大氣污染控制工程課后題答案

/1.1干結空氣中N2、O2、Ar和CO2氣體所占的質量百分數(shù)是多少？解：按1mol干空氣計算，空氣中各組分摩爾比即體積比，故nN2=0.781mol，nO2=0.209mol，nAr=0.00934mol，nCO2=0.00033mol。質量百分數(shù)為，；，。1.2根據(jù)我國的《環(huán)境空氣質量標準》的二級標準，求出SO2、NO2、CO三種污染物日平均濃度限值的體積分數(shù)。解：由我國《環(huán)境空氣質量標準》二級標準查得三種污染物日平均濃度限值如下：SO2：0.15mg/m3，NO2：0.12mg/m3，CO：4.00mg/m3。按標準狀態(tài)下1m3干空氣計算，其摩爾數(shù)為。故三種污染物體積百分數(shù)分別為：SO2：，NO2：CO：。1.3CCl4氣體與空氣混合成體積分數(shù)為1.50×10－4的混合氣體，在管道中流動的流量為10m3N、/s，試確定：1）CCl4在混合氣體中的質量濃度（g/m3N）和摩爾濃度c（mol/m3N）；2）每天流經(jīng)管道的CCl4質量是多少千克？解：1）（g/m3N）c（mol/m3N）。2）每天流經(jīng)管道的CCl4質量為1.031×10×3600×24×10－3kg=1.4成人每次吸入的空氣量平均為500cm3，假若每分鐘呼吸15次，空氣中顆粒物的濃度為200/m3，試計算每小時沉積于肺泡內的顆粒物質量。已知該顆粒物在肺泡中的沉降系數(shù)為0.12。解：每小時沉積量200×（500×15×60×10－6）×0.12=10.81.5設人體肺中的氣體含CO為2.2×10－4，平均含氧量為19.5%。如果這種濃度保持不變，求COHb濃度最終將達到飽和水平的百分率。解：由《大氣污染控制工程》P14（1－1），取M=210，COHb飽和度1.6設人體內有4800mL血液，每100mL血液中含20mL氧。從事重體力勞動的人的呼吸量為4.2L/min，受污染空氣中所含CO的濃度為10－4。如果血液中CO水平最初為：1）0%；2）2%，計算血液達到7%的CO飽和度需要多少分鐘。設吸入肺中的CO全被血液吸收。解：含氧總量為。不同CO百分含量對應CO的量為：2%：，7%：1）最初CO水平為0%時；2）最初CO水平為2%時1.7粉塵密度1400kg/m3，平均粒徑1.4，在大氣中的濃度為0.2mg/m3，對光的折射率為2.2，計算大氣的最大能見度。解：由《大氣污染控制工程》P18（1－2），最大能見度為。2.1已知重油元素分析結果如下：C：85.5%H：11.3%O：2.0%N：0.2%S：1.0%，試計算：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SO2的濃度和CO2的最大濃度；3）當空氣的過剩量為10%時，所需的空氣量與產(chǎn)生的煙氣量。解：1kg燃油含：重量（g）摩爾數(shù)（g）需氧數(shù)（g）C855 71.2571.25H 113－2.555.2527.625S100.31250.3125H2O22.51.250N元素忽略。1）理論需氧量71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg設干空氣O2：N2體積比為1：3.78，則理論空氣量99.1875×4.78=474.12mol/kg重油。即474.12×22.4/1000=10.62m3N/kg重油。煙氣組成為CO271.25mol，H2O55.25+11.25=56.50mol，SO20.1325mol，N23.78×99.1875=374.93mol。理論煙氣量71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.99×22.4/1000=11.27m3N2）干煙氣量為502.99－56.50=446.49mol/kg重油。SO2百分比濃度為，空氣燃燒時CO2存在最大濃度。3）過?？諝鉃?0%時，所需空氣量為1.1×10.62=11.68m3N產(chǎn)生煙氣量為11.267+0.1×10.62=12.33m3N2.2普通煤的元素分析如下：C65.7%；灰分18.1%；S1.7%；H3.2%；水分9.0%；O2.3%。（含N量不計）1）計算燃煤1kg所需要的理論空氣量和SO2在煙氣中的濃度（以體積分數(shù)計）；2）假定煙塵的排放因子為80%，計算煙氣中灰分的濃度（以mg/m3表示）；3）假定用硫化床燃燒技術加石灰石脫硫。石灰石中含Ca35%。當Ca/S為1.7（摩爾比）時，計算燃煤1t需加石灰石的量。解：相對于碳元素作如下計算：%（質量）mol/100g煤mol/mol碳C65.7 5.4751H3.23.20.584S1.70.0530.010O2.30.0720.013灰分18.13.306g/mol碳水分9.01.644g/mol碳故煤的組成為CH0.584S0.010O0.013，燃料的摩爾質量（包括灰分和水分）為。燃燒方程式為n=1+0.584/4+0.010－0.013/2=1.14951）理論空氣量；SO2在濕煙氣中的濃度為2）產(chǎn)生灰分的量為煙氣量（1+0.292+0.010+3.78×1.1495+1.644/18）×1000/18.26×22.4×10－3=6.826m3灰分濃度為mg/m3=2.12×104mg/m33）需石灰石/t煤2.3煤的元素分析結果如下S0.6%；H3.7%；C79.5%；N0.9%；O4.7%；灰分10.6%。在空氣過剩20%條件下完全燃燒。計算煙氣中SO2的濃度。解：按燃燒1kg煤計算重量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧數(shù)（mol）C79566.25 66.25H31.12515.56257.78S60.18750.1875H2O52.8752.940設干空氣中N2：O2體積比為3.78：1，所需理論空氣量為4.78×（66.25+7.78+0.1875）=354.76mol/kg煤。理論煙氣量CO266.25mol，SO20.1875mol，H2O15.5625+2.94=18.50molN2總計66.25+`8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤實際煙氣量365.48+0.2×354.76=436.43mol/kg煤，SO2濃度為。2.4某鍋爐燃用煤氣的成分如下：H2S0.2%；CO25%；O20.2%；CO28.5%；H213.0%；CH40.7%；N252.4%；空氣含濕量為12g/m3N，，試求實際需要的空氣量和燃燒時產(chǎn)生的實際煙氣量。解：取1mol煤氣計算H2S0.002mol耗氧量0.003molCO20.05mol0CO0.285mol0.143molH2（0.13-0.004）mol0.063molCH40.007mol0.014mol共需O20.003+0.143+0.063+0.014=0.223mol。設干空氣中N2：O2體積比為3.78：1，則理論干空氣量為0.223×（3.78+1）=1.066mol。取，則實際干空氣1.2×1.066mol=1.279mol?？諝夂瑵窳繛?2g/m3N，即含H2O0.67mol/m3N，14.94L/m3N。故H2O體積分數(shù)為1.493%。故實際空氣量為。煙氣量SO2：0.002mol，CO2：0.285+0.007+0.05=0.342mol，N2：0.223×3.78+0.524=1.367mol，H2O0.002+0.126+0.014+1.298×1.493%+0.004=0.201mol故實際煙氣量0.002+0.342+1.367+0.201+0.2×1.066=2.125mol2.5干煙道氣的組成為：CO211%（體積），O28%，CO2%，SO2120×10－6（體積分數(shù)），顆粒物30.0g/m3（在測定狀態(tài)下），煙道氣流流量在700mmHg和443K條件下為5663.37m3試計算：1）過量空氣百分比；2）SO2的排放濃度（）；3）在標準狀態(tài)下（1atm和273K），干煙道體積；4）在標準狀態(tài)下顆粒物的濃度。