大气污染控制工程参考答桉

1、大气污染控制工程习题参考答案2009碧云轩大气污染控制工程习题参考答案第一章概论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N 2 %0.78128.010.20932.0023.08% ；28.97100%75.51% ， O2 %28.971100%1Ar %0.0093439.94 100%1.29% ， CO 2 %0.0003344.01 100%0.05% 。28.97128.9711.2解：由我国环境空气质量标准二级标准

2、查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2 ： 0.15mg/m 3 ， NO2 ： 0.12mg/m 3 ， CO ： 4.00mg/m 3 。 按 标 准 状 态 下1m3干空气计算，其摩尔数为110344.643mol 。故三种污染物体积百分数分别为：22.4SO2： 0.1510 30.052 ppm ，NO ： 0.1210 30.058 ppm6444.643244.643464.0010 33.20 ppm 。CO：44.643281.3解：1）（ g/m3N ）1.50 10 41541.031g / mN322.4103c（ mol/m 3 N） 1.50 10 22.4 10

3、436.7010 3 mol / m3N 。2）每天流经管道的CCl 4 质量为 1.031 10 3600 24 103kg=891kg1.4 解： 6） 0.12 g =10.8 g每小时沉积量200（ 50015 60101.5 解：由大气污染控制工程P14 （ 1 1），取 M=210COHbp2.210M210O2 HbpO219.51042 0.2369 ，COHb 饱和度 COCOHbCOHb / O2 Hb0.2369COHb O2 Hb1 COHb / O2 Hb19.15%1 0.23691.6 解：第 1 页3939大气污染控制工程习题参考答案2009碧云轩含氧总量为 4

4、80020960mL 。不同 CO 百分含量对应CO 的量为：1002%：9609607% 72.26mL2%19.59mL ， 7%：98%93%1）最初 CO 水平为0%时 t72.26172.0min ；1041034.22）最初 CO 水平为72.2619.59125.4min 。2%时 t1041034.21.7 解：由大气污染控制工程P18 （ 1 2），最大能见度为Lv2.6 p d p2.6 1400 1.4K11581.8m。2.2 0.2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）C85571.2571.25H113 2.555.2

5、527.625S100.31250.3125H2O22.51.250N 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 474.1222.4/1000=10.62m 3N /kg 重油。烟气组成为CO271.25mol ， H 2O 55.25+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=502.99

6、mol/kg 重油。即502.9922.4/1000=11.27 m 3N/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 0.3125 100%0.07%，446.49空气燃烧时CO2 存在最大浓度71.25100% 15.96% 。446.491.1 10.62=11.68m 33）过剩空气为 10% 时，所需空气量为N/kg 重油，产生烟气量为 11.267+0.1 10.62=12.33 m 3N/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C65.75.4751H3.23.2

7、0.584S1.70.0530.010O2.30.0720.013灰分18.13.306g/mol 碳水分9.01.644g/mol 碳第 2 页3939大气污染控制工程习题参考答案2009碧云轩故煤的组成为CH0.584S0.010O0.013，燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为10018.26 g / molC 。燃烧方程式为5.475CH 0.584 S0 .010 O0. 013n(O23.78N 2 ) CO2 0.292H 2 O0.010SO2 3.78nN2n=1+0.584/4+0.010 0.013/2=1.14951）理论空气量1.1495 (1 3.78)100022.

8、410 3 m3 / kg6.74m3 / kg ；18.26SO2 在湿烟气中的浓度为0.010100% 0.174%10.2920.0103.781.6441产生灰分的量为18.180%144.8g / kg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 144.8103mg/m3 =2.12 104mg/m 36.82610001.7%1.7403）需石灰石32.00103.21kg /t 煤35%2.3 解：按燃烧 1kg 煤计算重量（ g）摩尔数（

9、mol ）需氧数（ mol）C79566.2566.25H31.12515.56257.78S60.18750.1875H2O52.8752.940设干空气中 N 2： O2 体积比为 3.78： 1，所需理论空气量为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=18.50molN 23.78354.76280.54mol4.78总计 66.25+8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤实际烟气量 365.48+0.2 354.

