大气污染控制工程(第三版)课后习题答案.doc

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1、第一章 概 论1.1 解：按1mol干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故nN2=0.781mol，nO2=0.209mol，nAr=0.00934mol，nCO2=0.00033mol。质量百分数为，；，。1.2 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。故三种污染物体积百分数分别为：SO2：，NO2：CO：。1.3 解：1）（g/m3N） c（mol/m3N）。2）每天流经管道的CCl4质量为1.03110360024103kg=891k

2、g1.4 解：每小时沉积量200（5001560106）0.12=10.81.5 解：由大气污染控制工程P14 （11），取M=210，COHb饱和度1.6 解：含氧总量为。不同CO百分含量对应CO的量为：2%：，7%：1）最初CO水平为0%时 ；2）最初CO水平为2%时 。1.7 解：由大气污染控制工程P18 （12），最大能见度为。第二章 燃烧与大气污染 2.1 解：1kg燃油含：重量（g） 摩尔数（g） 需氧数（g）C 855 71.25 71.25H 1132.5 55.25 27.625S 10 0.3125 0.3125H2O 22.5 1.25 0N元素忽略。1）理论需氧量 71

3、.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99.18754.78=474.12mol/kg重油。即474.1222.4/1000=10.62m3N/kg重油。烟气组成为CO271.25mol，H2O 55.25+11.25=56.50mol，SO20.1325mol，N23.7899.1875=374.93mol。理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.9922.4/1000=11.27 m3N/kg重油。2）干烟气量为502.9956.50=446.49mo

4、l/kg重油。SO2百分比浓度为，空气燃烧时CO2存在最大浓度。3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.110.62=11.68m3N/kg重油，产生烟气量为11.267+0.110.62=12.33 m3N/kg重油。2.2 解：相对于碳元素作如下计算：%（质量） mol/100g煤 mol/mol碳C 65.7 5.475 1H 3.2 3.2 0.584S 1.7 0.053 0.010O 2.3 0.072 0.013灰分 18.1 3.306g/mol碳水分 9.0 1.644g/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。燃烧方程

5、式为n=1+0.584/4+0.0100.013/2=1.14951）理论空气量；SO2在湿烟气中的浓度为2）产生灰分的量为 烟气量（1+0.292+0.010+3.781.1495+1.644/18）1000/18.2622.4103=6.826m3/kg灰分浓度为mg/m3=2.12104mg/m33）需石灰石/t煤2.3解：按燃烧1kg煤计算 重量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（mol）C 795 66.25 66.25H 31.125 15.5625 7.78S 6 0.1875 0.1875H2O 52.875 2.94 0设干空气中N2：O2体积比为3.78：1，所需理论空气量为

6、4.78（66.25+7.78+0.1875）=354.76mol/kg煤。理论烟气量CO2 66.25mol，SO2 0.1875mol，H2O 15.5625+2.94=18.50mol N2总计66.25+8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤实际烟气量365.48+0.2354.76=436.43mol/kg煤，SO2浓度为。2.4解：取1mol煤气计算H2S 0.002mol 耗氧量 0.003mol CO2 0.05mol 0 CO 0.285mol 0.143mol H2 （0.13-0.004）mol 0.063mol CH4 0.007mol 0.0

7、14mol共需O2 0.003+0.143+0.063+0.014=0.223mol。设干空气中N2：O2体积比为3.78：1，则理论干空气量为0.223（3.78+1）=1.066mol。取，则实际干空气 1.21.066mol=1.279mol。空气含湿量为12g/m3N，即含H2O0.67mol/ m3N，14.94L/ m3N。故H2O体积分数为1.493%。故实际空气量为。烟气量SO2：0.002mol，CO2：0.285+0.007+0.05=0.342mol，N2：0.2233.78+0.524=1.367mol，H2O0.002+0.126+0.014+1.2981.493%+

8、0.004=0.201mol故实际烟气量 0.002+0.342+1.367+0.201+0.21.066=2.125mol2.5 解：1）N2%=111%8%2%0.012%=78.99%由大气污染控制工程P46 （211）空气过剩2）在测定状态下，气体的摩尔体积为；取1m3烟气进行计算，则SO2120106m3，排放浓度为。3）。4）。2.6解：按1kg煤进行计算 重量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（mol）C 758 63.17 63.17H 40.75 20.375 10.19S 16 0.5 0.5H2O 83.25 4.625 0需氧63.17+10.19+0.5=73.86mo

