《环境工程学》课程作业及答案

1第一次作业1.根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出SO2、NO2、CO三种污染物日平均浓度限值的体积分数。解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2：0.15mg/m3，NO2：0.12mg/m3，CO：4.00mg/m3。按标准状态下1m3干空气计算，其摩尔数为mol643.444.221013。故三种污染物体积百分数分别为：SO2：ppm052.0643.44641015.03，NO2：ppm058.0643.44461012.03CO：ppm20.3643.44281000.43。2.CCl4气体与空气混合成体积分数为1.50×10－4的混合气体，在管道中流动的流量为10m3N、/s，试确定：1）CCl4在混合气体中的质量浓度（g/m3N）和摩尔浓度c（mol/m3N）；2）每天流经管道的CCl4质量是多少千克？解：1）（g/m3N）334/031.1104.221541050.1Nmgc（mol/m3N）3334/1070.6104.221050.1Nmmol。2）每天流经管道的CCl4质量为1.031×10×3600×24×10－3kg=891kg3.已知重油元素分析结果如下：C：85.5%H：11.3%O：2.0%N：0.2%S：1.0%，试计算：1）燃油1kg所需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；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：1kg燃油含：重量（g）摩尔数（g）需氧数（g）C85571.2571.25H113－2.555.2527.625S100.31250.3125H2O22.51.250N元素忽略。1）理论需氧量71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg设干空气O2：N2体积比为1：3.78，则理论空气量99.1875×4.78=474.12mol/kg重油。即474.12×22.4/1000=10.62m3N/kg重油。烟气组成为CO271.25mol，H2O55.25+11.25=56.50mol，SO20.1325mol，N23.78×99.1875=374.93mol。理论烟气量71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.99×22.4/1000=11.27m3N/kg重油。2）干烟气量为502.99－56.50=446.49mol/kg重油。SO2百分比浓度为%07.0%10049.4463125.0，2空气燃烧时CO2存在最大浓度%96.15%10049.44625.71。3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68m3N/kg重油，产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33m3N/kg重油。4.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量不计）1）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）；2）假定烟尘的排放因子为80%，计算烟气中灰分的浓度（以mg/m3表示）；3）假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。石灰石中含Ca35%。当Ca/S为1.7（摩尔比）时，计算燃煤1t需加石灰石的量。解：相对于碳元素作如下计算：%（质量）mol/100g煤mol/mol碳C65.75.4751H3.23.20.584S1.70.0530.010O2.30.0720.013灰分18.13.306g/mol碳水分9.01.644g/mol碳故煤的组成为CH0.584S0.010O0.013，燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为molCg/26.18475.5100。燃烧方程式为222222013.0010.0584.078.3010.0292.0)78.3(nNSOOHCONOnOSCHn=1+0.584/4+0.010－0.013/2=1.14951）理论空气量kgmkgm/74.6/104.22100026.18)78.31(1495.1333；SO2在湿烟气中的浓度为%174.0%10018644.11495.178.3010.0292.01010.02）产生灰分的量为kgg/8.144%8010010001.18烟气量（1+0.292+0.010+3.78×1.1495+1.644/18）×1000/18.26×22.4×10－3=6.826m3/kg灰分浓度为310826.68.144mg/m3=2.12×104mg/m33）需石灰石kg21.103%35407.100.32%7.11000/t煤5.干烟道气的组成为：CO211%（体积），O28%，CO2%，SO2120×10－6（体积分数），颗粒物30.0g/m3（在测定状态下），烟道气流流量在700mmHg和443K条件下为5663.37m3/min，水气含量8%（体积）。试计算：1）过量空气百分比；2）SO2的排放浓度（3/mg）；3）在标准状态下（1atm和273K），干烟道体积；4）在标准状态下颗粒物的浓度。