10、76=436.43mol/kg煤， SO2 浓度为2.4 解：取 1mol 煤气计算H 2S0.002mol耗氧量 0.003molCO20.05mol0CO0.285mol0.143molH 2（ 0.13-0.004） mol0.063molCH 40.007mol0.014mol0.1875100% 0.043% 。436.43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1.2 ，则实际干空气 1.21.066mol=1.279mol

11、 。空气含湿量为 12g/m3N，即含 H2O0.67mol/ m3N， 14.94L/ m3N。故 H 2O 体积分数为 1.493% 。故实际空气量为1.2791.298mol 。1.493%1第 3 页3939大气污染控制工程习题参考答案2009碧云轩烟 气 量SO2： 0.002mol ， CO2： 0.285+0.007+0.05=0.342mol， N2 ： 0.223 3.78+0.524=1.367mol，H2O0.002+0.126+0.014+1.298 1.493%+0.004=0.201mol故实际烟气量0.002+0.342+1.367+0.201+0.2 1.066

12、=2.125mol2.5 解：1） N 2%=1 11% 8%2% 0.012%=78.99%由大气污染控制工程P46（ 2 11）空气过剩80.52100% 50.5%0.26478.99(80.52)2）在测定状态下，气体的摩尔体积为P1V1 T210132522.4443V2T1P227370039.46L / mol ；133.322取 1m3 烟气进行计算，则SO21 620 10 m3，排放浓度为12010 6(18%) 64339.4630.179 g / m。103） 5663.3722.4(18%)2957 mN3/ min 。39.464） 30.039.4652.85g

13、/ mN3。22.42.6 解：按 1kg 煤进行计算重量（ g）摩尔数（ mol ）需氧数（ mol）C75863.1763.17H40.7520.37510.19S160.50.5H2O83.254.6250需氧 63.17+10.19+0.5=73.86mol设干空气中 N 2： O2 体积比为3.78： 1，则干空气量为73.86 4.78 1.2=423.66mol ，含水 423.66 0.0116=4.91mol 。烟气中： CO 2 63.17mol ；SO20.5mol ； H2O 4.91+4.625+20.375=29.91mol ；N 2： 73.86 3.78=279

14、.19mol ；过剩干空气 0.273.86 4.78=70.61mol 。实际烟气量为 63.17+0.5+29.91+279.19+70.61=443.38mol其中 CO63.17100%0.5100%0.11% ；214.25% ； SO2443.38443.38H 2O29.91100%6.74% ； N 2279.190.7970.61100% 75.55% 。443.38443.38O270.610.209100%3.33%。443.382.7 解：SO2 含量为 0.11%，估计约1/60 的 SO2 转化为 SO3，则 SO3 含量11.83 105 5。0.11%，即 PH

15、2SO4=1.83 10， lg PH2SO4=-4.73760查图 2 7 得煤烟气酸露点约为134 摄氏度。第 4页3939大气污染控制工程习题参考答案2009碧云轩2.8 解：以 1kg 油燃烧计算，C860g71.67mol ；H140g70mol ，耗氧 35mol 。设生成 CO x mol ，耗氧0.5x mol ，则生成 CO2（ 71.67x） mol，耗氧（ 71.67 x） mol 。烟气中 O2 量1.5% x。60010 6总氧量1.5% x0.5x (71.67 x) 35106.67 24.5x ，干空气中 N2 ：O2 体积比为3.78：1，则含 N210 66

16、003.78（ 106.67+24.5x ）。根据干烟气量可列出如下方程：1.5% x71.67 3.78(106.67 24.5x)x60010 610600，解得 x=0.3066故 CO2%：71.670.306 100% 13.99% ；0.3066001063.78(24.50.306106.67)100%84.62%N2%：0.30660010 6由大气污染控制工程P46（ 2 11）空气过剩系数11.50.50.061.070.26484.62(1.50.50.06)第三章大气污染气象学3.1 解：由气体静力学方程式，大气中气压随高度的变化可用下式描述：dPgdZ（ 1）将空气视

