為t=(72.26-0)/(4.2*l0y*1000)=172min

1.5地球上海洋的平均深度為3.8km,海洋表層1km范圍內(nèi)平均溫度約為4℃,這層海水的

熱膨脹系數(shù)為0.00012/C。請(qǐng)估算，當(dāng)表層1km范圍內(nèi)的海水溫度升高1℃時(shí)海平面將上升

多少？

解：設(shè)溫度升高前海平面高度為%,升高后海平面高度為h2,則h?=hi(1+aAt)

因此Ah=h2-hi=hiaAt=1000*0.00012*1=0.12m

1.6酸雨治理的方法之一是向湖泊投加石灰石，假如某湖泊面積為10kn?,每年降水量為1m

Um5n?面積)，為將pH值為4.5的酸沉降轉(zhuǎn)變成與之當(dāng)量的pH值為6.5的沉降，需向湖

泊投加多少石灰石(CaCCh)?

+2+

解：CaCO3+2H-?H2O+CO2+Ca

H+消耗量計(jì)算從pH4.5升高至6.5

35

(1045/065)*10*(103)2*io=3.13*10mol

所以投加石灰石為

3.13*1()5*100/2=15.65t

1.7假設(shè)一煙氣流量是80m3/min(溫度25℃,latm),其中含有75%用、5%。?、8%比0和

12%CO2?1)計(jì)算煙氣的平均分子量；2)若該煙氣含有650ppmSO2，計(jì)算每天SOa的排放

速率。

解：1)MWIH氣=0.75(28)+0.05(32)+0.08(18)+0.12(44)=29.32g/mol

2)650Ppm即650*10-6(體積分?jǐn)?shù))

43

所以In?煙氣中含有SO26.5*10-m

標(biāo)況下0℃和latm,Imol氣體的體積是22.4L25℃和latm,Imol氣體的體積是24.45L

所以In?煙氣中SO2的mol數(shù)為6.5*1O-4*103/24.45=0.027mol

所以SO2排放速率為64*0.027*80*60*24=199.065kg/d

1.8煙氣的組成如下(150℃,latm)：N271%>CO211%,以010%和028%?若該排放的煙

氣中含有HC135ppm。試問該煙氣是否滿足25Ppm的排放標(biāo)準(zhǔn)(干基，含Oz7%)。

解：設(shè)煙氣體積為1L則干煙氣體積為1*(1-10%)=0.9L

將干煙氣體積轉(zhuǎn)化為排放標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)下體積

0.9/V=273/423V=1.39L

1L中HC1為35ppm,則1.39L中HC1為25.18ppm

將其轉(zhuǎn)化為含氧7%時(shí)的濃度

21-0^

P基=21—0實(shí)X。笑

所以25.18*(21-7)/(21-8)=27.16ppm

不滿足排放標(biāo)準(zhǔn)

第二章大氣污染控制工程設(shè)計(jì)

2.1—股廢氣含90%空氣和10%氨氣(體積分?jǐn)?shù))，廢氣流量為2520m3/h,溫度為49℃、氣

壓1.05atm,采用填料塔水噴淋吸收處理，水噴淋量為4.5m3/h,處理后排氣溫度24°C、氣

壓1.02atm,氨氣體積分?jǐn)?shù)0.3%(干基)，估算填料塔排氣口氨氣的排放速率。

解：處理氣體量為2520m3/h,其中QM=2520*0.9=2268m3/hQin=2520：1=0.1=252m3/h

處理前后P,1^1.05*1.0l*105PaP后=1.02*1.01*10^2T『322KT后=297K

假設(shè)空氣不溶于吸收液，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT得

1.05*2268/(1.02Q,)=322/297Q'=2153m3/h

因此從填料塔出口處氨氣體積為Q'如氣=2153*0.003=6.459m3/h

現(xiàn)計(jì)算氨氣質(zhì)量流量根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程

1.02*1.01*1()5*6.459=n*8.314*297n=269.47mol/h

所以每天NH.3的排放速率為269.47*17*24=109.94kg/d

2.2某化工車間產(chǎn)生的高濃度工藝廢氣量13400m3/h,溫度121℃、氣壓l.Oatm,采用燃燒法

處理，燃料氣質(zhì)量流量34kg/h,燃燒溫度650C,采用熱交換器回收燃料煙氣熱量，熱回收

后煙氣溫度降為260℃,每回收lOOOOkJ熱量收益為0.46元，估算每天收益。工藝廢氣和煙

道氣的物理性質(zhì)請(qǐng)查閱相關(guān)資料。(參考工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版煙氣比熱容)

