大气污染控制工程课后计算题答案

第一章概论习题P181.5废气流量为1000m3N/s，SO2的体积分数为1.6×10-4，试确定：①SO2在混合气体中的质量浓度；②每天的SO2排放量（kg/d）。解：①SO2的浓度=1.6×102×64/22.4=457mg/m3②457mg/m3×1000m3N/s×3600×24=39484.8kg/d1.6成人每次吸入的空气量约为500cm3，假定每分钟呼吸15次，空气中颗粒物的浓度为200ug/m3，试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。已知该颗粒物在肺泡中的沉降系数为0.12。解：500cm3×15×60=450000cm3=0.45m30.45m3×200ug/m3×0.12=10.8ug1.7根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出SO2、NO2、CO三种污染物的日均浓度限值的体积分数。解：SO2、NO2、CO《环境空气质量标准》的日均浓度二级标准分别为0.15、0.12、4.0mg/m30.15mg/m3=0.15×22.4/64=0.0525ppm=5.25×10-80.12mg/m3=0.12×22.4/46=0.0584ppm=5.84×10-84.0mg/m3=4.0×22.4/28=3.20ppm=3.2×10-61.8在某市中心区的道路两侧监测点测定的大气污染物浓度分别为：CO5.2×10-6（1小时值的日平均值）NO20.03×10-6（1小时值的日平均值）SO22.3×10-6（1小时值的日平均值）TSP0.15mg/m3（1小时值的日平均值）PM100.035mg/m3（1小时值的日平均值）O30.03×10-6（1小时值的日平均值）试问哪些大气污染物超过我国颁布的《环境空气质量标准》（GB3095-96）中规定的二级标准。解：指标1小时平均值换算mg/m3标准mg/m3是否达标CO5.2×10-66.510.0达标NO20.03×10-60.0620.24达标SO22.3×10-66.570.50未达标TSP0.15mg/m30.150.3*3=0.9达标PM100.035mg/m30.0350.15*3=0.45达标O30.03×10-60.0640.20达标第二章燃烧与大气污染习题P482.1已知重油元素质量分数分析结果为：C：82.3%，H：10.3%，O：2.2%，N：0.4%，S：4.8%，试计算：①燃烧1kg所需的理论空气量和产生的理论烟气量；②干烟气中SO2的浓度和CO2的最大浓度（以体积分数计）；③当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量。解：①理论空气量可由式（2-2）得到：Va0=8.881ωc,y+3.329ωs,y+26.457ωH,y-3.333ωo,y=（8.881×82.3%+3.329×4.8%+26.457×10.3%-3.333×2.2%）m3N/(kg燃料)=10.121m3N/(kg燃料)理论烟气量可由式（2-7）得到：Vf0=1.866ωc,y+11.111ωH,y+0.699ωs,y+0.79Va0+0.799ωN,y=（1.866×0.823+11.111×0.103+0.699×0.048+0.79×10.121+0.799×0.004）m3N/(kg燃料)=10.713m3N/(kg燃料)Vdf0=10.713－11.111×0.103=9.569m3N/(kg燃料)②干烟气中SO2的浓度和CO2的最大浓度：φSO2=(0.699×0.048/9.569)×100%=0.36%重油中碳与理论空气中的氧完全燃烧时，则烟气中的CO2浓度最大，因此：φCO2，max=(1.866×0.823/9.569)×100%=16.1%③10%过剩空气下燃烧：α=1.1Va=1.1×10.121m3N/(kg燃料)=11.133m3N/(kg燃料)Vf=（10.713+1.0161×0.1×10.121）=11.741m3N/(kg燃料)2.2普通煤的各成分质量分数分析为：C：65.7%，灰分：18.1%，S：1.7%，H：3.2%，水分：9.0%，O：2.3%，含N量不计。