9、l设干空气中N2：O2体积比为3.78：1，则干空气量为73.864.781.2=423.66mol，含水423.660.0116=4.91mol。烟气中：CO2 63.17mol；SO2 0.5mol；H2O 4.91+4.625+20.375=29.91mol；N2：73.863.78=279.19mol；过剩干空气0.273.864.78=70.61mol。实际烟气量为63.17+0.5+29.91+279.19+70.61=443.38mol其中CO2 ；SO2 ；H2O ； N2 。O2 。2.7解：SO2含量为0.11%，估计约1/60的SO2转化为SO3，则SO3含量，即PH2S

10、O4=1.83105，lg PH2SO4=-4.737。查图27得煤烟气酸露点约为134摄氏度。2.8解：以1kg油燃烧计算，C 860g 71.67mol； H 140g 70mol，耗氧35mol。设生成CO x mol，耗氧0.5x mol，则生成CO2 （71.67x）mol，耗氧（71.67x）mol。烟气中O2量。总氧量 ，干空气中N2：O2体积比为3.78：1，则含N2 3.78（106.67+24.5x）。根据干烟气量可列出如下方程：，解得x=0.306故CO2%：；N2%：由大气污染控制工程P46 （211）空气过剩系数第三章 大气污染气象学3.1解：由气体静力学方程式，大气

11、中气压随高度的变化可用下式描述： （1）将空气视为理想气体，即有 可写为 （2）将（2）式带入（1），并整理，得到以下方程：假定在一定范围内温度T的变化很小，可以忽略。对上式进行积分得： 即 （3）假设山脚下的气温为10。C，带入（3）式得：得即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km。3.2解：，不稳定，不稳定，不稳定，不稳定，不稳定。3.3解：，3.4解：由大气污染控制工程P80 （323），取对数得设，由实测数据得 x0.3010.4770.6020.699y0.06690.11390.14610.1761由excel进行直线拟合，取截距为0，直线方程为：y=0.2442x故m0.2442。

12、3.5 解：，。稳定度D，m=0.15，。稳定度F，m=0.25，风速廓线图略。3.8解：以第一组数据为例进行计算：假设地面大气压强为1013hPa，则由习题3.1推导得到的公式，代入已知数据（温度T取两高度处的平均值）即，由此解得P2=961hPa。由大气污染控制工程P72 （315）可分别计算地面处位温和给定高度处位温：，故位温梯度=同理可计算得到其他数据的位温梯度，结果列表如下：测定编号123456地面温度/。C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相应温度/。C26.715.68.95.020.028.0位温梯度/K/100m2.

13、220.27 0.17 0.02 1.02 1.42 3.9解：以第一组数据为例进行计算，由习题3.1推导得到的公式，设地面压强为P1，代入数据得到：，解得P1=1023hPa。因此同理可计算得到其他数据的地面位温，结果列表如下：测定编号123456地面温度/。C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相应温度/。C26.715.68.95.020.028.0地面压强/hPa102310121002104010061007地面位温/。C292.2293.1288.4294.7302.5297.43.10 解答待求。第四章 大气扩散浓度估算模

14、式4.1解：吹南风时以风向为x轴，y轴指向峭壁，原点为点源在地面上的投影。若不存在峭壁，则有现存在峭壁，可考虑为实源与虚源在所关心点贡献之和。实源虚源因此+=刮北风时，坐标系建立不变，则结果仍为上式。4.2解：霍兰德公式。布里格斯公式 且x=2100kW，TsTa=130K35K。（发电厂位于城市近郊，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3）4.3解：由大气污染控制工程P88（49）得4.4解：阴天稳定度等级为D级，利用大气污染控制工程P95表44查得x=500m时。将数据代入式48得。4.5解：由霍兰德公式求得，烟囱有效高度为。由大气污染控制工程P89 （410）、（411）时，。取稳

15、定度为D级，由表44查得与之相应的x=745.6m。此时。代入上式。4.6解：由大气污染控制工程P98 （431）（当，q=0.3）4.7解：有限长线源。首先判断大气稳定度，确定扩散参数。中纬度地区晴朗秋天下午4：00，太阳高度角3035。左右，属于弱太阳辐射；查表4-3，当风速等于3m/s时，稳定度等级为C，则400m处。其次判断3分钟时污染物是否到达受体点。因为测量时间小于0.5h，所以不必考虑采样时间对扩散参数的影响。3分钟时，污染物到达的距离，说明已经到达受体点。有限长线源距离线源下风向4m处，P1=75/43.3=1.732，P2=75/43.3=1.732；。代入上式得。端点下风向