解：假設(shè)工藝廢氣的摩爾質(zhì)量29g/mol

則在121℃、latm下密度為PM/RT=1.01*105*29/8.314(273+121)=894.155g/m3

所以工藝廢氣的質(zhì)量流量為894.155*13400=11981677g/h

查表得650℃廢氣的比熱容=1.502kJ/(kgK),260℃廢氣的比熱容=1455"(1^1<)

所以平均比熱容為1.4785kJ/(kgK)

所以總的廢氣質(zhì)量流量為11981677+34000=12015677g/h

所以燃燒后降溫釋放的熱量為12015677*10-3*1.4785*(650-260)=6928419.59kJ/h

所以每天的收益為6928419.59*24/10000*0.46-7648.98元/天

2.3某鍋爐燃用煤氣的成分如下：CO28.5%,H213.0%,CH40.7%,CO25%,HjSO.2%,O20.2%,

N252.4%,空氣含濕量為12g/Nm\a=1.2,試求實(shí)際需要的空氣量和燃燒時(shí)產(chǎn)生的實(shí)際煙氣

量。

解：取1mol煤氣計(jì)算

Mol需氧量/mol煙氣量/Lmol

H2S246

C0250050

022-20

CO285142.5285

H213065130

CH471421

N25240524

共需02223.5mol/kmol煤氣=223.5L/（m3煤氣）。

設(shè)干空氣中N2：Ch體積比為3.76：1,則理論干空氣量為223.5x（3.76+1）=1063.86mol。

取1.2,則實(shí)際干空氣1.2xl063.86mol=1.276mol?

空氣含濕量為12g/Nm\即含H2O0.67mol/Nm3,14.94L/Nm\故H2O體積分?jǐn)?shù)為1.494%。

故實(shí)際空氣量為1.276/(1-0.01494)=1.295L/m3?

煙氣量6+40+285+130+21+524+223.5*3.76=1856.4L/m3

故實(shí)際煙氣量1856.4+(1296.1-1063.86)=2.125mol

2.4干煙道氣的組成為：CO2I1%（體積），O28%,CO2%,SCM20X10-6（體積分?jǐn)?shù)），顆粒

物3O.Og/m3（在測(cè)定狀態(tài)下），煙道氣流流量在700mmHg和443K條件下為5663.37m3/min,

水分含量8%（體積）。

試計(jì)算：1）過量空氣百分比；2）SO2的排放濃度（pg/n?）；3）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（latm

和273K）,干煙道體積；4）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下顆粒物的濃度。

解：煙氣中N2的體積分?jǐn)?shù)為1-0.11-0.08-0.02-0.00012=0.7899

1）

0.264。（N）0.264*0.7899

1+a=------------------------------2-------------------=--------------------------------------------------

0.264.（%）-即（。2）-0,5（p（CO）]0.264*0.7899-[0.08-0.5*0.02]

=1.505

所以過剩空氣百分比為50.5%。

2）在題目所給的條件下，氣體摩爾體積為

P1匕72

V2=X9=101325*22.4*443/（273*101325*700/760）=39.46L/moZ

取In?干煙氣進(jìn)行計(jì)算，則SO?為120*10《m3,相應(yīng)的摩爾數(shù)為

120*1O'103L/39.46L/mol=3.04PlOW

所以S02濃度為3.041*10-3*64/（l/0.92）=0.179g/m3

3）標(biāo)況下氣體摩爾體積為22.4L所以對(duì)應(yīng)的干煙道體積流量為

5663.37*22.4/39.46*0.92=2957.7m3/min

4）由PV=m/MRT得p=PM/RT得濃度比等于摩爾體積的倒數(shù)之比

因此標(biāo)況下顆粒物濃度為30.0*39.46/22.4=52.85g/Nm3

2.5燃料油的重量組成為：C86%,H14%o在干空氣下燃燒，煙氣分析結(jié)果（基于干煙氣）

為：021.5%；C0600x106（體積分?jǐn)?shù)）。試計(jì)算燃燒過程的空氣過剩系數(shù)。若實(shí)測(cè)煙塵濃

度為24mg/n?,試問校正至過?？諝庀禂?shù)a=1.8時(shí)煙塵濃度是多少？

解：以1kg油燃燒計(jì)算

重量摩爾數(shù)