计算燃煤1kg所需要的理论空气量和SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）。解：①理论空气量由式（2-2）得到：Va0=8.881ωc,y+3.329ωs,y+26.457ωH,y－3.333ωo,y=（8.881×0.657+3.329×0.017+26.457×0.032－3.333×0.023）m3N/(kg燃料)=6.662m3N/(kg燃料)②SO2在烟气中的浓度：（忽略空气中的湿含量）(含N量不计)理论湿烟气量为：Vf0=1.866ωc,y+11.111ωH,y+1.24（Va0ρa+ωH,y）+0.699ωs,y+0.79Va0+0.799ωN,y=1.866×0.657+11.111×0.032+1.24×0.09+0.699×0.017+0.79×6.662=6.696m3N/(kg燃料)mSO2=1×1.7%×2=0.034kgV烟气=6.696m3N/(kg燃料)×1kg=6.696m3SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）=0.699×0.0174/6.696=0.00182=0.182%SO2在烟气中的浓度（不以体积分数计）C=mSO2/V烟气=0.034/6.696=0.00508kg/m3=5080mg/m3第三章大气污染控制的基础知识习题P783.3某烟气脱硫系统的烟气处理量为100000m3N/h，烟气中含SO2为4500mg/m3N。新鲜石灰中CaO含量为96%，系统在钙硫比为1.2的情况下，欲使尾气中SO2下降到650mg/m3N，试计算石灰的消耗量。解：在系统中，SO2与CaO发生化学反应：SO2+CaO+1/2O2=CaSO464561.2xG石灰·0.96设需要石灰为G石灰（kg/h），对SO2作物料衡算：（1）进入系统的SO2流率：4500mg/m3N×10-3×100000m3N/h=450kg/h（2）流出系统的SO2流率：650mg/m3N×10-3×100000m3N/h=65kg/h（3）系统中无SO2生成（4）系统中SO2的消耗等于SO2与CaO的反应量。按钙硫比为1.2计算，SO2的消耗量为：64×0.96×G石灰(1.2×56)kg/h（5）稳态过程，GA=0，则按式（3-8）可得：[450－64×0.96×G石灰(1.2×56)]kg/h=65kg/hG石灰=421.1kg/h3.9将两台除尘装置串联在一起净化烟气中的粉尘，其第一级除尘效率为η=91.9%，第二级除尘效率为η=82%，问改两级串联除尘系统的总除尘效率为多少？解：根据（3-63）可得：ηT=[1－(1－η1)(1－η2)]=[1－(1－91.9%)(1－82%)]=98.542%第四章颗粒物污染物的去除习题P1284.15除尘器系统的处理烟气量为10000m3/h，初始含尘浓度为6g/m3，拟采用逆气流反吹清灰袋式除尘器，选用涤纶绒布滤料，要求进入除尘器的气体温度不超过393k，除尘器的压力损失不超过1200pa，烟气性质近似于空气。试确定：①过滤速度；②粉尘负荷；③除尘器的压力损失；④最大清灰周期；⑤滤袋面积；⑥滤袋尺寸（长度和直径）和滤袋条数。解：本题为简单的设计题，部分参数需要自己选定：由p122中，取①过滤速度为2m/min，由p119中，取②粉尘负荷为0.2kg/m2，粉尘层比电阻α=5×1010m/kg，清洁滤料的阻力系数为0.5×107m-1，气体粘度查书本后面表格得：393k时的空气粘度2.33·10-6kg·s/m2。③除尘器的压力损失△P=△Pc+△Pf=1200+（0.5×107+5×1010×0.2）×2.33·10-6×2/60=1200+782=1982pa④最大清灰周期按实际情况确定。