解：1）N2%=1－11%－8%－2%－0.012%=78.99%由《大氣污染控制工程》P46（2－11）空氣過剩2）在測定狀態(tài)下，氣體的摩爾體積為；取1m3煙氣進行計算，則SO2120×10－6m。3）。4）。2.6煤炭的元素分析按重量百分比表示，結果如下：氫50%；碳75.8%；氮1.5%；硫1.6%；氧7.4%；灰8.7%，燃燒條件為空氣過量20%，空氣的濕度為0.0116molH2O/mol干空氣，并假定完全燃燒，試計算煙氣的組成。解：按1kg煤進行計算重量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧數(shù)（mol）C75863.17 63.17H40.7520.37510.19S160.50.5H2O83.254.6250需氧63.17+10.19+0.5=73.86mol設干空氣中N2：O2體積比為3.78：1，則干空氣量為73.86×4.78×1.2=423.66mol，含水423.66×0.0116=4.91mol。煙氣中：CO263.17mol；SO20.5mol；H2O4.91+4.625+20.375=29.91mol；N2：73.86×3.78=279.19mol；過剩干空氣0.2×73.86×4.78=70.61mol。實際煙氣量為63.17+0.5+29.91+279.19+70.61=443.38mol其中CO2；SO2；H2O；N2。O2。2.7運用教材圖2－7和上題的計算結果，估算煤煙氣的酸露點。解：SO2含量為0.11%，估計約1/60的SO2轉化為SO3，則SO3含量，即PH2SO4=1.83×10－5，lgPH2SO4=-4.737。查圖2－7得煤煙氣酸露點約為134攝氏度。2.8燃料油的重量組成為：C86%，H14%。在干空氣下燃燒，煙氣分析結果（基于干煙氣）為：O21.5%；CO600×10－6（體積分數(shù)）。試計算燃燒過程的空氣過剩系數(shù)。解：以1kg油燃燒計算，C860g71.67mol；H140g70mol，耗氧35mol。設生成COxmol，耗氧0.5xmol，則生成CO2（71.67－x）mol，耗氧（71.67－x）mol。煙氣中O2量?？傃趿?，干空氣中N2：O2體積比為3.78：1，則含N23.78×（106.67+24.5x）。根據(jù)干煙氣量可列出如下方程：，解得x=0.306故CO2%：；N2%：由《大氣污染控制工程》P46（2－11）空氣過剩系數(shù)3.1一登山運動員在山腳處測得氣壓為1000hPa，登山到達某高度后又測得氣壓為500hPa，試問登山運動員從山腳向上爬了多少米？解：由氣體靜力學方程式，大氣中氣壓隨高度的變化可用下式描述：（1）將空氣視為理想氣體，即有可寫為（2）將（2）式帶入（1），并整理，得到以下方程：假定在一定范圍內溫度T的變化很小，可以忽略。對上式進行積分得：即（3）假設山腳下的氣溫為10。C，帶入（3）式得：得即登山運動員從山腳向上爬了約5.7km。3.2在鐵塔上觀測的氣溫資料如下表所示，試計算各層大氣的氣溫直減率：，，，，，并判斷各層大氣穩(wěn)定度。高度Z/m1.5103050氣溫T/K298297.8297.5297.3解：，不穩(wěn)定，不穩(wěn)定，不穩(wěn)定，不穩(wěn)定，不穩(wěn)定。3.3在氣壓為400hPa處，氣塊溫度為230K。若氣塊絕熱下降到氣壓為600hPa處，氣塊溫度變?yōu)槎嗌?？解：?.4試用下列實測數(shù)據(jù)計算這一層大氣的冪指數(shù)m值。高度Z/m1020304050風速u/m.s－13.03.53.94.24.5解：由《大氣污染控制工程》P80（3－23），，取對數(shù)得設，，由實測數(shù)據(jù)得x0.3010.4770.6020.699y0.06690.11390.14610.1761由excel進行直線擬合，取截距為0，直線方程為：y=0.2442x故m＝0.2442。3.5某市郊區(qū)地面10m高處的風速為2m/s，估算50m、100m、200m、300m、400m高度處在穩(wěn)定度為B、D、F時的風速，并以高度為縱坐標，風速為橫坐標作出風速廓線圖。解：，，。穩(wěn)定度D，m=0.15，，。穩(wěn)定度F，m=0.25，，風速廓線圖略。3.6一個在30m高度釋放的探空氣球，釋放時記錄的溫度為11.0。C，氣壓為1023hPa。釋放后陸續(xù)發(fā)回相應的氣溫和氣壓記錄如下表所給。1）估算每一組數(shù)據(jù)發(fā)出的高度；2）以高度為縱坐標，以氣溫為橫坐標，作出氣溫廓線圖；3）判斷各層大氣的穩(wěn)定情況。測定位置2345678910氣溫/。C9.812.014.015.013.013.012.61.60.8氣壓/hPa10121000988969909878850725700解：1）根據(jù)《AirPollutionControlEngineering》可得高度與壓強的關系為將g=9.81m/s2、M=0.029kg、R=8.31J/(mol.K)代入上式得。當t=11.0。C，氣壓為1023hPa；當t=9.8。C，氣壓為1012hPa，故P=（1023+1012）/2=1018Pa，T=（11.0+9.8）/2=10.4。C=283.4K，dP=1012-1023=－11Pa。因此，z=119m。同理可計算其他測定位置高度，結果列表如下：測定位置2345678910氣溫/。C9.812.014.015.013.013.012.61.60.8氣壓/hPa10121000988969909878850725700高度差/m89991011635362902711299281高度/m119218319482101813071578287731582）圖略3），不穩(wěn)定；，逆溫；，逆溫；，逆溫；，穩(wěn)定；，穩(wěn)定；，穩(wěn)定；，穩(wěn)定。3.7用測得的地面氣溫和一定高度的氣溫數(shù)據(jù)，按平均溫度梯度對大氣穩(wěn)定度進行分類。測定編號123456地面溫度/。C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相應溫度/。C26.715.68.95.020.028.0解：，故，逆溫；，故，穩(wěn)定；，故，不穩(wěn)定；，故，不穩(wěn)定；，故，不穩(wěn)定；，故逆溫。3.8確定題3.7中所給的每種條件下的位溫梯度。解：以第一組數(shù)據(jù)為例進行計算：假設地面大氣壓強為1013hPa，則由習題3.1推導得到的公式，代入已知數(shù)據(jù)（溫度T取兩高度處的平均值）即，由此解得P2=961hPa。由《大氣污染控制工程》P72（3－15）可分別計算地面處位溫和給定高度處位溫：，，故位溫梯度=同理可計算得到其他數(shù)據(jù)的位溫梯度，結果列表如下：測定編號123456地面溫度/。C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相應溫度/。C26.715.68.95.020.028.0位溫梯度/K/100m2.220.27－0.17－0.02－1.021.423.9假如題3.7中各種高度處的氣壓相應為970、925、935、820、950、930hPa，確定地面上的位溫。解：以第一組數(shù)據(jù)為例進行計算，由習題3.1推導得到的公式，設地面壓強為P1，代入數(shù)據(jù)得到：，解得P1=1023hPa。因此同理可計算得到其他數(shù)據(jù)的地面位溫，結果列表如下：測定編號123456地面溫度/。C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相應溫度/。