大气污染控制工程作业习题解答(整理)

1、作业习题解答 第二章 燃烧与大气污染 2.1 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。 2.1 解： 1kg 燃油含： 重量（ g） 摩尔数（ g）需氧数（ g） C 85571.2571.25 H113 2.5 55.25 27.625 S 100.31250.3125 H2O22.51.250 N 元素忽略。 1）理论需氧量 71.25+27.625

2、+0.3125=99.1875mol/kg 设干空气02： N2体积比为1: 3.78，则理论空气量 99.1875 X 4.78=474.12mol/kg重油。 即 474.12 X 22.4/1000=10.62m3N/kg 重油。 烟 气 组 成 为 C0271.25mol ， H20 55.25+11.25=56.50mol ， S020.1325mol ， N23.78 X 99.1875=374.93mol。 理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg 重油。即 502.99X 22.4/1000=11.27 m3N/kg 重油。 2）

3、干烟气量为 502.9956.50=446.49mol/kg 重油。 S02百分比浓度为， 空气燃烧时C02存在最大浓度。 3 3）过剩空气为10%时，所需空气量为 1.1 X 10.62=11.68m N/kg重油， 产生烟气量为 11.267+0.1 X 10.62=12.33 m3N/kg 重油。 2.2普通煤的元素分析如下：C65.7% ;灰分18.1% ; S1.7%; H3.2% ;水分9.0%; 02.3%。 （含 N 量不计） 1） 计算燃煤1kg所需要的理论空气量和S02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

4、）； 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。 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 5.4751 H 3.2 3.2 0.584 S 1.7 0.053 0.010 0 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。燃烧方程式为 n=1+0.584/4+0.010 0.013

5、/2=1.1495 1）理论空气量； S02在湿烟气中的浓度为 2）产生灰分的量为 33 烟气量（1+0.292+0.010+3.78 X 1.1495+1.644/18 ）x 1000/18.26 X 22.4 X 10 =6.826m /kg 灰分浓度为 mg/m 3=2.12 X 104mg/m3 3）需石灰石 /t 煤 6 2.5干烟道气的组成为：CO211% （体积），028%, CO2% , SO2120X 10一（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 3 5663.37m /min，水气含量 8% （体积）。 试

6、计算： 1 ）过量空气百分比； 2） SO2 的排放浓度（）； 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。 2.5 解： 1）N2%=1 11%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 SO2120 X 106m3，排放浓度为 。 3）。 4）。 2.9 解： （1） 102.23t, （2）42.178t, 3.25t. 第四章 大气扩散浓度估算模式 4.3某污染源排出 SO2量为80g/s，有效源高为 60m，烟囱出口处平均风速为 6m

7、/s。在当时 的气象条件下，正下风方向500m处的，试求正下风方向 500m处SO2的地面浓度。 4.3 解： 由大气污染控制工程 P88（ 4 9）得 4.4在题4.3所给的条件下，当时的天气是阴天，试计算下风向x=500m、y=50m处SO2的 地面浓度和地面最大浓度。 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某一工业锅炉烟囱高 30m，直径0.6m，烟气出口速度为 20m/s，烟气温度为405K，大 气温度为293K，烟囱出口处风速 4m/s, SO2排放量为10mg/s。试计算中性大气条件

8、下 SO? 的地面最大浓度和出现的位置。 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。 4.9某烧结厂烧结机的 S02的排放量为180g/s，在冬季下午出现下沉逆温，逆温层底高度为 360m,地面平均风速为 3m/s，混和层内的平均风速为3.5m/s。烟囱有效高度为 200m。试 计算正下风方向 2km和6km处SO2的地面浓度。 4.9 解： 设大气稳定度为 C 级。 当x=2km时，Xdx2x D时， 计算结果表明，在 Xd=x23.5

9、质量频率/% 0.1 0.4 9.5 20.0 20.0 5.0 11.0 8.5 5.5 5.5 4.0 0.8 0.2 分级效率/% 8 30 47.5 60 68.5 ；75 81 86 89.5 95 98 99 100 5.9 解: 5.15某种粉尘真密度为2700kg/ m3，气体介质（近于空气）温度为433K，压力为 101325Pa,试计算粒径为10和500的尘粒在离心力作用下的末端沉降速度。已知离心力场 中颗粒的旋转半径为 200mm，该处的气流切向速度为16m/s。 5.15 解： 在给定条件下。 当dp=i0,粉尘颗粒处于 Stokes区域： 。 dp=500，粉尘颗粒处

