《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SQ、NQ、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：SQ2 m，NQ2 m，CQ mt按标准状态下 1mi干空气计算，其摩尔数为1 10322.444.643mol。故三种污染物体积百分数分别为:SQ:30.15 1064 44.6430.052 ppm，nq：0.12 1046 44.6430.058 ppmCQ4.00 1028 44.6433.20 ppm2. CCl4气体与空气混合成体积分数为x解：1)(g/m3N)1.50 10 415422.4 10

2、31.031g / mN(mol/m 3n)41.50 10 4322.4 10336.70 10 mol /mN104的混合气体，在管道中流动的流量为 10乩、/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CCL质量是多少千克2)每天流经管道的 CCl4质量为X 10x 3600x 24x 103kg=891kg3. 重油元素分析结果如下：C： % H : % Q： % N : % S : %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SQ的浓度和CQ的最大浓度；3 当空气的过剩量为10%寸，所需的空气量及产生

3、的烟气量。解：1kg燃油含：重量g摩尔数g 需氧数gC855H113-10H2ON元素忽略。1理论需氧量+=kg设干空气C2： 2体积比为1 :,那么理论空气量x =kg重油。即x 1000=kg重油。烟气组成为，H2C +=,x =。理论烟气量 +=kg重油。即x 1000=11.27 m 3Jkg重油。2干烟气量为=kg重油。0 3125SC百分比浓度为100% 0.07% ,446.4971 25空气燃烧时CC存在最大浓度100%15.96%。446.493过剩空气为10%寸，所需空气量为x =11.68m3N/kg重油，产生烟气量为+x =12.33 m 3N/kg重油。4. 普通煤的

4、元素分析如下：灰分% % %水分% % 含N量不计1 计算燃煤1kg所需要的理论空气量和 SQ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/m5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灰分3.306g/mol水分1.644g/mol故煤的组成为,燃料的摩尔质量包括灰分和水分为5.47518.26g/molC。燃烧方程式为CH 0.584S0.010O0.013n(02 3.78N2)C02 0.292H2O 0

5、.010SO2 3.78 nN2n=i+4+ 2=1)理论空气量 1.1495 (13.78) 1000 22.4 10 3m3/kg 6.74m3/kg ;18.26SQ在湿烟气中的浓度为0.0101 6441 0.292 0.010 3.78 1.1495 -18100%0.174%2)产生灰分的量为18 1 100080%144.8g/kg100烟气量(1+X +18)x 1000/ xx 10 3=6.826m3/kg144 8灰分浓度为10mg/m=x 104mg/m6.8261000 1.7% 1.7 403)需石灰石 一3200 103 21kg/t 煤35%5. 干烟道气的组成

6、为：CQ11%(体积)，028% CQ2% SQ120X 106(体积分数)，颗粒物30.0g/m 3 (在测定 状态下，烟道气流流量在 700mmH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 SQ的排放浓度g / m3 ; 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 N%=1 11%- 8%- 2%- %=%由?大气污染控制工程? P46 2 11空气过剩80.5 20.264 78.99(8 0.5 2)100%50.5%2在测定状态下，气体的摩尔体积为V2 垫 T2101325 224 44339.

7、46L/mol ；T1 P2273 700 133.322取1m3烟气进行计算，那么sq1 20x 106m,排放浓度为6120 10(1 8%)339.46 103) 5663.3722.4(139.463640.179 g / m。38%)2957 mN / min4) 30.039.46322.452.85g/mN。第二次作业1. 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,=m、d15。9=m。g 血11.85。d50按?大气污染控制工程?P129 ( 5-24) ln MMDIn NMD3ln2 gP129 (5 - 26)ln dL1 2ln

8、NMD 丄|门2 g2 gdL4.00m ；P129 (5 - 29)In dsvln NMD -ln2 g2 gdsv 8.53m。NMD 3.31 m ；求其几何标准差、质量中位直径、个数中位直径、算数平均直径及外表积-体积平均直径。粉尘粒径/ m02244 661010 2020 40>40浓度/ g m3255676273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 = m、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10000m“h，含尘浓度为4.2g/ nk除尘器出口的气体流量为 12000 m3N/h，含尘