C26.715.68.95.020.028.0地面壓強/hPa102310121002104010061007地面位溫/。C292.2293.1288.4294.7302.5297.44.1污染源的東側為峭壁，其高度比污染源高得多。設有效源高為H，污染源到峭壁的距離為L，峭壁對煙流擴散起全反射作用。試推導吹南風時高架連續(xù)點源的擴散模式。當吹北風時，這一模式又變成何種形式？解：吹南風時以風向為x軸，y軸指向峭壁，原點為點源在地面上的投影。若不存在峭壁，則有現(xiàn)存在峭壁，可考慮為實源與虛源在所關心點貢獻之和。實源虛源因此+=刮北風時，坐標系建立不變，則結果仍為上式。4.2某發(fā)電廠煙囪高度120m，內徑5m，排放速度13.5m/s，煙氣溫度為418K。大氣溫度288K，大氣為中性層結，源高處的平均風速為4m/s。試用霍蘭德、布里格斯（x<=10Hs）、國家標準GB/T13201－91中的公式計算煙氣抬升高度。解：霍蘭德公式。布里格斯公式且x<=10Hs。此時。按國家標準GB/T13201－91中公式計算，因QH>=2100kW，Ts－Ta>=130K>35K。（發(fā)電廠位于城市近郊，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3）4.3某污染源排出SO2量為80g/s，有效源高為60m，煙囪出口處平均風速為6m/s。在當時的氣象條件下，正下風方向500m處的，試求正下風方向500m處SO2的地面濃度。解：由《大氣污染控制工程》P88（4－9）得4.4解：陰天穩(wěn)定度等級為D級，利用《大氣污染控制工程》P95表4－4查得x=500m時。將數(shù)據(jù)代入式4－8得。4.4在題4.3所給的條件下，當時的天氣是陰天，試計算下風向x=500m、y=50m處SO2的地面濃度和地面最大濃度。解：陰天穩(wěn)定度等級為D級，利用《大氣污染控制工程》P95表4－4查得x=500m時。將數(shù)據(jù)代入式4－8得。4.5某一工業(yè)鍋爐煙囪高30m，直徑0.6m，煙氣出口速度為20m/s，煙氣溫度為405K，大氣溫度為293K，煙囪出口處風速4m/s，SO2排放量為10mg/s。試計算中性大氣條件下SO2的地面最大濃度和出現(xiàn)的位置。解：由霍蘭德公式求得，煙囪有效高度為。由《大氣污染控制工程》P89（4－10）、（4－11）時，。取穩(wěn)定度為D級，由表4－4查得與之相應的x=745.6m。此時。代入上式。4.6地面源正下風方向一點上，測得3分鐘平均濃度為3.4×10－3g/m3，試估計解：由《大氣污染控制工程》P98（4－31）（當，q=0.3）4.7一條燃燒著的農(nóng)業(yè)荒地可看作有限長線源，其長為150m，據(jù)估計有機物的總排放量為90g/s。當時風速為3m/s，風向垂直于該線源。試確定線源中心的下風距離400m處，風吹3到15分鐘時有機物的濃度。假設當時是晴朗的秋天下午4：00。試問正對該線源的一個端點的下風濃度是多少？解：有限長線源。首先判斷大氣穩(wěn)定度，確定擴散參數(shù)。中緯度地區(qū)晴朗秋天下午4：00，太陽高度角30～35。左右，屬于弱太陽輻射；查表4-3，當風速等于3m/s時，穩(wěn)定度等級為C，則400m處。其次判斷3分鐘時污染物是否到達受體點。因為測量時間小于0.5h，所以不必考慮采樣時間對擴散參數(shù)的影響。3分鐘時，污染物到達的距離，說明已經(jīng)到達受體點。有限長線源距離線源下風向4m處，P1=－75/43.3=－1.732，P2=75/43.3=1.732；。代入上式得。端點下風向P1=0，P2=150/43.3=3.46，代入上式得4.8某市在環(huán)境質量評價中，劃分面源單元為1000m×1000m，其中一個單元的SO2排放量為10g/s，當時的風速為3m/s，風向為南風。平均有效源高為15m。試用虛擬點源的面源擴散模式計算這一單元北面的鄰近單元中心處SO2的地面濃度。解：設大氣穩(wěn)定度為C級，。當x=1.0km，。由《大氣污染控制工程》P106（4－49）4.9某燒結廠燒結機的SO2的排放量為180g/s，在冬季下午出現(xiàn)下沉逆溫，逆溫層底高度為360m，地面平均風速為3m/s，混和層內的平均風速為3.5m/s。煙囪有效高度為200m。試計算正下風方向2km和6km處SO2的地面濃度。解：設大氣穩(wěn)定度為C級。當x=2km時，xD<x<2xD，按x=xD和x=2xD時濃度值內插計算。x=xD時，，代入《大氣污染控制工程》P88（4－9）得x=2xD時，，代入P101（4－36）得；通過內插求解當x=6km>2xD時，，計算結果表明，在xD<=x<=2xD范圍內，濃度隨距離增大而升高。4.10某硫酸廠尾氣煙囪高50m，SO2排放量為100g/s。夜間和上午地面風速為3m/s，夜間云量為3/10。當煙流全部發(fā)生熏煙現(xiàn)象時，確定下風方向12km處SO2的地面濃度。由所給氣象條件應取穩(wěn)定度為E級。查表4－4得x=12km處，。，。4.11某污染源SO2排放量為80g/s，煙氣流量為265m3/s，煙氣溫度為418K，大氣溫度為293K。這一地區(qū)的SO2本底濃度為0.05mg/m3，設，，m=0.25，試按《環(huán)境空氣質量標準》的二級標準來設計煙囪的高度和出口直徑。解：按《大氣污染控制工程》P91（4－23）由P80（3－23）按城市與近郊區(qū)條件，參考表4－2，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3，代入P91（4－22）得。《環(huán)境空氣質量標準》的二級標準限值為0.06mg/m3（年均），代入P109（4－62）＝解得于是Hs>=162m。實際煙囪高度可取為170m。煙囪出口煙氣流速不應低于該高度處平均風速的1.5倍，即uv>=1.5×1.687×1700.25=9.14m/s。但為保證煙氣順利抬升，出口流速應在20~30m/s。取uv=20m/s，則有，實際直徑可取為4.0m。4.12試證明高架連續(xù)點源在出現(xiàn)地面最大濃度的距離上，煙流中心線上的濃度與地面濃度之比值等于1.38。解：高架連續(xù)點源出現(xiàn)濃度最大距離處，煙流中心線的濃度按P88（4－7）（由P89（4－11））而地面軸線濃度。因此，得證。5.1根據(jù)以往的分析知道，由破碎過程產(chǎn)生的粉塵的粒徑分布符合對數(shù)正態(tài)分布，為此在對該粉塵進行粒徑分布測定時只取了四組數(shù)據(jù)（見下表），試確定：1）幾何平均直徑和幾何標準差；2）繪制頻率密度分布曲線。粉塵粒徑dp/0～1010～2020～40>40質量頻率g/%36.919.118.026.0解：在對數(shù)概率坐標紙上作出對數(shù)正態(tài)分布的質量累積頻率分布曲線，讀出d84.1=61.0、d50=16.0、d15。9=4.2。。作圖略。5.2根據(jù)下列四種污染源排放的煙塵的對數(shù)正態(tài)分布數(shù)據(jù)，在對數(shù)概率坐標紙上繪出它們的篩下累積頻率曲線。污染源 質量中位直徑 集合標準差平爐 0.36 2.14飛灰 6.8 4.54水泥窯 16.5 2.35化鐵爐 60.0 17.65解：繪圖略。5.3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數(shù)正態(tài)分布；2）如果符合，求其幾何標準差、質量中位直徑、個數(shù)中位直徑、算數(shù)平均直徑與表面積－體積平均直徑。粉塵粒徑/0～22～44～66～1010～2020～40>40濃度/0.812.2255676273解：在對數(shù)概率坐標紙上作出對數(shù)正態(tài)分布的質量累積頻率分布曲線，讀出質量中位直徑d50（MMD）=10.3、d84.1=19.1、d15。9=5.6。。按《大氣污染控制工程》P129（5－24）；P129（5－26）；P129（5－29）。