大气污染控制工程课后答案

第九章固定源氮氧化物污染控制9.1解：1）设每天需燃煤Mt，则有M.6110×103×103×4.18×38%=1000×106×24×3600解得M=8.9×103t。取NOx平均排放系数12kg/t煤，则每日排放NOx量约为t1071012109.833；2）同理M.10000×103×103×4.18×38%=1000×106×24×3600，M=5439t。取重油密度为0.8×103kg/m3，折合体积约为6800m3，去排放系数12.5kg/m3，则每日排放NOx约为t0.85105.12680033）8900×103×4.18×38%V=1000×106×24×3600，解得V=6.1×106m3。每日排放NOx量约为t2.38101025.6101.6336。9.2解：取1kg煤计算，排放NOx约8g，在常规燃烧温度下，近似认为NO2浓度很小，NOx均以NO存在。1kg煤中，含C772g，H52g，N12g，S26g，O59g，灰分为79g。充分燃烧后，生成CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol。需O22504－59=2445g，约76.4mol。引入N2mol4.2874.7621.079.0。燃烧本身过程中产生N2mol3.028/)8301412(。即在O2恰好耗尽时烟气含CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol，N2287.7mol。由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol，则06.01.37921.0xx，由此解得x=152mol。故NOx浓度为4100.51521.379267.0（体积分数）。9.3解：1）1200K下，Kp=2.8×10－7。设有xN2转化为NO，则72108.2)5)(75()2(xxx解得x=0.00512；故NO平衡浓度为41002.110000512.02（体积分数）2）1500K时，同理52101.1)5)(75()2(xxx解得x=0.032，故NO平衡浓度为4104.61002032.0（体积分数）3）2000K时，42100.4)5)(75()2(xxx解得x=0.190，故NO平衡浓度为0.0038。9.4解：考虑1kg燃煤含氢37g，碳759g，硫9g，氮9g，氧47g。烟气中含CO263.25mol，含H2O18.5mol，含SO20.28mol。因此需O22392－47=2281g约71.3mol，则引入N2268.2mol。若空气过剩20%，则烟气中O2为0.2×71.3=14.26mol，N2268.2+53.6+9/28=322.1mol。即若不考虑N转化，则烟气中含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，O214.26mol，N2322.1mol。1）N2转化率20%，则NO浓度为4101.34.41814/92.0（体积分数）2）N2转化率50%，则NO浓度为4107.74.41814/95.0（体积分数）9.5解：按《大气污染控制工程》P361（9－13）)exp()1()1(11MtYYCC将M=70，C=0.5代入当t=0.01s时7.05.05.1)1()1(eYY，解得Y=0.313；当t=0.04s时8.25.05.1)1()1(eYY，解得Y=0.811；当t=0.1s时75.05.1)1()1(eYY，解得Y=0.988。由)58400exp(107.52/1115TPTM，取P=1atm，将M=70代入得T=2409K。9.6解：M=50955.0,)1()1(,1.0686.0,)1()1(,04.0232.0,)1()1(,01.055.05.10.25.05.15.05.05.1YeYYstYeYYstYeYYstM=30824.0,)1()1(,1.0487.0,)1()1(,04.0144.0,)1()1(,01.035.05.12.15.05.13.05.05.1YeYYstYeYYstYeYYst9.7解：)43400exp(101.41091314RTK（R=1.987cal/mol.K）。将所给温度代入公式计算K值，列表如下：T（K）30010001200150020002500Kp（计算值）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解：假设O浓度很小，平衡时O2的浓度仍可近似认为5％。利用O2分解的平衡反应式OO22及《大气污染控制工程》P360（9－11）式求解：2/1,2/12)(][][RTKOOOPee。因反应前后分子个数不同，平衡常数有量纲，公式中浓度单位为mol/m3，即1）2000K时，Kp,o=6.63×10－4，平衡时32/305.0273/20000224.005.0][mmolOe故3642/1,2/12/mol1084.22000314.81063.6305.0)(][][mRTKOOOPee－2）2200K时，Kp,o=2.68×10－3，平衡时32/277.0273/22000224.005.0][mmolOe故3532/1,2/12/mol1004.12200314.81068.2277.0)(][][mRTKOOOPee－3）2400K时，Kp,o=8.60×10－3，，平衡时32/254.0273/2400024.005.0][mmolOe故3532/1,2/12/mol1007.32400314.81060.8254.0)(][][mRTKOOOPee－9.9解：取1kg煤计算，排放NOx约8g，在常规燃烧温度下，近似认为NO2浓度很小，NOx均以NO存在。