C86071.666

H140140

設(shè)生成COxmol,則需OzOSxmol生成CO?71.67-xmol,相應(yīng)的O2為(71.67-x)mol

煙氣中CO的體積分?jǐn)?shù)600*10-6,對(duì)應(yīng)的摩爾數(shù)為x,Ch的體積分?jǐn)?shù)1.5%,因此對(duì)應(yīng)的摩

爾數(shù)為

m=1,5x/600*10-4=25X

所以總需O2量為25x+7L67-0.5x+35=24.5x+106.67

設(shè)空氣中N2和O2的體積比為3.78:1,則N2=3.78(24.5x+106.67)

所以總煙氣量為

3.78(24.5x+106.67)+25x+71.67=x/600*10-6

解得x=0.306

所以COO.306moiCO271.364molO27.65molN2431.55126mol

計(jì)算相應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)CO0.06%CO213.97%1O21.5%N284.47mol

_0.264sCN2)_0.264*0.8447

1+E-0.264(p(/V2)-[^(02)-030(CO)]~0.264*0.8447-[0.015-0.5*0.0006]

=1.07

所以空氣過剩系數(shù)為7%。

因?yàn)榕欧艥舛?空氣過剩系數(shù)=定值

所以1.07*24=1.8*排放濃度排放濃度=14.27mg/n?

2.6某熱電廠擬通過購(gòu)買大片雨林去除空氣中CO2,經(jīng)計(jì)算若購(gòu)買48000hm2的雨林，可在

40年時(shí)間里減少520萬噸的CO2的排放。

1）估算每年每畝的雨林將減少多少噸CO2的排放；

2）假設(shè)綠化工作已完成，那么每畝每年將產(chǎn)出多少噸的木材（干基）？這里假設(shè)木材

中炭的質(zhì)量含量為50%（干基）；

3）假設(shè)每畝地能種植400棵樹，估算每年每棵樹能提供多少噸的木材（干基）？

4）熱電廠發(fā)電量為800MW,如果它1年按照最大負(fù)荷的70%運(yùn)行（相當(dāng)于在最大負(fù)

荷上運(yùn)行1年中70%的工作日），它的熱效率約為35%。如果它們使用含C65.7%的煤作為

燃料，40年中該電廠將排放多少噸CO?。

解：15畝=1hm?（公頃）所以48000hm2=3200畝

1）每年每畝的雨林將減少C02排放量520*104/（40*3200）=40.625t

2）40.625/44*12*2=22.16t

3）22.16/400=0.0554t

4）煤的熱值6110kcal/kg,設(shè)耗煤mkg

lkcal=4186.75Jlw=lJ/s

0.35*6110*4186.75*m=800*106*365*3600*24*0.7解得m=1.98*106t

3

含C65.7%的煤1kg燃燒產(chǎn)生54.75molCO2,則It煤產(chǎn)生CO254.75*10mol即2.4t

因此40年產(chǎn)生CO2量為1.98*106*2.4*40=1.9*1（^

2.7用噴霧干燥塔凈化從焚燒危險(xiǎn)廢物窯爐排出的廢氣中的酸霧，需將該焚燒煙氣的溫度從

1200C降至300℃。通過對(duì)多種冷卻煙氣技術(shù)的比對(duì)，最終獲得了兩種可行的方案：方案1

是安裝一個(gè)廢熱燃燒器；方案2是安裝洗滌塔，采用水進(jìn)行噴淋降溫。試問，基于以下數(shù)據(jù)，

哪個(gè)方案更合理？假設(shè)所有投資中獲得稅前6%的回報(bào)。

1）廢熱燃燒器：安裝費(fèi)用200萬，服務(wù)期10年，運(yùn)行費(fèi)用（含折舊費(fèi)）40萬/年，產(chǎn)