5.4對于題5.3中的粉塵，已知真密度為1900kg/m3，填充空隙率0.7，試確定其比表面積（分別以質量、凈體積和堆積體積表示）。解：《大氣污染控制工程》P135（5－39）按質量表示P135（5－38）按凈體積表示P135（5－40）按堆積體積表示。5.5根據(jù)對某旋風除塵器的現(xiàn)場測試得到：除塵器進口的氣體流量為10000m3N/h，含塵濃度為4.2g/m3N。除塵器出口的氣體流量為12000m3N/h，含塵濃度為340mg/m3解：氣體流量按P141（5－43）；漏風率P141（5－44）；除塵效率：考慮漏風，按P142（5－47）不考慮漏風，按P143（5－48）5.6對于題5.5中給出的條件，已知旋風除塵器進口面積為0.24m2解：由氣體方程得按《大氣污染控制工程》P142（5－45）。5.7有一兩級除塵系統(tǒng)，已知系統(tǒng)的流量為2.22m3/s，工藝設備產(chǎn)生粉塵量為22.2g解：按《大氣污染控制工程》P145（5－58）粉塵濃度為，排放濃度10（1－99%）=0.1g/m3；排放量2.22×0.1=0.222g/s。5.8某燃煤電廠除塵器的進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%，試繪出分級效率曲線。粉塵間隔/<0.60.6~0.70.7~0.80.8~1.01~22~33~4質量頻率/%進口g12.00.40.40.73.56.024.0出口g27.01.02.03.014.016.029.0粉塵間隔/4~55~66~88~1010~1220~30質量頻率/%進口g113.02.02.03.011.08.0出口g26.02.02.02.58.57.0解：按《大氣污染控制工程》P144（5－52）（P=0.02）計算，如下表所示：粉塵間隔/<0.60.6~0.70.7~0.80.8~1.01~22~33~4質量頻率/%進口g12.00.40.40.73.56.024.0出口g27.01.02.03.014.016.029.0 93959091.49294.797.6粉塵間隔/4~55~66~88~1010~1220~30其他質量頻率/%進口g113.02.02.03.011.08.024.0出口g26.02.02.02.58.57.00 99.1989898.398.598.2100據(jù)此可作出分級效率曲線。5.9某種粉塵的粒徑分布和分級除塵效率數(shù)據(jù)如下，試確定總除塵效率。平均粒徑/0.251.02.03.04.05.06.07.08.010.014.020.0>23.5質量頻率/%0.10.49.520.020.015.011.08.55.55.54.00.80.2分級效率/%83047.56068.575818689.5959899100解：按《大氣污染控制工程》P144（5－54）。5.10計算粒徑不同的三種飛灰顆粒在空氣中的重力沉降速度，以與每種顆粒在30秒鐘內的沉降高度。假定飛灰顆粒為球形，顆粒直徑分別為為0.4、40、4000，空氣溫度為387.5K，壓力為101325Pa，飛灰真密度為2310kg/m3。解：當空氣溫度為387.5K時。當dp=0.4時，應處在Stokes區(qū)域。首先進行坎寧漢修正：，，。則，。當dp=4000時，應處于牛頓區(qū)，。，假設成立。當dp=0.4時，忽略坎寧漢修正，。經(jīng)驗證Rep<1，符合Stokes公式。考慮到顆粒在下降過程中速度在很短時間內就十分接近us，因此計算沉降高度時可近似按us計算。dp=0.4h=1.41×10－5×30=4.23×10－4m；dp=40h=0.088×30=2.64m；dp=4000h=17.35×30=520.5m。5.11欲通過在空氣中的自由沉降來分離石英（真密度為2.6g/cm3）和角閃石（真密度為3.5g/cm3）的混合物，混合物在空氣中的自由沉降運動處于牛頓區(qū)。試確定完全分離時所允許的最大石英粒徑與最小角閃石粒徑的最大比值。設最大石英粒徑dp1，最小角閃石粒徑dp2。由題意，故。5.12直徑為200、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上的顆粒，試確定：1）恰好能吹起顆粒時的氣速；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：在所給的空氣壓強和溫度下，。dp=200時，考慮采用過渡區(qū)公式，按《大氣污染控制工程》P150（5－82）：，符合過渡區(qū)公式。阻力系數(shù)按P147（5－62）。阻力按P146（5－59）。5.13欲使空氣泡通過濃鹽酸溶液（密度為1.64g/m3，粘度1×10－4Pa.s），以達到干燥的目的。鹽酸裝在直徑為10cm、高12m的圓管內，其深度為22cm，鹽酸上方的空氣處于298K和101325Pa狀態(tài)下。若空氣的體積流量為127L/min，試計算氣流能夠夾帶的鹽酸霧滴的最大直徑。解：圓管面積。據(jù)此可求出空氣與鹽酸霧滴相對速度?？紤]利用過渡區(qū)公式：代入相關參數(shù)與us=0.27m/s可解得dp=66。，符合過渡區(qū)條件。故能被空氣夾帶的霧滴最大直徑為66。5.14試確定某水泥粉塵排放源下風向無水泥沉降的最大距離。水泥粉塵是從離地面4.5m高處的旋風除塵器出口垂直排出的，水泥粒徑范圍為25～500，真密度為1960kg/m3，風速為1.4m/s，氣溫293K，氣壓為101325Pa。解：粒徑為25，應處于Stokes區(qū)域，考慮忽略坎寧漢修正：。豎直方向上顆粒物運動近似按勻速考慮，則下落時間，因此L=v.t=1.4×122m=171m。5.15某種粉塵真密度為2700kg/m3，氣體介質（近于空氣）溫度為433K，壓力為101325Pa，試計算粒徑為10和500的塵粒在離心力作用下的末端沉降速度。已知離心力場中顆粒的旋轉半徑為200mm，該處的氣流切向速度為16m/s。解：在給定條件下。當dp=10，粉塵顆粒處于Stokes區(qū)域：。dp=500，粉塵顆粒處于牛頓區(qū)：。因此。經(jīng)驗證，Rep=1307>500，假設成立。6.1在298K的空氣中NaOH飛沫用重力沉降室收集。沉降至大小為寬914cm，高457cm，長1219cm?？諝獾捏w積流速為1.2m3解：計算氣流水平速度。設粒子處于Stokes區(qū)域，取。按《大氣污染控制工程》P162（6－4）即為能被100%捕集的最小霧滴直徑。6.2直徑為1.09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64.9%。問需要設置多少層可能得到80%的操作效率。解：按層流考慮，根據(jù)《大氣污染控制工程》P163（6－5），因此需要設置23層。6.3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/cm3，空氣粘度0.067kg/(kg.h)，求該沉降室能100%捕集的最小粒徑。解：，符合層流區(qū)假設。6.4氣溶膠含有粒徑為0.63和0.83的粒子（質量分數(shù)相等），以3.61L/min的流量通過多層沉降室。給出下列數(shù)據(jù)，運用斯托克斯定律和坎寧漢校正系數(shù)計算沉降效率。L=50cm，，W=20cm，h=0.129cm，，n=19層。解：設空氣溫度為298K，首先進行坎寧漢修正：，，。故。用同樣方法計算可得0.83粒子的分級效率為0.864。因此總效率6.5試確定旋風除塵器的分割直徑和總效率，給定粉塵的粒徑分如下：平均粒徑范圍/0~11~55~1010~2020~3030~4040~5050~60>60質量百分數(shù)/%32015201610637已知氣體粘度為2×10－5，顆粒比重為2.9，旋風除塵器氣體入口速度為15m/s，氣體在旋風除塵器內的有效旋轉圈數(shù)為5次；旋風除塵器直徑為3m，入口寬度76cm。解：按《AirPollutionControlEngineering》公式。