9、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1 3解：气体流量按P141( 5 - 43)000mN / s ；IQ1N Q2 N2000漏风率 P141 (5 - 44)J 100% 100% 20% ；Q1N10000除尘效率:考虑漏风，按 P142 5 - 472NQ2N1N Q1N0.340 120004.2 10000不考虑漏风，按 P143 5 - 482N1N1034091.9%4.23. 对于题2中给出的条件，旋风除尘器进口面积为0.24m2，除尘器阻力系数为，进口气流温度为423K，气体静压为-490Pa,试确

10、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PV RT得MPM5(1.01 10490) 29RT8.31 4230.832g/L423 10000 -27317.9m/s0.24 3600按?大气污染控制工程? P142 ( 5-45)P9.8詈 17.921311Pa。4.有一两级除尘系统，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)T 1(11)(12)1 (195%)(1 80%)99%22 2粉尘浓度为五g/

11、m3 10g/m3，排放浓度10 (1 - 99% =0.1亦;排放量X =0.222g/s。98%试绘出分级效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，假设除尘器总除尘效率为率曲线。粉尘间隔/m<1122334质量频率进口 g1/%出口 g2粉尘间隔/m45566881010122030质量频率进口 g1/%出口 g2解：按?大气污染控制工程? P144 ( 5- 52)i 1 p 电 (P=)计算，如下表所示:g1i粉尘间隔/m<1122334质量频率进口 g1/%出口 g2i /%93959092粉尘间隔/m45566881010122030其他质量频率进口

12、g1/%出口 g20i /%9898100据此可作岀分级效率曲线。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>质量频率/%分级效率/%83060758186959899100解：按?大气污染控制工程? P144 5- 54 Ti g72.86%。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101325Pa,飞灰真密度为 2310kg/m3。灰颗粒为球形，颗粒直径分别为为、40、4000 m，空气温度为，压力为解：当空气温度为时0.912kg/m3,2.3 10 5当dp= m时，应处在Stokes

13、区域。首先进行坎宁汉修正:8RTM . 3.1428 8.314 387.528.97 10532.2m/s，0.499 v89.4 10 m， Kn2 9.4 102C 1 Kn 1.2570.4exp(详当dp=4000 m时，应处于牛顿区,dp0.40.47。那么1.61，Usd2 p18gC 1.41 10 5m/s。Us 1.74dp( p 17.34m/s。Rep dpU 400010 652.3 100 91217 342750500，假设成立。当dp= m时，忽略坎宁汉修正,Usdp Pg180.088m/S。经验证R&V1，符合Stokes公式考虑到颗粒在下降过程中速

14、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= m h= x io5x 30=x io4m dp=40 m h= x 30=2.64m； dp=4000 m h= x 30=520.5m4.5m高处的旋风除尘器8. 试确定某水泥粉尘排放源下风向无水泥沉降的最大距离。水泥粉尘是从离地面出口垂直排出的，水泥粒径范围为25500 m，真密度为1960kg/m3，风速为1.4m/s，气温293K,气压为 101325Pa。解：粒径为25 m，应处于Stokes区域，考虑忽略坎宁汉修正：d 2usp p g 3 69 10 2m/s。竖直方向上颗粒物运动近似按匀速考虑，那么下落

15、时间18H4.52Us3.69 10122 s，因此 L=x 122m=171m第三次作业1. 欲通过在空气中的自由沉降来别离石英真密度为2.6g/cm 3和角闪石真密度为3.5g/cm 3的混合物，混合物在空气中的自由沉降运动处于牛顿区。试确定完全别离时所允许的最大石英粒径与最小角闪石粒径的最大比值。设最大石英粒径dp1，最小角闪石粒径dp2。由题意，1.74 /dp1 p1 g1.74 J dp2 p2 gd p1p23.5故1.35。dp2p1262. 直径为200 m、真密度为1850kg/m3的球形颗粒置于水平的筛子上，用温度293K和压力101325Pa的空气由筛子下部垂直向上吹筛

16、上的颗粒，试确定：1恰好能吹起颗粒时的气速；2 在此条件下的颗粒雷诺数；3作用在颗粒上的阻力和阻力系数。解：在所给的空气压强和温度下，1.205kg /m3,1.81 10 5 Pa s。dp=200 m时，Us0.153dp14(p0.4280.2860.7140.714)g61 140 7140 714°.153(200 10 ). 1850. 981.1.03m/s(1.81 10 5)0.4281.2050.286Rep6200101.031.20513.85，符合过渡区公式。1.81 10 5阻力系数按P147 ( 5 62) CP18.5市 3.82。阻力按 P146 (