生的蒸汽價(jià)值40萬/年；

2）洗滌塔：安裝費(fèi)用50萬，服務(wù)期5年，運(yùn)行費(fèi)用（含折舊費(fèi)）15萬/年。

注意：若在煙氣中增加額外的水汽時(shí)，會(huì)使噴霧干燥塔的體積增加50%o這樣噴霧干

燥塔的費(fèi)用增加至100萬（服務(wù)期10年）。

解：方案1：

折舊率=2000000/10=200000元/年

方案2：

折舊率=500000/5=100000元/年

以方案1為基本方案

方案1每年能節(jié)省費(fèi)用100000+150000-200000=50000元/年

方案1增量投資為2000000-500000*3=50000元

增量投資帶來的回報(bào)率為=100%,大于公司固有的投資回報(bào)率

所以方案1是可以被接受的，所以方案1為最佳方案。

第三章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)

3.1己知某顆粒粒徑分布數(shù)據(jù)（見下表），1）判斷該顆粒的粒徑分布是否符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布；

2）如果符合，求其兒何標(biāo)準(zhǔn)差、質(zhì)量中位直徑、個(gè)數(shù)中位直徑、算數(shù)平均直徑及表面積一

體積平均直徑；3）已知真密度為l900kg/m3,填充空隙率0.7,試確定其比表面積（分別以

質(zhì)量、凈體積和堆積體積表示）

顆粒粒徑

0?22?44?66-1010?2020?40>40

/gm

濃度0.812.2255676273

解：先計(jì)算篩下質(zhì)量累積頻率

粒徑41m13581530>30

質(zhì)量0.812.2255676273

質(zhì)量累積頻率％0.0003120.0146070.0634280.23840.6836431

Ln(dp)01.0986121.6094382.0794422.708053.401197

橫坐標(biāo)-3.71947-2.18058-1.52662-0.711460.4779112.326348

1）在對(duì)數(shù)概率坐標(biāo)軸上作出無無量累積頻反爸分布曲線，判斷為一是［線，符合對(duì)「數(shù)正態(tài)分布

50.011

y=0.503x+2.3417

R2=0.981乙/^

20.011J

10.011J

6.011/

4.01/

▲

2.01

?▲▼▲▼▲?▲

1.05.010.020.050.099.0

質(zhì)量累積頻率分布曲線

y=0.503x+2.3417

2他0即為質(zhì)量累積頻率為50%,橫坐標(biāo)值為0,所以y=2.3417,Lnd5o=2.3417,d50=10.40nm

d84.i即為質(zhì)量累積頻率為84.1%,橫坐標(biāo)值為0.99858,所以y=2.84398,LndMi=2.84398,

dso=l7.18pm

d|5.9即為質(zhì)量累積頻率為15.9%,橫坐標(biāo)值為-0.99858,所以y=1.839414,Lnds4,i=1.839414,

d5o=6.29pm

幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差%=件=警=1.65

“d50d15.9

個(gè)數(shù)中位直徑LnMMD二LnNMD+31n%gNMD=4.90pm

算數(shù)平均直徑LIKIL=LnNMD+0.5Ln%gdL=5.55pm

表面積.體積平均直徑Lndsv=LnNMD+2.5Ln2Ggdsv=9.17gm

3)按質(zhì)量表示

66?

5-=奇=9.17*10-4*1900*10-3=3.4*1°cm7/g

按凈體積表示

66Q3zr7Q3

Sv=-T—=—————r=6.5*10cm/cm

dsv9.17*10-4/

按堆體積表示

223

Sb=Sv(l—E)=1.95*10cm/cm

3.2某旋風(fēng)除塵器的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試:除塵器進(jìn)口的氣體流量為10000Nm3/h,含塵濃度為4.2g/Nm\

除塵器出口的氣體流量為12000Nn?/h,含塵濃度為340mg/Nm3。已知旋風(fēng)除塵器進(jìn)口面積

為0.240?,除塵器阻力系數(shù)為9.8,進(jìn)口氣流溫度為423K,氣體靜壓為-490Pa,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)。