16、P1=0，P2=150/43.3=3.46，代入上式得4.8解：设大气稳定度为C级，。当x=1.0km，。由大气污染控制工程P106 （449） 4.9解：设大气稳定度为C级。当x=2km时，xDx2xD时，计算结果表明，在xD=x=162m。实际烟囱高度可取为170m。烟囱出口烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5倍，即uv=1.51.6871700.25=9.14m/s。但为保证烟气顺利抬升，出口流速应在2030m/s。取uv=20m/s，则有，实际直径可取为4.0m。4.12解：高架连续点源出现浓度最大距离处，烟流中心线的浓度按 P88（47） （由P89（411）而地面轴线浓度。因此

17、，得证。第五章 颗粒污染物控制技术基础5.1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d84.1=61.0、d50=16.0、d15。9=4.2。作图略。5.2 解：绘图略。5.3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）=10.3、d84.1=19.1、d15。9=5.6。按大气污染控制工程P129（524）；P129（526）；P129（529）。5.4解：大气污染控制工程P135（539）按质量表示P135（538）按净体积表示P135（540）按堆积体积表示。5.5解：气体流量按P141（543）；漏风率P1

18、41（544）；除尘效率：考虑漏风，按P142（547）不考虑漏风，按P143（548）5.6解：由气体方程得按大气污染控制工程P142（545）。5.7 解：按大气污染控制工程P145（558）粉尘浓度为，排放浓度10（199%）=0.1g/m3；排放量2.220.1=0.222g/s。5.8解：按大气污染控制工程P144（552）（P=0.02）计算，如下表所示：粉尘间隔/0.60.60.70.70.80.81.0122334质量频率 /%进口g12.00.40.40.73.56.024.0出口g27.01.02.03.014.016.029.093959091.49294.797.6粉尘

19、间隔/45566881010122030其他质量频率 /%进口g113.02.02.03.011.08.024.0出口g26.02.02.02.58.57.0099.1989898.398.598.2100据此可作出分级效率曲线。5.9解：按大气污染控制工程P144（554）。5.10 解：当空气温度为387.5K时。当dp=0.4时，应处在Stokes区域。首先进行坎宁汉修正：，。则，。当dp=4000时，应处于牛顿区，。，假设成立。当dp=0.4时，忽略坎宁汉修正，。经验证Rep500，假设成立。第六章 除尘装置6.1解：计算气流水平速度。设粒子处于Stokes区域，取。按大气污染控制工程

20、P162（64）即为能被100%捕集的最小雾滴直径。6.2解：按层流考虑，根据大气污染控制工程P163（65），因此需要设置23层。6.3解：，符合层流区假设。6.4解：设空气温度为298K，首先进行坎宁汉修正：，。故。用同样方法计算可得0.83粒子的分级效率为0.864。因此总效率 6.5 解：按Air Pollution Control Engineering公式 。令=50%，N=5，Vc=15m/s，=2.9103kg/m3，W=0.76m，代入上式得dc=11.78。利用大气污染控制工程P170（618）计算各粒径粉尘分级效率，由此得总效率6.6 解：根据大气污染控制工程P144（5

21、53）（P=0.1）计算分级效率，结果如下表所示：粉尘间隔/05510101515202025253030353540404545质量频率 /%捕集g30.51.41.92.12.12.02.02.02.084.0出口g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.15.59 49.41 79.17 90.00 92.65 96.26 97.30 97.83 98.36 99.85 据此可作出分级效率曲线。由上表可见，510去除效率为49.41。因此在工程误差允许范围内，dc=7.5。6.7解：据大气污染控制工程P169（613） 。6.8 解：根据Air Pollution

22、 Control EngineeringP258公式 。因，故1000 ；由题意，当。取，N=10，代入上式，解得Wi=5.5。根据一般旋风除尘器的尺寸要求，D0=4Wi=2.2cm；H2 Wi=1.1cm。气体流量Q=A.V=H.W.Vc=1.21103m3/s6.9解：按大气污染控制工程P170（618）；。dg=20，代入上式，利用Matlab积分可得。6.10解：驱进速度按大气污染控制工程P187（633）。，Q=0.075m3/s，代入P188（634）。6.11 解：1）Q=2/3=0.667 m3/s，S=3.662=13.4m2，。2），查图627得Fv=1.75故。6.12