⑤滤袋面积A=Q/u=10000m3/h/2m/min=83.3m2⑥滤袋尺寸（长度和直径）和滤袋条数。滤袋长度取4m，直径取200mm，则每个滤袋的面积为：A=πdl＝π×4×0.2＝2.512m2滤袋条数n＝83.3/2.512＝33.16最后取n等于34个。第五章吸收法净化气态污染物习题P1625.1试求303k，氢气的分压为2×104Pa时氢气在水中的溶解度。yizhi氢气在水中的亨利系数EH2=7.39×107Pa。解：xA=PA/EA=2×104/7.39×107=2.71×10-4（摩尔分率）溶解度是指一定温度下,100克溶剂中达到饱和时所能溶解的溶质的克数。假设100克水中，则水的摩尔数为5.556mol，那么溶质氢气的摩尔数为0.0015mol，氢气的溶解度为：0.0015mol×2g/mol=0.003g5.7已知某低浓度气体溶质被吸收时，平衡关系服从亨利定律，气膜吸收系数kG=2.74×10-7kmol/（m2·s·kPa），液膜吸收系数kL=6.94×10-5m/s，亨利系数H=1.5kmol/（m3·kPa）。试求吸收总系数KG，并分析该吸收过程的控制因素。解：1/KG=1/kG+1/（kL·H）=3.66×106KG=2.73×10-7kmol/（m2·s·kPa）气相传质阻力：1/kG=3.6×106液相传质阻力：1/（kL·H）=9.6×103液相传质阻力远远大于气相传质阻力，该吸收过程为气膜控制步骤。第六章吸附法净化气态污染物习题P1966.6在直径为D=1.4m的立式吸附器中，装有密度为ρ=220kg/m3的活性炭，炭层厚度z=1.0m，含苯废气以1.4m/min的速率通过活性炭层，废气含苯的初始浓度ρ0=39g/m3,设苯蒸气被活性炭完全吸附，活性炭对苯的平均活性为7%，解吸后苯在活性炭中的残余吸附量为0.8%，求：①每次间歇操作的时间；②每次吸附所能处理的废气量。解：①m=ρV=220kg/m3×π（1.4m/2）2×1.0m=338.492kgω2=7%ω1=0.8%ν=14m/min/60=0.233m/sA=π（1.4m/2）=1.5386m2ρ1=39g/m3ρ2=0所以τB=m(ω2－ω1)/[νA(ρ1－ρ2)]=338.492×(7%－0.8%)×1000/(0.233×1.5386×39)=1501s=25min②吸附苯的质量：G=m(ω2－ω1)=338.492kg×(7%-0.8%)=21kg废气总量：V=25min×14m/min×π（1.4m/2）2=538.51m36.8某活性炭床被用来净化含CCl4的废气，其操作条件是：废气流量为20m3/min,温度为25℃，压力为101.33kPa，CCl4的初始含量为900×10-6（体积分数），床深0.6m，空塔气速为0.3m/s。假定活性炭的装填密度为400kg/m3，操作条件下的吸附容量为饱和吸附容量的40%，实验测得其饱和容量为0.523kg（CCl4）/kg(活性炭)。求：①当吸附床长宽比为2:1时，试确定长的过气截面；②计算吸附床的活性炭用量；③试确定吸附床穿透前能够连续操作的时间。解：①A=Q/V=20m3/min/(60×0.3m/s)=1.11m2设长宽比2x，则宽为x，2x2=1.11求得x=0.74m2x=1.48m②m活性炭=400kg/m3×0.6m×0.74m×1.48m=262.8kg③假设吸附床穿透的吸附容量等于操作条件下的吸附量，则0.523kg×40%=0.209kg（CCl4）/kg(活性炭)能够吸附CCl4的量为：0.209kg（CCl4）/kg(活性炭)×262.8kg=54.93kgM(CCl4)=154g/molC=900×10-6×154/（22.4×10-3）=6.2g/m3t=54.93kg×1000/(6.2g/m3×20m3/min)=443min第七章催化法净化气态污染物习题P2227.6用氨催化还原法治理硝酸车间排放含有NOx的尾气。尾气排放量为6500m3N/h，尾气中含有NOx为0.28%，N2为95%，H2O为1.6%，使用催化剂为直径5mm球形