3

解：處理氣體流量QN=0.5(Qin+QoUl)=11000Nm/h

漏風(fēng)率g=|Qin-Qout|/Qin=20%

考慮漏風(fēng)時(shí)，除塵效率

PoutQout

X]=1—=90.3%

PinQin

不考慮從漏風(fēng)時(shí)，除塵效率

n=l--=91.9%

Pin

壓力損失計(jì)算公式為曲=432)/2,其中自=9.8

m_PM(l.OlxlQ-5-490)x29

由PV=nRT得p=0.832g/L

V~~RT8.31x423

由題意273K時(shí)，進(jìn)口氣體流量為10000Nn?/h,現(xiàn)要求當(dāng)溫度為423K時(shí)的進(jìn)口氣體流量

由理想氣體狀態(tài)方程得體積比等于溫度比，因此流量比也等于溫度比

Q=10000*423/273=15494.505m3/h

所以v=Q/0.24=17.9m/s

所以AP=&(pv2)/2=9.8*0.832*17.9*17.9/2=1311Pa

3.3兩級(jí)除塵系統(tǒng)，已知系統(tǒng)的流量為2.22m3/s,工藝設(shè)備產(chǎn)生顆粒量為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、顆粒排放濃度和排放量。

解：總除塵效率為n=l-(l-ni)(1-112)=1-(1-0.8)(1-0.95)=99%

粉塵進(jìn)口濃度Cin=Q/q=22.2/2.22=10g/m3

粉塵排放濃度C°u,=10(1-0.99)=0.1g/m3

排放量Qout=0.1*2.22=0.222g/s

3.4某旋風(fēng)除塵器進(jìn)口粉塵粒徑分布和效率分布、全效率如下表，部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，問除塵器

捕集平均粒徑15mm粉塵的分級(jí)效率？

粒徑間隔（mm）0?55-1010?2020-3030?40>40

質(zhì)量分布％101520-2013

分級(jí)效率％6080-9598100

全效率89.5

解：先求20-30mm的質(zhì)量分布百分比1-0.1-0.15-0.2-0.2-0.13=0.22

由分級(jí)效率求總效率0.1*0.6+0.15*0.8+0.2*x+0.22*0.95+0.2*0.98+0.12*1=0.895

解得x=95%

3.5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0.4、40、4000/m,空氣溫度為387.5K,

壓力為101325Pa,飛灰真密度為2310kg/m\

解：空氣溫度為387.5K時(shí)，p=0.912kg/m\n=2.3*105Pas

當(dāng)dp=0.4pin,假設(shè)運(yùn)動(dòng)處于Stokes區(qū)

首先進(jìn)行坎寧漢修正

8RT

71M

2.3*10-5

=9.40*10-8m

0.499p『-0.499*0.912*532.2

222*9.50*KT2

=0.475

C=1+Kn1.257+0.4exp

所以

的ppg(0.4*10-6)2*2310*9.8

*1.61=1.41*10-5m/s

18*2.3*10-5

驗(yàn)證Rep

dppus_0.4*10-6*0.912*1.41*10-5

遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1

2.3*10-5

所以原假設(shè)成立

當(dāng)dp=4000Mm,假設(shè)運(yùn)動(dòng)處于牛頓區(qū)

us=1.74g=17.34m/s

驗(yàn)證Rep

dpu_4000*10-6*0.912*17.34

ps=2750>500

H2.3*10-5

所以原假設(shè)成立

2

<1'n

=---------g=O.O88〃z/s

當(dāng)dp=0.4pm時(shí)，忽略坎寧漢修正，18/z。經(jīng)驗(yàn)證Rep<l,符合

Stokes公式。

考慮到顆粒在下降過程中速度在很短時(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=0.4gmh=1.41xl0-5x30=4.23xl0-4m；

dpMOpmh=0.088x30=2.64m；

dp=4000gmh=17.35x30=520.5m,

3.6經(jīng)測(cè)定某城市大氣中飄塵的質(zhì)量粒徑分布遵從對(duì)數(shù)正態(tài)分布規(guī)律，其中，中位徑

d5o=5.7nm,篩上累積分布R=15.87%時(shí)粒徑為9.0RTI,試確定以個(gè)數(shù)表示時(shí)對(duì)數(shù)正態(tài)分布函