令=50%，N=5，Vc=15m/s，=2.9×103kg/m3，W=0.76m，，代入上式得dc=11.78。利用《大氣污染控制工程》P170（6－18）計算各粒徑粉塵分級效率，由此得總效率6.6某旋風除塵器處理含有4.58g/m3灰塵的氣流（），其除塵總效率為90%。粉塵分析試驗得到下列結果。粒徑范圍/捕集粉塵的質量百分數(shù)/%逸出粉塵的質量百分數(shù)/%0~50.576.05~101.412.910~151.94.515~202.12.120~252.11.525~302.00.730~352.00.535~402.00.440~452.00.3>4584.01.11）作出分級效率曲線；2）確定分割粒徑。解：根據(jù)《大氣污染控制工程》P144（5－53）（P=0.1）計算分級效率，結果如下表所示：粉塵間隔/0~55~1010~1515~2020~2525~3030~3535~4040~45>45質量頻率/%捕集g30.51.41.92.12.12.02.02.02.084.0出口g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.1 5.5949.4179.1790.0092.6596.2697.3097.8398.3699.85據(jù)此可作出分級效率曲線。由上表可見，5～10去除效率為49.41。因此在工程誤差允許范圍內，dc=7.5。6.7某旋風除塵器的阻力系數(shù)為9.9，進口速度15m/s，試計算標準狀態(tài)下的壓力損失。解：據(jù)《大氣污染控制工程》P169（6－13）。6.8欲設計一個用于取樣的旋風分離器，希望在入口氣速為20m/s時，其空氣動力學分割直徑為1。1）估算該旋風分離器的筒體外徑；2）估算通過該旋風分離器的氣體流量。解：根據(jù)《AirPollutionControlEngineering》P258公式。因，故＝1000；由題意，當。取，N=10，代入上式，解得Wi=5.5。根據(jù)一般旋風除塵器的尺寸要求，D0=4Wi=2.2cm；H＝2Wi=1.1cm。氣體流量Q=A.V=H.W.Vc=1.21×10－3m6.9含塵氣流用旋風除塵器凈化，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Dm=20，。在實際操作條件下該旋風除塵器的分割直徑為5，試基于顆粒質量濃度計算該除塵器的總除塵效率。解：按《大氣污染控制工程》P170（6－18）；。dg=20，，代入上式，利用Matlab積分可得。6.10在氣體壓力下為1atm，溫度為293K下運行的管式電除塵器。圓筒形集塵管直徑為0.3m，L=2.0m，氣體流量0.075m3/s。若集塵板附近的平均場強E=100kV/m，粒徑為1.0的粉塵荷電量q=0.3×10－15C解：驅進速度按《大氣污染控制工程》P187（6－33）。，Q=0.075m3/s，代入P188（6－34）。6.11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，板高和板長均為366cm，板間距24.4cm，煙氣體積流量2m3/s；操作壓力為1atm，設粉塵粒子的驅進速度為12.2cm1）當煙氣的流速均勻分布時的除塵效率；2）當供入某一通道的煙氣為煙氣總量的50%，而其他兩個各供入25%時的除塵效率（參考圖6－27）。解：1）Q’=2/3=0.667m3/s，S=3.662=13.4m2，。2），查圖6－27得Fv=1.75故。6.12板間距為25cm的板式電除塵器的分割直徑為0.9，使用者希望總效率不小于98%，有關法規(guī)規(guī)定排氣中含塵量不得超過0.1g/m3。假定電除塵器入口處粉塵濃度為30g/m3，且粒徑分布如下：質量百分比范圍/%0~2020~4040~6060~8080~100平均粒徑/3.58.013.019.045.0并假定德意希方程的形式為，其中捕集效率；K經(jīng)驗常數(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dp=3.5，dp=8.0，dp=13.0，故2），則=0.42g/m3>0.1g/m3。不滿足環(huán)保規(guī)定和使用者需要。6.13某板式電除塵器的平均電場強度為3.4kV/cm，煙氣溫度為423K，電場中離子濃度為108個/m3，離子質量為5×10－26kg，粉塵在電場中的停留時間為5s。試計算：1）粒徑為5的粉塵的飽和電荷值；2）粒徑為0.2的粉塵的荷電量；3）計算上述兩種粒徑粉塵的驅進速度。假定：1）煙氣性質近似于空氣；2）粉塵的相對介電系數(shù)為1.5。解：1）由《大氣污染控制工程》P183（6－31）電場荷電為擴散荷電按P184（6－32）計算，與電場荷電相比很小，可忽略。因此飽和電荷值3.04×10－16C2）電場荷電為擴散荷電與電場荷電相比很小，可忽略，故粉塵荷電量4.86×10－19C3）取dp=5時，；dp=0.2時，。6.14圖6－49匯總了燃煤電廠用電除塵器的捕集性能。對于煤的含硫量為1%、除塵效率為99.5%的情況，試計算有效驅進速度we。解：查圖得集氣板面積約1000m3.（1000m3/min）－1。根據(jù)，0.995=1－exp（－wi）解得wi=5.30m/min。6.15電除塵器的集塵效率為95%，某工程師推薦使用一種添加劑以降低集塵器上粉塵層的比電阻，預期可使電除塵器的有效驅進速度提高一倍。若工程師的推薦成立，試求使用該添加劑后電除塵器的集塵效率。解：，故，因此。6.16煙氣中含有三種粒徑的粒子：10、7和3，每種粒徑粒子的質量濃度均占總濃度的1/3。假定粒子在電除塵器內的驅進速度正比于粒徑，電除塵器的總除塵效率為95%，試求這三種粒徑粒子的分級除塵效率。解：設3種粒子的分級效率分別為、、，則因此，，。6.17對于粉塵顆粒在液滴上的捕集，一個近似的表達式為。其中M是碰撞數(shù)的平方根，R=dp/dD，對于密度為2g/cm3的粉塵，相對于液滴運動的初速度為30m/s，流體溫度為297K，試計算粒徑為1）10；2）50的粉塵在直徑為50、100、500的液滴上的捕集效率。解：1）粉塵粒徑dp=10當液滴直徑為50時，R=0.2；碰撞數(shù)，。由給出計算公式可得同理可得液滴直徑為100、500時捕集效率為42.6％、10.1%。2）dp=50用同樣方法計算可得顆粒在直徑為50、100、500的液滴上捕集效率分別為0、10.2%、25.0％。6.18一個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/cm3方程，煙氣粘度為2.23×10－5Pa.s，取校正系數(shù)0.2，忽略Cc，計算除塵器效率。煙氣中粉塵的粒度分布如下：粒徑/質量百分數(shù)/%<0.10.010.1~0.50.210.5~1.00.781.0~5.013.05.0~10.016.010.0~15.012.015.0~20.08.0>20.050.0解：按《大氣污染控制工程》P211（6－53）由（6－55）粒徑小于0.1所占質量百分比太小，可忽略；粒徑大于20.0，除塵效率約為1；因此故。6.19水以液氣比12L/m3的速率進入文丘里管，喉管氣速116m/s，氣體粘度為1.845×10－5Pa.s，顆粒密度為1.789g/cm3，平均粒徑為1.2，f取0.22。求文丘里管洗滌器的壓力損失和穿透率。解：坎寧漢修正6.20設計一個帶有旋風分離器的文丘里洗滌器，用來處理鍋爐在1atm和510.8K條件下排出的氣流，其流量為7.1m3/s，要求壓降為152.4cmH2解：設氣液比1L/m3，dp=1.2，，f=0.25。在1atm與510.K下查得。由可解得v=121.6m/s。故喉管面積，DT=272mm。取喉管長度300mm，通氣管直徑D1=544mm。，，則，（取D2=600mm）。6.21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3的球形顆粒，顆粒的質量濃度為80。