17、 5 59)0.6Rep1 1Fp 1cdAp u2 2 382 4(200 10 6)2 1205°327.83 10 8N。3.试确定某水泥粉尘排放源下风向无水泥沉降的最大距离。水泥粉尘是从离地面4.5m高处的旋风除尘器岀口垂直排岀的,水泥粒径范围为25500 m，真密度为1960kg/m3，风速为1.4m/s，气温293K，气压为 101325Pa。解:粒径为25m，应处于Stokes区域，考虑忽略坎宁汉修正:Us4.3.69 10 2m/s。竖直方向上颗粒物运动近似按匀速考虑，那么下落时间4 5122s，因此 L=x 122m=171m us3.69 10 210和500 m

18、的尘粒在离心力作用下的末端沉降速度。离心力场中颗粒的旋转半径为200mm该处的某种粉尘真密度为2700kg/m 3，气体介质近于空气温度为 433K，压力为101325Pa，试计算粒径为气流切向速度为16m/s。解：在给定条件下0.815kg/m3,2.510 5 Pa s。当dp=10 m，粉尘颗粒处于 Stokes区域:Ucdp p ut2(1 10 6)2 270018 R 18 2.5 10 51620.20.768m/s。dp=500 m，粉尘颗粒处于牛顿区：0.55.2 2dpUc1 d36 p2Ut-。因此RUc23.03d p put80.2m/S。经验证，R$=1307>

19、;500,假设成立。5.直径为 m的单分散相气溶胶通过一重力沉降室，该沉降室宽20cm,长50cm,共18层，层间距0.124cm，气体流速是8.61L/min，并观测到其操作效率为 %问需要设置多少层可能得到80%的操作效率。解：按层流考虑，根据?大气污染控制工程?P163 6 -51 也 n2 n118 22.2，因此需要设置 23层。2 n?i64. 96. 有一沉降室长 7.0m,高12m,气速30cm/s，空气温度300K,尘粒密度2.5g/cm 3，空气粘度0.067kg/ , 求该沉降室能100%甫集的最小粒径5解： 0.067kg/(m.h)1.86 10 Pa sdmin18

20、 v°H pgL!c18 1.86 100.3 122.5 1039.81 7G&4 10 m 84 m 100 m，符合层流区假设7.气溶胶含有粒径为和m的粒子质量分数相等以3.61L/min的流量通过多层沉降室。 给出以下数据,31.05g / cm , W=20cm h=0.129cm ,8RTM1.82 10 50.499 v 0.499 1.18586.6 10 m466.6Kn皿止0.210.6310.211.2571.100.4e 0.21 1.264。故 usd： p18gC1.58 10 5m/susLW(n 1)1.58 1050.5 0.2 2033.6

21、1 10/600.525 o用同样方法计算可得m粒子的分级运用斯托克斯定律和坎宁汉校正系数计算沉降效率。L=50cm,0.000182g /cm.s , n=19 层。解：设空气温度为298K,首先进行坎宁汉修正:8 8.314 298 3466.6m / s , 3.142 28.97 10效率为。因此总效率i 0.5(0.525 0.864) 0.6958.某旋风除尘器处理含有4.58g/m 3灰尘的气流52.510 Pa s,其除尘总效率为90%粉尘分析试验得到以下结果。粒径范围/ m捕集粉尘的质量百分数/%逸岀粉尘的质量百分数/%0551010151520202525303035354

22、04045>45解：根据?大气污染控制工程? P144 (5-53)示：(P=)计算分级效率，结果如下表所Pg2i /g3i1)作岀分级效率曲线；2)确定分割粒径。粉尘间隔/m055101015152020252530303535404045>45质量捕集g3频率/%出口 g2i/%据此可作出分级效率曲线。由上表可见，510 m去除效率为。因此在工程误差允许范围内，dc= m。9. 含尘气流用旋风除尘器净化，含尘粒子的粒径分布可用对数正态分布函数表示，且D=20 m ,1.25。在实际操作条件下该旋风除尘器的分割直径为5 m，试基于颗粒质量浓度计算该除尘器的总除尘效率。解：按?大气