數(shù)的特征數(shù)和算術(shù)平均粒徑。

解：對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)的特征值是中位徑d50和幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差6。

根據(jù)對(duì)數(shù)正態(tài)分布，以個(gè)數(shù)和質(zhì)量表示的幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差o相等

o=d84,i3%/d50%=9.0/5.7=1.57篩上累積分布15.87%對(duì)應(yīng)與篩下累積分布84.13%

以個(gè)數(shù)表示的中位徑NMD和以質(zhì)量表示的中位徑MMD之間的關(guān)系是

LnMMD=LnNMD+3Ln2GNMD=MMD/exp(3Ln2o)=3.04nm

算術(shù)平均粒徑LndL=LnNMD+0.5Ln2odL=3.375jim

3.7采用二級(jí)除塵的形式進(jìn)行含塵廢氣的處理。系統(tǒng)初始風(fēng)量Q=120000Nm'/h,正壓操作。

除塵系統(tǒng)安裝完畢，運(yùn)行約一個(gè)月后，測(cè)得一級(jí)除塵器漏風(fēng)率為5%,二級(jí)除塵器為8%。

系統(tǒng)進(jìn)口顆粒濃度、布袋除塵器進(jìn)口顆粒濃度和系統(tǒng)出口顆粒濃度分別為20000.6000和

400mg/Nm\并測(cè)得系統(tǒng)各處顆粒質(zhì)量粒徑分布如下表所示。

粒徑(pm)0-22-55-1()10-2()20-5()>5()

粒一級(jí)除塵器進(jìn)口d<pi(%)101520301510

徑

二級(jí)除塵器進(jìn)口d(p2(%)304020820

二級(jí)除塵器出口ds(%)274023730

請(qǐng)問：1)若風(fēng)管漏風(fēng)量忽略不計(jì)，計(jì)算系統(tǒng)總除塵效率。2)計(jì)算一級(jí)除塵和二級(jí)除塵

分別對(duì)粒徑為2-5Mm顆粒的分級(jí)效率及總效率。

解：1)正壓操作，即系統(tǒng)內(nèi)壓力比外界壓力大，所以進(jìn)口風(fēng)量比出口風(fēng)量大，因此漏風(fēng)率

為正值

3

出口風(fēng)量Q2=120000*(1-5%)*(l-8%)=10488m/h處理氣量=(120000+104880)/2=112440

m3/h

所以系統(tǒng)總除塵效率為=(120000*20000-104880*400)/120000*20000=98.25%

2)一級(jí)除塵進(jìn)口粒徑為2-5用11粉塵質(zhì)量為0.15*20000*120000=3.6*10國(guó)小

二級(jí)除塵進(jìn)口粒徑為2-5gm粉塵質(zhì)量0.4*6000*120000*0.95=2.736*l()8g/h

二級(jí)出口粒徑為2-5|im粉塵質(zhì)量

0.4*400*120000*0.95*0.92=1.67808*107g/h

一級(jí)除塵分級(jí)效率=24%

二級(jí)除塵分級(jí)除塵效率=93.87%

總效率=95.33%

3.8粉塵由粒徑5和10pm的粒子等質(zhì)量組成。除塵器A的處理氣量為3Q,對(duì)應(yīng)的分級(jí)效率

分別為70%和80%；除塵器B的處理氣量為Q,其分級(jí)效率分別為68%和85%。試求：1)

并聯(lián)處理氣量為4Q時(shí)的總除塵效率；2)總處理氣量為3Q,除塵器A在前、3臺(tái)B并聯(lián)在

后的串聯(lián)的總效率。

解：除塵器A的總效率為0.5*(0.7+0.8)=0.75

除塵器B的總效率為0.5*(0.68+0.85)=0.765

(1)兩除塵器并聯(lián)，總除塵效率為(0.75*3+0.765)/4=0.75375

(2)兩除塵器串聯(lián)，總除塵效率為1-(1-0.75)(1-0.765)=0.94125

第四章機(jī)械力除塵器

4.1氣溶膠含有粒徑為0.63和0.83pm的粒子（質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等），以3.6IL/min的流量通過多