1）每個雨滴下降過程中可以捕集多少顆粒？2）由于捕集這些顆粒，雨滴的質量增加了百分之幾？解：由《AirPollutionControlEngineering》P3009.48式。通過P293Figure9.18讀取。取，雨滴Db=2mm，處于牛頓區(qū)，利用《大氣污染控制工程》P150（5－83）。因此，。從Figure9.18讀出=0.11（Cylinder）。故M=。而液滴本身。故質量增加了1.98×10－4%。6.22以2.5mm/h的速率發(fā)生了大面積降雨，雨滴的平均直徑為2mm，其捕集空氣中的懸浮顆粒物的效率為0.1，若凈化空氣中90％的懸浮顆粒物，這場雨至少要持續(xù)多長時間？解：由《AirPollutionControlEngineering》公式。代入已知數(shù)據(jù)，即需持續(xù)半天左右的時間。6.23安裝一個濾袋室處理被污染的氣體，試估算某些布袋破裂時粉塵的出口濃度。已知系統(tǒng)的操作條件：1atm，288K，進口處濃度9.15g/m3，布袋破裂前的出口濃度0.0458g/m3，被污染氣體的體積流量14158m3/h，布袋室數(shù)為6，每室中的布袋數(shù)100，布袋直徑15cm解：設破裂2個布袋后氣體流量分配不變，近似求得出口濃度如下：。因此。6.24某袋式除塵器在恒定的氣流速度下運行30min。此期間處理煙氣70.8m3解：設恒定速度v1，則，。若在400Pa壓降下繼續(xù)，則解此微分方程得Q2=90.1m36.25利用清潔濾袋進行一次實驗，以測定粉塵的滲透率，氣流通過清潔濾袋的壓力損失為250Pa，300K的氣體以1.8m/min的流速通過濾袋，濾餅密度1.2g/cm3，總壓力損失與沉積粉塵質量的關系如下。試確定粉塵的滲透率（以m2表示），假如濾袋面積為100.0cm2。61266677490099010621152M/kg0.0020.0040.0100.020.0280.0340.042解：當T=300K時，，v=1.8m/min=0.03m/s。，。利用所給數(shù)據(jù)進行線性擬和，，即，Kp=3.53×10－12m2。6.26除塵器系統(tǒng)的處理煙氣量為10000m3/h，初始含塵濃度為6g/m31）過濾速度；2）粉塵負荷；3）除塵器壓力損失；4）最大清灰周期；5）濾袋面積；6）濾袋的尺寸（直徑和長度）和濾袋條數(shù)。解：1）過濾氣速估計為vF=1.0m/min。2）除塵效率為99%，則粉塵負荷。3）除塵器壓力損失可考慮為為清潔濾料損失，考慮為120Pa；；；故。4）因除塵器壓降小于1200Pa，故即最大清灰周期。5）。6）取濾袋d=0.8m，l=2m。，，取48條布袋。6.27據(jù)報道美國原子能委員會曾運用2m深的沙濾床捕集細粒子，卡爾弗特建議用下式估算細粒子的穿透率。。其中：Z=在氣流方向上床的長度；vs=氣體的表面流速；Dpa=細粒子的空氣動力學直徑；沙濾床的孔隙率；Dc=沙濾床的沙粒的直徑；氣體的粘度。1）若dpa=0.5，Dc=1.0mm，vs=6cm/s，0.3，試估算沙濾床的捕集效率；2）欲獲得99.9%以上的捕集效率，床的厚度至少應多厚？3）推導該效率方程式。解：1）將已知數(shù)據(jù)代入所給公式，2）由可得z>=3.23m。3）由《AirPollutionControlEngineering》公式，穿透率取Wi=0.25Dc，而N=0.5Z/Dc，Vc=Vs/，，代入上式（近似取）6.28圖6－50表明濾料的粉塵負荷和表面過濾氣速對過濾效率的影響。當粉塵負荷為140g/m2時，試求：1）對于圖中顯示的四種過濾氣速，分別求相應的過濾效率；2）假定濾餅的孔隙濾為0.3，顆粒的真密度為2.0g/cm3，試求濾餅的厚度；3）當煙氣中含塵初始濃度為0.8g/m3時，對于圖中最低部的曲線，至少應操作多長時間才能達到上述過濾效率？解：1）過濾氣速為3.35m/min效率過濾氣速為1.52m/min效率過濾氣速為0.61m/min效率過濾氣速為0.39m/min效率2）由2.0×（1－0.3）xp=140×10－4，xp=0.01cm；3）由（0.8－0.0006）×0.39t=140，t=449min=7.5h。7.1某混合氣體中含有2%（體積）CO2，其余為空氣?；旌蠚怏w的溫度為30。C，總壓強為500kPa。從手冊中查得30。C時在水中的亨利系數(shù)E=1.88×10－5kPa，試求溶解度系數(shù)H與相平衡常數(shù)m，并計算每100g與該氣體相平衡的水中溶有多少gCO2。解：由亨利定律P*=Ex，500×2%=1.88×105x，x=5.32×10－5。由y*=mx，m=y*/x=0.02/5.32×10－5=376。因x=5.32×10－5很小，故CCO2=2.96mol/m3。100g與氣體平衡的水中約含44×100×5.32×10－5/18=0.013g。7.220。C時O2溶解于水的亨利系數(shù)為40100atm，試計算平衡時水中氧的含量。解：在1atm下O2在空氣中含量約0.21。0.21=4.01×104x解得O2在水中摩爾分數(shù)為x=5.24×10－6。7.3用乙醇胺（MEA）溶液吸收H2S氣體，氣體壓力為20atm，其中含0.1%H2S（體積）。吸收劑中含0.25mol/m3的游離MEA。吸收在293K進行。反應可視為如下的瞬時不可逆反應：。已知：kAla=108h－1，kAga=216mol/m3.h.atm，DAl=5.4×10－6m2/h，DBl=3.6×10－試求單位時間的吸收速度。解：20》C時H2SE=0.489×105kPa，分壓20atm×0.1%=2.03kPa。P*=Ex，x=P*/E=4.15×10－5，故C*H2S=2.31mol/m3。H=C/P*=2.3/（2.03×103）=1.14×10－3mol/（m3.Pa）=115mol/（m3.atm）由。。7.4在吸收塔內用清水吸收混合氣中的SO2，氣體流量為5000m3N/h，其中SO2占5%，要求SO2的回收率為95%，氣、液逆流接觸，在塔的操作條件下，SO2在兩相間的平衡關系近似為Y*1）若用水量為最小用水量的1.5倍，用水量應為多少？2）在上述條件下，用圖解法求所需的傳質單元數(shù)。解：GB=5000×0.95=4750m3N/h。Y1=0.053，；。因此用水量Ls=25.4GB×1.5=1.81×105m3由圖解法可解得傳質單元數(shù)為5.6。7.5某吸收塔用來去除空氣中的丙酮，吸收劑為清水。入口氣體流量為10m3/min，丙酮含量為11%（摩爾），要求出口氣體中丙酮的含量不大于2%（摩爾）。在吸收塔操作條件下，丙酮－水的平衡曲線（1atm和299.6K）可表示為。1）試求水的用量，假設用水量取為最小用水量1.75倍；2）假設氣相傳質單元高度（以m計）。其中G和L分別為氣、液相的流量（以kg/m2.h表示），試計算所需要的高度。解：GB=10×0.89=8.9m3/min，Y1=0.124，Y2=0.02。作出最小用水時的操作線，xmax=0.068。故，Ls=1.53×1.75×8.9=23.8m3/min。圖解法可解得傳質單元數(shù)為3.1。。Hy=2.39×3.1=7.4m。7.6某活性炭填充固定吸附床層的活性炭顆粒直徑為3mm，把濃度為0.15kg/m3的CCl4蒸汽通入床層，氣體速度為5m/min，在氣流通過220min后，吸附質達到床層0.1m處；505min后達到0.2m處。設床層高1m，計算吸附床最長能夠操作多少分鐘，而CCl4蒸汽不會逸出？解：利用公式，將已知數(shù)據(jù)代入，解得因此。7.7在直徑為1m的立式吸附器中，裝有1m高的某種活性炭，填充密度為230kg/m3，當吸附CHCl3與空氣混合氣時，通過氣速為20m/min，CHCl3的初始濃度為30g/m3，設CHCl3蒸汽完全被吸附，已知活性炭對CHCl3的靜活性為26.29%，解吸后炭層對CHCl3的殘留活性為1.29%，求吸附操作時間與每一周期對混合氣體的處理能力。解：，。