23、解：1）由题意dp=3.5，dp=8.0，dp=13.0，故2），则=0.42g/m30.1g/m3。不满足环保规定和使用者需要。6.13 解：1）由大气污染控制工程P183（631）电场荷电为扩散荷电按P184 （632）计算，与电场荷电相比很小，可忽略。因此饱和电荷值3.041016C。2）电场荷电为扩散荷电与电场荷电相比很小，可忽略，故粉尘荷电量4.861019C。3）取dp=5时，；dp=0.2时，。6.16解：设3种粒子的分级效率分别为、，则因此，。6.17 解：1）粉尘粒径dp=10当液滴直径为50时，R=0.2；碰撞数，。由给出计算公式可得同理可得液滴直径为100、500时捕集效

24、率为42.6、10.1%。2）dp=50用同样方法计算可得颗粒在直径为50、100、500的液滴上捕集效率分别为0、10.2%、25.0。6.18解：按大气污染控制工程P211（653）由（655）粒径小于0.1所占质量百分比太小，可忽略；粒径大于20.0，除尘效率约为1；因此故。6.19 解：坎宁汉修正6.20解：设气液比1L/m3，dp=1.2，f=0.25。在1atm与510.K下查得。由可解得v=121.6m/s。故喉管面积，DT=272mm。取喉管长度300mm，通气管直径D1=544mm。，则，（取D2=600mm）。6.21 解：由Air Pollution Control En

25、gineeringP300 9.48式 。通过P293 Figure 9.18读取。取，雨滴Db=2mm，处于牛顿区，利用大气污染控制工程P150（583）。因此，。从Figure 9.18读出=0.11（Cylinder）。故M=。而液滴本身。故质量增加了1.98104%。6.22解：由Air Pollution Control Engineering公式 。代入已知数据，即需持续半天左右的时间。6.23解：设破裂2个布袋后气体流量分配不变，近似求得出口浓度如下：。因此。6.24解：设恒定速度v1，则， 。若在400Pa压降下继续，则解此微分方程得Q2=90.1m3。6.25解：当T=300

26、K时，v=1.8m/min=0.03m/s。，。利用所给数据进行线性拟和，即，Kp=3.531012m2。6.26 解：1）过滤气速估计为vF=1.0m/min。2）除尘效率为99%，则粉尘负荷。3）除尘器压力损失可考虑为为清洁滤料损失，考虑为120Pa；故。4）因除尘器压降小于1200Pa，故即最大清灰周期。5）。6）取滤袋d=0.8m，l=2m。，取48条布袋。6.27 解：1）将已知数据代入所给公式即有，2）由可得z=3.23m。3）由Air Pollution Control Engineering公式，穿透率取Wi=0.25Dc，而N=0.5Z/Dc，Vc=Vs/，代入上式 （近似取

27、）6.28 解：1）过滤气速为3.35m/min 效率过滤气速为1.52m/min 效率过滤气速为0.61m/min 效率过滤气速为0.39m/min 效率2）由2.0（10.3）xp=140104，xp=0.01cm；3）由（0.80.0006）0.39t=140，t=449min=7.5h。第七章 气态污染物控制技术基础7.1解：由亨利定律P*=Ex，5002%=1.88105x，x=5.32105。 由y*=mx，m=y*/x=0.02/5.32105=376。因x=5.32105很小，故CCO2=2.96mol/m3。100g与气体平衡的水中约含441005.32105/18=0.01

28、3g。7.2 解：在1atm下O2在空气中含量约0.21。0.21=4.01104x解得O2在水中摩尔分数为x=5.24106。7.3 解：20C时H2S E=0.489105kPa，分压20atm0.1%=2.03kPa。P*=Ex，x=P*/E=4.15105，故C*H2S=2.31mol/m3。H=C/P*=2.3/（2.03103）=1.14103mol/（m3.Pa）=115mol/（m3.atm）由。7.5 解：GB=100.89=8.9m3/min，Y1=0.124，Y2=0.02。作出最小用水时的操作线，xmax=0.068。故，Ls=1.531.758.9=23.8m3/mi

29、n。图解法可解得传质单元数为3.1。Hy=2.393.1=7.4m。7.6解：利用公式，将已知数据代入，解得因此。7.8解：XT cm3/gP atmlgXTlgPP/V3011.47700.0335121.7080.3010.0396731.8260.4770.0458141.9090.6020.0499351.9690.6990.05410462.0170.7780.058依据公式，对lgXTlgP进行直线拟合：，即K=30，n=1.43；依据公式，对P P/V进行直线拟合：，即Vm=200，B=0.173。7.9 解：三氯乙烯的吸收量V=2.541040.0299.5%=505.46m3