層沉降室。給出下列數(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。L=50cm,

p=1.05g/cm3,W=20cm,h=O.I29cm,g=0.000182g/(cms),n=19層。假設(shè)空氣溫度為298K。

解：空氣溫度298K時(shí),p.=1.82*10-5Pas,p=1.185kg/m3

當(dāng)dp=0.63pm時(shí)，先進(jìn)行坎寧漢修正

_|8*8.314*298

，=柄=13.14*28.97W=466.6m/s

〃1.83*10-5

入=---------------二------------------------------------------=6.6*

0.499pV0.499*1.185*466.6

2Z2*6.6*10-8

0.63*10-6=°21

/1.10\1

C=1+Kn1.257+0.4exp(———Jj=1.264

根據(jù)題意，粒子運(yùn)動(dòng)處于Stokes區(qū)域

畤Pp9八_(0.63*10-6)2*1.05*103*9.8

-5

184'一18*1.82*10-5*1.264=1.58*10m/s

所以

usLW(n+1)1.58*10-5*05*0.2*20

40.63=52.5%

Q3.61*10-3/60

用同樣方法計(jì)算可得0.83/!粒子的分級(jí)效率為0.864

總效率7=0.5（0.525+0.864）=0.695

4.2某種顆粒真密度為2700kg/n?,氣體介質(zhì)（近于空氣）溫度為433K,壓力為101325Pa,

試計(jì)算粒徑為10和500Hm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)半徑分別為200mm和20mm,該處的氣流切向速度為16m/s?

解：433k時(shí)，P=101325Pa,空氣p=0.815kg/m3,n=2.5*10-5Pa

當(dāng)dp=10pm時(shí),假設(shè)粉塵顆粒處于Stokes區(qū)域

_d^p立_(10*10-6)2*2700162

p0.768m/s

18〃R18*2.5*10-5o.2

驗(yàn)證雷諾數(shù)

dpu_10*10-6*O.815*0.768

ps=0.25<1

42.5*10-5

所以假設(shè)成立

當(dāng)dp=500Mm時(shí)，假設(shè)粉塵顆粒處于牛頓區(qū)域

0.55npdpVz=m—

其中

4d31.

m=Ppv=-7T(y)pp=-nd^pp

所以

1dPpP2_1(500*10-6)*2700

U*162=80.2m/s

s6*0.55Rpt~3J0.02*0.815

驗(yàn)證雷諾數(shù)

dppus_500*10-6*0.815*80.2

Rep==1307.2>500

H2.5*10-5

所以假設(shè)成立

4.3已知?dú)怏w粘度為2xl(y5pa.s,顆粒比重為2.9,旋風(fēng)除塵器氣體入口速度為15m/s,氣體

在旋風(fēng)除塵器內(nèi)的有效旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為5次；旋風(fēng)除塵器直徑為3m,入口寬度76cm。試確定旋

風(fēng)除塵器的分割直徑和總效率，給定顆粒的粒徑分如下:

平均粒徑范圍/pm0~11?55-1010?2020?3030-4040?5050?60>60

質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/%32015201610637

解：解：旋風(fēng)分離器效率計(jì)算公式為

nNvD2p

n=1-eXp[--9ci^p]

35

由題意n=50%,vc=15m/s,pp=2.9*10kg/m3,Wi=0.76m,g=2xl0Pa-s,N=5

所以D=d5o=l1.78|im

接著計(jì)算分級(jí)除塵效率

利用

2

(dPi/d50)

■-1+-0)2

計(jì)算各粒徑粉塵分級(jí)效率,由此得總效率

〃==553%

粒徑/pm分級(jí)除塵效率/%質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/%ni&

0.50.00179835.39497E-05

30.060906200.012181224

7.50.288434150.043265148

150.618525200.123705083

250.818311160.130929743

350.898246100.089824636

450.93586760.056152035

550.95613830.028684148

600.96288470.067401875

總效率55.3%

4.4某旋風(fēng)除塵器筒體直徑0.5m,處理含有塵氣流，顆粒密度1200kg/m3,氣體密度0.9kg/m3,

氣流運(yùn)動(dòng)粘度n=1.6xl0'5kg/（m-s）,進(jìn)口氣流速度25m/s,顆粒物分析試驗(yàn)如下表所示。估

算：1）除塵效率；2）假設(shè)進(jìn)口氣流速度降低至15m/s,除塵效率為多少；3）將顆粒物密

度為lOOOkg/n?,除塵效率又為多少。

粒徑范圍，pm顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%

0-43.0

4~1010.0

10-2030.0

20-4040.0

40?8015.0

>802.0

解：1）由公式求分割直徑4,”=（要也產(chǎn)