7.8在溫度為323K時，測得CO2在活性炭上吸附的實驗數(shù)據(jù)如下，試確定在此條件下弗羅德里希和朗格謬爾方程的諸常數(shù)。單位吸附劑吸附的CO2體積（cm3/g）氣相中CO2的分壓（atm）3015126738149351046解：XTcm3/gPatmlgXTlgPP/V3011.47700.0335121.7080.3010.0396731.8260.4770.0458141.9090.6020.0499351.9690.6990.05410462.0170.7780.058依據(jù)公式，對lgXT~lgP進行直線擬合：，即K=30，n=1.43；依據(jù)公式，對P~P/V進行直線擬合：，即Vm=200，B=0.173。7.9利用活性炭吸附處理脫脂生產(chǎn)中排放的廢氣，排氣條件為294K，1.38×105Pa，廢氣量25400m3/h。廢氣中含有體積分數(shù)為0.02的三氯乙烯，要求回收率99.5%。已知采用的活性炭的吸附容量為28kg三氯乙烯/100kg活性炭，活性炭的密度為577kg/m3解：三氯乙烯的吸收量V=2.54×104×0.02×99.5%=505.46m3/h，M=131.5。由理想氣體方程得因此活性炭用量；體積。7.10尾氣中苯蒸汽的濃度為0.025kg/kg干空氣，欲在298K和2atm條件下采用硅膠吸附凈化。固定床保護作用時間至少要90min。設穿透點時苯的濃度為0.0025kg/kg干空氣，當固定床出口尾氣中苯濃度達0.020kg/kg干空氣時即認為床層已耗竭。尾氣通過床層的速度為1m/s（基于床的整個橫截面積），試決定所需要的床高。已知硅膠的堆積密度為625kg/m3，平均粒徑Dp=0.60cm，平均表面積a=600m2/m3。在上述操作條件下，吸附等溫線方程為：Y*=0.167X1.5式中Y*=kg苯/kg干空氣，X=kg苯/kg硅膠。假定氣相傳質單元高度解：Y1=0.025kg苯/kg干空氣，，Y2=0，X2=0。故操作線方程為X=11.28Y。當Y=Yb=0.0025kg苯/kg干空氣時，X=11.28×0.0025=0.0282kg苯/kg硅膠。Y*=0.167×0.02821.5=0.0008kg苯/kg干空氣。，由此可求得近似值；同時，由此求得f的近似值，列表如下：YY*Yb=0.00250.0008588.080000.9000.00500.0022361.901.1841.1840.19900.80.16920.16920.00750.0041294.930.8212.0050.33710.70.10350.27270.01000.0063272.240.7092.7140.45630.60.07750.35020.01250.0088273.370.6823.3960.57090.50.06310.41330.01500.0116296.120.7124.1080.69060.40.05390.46710.01750.0146350.460.8084.9160.82650.30.04760.5147Ye=0.02000.0179475.001.0325.9481.00000.20.04340.5580NOG=5.948，f=0.5580；2atm，298K時，=2.37kg/m3，因此，故HOG=；因此吸附區(qū)高度為H2=HOG.NOG=0.07041×5.948=0.419m。對單位橫截面積的床層，在保護作用時間內吸附的苯蒸汽量為（0.025－0）×2.37×60×90＝320（kg苯/m2）而吸附床飽和區(qū)吸附苯蒸汽量吸附床未飽和區(qū)吸附苯蒸汽量因此總吸附量解得H=2.05m，此即所需要的最小床高。7.11把處理量為250mol/min的某一污染物引入催化反應器，要求達到74%的轉化率。假設采用長6.1m，直徑3.8cm的管式反應器，求所需要催化劑的質量和所需要的反應管數(shù)目。假定反應速度可表示為：RA=－0.15（1－xA）mol/（kg催化劑.min）。催化劑堆積密度為580kg/m3。解：反應管轉化率為xA時，反應速度為RA=－0.15（1－xA）mol/（kg催化劑.min）。根據(jù)單管物料平衡可列出如下方程：其中，Q單位為mol/min。數(shù)據(jù)代入并整理得，對等式兩邊積分，即，解得Q=0.447mol/min。反應管數(shù)目：250/0.447＝560個。7.12為減少SO2向大氣環(huán)境的排放量，一管式催化反應器用來把SO2轉化為SO3。其反應方程式為：2SO2+O2－>2SO3總進氣量是7264kg/d，進氣溫度為250。C，二氧化硫的流速是227kg/d。假設反應是絕熱進行且二氧化硫的允許排放量是56.75kg/d。試計算氣流的出口溫度。SO2反應熱是171.38kJ/mol，熱容是0.20J/(g.K)。解：由得。8.1某新建電廠的設計用煤為：硫含量3%，熱值26535kJ/kg。為達到目前中國火電廠的排放標準，采用的SO2排放控制措施至少要達到多少的脫硫效率？解：火電廠排放標準700mg/m3。3%硫含量的煤煙氣中SO2體積分數(shù)取0.3%。則每立方米煙氣中含SO2；因此脫硫效率為8.2某電廠采用石灰石濕法進行煙氣脫硫，脫硫效率為90%。電廠燃煤含硫為3.6%，含灰為7.7%。試計算：1）如果按化學劑量比反應，脫除每kgSO2需要多少kg的CaCO3；2）如果實際應用時CaCO3過量30%，每燃燒一噸煤需要消耗多少CaCO3；3）脫硫污泥中含有60%的水分和40%CaSO4.2H2O，如果灰渣與脫硫污泥一起排放，每噸燃煤會排放多少污泥？解：1）m=1.5625kg2）每燃燒1t煤產(chǎn)生SO2約，約去除72×0.9=64.8kg。因此消耗CaCO3。3）CaSO4.2H2O生成量；則燃燒1t煤脫硫污泥排放量為，同時排放灰渣77kg。8.3一冶煉廠尾氣采用二級催化轉化制酸工藝回收SO2。尾氣中含SO2為7.8%、O2為10.8%、N2為81.4%（體積）。如果第一級的SO2回收效率為98%，總的回收效率為99.7%。計算：1）第二級工藝的回收效率為多少？2）如果第二級催化床操作溫度為420。C，催化轉化反應的平衡常數(shù)K=300，反應平衡時SO2的轉化率為多少？其中，。解：1）由，，解得。2）設總體積為100，則SO27.8體積，O210.8體積，N281.4體積。經(jīng)第一級催化轉化后余SO20.156體積，O26.978體積，N281.4體積。設有x體積SO2轉化，則總體積為。因此，，由此解得x=1.6×10－3；故轉化率為8.4通常電廠每千瓦機組容量運行時會排放0.00156m3/s的煙氣（180。C，1atm）。石灰石煙氣脫硫系統(tǒng)的壓降約為2600Pa。試問：電廠所發(fā)電中有多少比例用于克服煙氣脫硫系統(tǒng)的阻力損失？假定動力消耗＝煙氣流率×解：動力消耗，即約0.51%用于克服阻力損失8.5石灰石（CaCO3）法洗滌脫硫采用噴霧塔設計，如果噴嘴產(chǎn)生霧滴的平均直徑為3mm，假定操作按表8－5的典型工況進行，試計算：1）液滴相對與塔壁的沉降速度是多少？2）如果氣體進口溫度為180。C，離開塔頂時下降到55。C，計算霧滴的水分蒸發(fā)率？假定霧滴可近似視為水滴。3）脫硫液每經(jīng)過一次噴霧塔，有多少分率的CaCO3發(fā)生了反應？解：1）取平均溫度為，此時氣體密度（分子量取30）。顯然霧滴處于牛頓區(qū)，，因氣體流速為3m/s，則液滴相對塔壁的沉降速度為6.73m/s。2）工況條件：液氣比9.0L/m3，Ca/S=1.2，并假設SO2吸收率為90%。在117.5。C下，水汽化熱2212.1kJ/kg，空氣比熱1.025kJ/（kg.K）由（180－55）×1.025×0.94=2212.1m，解得m=0.054kg，因此水分蒸發(fā)率。3）CaCO3反應分率為。8.6在雙堿法煙氣脫硫工藝中，SO2被Na2SO3溶液吸收。