23、污染控制工程?P170 ( 6- 18)2 2(dpi/dc)(dpi/5)2 2dpi225 dpi10 iqddpi0 25务 qdd pi。 dpiIndg=20 m,1.25, qex).2 d pi ln gI 2 lndpid g 2g)2g1.79ex) dpi代入上式，利用Matlab积分可得1o iqddpi 96.3%。1 (d pi/dc)1 (dpi/5)366cm，10. 利用一高压电除尘器捕集烟气中的粉尘，该电除尘器由四块集尘板组成，板高和板长均为12.2cm/s。试确定:板间距24.4cm，烟气体积流量2mi/s ;操作压力为1atm，设粉尘粒子的驱进速度为1当烟

24、气的流速均匀分布时的除尘效率;2当供入某一通道的烟气为烟气总量的50%而其他两个各供入 25%寸的除尘效率参考图 6-2713 4解：1 Q =2/3=m3/s，S=13.4m2，i 1 exp : 0.122 99.3%。0.667/22细 051.5，查图 6- 27 得 Fv=v 1/3故 i 1(1 )Fv 1(1 99.3%)1.7598.8%。11. 板间距为25cm的板式电除尘器的分割直径为m，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0.1g/m 3。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/%02020404060608080

25、100平均粒径/ m并假定德意希方程的形式为1 e kdp，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。解: 1)由题意 0.51 exp( k 0.9) k 0.77dp= m，11 exp( 0.77 3.5)93.2%dp= m，1 exp( 0.77 8.0)99.8%dp=m,1 e)p( 0.77 13.0)100%故 0.2 93.2%0.2 99.8%1 0.2 398.6%98%2) 98 6%1 一匕，贝U 2i =0.42g/m3>0.1g/m3。不满足环保规

26、定和使用者需要。3012. 对于粉尘颗粒在液滴上的捕集，一个近似的表达式为exp (0.018M 0.5 R/R 0.6R2)。其中M是碰撞数的平方根，R=d/d D,对于密度为2g/cm3的 粉尘，相对于液滴运动的初速度为 30m/s，流体温度为297K，试计算粒径为1)10 m ； 2)50 m的粉尘 在直径为50、100、500 m的液滴上的捕集效率。解：1)粉尘粒径dp=10 m当液滴直径为50 m时，R=碰撞数 N|d： p(Up ud)18 De366.3， NI19.14。由给出计算公式可得 50.3%同理可得液滴直径为100 m、500 m时捕集效率为、2) dp=50 m用同

27、样方法计算可得颗粒在直径为50 m、100 m、500 m的液滴上捕集效率分别为0、 %。13. 一个文丘里洗涤器用来净化含尘气体。操作条件如下：L=1.36L/m3，喉管气速为 83m/s，粉尘密度为0.7g/cm 3方程，烟气粘度为x 10，取校正系数，忽略Cc计算除尘器效率。烟气中粉尘的粒度分布如下：粒径/ m质量百分数/%<>解：按?大气污染控制工程? P211 6- 531.03 10 3vT(1.03 10 3(83 102)2 1.36 10 396.5cmH2O由(6-55) pexp 6.1 "1 gCcd；f2 p2 g0.33d2e粒径小于 m所占质

28、量百分比太小，可忽略；粒径大于m，除尘效率约为1 ；因此0 . 2 10.33 0.320.7 80.33 0.752Pee100 10013.00.33 32e10016.01000.33 7.52e12 . 00.33 12.528.00.33 17.52ee0.0152%100100故 1 P 98.48%3 m的球形颗粒,直径为2mm的雨滴以其终末沉降速度穿过300m厚的大气近地层，大气中含有粒径为颗粒的质量浓度为80 g /m3。1每个雨滴下降过程中可以捕集多少颗粒2由于捕集这些颗粒，雨滴的质量增加了百分之几解: 由?Air Pollution Control Engineering?P300式M7DD zc tt 通过 P293 Figure 读取。取 p 2 103 kg / m3，雨滴Db=2mm处于牛顿区，利用?大气污染控制工程?P150 5 - 83331/2v 1.742.0 10 (1.0 101.205) 9.81/1.2057.0m/s。因此,Nspd：v18