17、为理想气体，即有PVm RT可写为mPM （2）MVR T将（ 2）式带入（ 1），并整理，得到以下方程：dPgM dZPRT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：ln PgM Z C即ln P2gM ( Z2 Z1) （3）RTP1RT假设山脚下的气温为10。C，带入（ 3）式得：ln 5009.8 0.029Z10008.314283得 Z5.7km第 5 页3939大气污染控制工程习题参考答案2009碧云轩即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km 。3.2 解：1.5 1010 3030 501.5 301.5 50T297.8298z102.35 K /100m

18、1.5T297.5297.8z301.5K / 100m10T297.3297.5z501.0K /100m30T297.5298z301.75K /100m1.5T297.3298z501.44K /100m1.5d ，不稳定d ，不稳定d ，不稳定d ，不稳定d ，不稳定。3.3 解：T1( P1 )0.288 ，T0P0T1T0 ( P1 ) 0.288230( 600)0 .288258.49KP04003.4 解：由大气污染控制工程P80 （ 3 23），Zm，取对数得uZuu1 ( Z1)lg u1mlg( Z1)设 lg uy ， lg( Z )x ，由实测数据得u1Z1x0.3

19、010.4770.6020.699y0.06690.11390.14610.1761由 excel 进行直线拟合，取截距为0，直线方程为： y=0.2442x故 m 0.2442。3.5 解：u1u0 ( Z1 )0.07Z0u3u0 ( Z3 ) 0.07Z0u5u0 ( Z5 ) 0.07Z02 ( 50) 0.07 102 ( 200) 0.07 102 ( 400) 0.07 102.24 m / s， u2u0( Z2 )0.072 (100)0.072.35m / sZ0102.47 m / s ， u4u0 ( Z4 ) 0.072 ( 300 )0.072.54m / sZ01

20、02.59 m / s。稳定度 D， m=0.15Z10.15500.15Z20. 151000.15u1u0 ( Z 0)2 (10 )2.55m / s ， u2u0 ( Z0)2 (10 )2.82m / s第 6 页3939大气污染控制工程习题参考答案2009碧云轩u3Z3)0.152(2000.153.13m/ s ， u4u0Z4)0.152(3000.153.33m/ su0 (10)(10)Z 0Z0u5Z5)0.152(4000.153.48m / su0 ( Z010)。稳定度 F， m=0.25Z10.25500.25Z20. 251000.25u1u0 ( Z 0)2(

21、10 )2.99m/ s ， u2u0 ( Z0 )2(10 )3.56m / sZ30.252000 .25Z 40.253000.25u3u0 ( Z0)2(10)4.23m / s ， u4u0 ( Z 0)2(10)4.68m / sZ50.254000.25u5u0 ( Z0)2(10)5.03m / s风速廓线图略。3.6 解：1）根据 Air Pollution Control EngineeringdPgM可得高度与压强的关系为dzPRT将 g=9.81m/s 2、 M=0.029kg 、 R=8.31J/(mol.K) 代入上式得dz29.21 dP T 。P当 t=11.0

22、 。 C，气压为 1023 hPa；当 t=9.8 。C，气压为 1012 hPa，故 P=（ 1023+1012 ）/2=1018Pa， T=（ 11.0+9.8） /2=10.4 。 C=283.4K ， dP=1012-1023= 11Pa。因此 dz 29.2111 283.4m89m ， z=119m。1018同理可计算其他测定位置高度，结果列表如下：测定位置2345678910气温 /。C9.812.014.015.013.013.012.61.60.8气压 /hPa10121000988969909878850725700高度差 /m89991011635362902711299

23、281高度 /m119218319482101813071578287731582）图略3） 12T1211 9.81.35K / 100md ，不稳定；z189223T239.8122.22K / 100m0 ，逆温；z29933 4T3412141.98K / 100m0 ，逆温；z3101445T4514150.61K /100m0 ，逆温；z41635T561513d ，稳定；5 6z50.37K / 100m6536第 7 页3939大气污染控制工程习题参考答案2009碧云轩67T6713130z6290778T781312.60.15K / 100mz7271889T8912.61