解：1）N2%=1－11%－8%－2%－0.012%=78.99%由《大气污染控制工程》P46（2－11）3空气过剩%5.50%100)25.08(99.78264.025.082）在测定状态下，气体的摩尔体积为molLPTTVPV/46.39322.1337002734434.22101325221112；取1m3烟气进行计算，则SO2120×10－6m3，排放浓度为63312010(18%)640.179/39.4610gm。3）322.45663.37(18%)2957/min39.46Nm。4）3/85.5222.439.460.03Nmg。第二次作业1.已知某粉尘粒径分布数据（见下表），1）判断该粉尘的粒径分布是否符合对数正态分布；2）如果符合，求其几何标准差、质量中位直径、个数中位直径、算数平均直径及表面积－体积平均直径。粉尘粒径/m0～22～44～66～1010～2020～4040浓度/3mg0.812.2255676273解：在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线，读出质量中位直径d50（MMD）=10.3m、d84.1=19.1m、d15。9=5.6m。85.1501.84ddg。按《大气污染控制工程》P129（5－24）mNMDNMDMMDg31.3ln3lnln2；P129（5－26）mdNMDdLgL00.4ln21lnln2；P129（5－29）mdNMDdsvgsv53.8ln25lnln2。2.根据对某旋风除尘器的现场测试得到：除尘器进口的气体流量为10000m3N/h，含尘浓度为4.2g/m3N。除尘器出口的气体流量为12000m3N/h，含尘浓度为340mg/m3N。试计算该除尘器的处理气体流量、漏风率和除尘效率（分别按考虑漏风和不考虑漏风两种情况计算）。解：气体流量按P141（5－43）smQQQNNNN/11000)(21321；漏风率P141（5－44）%20%100100002000%100121NNNQQQ；除尘效率：4考虑漏风，按P142（5－47）%3.90100002.412000340.0111122NNNNQQ不考虑漏风，按P143（5－48）%9.912.4340.01112NN3.对于题2中给出的条件，已知旋风除尘器进口面积为0.24m2，除尘器阻力系数为9.8，进口气流温度为423K，气体静压为－490Pa，试确定该处尘器运行时的压力损失（假定气体成分接近空气）。解：由气体方程RTMmPV得LgRTPMVm/832.042331.829)4901001.1(5smAQv/9.17360024.027342310000按《大气污染控制工程》P142（5－45）PaP13119.172832.08.92。4.有一两级除尘系统，已知系统的流量为2.22m3/s，工艺设备产生粉尘量为22.2g/s，各级除尘效率分别为80%和95%。试计算该处尘系统的总除尘效率、粉尘排放浓度和排放量。解：按《大气污染控制工程》P145（5－58）%99%)801%)(951(1)1)(1(121T粉尘浓度为33/10/22.22.22mgmg，排放浓度10（1－99%）=0.1g/m3；排放量2.22×0.1=0.222g/s。5.某燃煤电厂除尘器的进口和出口的烟尘粒径分布数据如下，若除尘器总除尘效率为98%，试绘出分级效率曲线。粉尘间隔/m0.60.6~0.70.7~0.80.8~1.01~22~33~4质量频率/%进口g12.00.40.40.73.56.024.0出口g27.01.02.03.014.016.029.0粉尘间隔/m4~55~66~88~1010~1220~30质量频率/%进口g113.02.02.03.011.08.0出口g26.02.02.02.58.57.0解：按《大气污染控制工程》P144（5－52）iiiggP121（P=0.02）计算，如下表所示：粉尘间隔/m0.60.6~0.70.7~0.80.8~1.01~22~33~4质量频率/%进口g12.00.40.40.73.56.024.0出口g27.01.02.03.014.016.029.0%/i93959091.49294.797.65粉尘间隔/m4~55~66~88~1010~1220~30其他质量频率/%进口g113.02.02.03.011.08.024.0出口g26.02.02.02.58.57.00%/i99.1989898.398.598.2100据此可作出分级效率曲线。6.某种粉尘的粒径分布和分级除尘效率数据如下，试确定总除尘效率。平均粒径/m0.251.02.03.04.05.06.07.08.010.014.020.023.5质量频率/%0.10.49.520.020.015.011.08.55.55.54.00.80.2分级效率/%83047.56068.575818689.5959899100解：按《大气污染控制工程》P144（5－54）%86.721iiTg。7.计算粒径不同的三种飞灰颗粒在空气中的重力沉降速度，以及每种颗粒在30秒钟内的沉降高度。假定飞灰颗粒为球形，颗粒直径分别为为0.4、40、4000m，空气温度为387.5K，压力为101325Pa，飞灰真密度为2310kg/m3。解：当空气温度为387.5K时53103.2,/912.0mkg。当dp=0.4m时，应处在Stokes区域。首先进行坎宁汉修正：smMRTv/2.5321097.28142.35.387314.8883，mv8104.9499.0，47.04.0104.9222pdKn。则61.1)]10.1exp(4.0257.1[1KnKnC，smgCdupps/1041.11852。当dp=4000m时，应处于牛顿区，smgdupps/34.17)(74.1。5002750103.234.17912.0104000Re56udpp，假设成立。当dp=0.4m时，忽略坎宁汉修正，smgdupps/088.0182。经验证Rep1，符合Stokes公式。考虑到颗粒在下降过程中速度在很短时间内就十分接近us，因此计算沉降高度时可近似按us计算。dp=0.4