30、/h，M=131.5。由理想气体方程得因此活性炭用量；体积。7.11 解：反应管转化率为xA时，反应速度为RA=0.15（1xA）mol/（kg催化剂.min）。根据单管物料平衡可列出如下方程：其中，Q单位为mol/min。数据代入并整理得，对等式两边积分，即，解得Q=0.447mol/min。反应管数目：250/0.447560个。7.12 解：由得。第八章 硫氧化物的污染控制8.1解：火电厂排放标准700mg/m3。3%硫含量的煤烟气中SO2体积分数取0.3%。则每立方米烟气中含SO2；因此脱硫效率为。8.2 解：1） m=1.5625kg2）每燃烧1t煤产生SO2约，约去除720.9=6

31、4.8kg。因此消耗CaCO3 。3）CaSO4.2H2O生成量 ；则燃烧1t煤脱硫污泥排放量为，同时排放灰渣77kg。8.3 解：1）由，解得。2）设总体积为100，则SO27.8体积，O210.8体积，N281.4体积。经第一级催化转化后余SO20.156体积，O26.978体积，N281.4体积。设有x体积SO2转化，则总体积为。因此，由此解得x=1.6103；故转化率为8.4解：动力消耗，即约0.51%用于克服阻力损失。8.5 解：1）取平均温度为，此时气体密度（分子量取30）。显然雾滴处于牛顿区，因气体流速为3m/s，则液滴相对塔壁的沉降速度为6.73m/s。2）工况条件：液气比9.

32、0L/m3，Ca/S=1.2，并假设SO2吸收率为90%。在117.5。C下，水汽化热2212.1kJ/kg，空气比热1.025kJ/（kg.K）由（18055）1.0250.94=2212.1m，解得m=0.054kg，因此水分蒸发率。3）CaCO3反应分率为。8.6解：在373K时，Khs=0.41，Ks1=6.6103，Ks23.8108。NaS=Na+SO2.H2OHSO3SO32 =OHH+SO32+2CO32+HCO3SO2.H2O，。代入得代入不同的H+浓度，可得pH在45时NaS接近于0。因此脱硫最佳pH值45。8.7 解：工况条件：液气比9.0L/m3，Ca/S=1.2，并假

33、设SO2吸收率为90%。因此，单位体积（1.0L）通过烟气1/9m3，可吸收SO2。取温度T=373K，则Khs=0.147，Ks1=0.0035，Ks2=2.4108。进水PSO2=4.0104atm，SO2.H2O=PSO2.Khs=5.88105，HSO3=Ks1SO2.H2O/H+=0.0206，SO32=；则反应后S=SO2.H2O+HSO3+SO32+0.018=0.0387此时PSO2=4.0103atm，SO2.H2O=5.88104且物料守恒得 SO2.H2O+HSO3+SO32 =0.0387由上述方程可解得H+=5.4105，pH=4.27第九章 固定源氮氧化物污染控制9

34、.1 解：1）设每天需燃煤Mt，则有M.61101031034.1838%=1000106243600解得M=8.9103t。取NOx平均排放系数12kg/t煤，则每日排放NOx量约为；2）同理M.100001031034.1838%=1000106243600，M=5439t。取重油密度为0.8103kg/m3，折合体积约为6800m3，去排放系数12.5kg/m3，则每日排放NOx约为3）89001034.1838%V=1000106243600，解得V=6.1106m3。每日排放NOx量约为。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

35、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O2250459=2445g，约76.4mol。引入N2。燃烧本身过程中产生N2。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，由此解得x=152mol。故NOx浓度为（体积分数）。9.3 解：1）1200K下，Kp=2.8107。设有xN2转化为NO，则解得x=0.005

36、12；故NO平衡浓度为（体积分数）2）1500K时，同理解得x=0.032，故NO平衡浓度为（体积分数）3）2000K时，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H2O 18.5mol，含SO20.28mol。因此需O2 239247=2281g 约71.3mol，则引入N2268.2mol。若空气过剩20%，则烟气中O2为0.271.3=14.26mol，N2 268.2+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（体积分数）2）N2转化率50%，则NO浓度为（体积分数）9.5解：按大气污染控制工程P361（913） 将M=70，C=0.5代入当t=0.01s时 ，解得Y=0.313；当t=0.04s时 ，解得Y=0.811；当t=0.1s时 ，解得Y=0.988。由，取P=1atm，将M=