10、于牛顿区：。因此 。经验证，Rep=1307500，假设成立。 第六章除尘装置 6.5试确定旋风除尘器的分割粒径和总效率，给定粉尘的粒径分布如下: 平均粒径dp/ m 1 5 10 20 30 40 50 60 60 重量百分数（%） 3 20 15 2016 10 637 已知气体粘度2X10- Pas,颗粒比重2.9，旋风除尘器气体入口速度 15m/s, 气体在旋风除尘器内的有效旋转圈数为 5次；旋风除尘器直径 3m，入口面积 76cm2。 解：由 卩=2X 1Pas查附录6,空气温度T=273+60=333K。 由涡流指数公式： =1- =1-0.434 1.05X =0.54 已知：D

11、=3m，取排气管直径de=1.5m，取内、外涡旋交界圆柱的直径do=O.7 de。 由式： =常数 15常数X= 则=26.4m/s 旋风除尘器气体入口速度15m/s,入口面积76cm2，处理气量为0.114m3/s。ro和 h0 分别为交界圆柱面的半径和高度。气体在旋风除尘器内的有效旋转圈数为 Ne=5次，排气管下缘至锥顶的高度 ho=5幼2.58m =0.7 X1.5/2=0.525m。 取 hi=3D=3 X 0.3=0.9m J J 令=2.9 X 103kg/m3,=, =, W=0.76m , Vc=15m/s，代入上式得 dc=ll.78。 由式 令=50% , N=5 , Vc

12、=15m/s , =2.9 X 103kg/m3, W=0.76m ,，代入上式得 dc=11.78。 计算各粒径粉尘分级效率，由此得总效率 取 hi=3D=3X0.3=0.9m -4 =0.198 10-4 X -4 =0.198 10 m X =19.8 m 卩 由雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率 以为例，则 =1-0.905 =9.5% 其他类推： dp 15 20 2030 4050 6060 n/% 9.5 24.6 35.9 50.2 59.7 66.5 71.8 75.9 75.9 gi/% 3 2015 201610637 ni=48.7% 答：旋风除尘器的分割粒径dc=

13、19.8陶 总效率为48.7%。 6.8 欲设计一个用于取样的旋风分离器，希望在入口气速为 20m/s 时，其空气动力学分割直 径为 1。 1）估算该旋风分离器的筒体外径； 2）估算通过该旋风分离器的气体流量。 6.8 解： 因，故=1000； 由题意，当。取，N=10,代入上式 ，解得 Wj=5.5。 根据一般旋风除尘器的尺寸要求，Do=4Wi=2.2cm ; H = 2 Wi=1.1cm。 气体流量 Q=A.V=H.W.V c=1.21 X 10一3m3/s 6.12板间距为25cm的板式电除尘器的分割直径为 0.9,使用者希望总效率不小于 98%，有 关法规规定排气中含尘量不得超过 0.

14、1g/m3。假定电除尘器入口处粉尘浓度为30g/m3,且粒 径分布如下： 质量百分比范围/% 020 2040 4060 6080 80100 平均粒径/ 3.5 :8.0 13.0 19.0 45.0 并假定德意希方程的形式为，其中捕集效率；K经验常数；d颗粒直径。试确定：1）该除 尘器效率能否等于或大于 98%; 2）出口处烟气中尘浓度能否满足环保规定； 3）能否满足使用者需要。 6.12 解： 1）由题意 dp=3.5, dp=8.0, dp=13.0, 故 2）,则=0.42g/m 30.1g/m3。不满足环保规定和使用者需要。 6.佃水以液气比12L/m3的速率进入文丘里管，喉管气速

15、116m/s,气体粘度为 1.845X 105Pa.s,颗粒密度为1.789g/cm3,平均粒径为1.2, f取0.22。求文丘里管洗涤器 的压力损失和穿透率。 6.佃解： 坎宁汉修正 6.20设计一个带有旋风分离器的文丘里洗涤器，用来处理锅炉在1atm和510.8K条件下排 出的气流，其流量为7.1m /s,要求压降为 152.4cmH2O，以达到要求的处理效率。估算洗 涤器的尺寸。 6.20 解： 3 设气液比 1L/m , 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

16、直径 D1=544mm。，则 （取 D2=600mm ）。 6.27除尘器系统的处理烟气量为 10000m3/h，初始含尘浓度为 6g/m1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）除尘器压力损失；4 ）最大清灰周期；5）滤袋面积； 6）滤袋的尺寸（直径和长度）和滤袋条数。 6.27 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。

17、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。 第七章 气态污染物控制技术基础 7.3用乙醇胺（MEA ）溶液吸收H2S气体，气体压力为 20atm，其中含0.1%H2S （体积）。 吸收剂中含0.25mol/m3的游离MEA。吸收在293K进行。反应可视为如下的瞬时不可逆反 应：。 已知：kAia=108h 1, kAga=216mol/m Ih.atm , Dai =5.4 x 10 %2/h , Dbi=3.6X 10 6m2/h。 试求单位时间的吸收速度。 7.3 解： 5 20 C 时 H2S E=0.489