24、.60.85K /100mz812999910T9101.60.80.28K /100mz928110d ，稳定；d ，稳定；d ，稳定。3.7 解：G1T126.721.11.22K /100m0 ，故1G10 ，逆温；z1458G2T215.621.10.72K /100m ，故 2G20.72K /100md ，稳定；z2763G3T38.915.61.16K / 100m ，故3G3 1.16K /100md ，不稳定；z3580G4T45.025.01K /100m ，故4G41K / 100md ，不稳定；z42000G5T520.030.02K / 100m ，故5G52K /1

25、00md ，不稳定；z5500G6T628.025.00.43K / 100m0，故6G60 逆温。z67003.8 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ln P2gM( Z2Z1) ，代入已知数据（温度T 取两高度处的平均值）即P1RTlnP2 9.80.029458，由此解得 P2=961hPa。10138.314297由大气污染控制工程 P72 （ 3 15）可分别计算地面处位温和给定高度处位温：1000)0.28810000.288293K ，地面T地面 (P地面29

26、4.1()10131T1 (1000) 0. 288299.7(1000)0. 288303.16K ，P1961第 8 页3939大气污染控制工程习题参考答案2009碧云轩故位温梯度 = 2933032.18K / 100m0458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/100m2.220.27 0.17 0.02 1.021.423.9 解：以第一组数据为例进行计算，由习题 3

27、.1 推导得到的公式 ln P2gM ( Z2Z1) ，设地面压强为P1，代入数据P1RT得到： ln 970 9.8 0.029458 ，解得 P1=1023hPa。因此P18.314297地面T地面 (1000) 0.288294.1(1000)0.288292.2KP地面1023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。26.715.68.95.020.028.0/ C地面压强 /hPa102310121002104010061007地面位

28、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( x, y, z, H )Qy 2)exp(z H ) 2exp( z H ) 2exp(2 z22 z22 u y z2 y2现存在峭壁，可考虑为实源与虚源在所关心点贡献之和。Qexp(y 2( z H )2( z H )2实源1u y22 )exp22 exp222zyzz虚源2Qexp(2L y) 2exp(

29、zH )2exp(zH ) 22 u yz2 y22 z22 z2因此Qexp(y2y2 )exp( z H ) 2 exp(z H ) 2 +2u yz22z22z2第 9 页3939大气污染控制工程习题参考答案2009碧云轩Qexp( 2L y) 2( z H ) 2( z H )22 u y2 y2exp2 z2expz2 z2Qexp(y 2exp(2Ly) 2exp( zH ) 2( zH ) 2=2 )2222 exp222 u yz2 yyzz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HvsDTsTaD)13.554182885)96.16m。u(1.52.

30、74(1.52.7Ts418布里格斯公式QH2.7Ts TavsD22.741828813.5 5229521kW 21000kW 且 x=2100kW ， TsTa=130K35K 。H n0Q Hn1 H sn2 u11202 /34 1244.93m1.303 295211/ 3（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（ 4 9）得QH 28060 2) 0.0273mg / m3exp()exp(u y z2 z26 35.3 18.12 18.124.4 解：阴天稳定度等级为D 级，利用大气污染控制工程P95 表 4

31、 4 查得 x=500m 时y35.3 ,z18.1。mm将数据代入式 4 8 得(500,50,0,60)80exp(50 2) exp(6023635.318.135.3218.12 ) 0.010mg / m 。224.5 解：由霍兰德公式求得vsD(1.5Ts Ta200.6405 293H2.7D)(1.5 2.70.6) 5.84m ， 烟 囱 有 效 高 度 为uTs4405H H sH30 5.8435.84m 。由大气污染控制工程P89 （ 4 10）、（ 411）第10页3939大气污染控制工程习题参考答案2009碧云轩max2Qz 时，zH35.8425.34m。uH 2 ey22取稳定度为 D 级，由表4 4 查得与之相应的x=745.6m 。此时50.121025.343ymax0.231g / m。m 。代入上式4 35.842 e50.14.6 解：由大气污染控制工程P98 （ 4 31）y2y