1kg煤中，含C759g，H37g，N9g，S9g，O47g。充分燃烧后，生成CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol。需O22333－47=2286g，约71.4mol。引入N2mol8.2684.7121.079.0。燃烧本身过程中产生N2mol19.028/)830149(。即在O2恰好耗尽时烟气含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol，N2269.0mol。由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol，则06.03.35121.0xx，由此解得x=140.5mol。故NOx浓度为41043.55.1403.351267.0（体积分数）。9.10解：燃烧1molC10H20Nx，产生10molCO2，10molH2O，需O215mol，引入N2量56.4mol。空气过剩50%，则总氮气量为56.4×1.5=84.6mol，O2量为7.5mol。由题意，6102305.75.06.84205.0xx，解得x=0.052因此氮在油中的最大含量为%52.0%1002012014052.014052.0。9.11解：1）以热值为6110kcal/kg的煤为燃料，每日排放NOx量约107t，其中NO210.7t，NO96.3t。反应方程式为：OHNONONH22236444OHNNONH2223127683103.969.03044x3107.109.04668y解得x=2889kmol，y=279kmol生成N2kmol3133)279872889(，H2Okmol4752)279812288946(因此残留氨量为（3133+4752）×5×10－6=0.04kmol，可忽略。故每天消耗氨的量为（2889+279）×17/103=53.9t。2）以热值为10000kcal/kg的重油为燃料，每日排放NOx量约85t，其中NO28.5t，NO76.5t。反应方程式为：OHNONONH22236444OHNNONH2223127683105.769.03044x3105.89.04668y解得x=2295kmol，y=222kmol生成N2kmol2489)222872295(，H2Okmol3776)222812229546(因此残留氨量为（2489+3776）×5×10－6=0.03kmol，可忽略。故每天消耗氨的量为（2295+222）×17/103=42.8t。3）以热值为8900kcal/m3的天然气为燃料，每日排放NOx量约38.2t，其中NO23.8t，NO34.4t。反应方程式为：OHNONONH22236444OHNNONH2223127683104.349.03044x3108.39.04668y解得x=1032kmol，y=99kmol生成N2kmol1119)99871032(，H2Okmol1696)99812103246(因此残留氨量为（1119+1696）×5×10－6=0.01kmol，可忽略。故每天消耗氨的量为（1032+99）×17/103=19.2t。9.12解：甲烷燃烧方程式为：OHCOOCH222422取1mol甲烷进行计算，则理论耗氧量为2mol，生成CO21mol，H2O2mol。当空气过剩10%时，烟气中还含有O20.2mol，N2mol32.82.221.079.0。故烟气总体积3+8.32+0.2=11.52mol。其中，NOx量折合成NO2为：46×11.52×300×10－6=1.59×10－4kg。甲烷燃烧热值为802.3kJ/mol，故浓度转化结果为：GJkgNOGJkgNO/198.0/103.8021059.12264。通用公式的推导：假设燃料组成为CxHyOzNmSt（适用于大部分燃料），空气过剩系数为，燃料的热值Q（kJ/mol）。燃烧方程为222222121)24(mNtSOOyHxCOOzytxSNOHCtmzyx，故取1mol燃料进行计算，则产生CO2xmol，H2Oy/2mol，SO2tmol，N2m/2mol。耗氧（x+t+y/4-z/2）mol，考虑空气过剩系数，引入氮气3.76（x+t+y/4-z/2）mol，剩余O2（－1）（x+t+y/4-z/2）mol。因此烟气总体积为(x+y/2+t+m/2)+3.76（x+t+y/4-z/2）+（－1）（x+t+y/4-z/2）mol。若产生NOx（以NO2计）浓度为F，则生成NO2质量为0.046F[(x+y/2+t+m/2)+3.76（x+t+y/4-z/2）+（－1）（x+t+y/4-z/2）]kg因此浓度转化结果为6-10Qz/2)]-y/4+t+(x)14.76(+m/2)+t+y/2+0.046F[(xkgNO2/GJ将x=1，y=4，z=0，m=0，t=0，Q=802.3kJ/mol，1.1，F=300×10－6代入上式可得题目所给甲烷燃烧时的结果为0.197kgNO2/GJ，与计算结果吻合。作业习题解答第十章挥发性有机物污染控制10.1解：见《大气污染控制工程》P379图10－1。10.2解：由Antoine方程CtBAPlg可分别计算得到40。C时苯的蒸汽压P1=0.241atm；甲苯的蒸汽压P2=0.078atm。因此0723.01241.03.01PPxy苯苯，0546.02PPxy甲苯甲苯。10.3解：列式MlAt