18、x 10 kPa，分压 20atm x 0.1%=2.03kPa。 53 P*=Ex , x=P*/E=4.15 x 10，故 C*H2S=2.31mol/m。 3 333 H=C/P*=2.3/ （ 2.03x 103） =1.14x103mol/（ m3.Pa） =115mol/（m3.atm） 由。 。 7.4在吸收塔内用清水吸收混合气中的S02,气体流量为 5000m3N/h，其中SO2占5%,要 求SO2的回收率为95%，气、液逆流接触，在塔的操作条件下，SO2在两相间的平衡关系 近似为 Y*=26.7X ,试求： 1） 若用水量为最小用水量的1.5 倍,用水量应为多少？ 2）在上述

19、条件下,用图解法求所需的传质单元数。 7.4 解： 3 GB=5000 x 0.95=4750m3N/h。 Y1=0.053,； 。 因此用水量 Ls=25.4GBx1.5=1.81x105m3N/h。 由图解法可解得传质单元数为5.6。 3 7.5 某吸收塔用来去除空气中的丙酮,吸收剂为清水。入口气体流量为10m3/min ,丙酮含 量为 11%（摩尔）,要求出口气体中丙酮的含量不大于2%（摩尔）。在吸收塔操作条件 下，丙酮一水的平衡曲线（1atm和299.6K）可表示为。 1） 试求水的用量,假设用水量取为最小用水量1.75倍； 2） 假设气相传质单元高度（以 m计）。其中G和L分别为气、

20、液相的流量（以kg/m2.h表 示）,试计算所需要的高度。 7.5 解： 3 Gb=10 x 0.89=8.9m /min , 丫1=0.124 , Y2=0.02。作出最小用水时的操作线，xmax=0.068。 3 故, Ls=1.53x 1.75x 8.9=23.8m3/min。 图解法可解得传质单元数为 3.1。 Hy=2.39x 3.1=7.4m。 7.10在直径为1m的立式吸附器中，装有1m高的某种活性炭，填充密度为230kg/m3，当 吸附CHCI3与空气混合气时，通过气速为20m/min , CHCI3的初始浓度为 30g/m3，设 CHCI3蒸汽完全被吸附，已知活性炭对 CHC

21、I3的静活性为26.29%，解吸后炭层对 CHCI3的 残留活性为 1.29%，求吸附操作时间及每一周期对混合气体的处理能力。 7.10 解： ，。 7.12利用活性炭吸附处理脱脂生产中排放的废气，排气条件为294K, 1.38 X 105Pa,废气 3 量25400m /h。废气中含有体积分数为 0.02的三氯乙烯，要求回收率 99.5%。已知采用的 活性炭的吸附容量为 28kg三氯乙烯/100kg活性炭，活性炭的密度为 577kg/m3，其操作周 期为4h,加热和解读2h,备用1h,试确定活性炭的用量和吸附塔尺寸。 7.12解： 三氯乙烯的吸收量 V=2.54X104X0.02X99.5%

22、=505.46m3/h， M=131.5。 由理想气体方程得 因此活性炭用量； 体积。 7.20 把处理量为 250moI/min 的某一污染物引入催化反应器，要求达到 74%的转化率。假设 采用长6.1m，直径3.8cm的管式反应器，求所需要催化剂的质量和所需要的反应管数目。 假定反应速度可表示为：RA= 0.15 (1 xa) mol/ (kg催化剂.min )。 催化剂堆积密度为 580kg/m3。 7.20 解： 反应管转化率为xa时，反应速度为 Ra = 0.15 (1 xa) 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 moI/min

23、 。 数据代入并整理得，对等式两边积分，即 ，解得 Q=0.447moI/min 。 反应管数目：250/0.447 = 560个。 作业习题解答 第 八章 硫氧化物的污染控制 第8章1, 2, 3 8.1某新建电厂的设计用煤为：硫含量 3%,热值26535kJ/kg。为达到目前中国火电厂的排 放标准，采用的SO?排放控制措施至少要达到多少的脱硫效率？ 8.1 解： 要达到火电厂大气污染物排放标准 GB13223-2011 中广东新建电厂锅炉二氧化硫的排放标 准 100mg/m3。 3%硫含量的煤烟气中 SO2体积分数取0.3%。 则每立方 M 烟气中含 SO2； 因此脱硫效率为。 SO2。尾

24、气中含 SO2为7.8%、O2为 8.4 一冶炼厂尾气采用二级催化转化制酸工艺回收 10.8%、N2为81.4% （体积）。如果第一级的S02回收效率为 98%，总的回收效率为 99.7%。计算： 1 ）第二级工艺的回收效率为多少？ 2 ）如果第二级催化床操作温度为420 C，催化转化反应的平衡常数K=300,反应平衡时 SO2的转化率为多少？其中，。 8.4 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，026.978体积，N281.4体积。设有x体积SO2转化，则总体积为。 因