溶液中的總體反應為：Na2SO3+H2O+SO2+CO2－>Na++H++OH－+HSO3－+SO32－+HCO3－+CO32－在333K時，CO2溶解和離解反應的平衡常數(shù)為：，溶液中鈉全部以Na+形式存在，即[Na]=[Na+]；溶液中含硫組分包括，[S]=[SO2.H2O]+[HSO3－]+[SO32－]。如果煙氣的SO2體積分數(shù)為2000×10－6，CO2的濃度為16%，試計算脫硫反應的最佳pH。解：在373K時，Khs=0.41，Ks1=6.6×10－3，Ks2＝3.8×10－8。[Na]－[S]=[Na+]－[SO2.H2O]－[HSO3－]－[SO32－]=[OH－]－[H+]+[SO32－]+2[CO32－]+[HCO3－]－[SO2.H2O]，，。代入得代入不同的[H+]濃度，可得pH在4～5時[Na]－[S]接近于0。因此脫硫最佳pH值4～5。8.7根據(jù)表8－5中所列的石灰石濕法煙氣脫硫的典型操作條件，試計算：1）脫硫液每循環(huán)經(jīng)過一次洗滌塔，單位體積脫硫液中溶解了多少摩爾的SO2；2）如果脫硫液進入洗滌塔時的pH為5，則其流出洗滌塔時的pH為多少。假定漿滴在洗滌塔中的停留時間較短（通常為3～4s），CaCO3尚未發(fā)生反應。解：工況條件：液氣比9.0L/m3，Ca/S=1.2，并假設SO2吸收率為90%。因此，單位體積（1.0L）通過煙氣1/9m3，可吸收SO2。取溫度T=373K，則Khs=0.147，Ks1=0.0035，Ks2=2.4×10－8。進水PSO2=4.0×10－4atm，[SO2.H2O]=PSO2.Khs=5.88×10－5，[HSO3－]=Ks1[SO2.H2O]/[H+]=0.0206，[SO32－]=；則反應后[S]’=[SO2.H2O]+[HSO3－]+[SO32－]+0.018=0.0387此時PSO2’=4.0×10－3atm，[SO2.H2O]’=5.88×10－4物料守恒得[SO2.H2O]’+[HSO3－]’+[SO32－]’=0.0387由上述方程可解得[H+]=5.4×10－5，pH=4.279.1某座1000MW的火電站熱效率為38%，基于排放系數(shù)，計算下述三種情況NOx的排放量（t/d）：1）以熱值為6110kcal/kg的煤為燃料；2）以熱值為10000kcal/kg的重油為燃料；3）以熱值為8900kcal/m3的天然氣為燃料。解：1）設每天需燃煤Mt，則有M.6110×103×103×4.18×38%=1000×106×24×3600解得M=8.9×103t。取NOx平均排放系數(shù)12kg/t煤，則每日排放NOx量約為；2）同理M.10000×103×103×4.18×38%=1000×106×24×3600，M=5439t。取重油密度為0.8×103kg/m3，折合體積約為6800m3，去排放系數(shù)12.5kg/m3）8900×103×4.18×38%V=1000×106×24×3600，解得V=6.1×106每日排放NOx量約為。9.2大型燃煤工業(yè)鍋爐的NOx排放系數(shù)可取為8kg/t，試計算排煙中NOx的濃度。假定煙氣中O2的濃度為6%，煤的組成見例2－2。解：取1kg煤計算，排放NOx約8g，在常規(guī)燃燒溫度下，近似認為NO2濃度很小，NOx均以NO存在。1kg煤中，含C772g，H52g，N12g，S26g，O59g，灰分為79g。充分燃燒后，生成CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol。需O22504－59=2445g，約76.4mol。引入N2。燃燒本身過程中產(chǎn)生N2。即在O2恰好耗盡時煙氣含CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol，N2287.7mol。由題意，空氣過剩，設過?？諝饬繛閤mol，則，由此解得x=152mol。故NOx濃度為（體積分數(shù)）。9.3氣體的初始組成以體積計為8.0%CO2、12%H2O、75%N2和5%O2。假如僅考慮N2與O2生成NO的反應，分別計算下列溫度條件下NO的平衡濃度。1）1200K；2）1500K；3）2000K。解：1）1200K下，Kp=2.8×10－7。設有xN2轉化為NO，則解得x=0.00512；故NO平衡濃度為（體積分數(shù)）2）1500K時，同理解得x=0.032，故NO平衡濃度為（體積分數(shù)）3）2000K時，解得x=0.190，故NO平衡濃度為0.0038。9.4假定煤的元素組成以重量百分比計為：氫3.7，碳75.9，硫0.9，氮0.9，氧4.7，其余的為灰分。當空氣過剩系數(shù)20%條件下燃燒時，假定燃燒為完全燃燒。如果不考慮熱力型NOx的生成，若燃料中氮1）20%，2）50%，轉化為NO，試求煙氣中NO的濃度。解：考慮1kg燃煤含氫37g，碳759g，硫9g，氮9g，氧47g。煙氣中含CO263.25mol，含H2O18.5mol，含SO20.28mol。因此需O22392－47=2281g約71.3mol，則引入N2268.2mol。若空氣過剩20%，則煙氣中O2為0.2×71.3=14.26mol，N2268.2+53.6+9/28=322.1mol。即若不考慮N轉化，則煙氣中含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，O214.26mol，N2322.1mol。1）N2轉化率20%，則NO濃度為（體積分數(shù)）2）N2轉化率50%，則NO濃度為（體積分數(shù)）9.5基于第二節(jié)給出的動力學方程，對于t=0.01、0.04和0.1s，估算[NO]/[NO]e的比值，假定M=70，C=0.5。試問M=70所對應的溫度是多少？以K表示。解：按《大氣污染控制工程》P361（9－13）將M=70，C=0.5代入當t=0.01s時，解得Y=0.313；當t=0.04s時，解得Y=0.811；當t=0.1s時，解得Y=0.988。由，取P=1atm，將M=70代入得T=2409K。9.6對于M=50和M=30重復上面的計算。]解：M=50M=309.7對于反應N2+O2－>2NO，平衡常數(shù)可表示為：。根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，可以得到kf=9×1014exp[－13500/(RT)]和kb=4.1×1013exp[－91600/(RT)]。按表9－3中的溫度，計算平衡常數(shù)K，并與表中的數(shù)據(jù)比較。解：（R=1.987cal/mol.K）。將所給溫度代入公式計算K值，列表如下：T（K）30010001200150020002500Kp（計算值）5.3×10－317.0×10－92.7×10－71.0×10－54.0×10－43.5×10－3Kp（表中值）10－307.5×10－92.8×10－71.1×10－54.0×10－43.5×10－39.8計算組成為95%N2和5%O2的煙氣達到平衡時，原子態(tài)O的濃度。假定平衡時的溫度為1）2000K；2）2200K；3）2400K。解：假設O濃度很小，平衡時O2的濃度仍可近似認為5％。利用O2分解的平衡反應式與《大氣污染控制工程》P360（9－11）式求解：。因反應前后分子個數(shù)不同，平衡常數(shù)有量綱，公式中濃度單位為mol/m3，即1）2000K時，Kp,o=6.63×10－4，平衡時故2）2200K時，Kp,o=2.68×10－3，平衡時故3）2400K時，Kp,o=8.60×10－3，，平衡時故9.9典型的大型燃煤工業(yè)鍋爐氮氧化物排放系數(shù)為8kg/t。假定煤的組成與習題9－4相同，煙氣中氧濃度為6%，試計算煙氣中NOx的濃度。解：取1kg煤計算，排放NOx約8g，在常規(guī)燃燒溫度下，近似認為NO2濃度很小，NOx均以NO存在。1kg煤中，含C759g，H37g，N9g，S9g，O47g。充分燃燒后，生成CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267