2力V3/,

其中Wi=0.25D=0.125mN=—\_HX+*]=念[2.0D+1.0D]=6

所以dpc=[—--=4.077x10-6m=4.1pm

pcL2X3.14X6X25X(1200-0.9)JR

利用分割直徑求效率/=]

j粒徑范圍，dj,pmdj/dcutHjmjUjmj

pm

120.4919.2

0?43.00.576

271.7174.5

4?1010.07.45

3153.6693.0

10?2030.027.9

4307.3298.2

20-4040.039.28

56014.6399.5

40?8015.014.925

68019.5199.7

>802.01.994

92.13

2)由關(guān)系式Pti/Pt2=(Q2/Q】)05得0.0783/Pt2=(15/25尸Pt2=10.1%所以除塵效率為89.9%

3)由關(guān)系式Pti/Pt2=(p2/pi)°s得0.0783/Pt2=[(100009)/(1200-0.9)產(chǎn)Pt2=8.58%所以除塵

效率91.42%

4.5上述旋風(fēng)除塵器的進(jìn)氣口高度0.25m、寬度0.125m,筒體和錐體高度均為1.0m,試計(jì)算

壓力損失。

5

取K=30De=0.5D=0.25mH=0.25mH2=HI=1.0D0=0.5

代入片30*(0.125*0.25)/(0.252)(0.5/2)°-5=7.5

「匕2

bp=q-y-=7.5*0.9*(25)2/2=2109.375Pa

4.6欲設(shè)計(jì)一個(gè)用于取樣的旋風(fēng)分離器，希望在入口氣速為20m/s時(shí)，其空氣動(dòng)力學(xué)分割直

徑為Ipm。1）估算該旋風(fēng)分離器的筒體外徑；2）估算通過該旋風(fēng)分離器的氣體流量。

解：旋風(fēng)除塵器效率計(jì)算公式為

2

nNvcDpp

由該公式可知D2Pp=常數(shù)因此D2Pp=（10*2*1000空氣動(dòng)力學(xué)分割直徑顆粒物密度為

lOOOkg/m3

由題意當(dāng)r）=50%,vc=20m/s,取|i=1.82*10"Pas,N=10,代入

_n*10*20*(IO-6)2*1000

50%=1—exp[----

9監(jiān)*1.82*10-5

所以Wi=5.5mm

根據(jù)旋風(fēng)除塵器的一般尺寸要求，D0=4Wi=2.2cm,H=2Wi=1.1cm

3

所以Q=Av=HWvc=1.21*10m/s

4.7假設(shè)一旋風(fēng)除塵器的效率為78.5%,試估計(jì)下列情況中的除塵效率：1）氣體密度從1.2

下降到l.Okg/n?；2）氣體流量增加33%；3）進(jìn)氣負(fù)荷增加1倍。

解：旋風(fēng)除塵器的凈化效率公式為

2

nNvcDpp

…一exp7H

即皿―嚙乎

1）除塵效率與氣體密度無關(guān)，所以『78.5%

2）氣體流量增加33%,即Q=1.33Qo,所以

Ln（l-Tjo）=%="=_J_

Ln（l-〃）vcQ1.33

所以『87.1%

3）進(jìn)氣負(fù)荷增加一倍,即（vcPp）=2（VcoPp）

Ml（l-7/o）_%Opp_1

---------—

Ln（l-r））vcpp2

所以TI=95.3%

4.8擬用沉降室凈化常溫下空氣流中的石灰石粒子，相對(duì)密度為2.67,濃度為600g/m\空

氣流量為15000m3/h,石灰石粒子尺寸分布如下：

粒徑d/pm0-55-2020-5050-100100-500>500

分布率/%2617283611