25、此，由此解得 x=1.6 X 103； 故转化率为 8.8石灰石（CaCO3）法洗涤脱硫采用喷雾塔设计，如果喷嘴产生雾滴的平均直径为 3mm，假定操作按表8 5的典型工况进行，试计算： 1）液滴相对与塔壁的沉降速度是多少？ 2） 如果气体进口温度为180。C,离开塔顶时下降到55。C,计算雾滴的水分蒸发率？假定 雾滴可近似视为水滴。 3） 脱硫液每经过一次喷雾塔，有多少分率的CaCO3发生了反应？ 8.8 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 9.0L/m 3, Ca

26、/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（180 55）X 1.025X 0.94=2212.1m，解得 m=0.054kg，因此水分蒸发率 。 3）CaCO3反应分率为。 第九章 固定源氮氧化物污染控制 9.1某座1000MW的火电站热效率为 38%，基于排放系数，计算下述三种情况NOx的排放 量（ t/d ）： 1）以热值为 25662 kJ/kg 的煤为燃料； 2）以热值为 42000kJ/kg 10000kcal/kg 的重油为燃 料； 3）以热值为 37380kJ/kg 890

27、0kcal/m 3的天然气为燃料。 9.1 解： 1） 设每天需燃煤 Mt，则有 M X 25662X 103X 103X 38%=1000 X 106X24X 3600 解得M=8.8576 X 103t。取NOx平均排放系数12kg/t煤，则每日排放 NOx量约为 ； 2）同理 MX42000X 103X103X 38%=1000X 106X 24X3600, M=5413.1t。 取重油密度为 0.8X 103kg/m3,折合体积约为 6766.4m3,去排放系数12.5kg/m3，则每日排 放 NOx 约为 3）37380 X 103X 38%V=1000 X 106X 24 X 36

28、00，解得 V=6.07 X 106m3。 每日排放 NOx 量约为。 9.4 假定煤的元素组成以重量百分比计为：氢3.7,碳 75.9,硫 0.9,氮 0.9,氧 4.7,其余的 为灰分。当空气过剩系数20%条件下燃烧时,假定燃烧为完全燃烧。如果不考虑热力型 NOx的生成，若燃料中氮1） 20% , 2） 50%，转化为NO,试求烟气中NO的浓度。 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，含出0 18.5mol，含 SO20.28mol。因此需 O2 2392 47=2281g 约 71.3mol，则引入 N2268.2

29、mol。 若空气过剩 20%，则烟气中。2 为 0.2 X 71.3=14.26mol , N? 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%，贝U NO浓度为（体积分数） 2）N2转化率50%，贝U NO浓度为（体积分数） 9.10燃油锅炉的NOx排放标准为230X 10 6 （体积分数），假定油的化学组成C10H20NX, 当空气过剩50%时发生完全燃烧。当燃料中 50%的氮转化为NOx,忽略热力型 NOx时，为 满

30、足排放标准,氮在油中的最大含量为多少？ 9.10解： 燃烧 1mol C10H20Nx, 产生 10molCO2, 10molH2O, 需 O215mol, 引 入 N2 量 15X 3.78=56.7mol。 空气过剩50%，则总氮气量为 56.7X 1.5=85.05mol, O2量为7.5mol。 由题意， -4-4 102.55X 2.3X 10 =0.5x（1-2.3X 10 ） 解得 x=0.0472 因此氮在油中的最大含量为。 9.11欲从燃烧烟气中用氨去除 NOx,假定实际的反应为反应（9 17）和（9 18），烟气 中NO占NOx总量的90%，其余的为 NO2。按习题9 1的

31、三种情况，若去除 90%以上的 NOx,每天各需要多少吨氨？假定氨的残留量为5 X 10 6 （体积分数）。 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： 解得 x=2889kmol , y=279kmol 生成 N2, H2O 因此残留氨量为（3133+4752）X 5 X 10 6=0.04kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量为（ 2889+279） X 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

32、, NO76.5t。反应方程式为： 解得 x=2295kmol , y=222kmol 生成 N2, H2O 因此残留氨量为（ 2489+3776） X5X106=0.03kmol ,可忽略。 故每天消耗氨的量为（ 2295+222） X 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： 解得 x=1032kmol ， y=99kmol 生成 N2，H2O 因此残留氨量为（1119+1696）x 5X 106=o.oikmol，可忽略。 故每天消耗氨的量为（1032+99 ）X 17/103=l9.2t。 9.13 第十章 挥发性有机物污染控制 10.2 解 ： 由Antoine方程可分别计算得到 40。C时 苯的蒸汽压 Pi=0.241atm ;甲苯的蒸汽压 P2=0.078atm。 因此，。 10.3 计算 20。 C 时，置于一金属平板上 1mm 厚的润滑油蒸发完毕所需要的时间