大气污染课后答案

1、第六章除尘装置6914cm,高 457cm1.2m3/s。计算能被100%甫集的最小雾滴直径。假设雾滴的比重6.1在298K的空气中NaOH飞沫用重力沉降室收集。沉降至大小为宽 1219cm。空气的体积流速为为 1.21。解：计算气流水平速度1.22.879.14 4.57210 2m/s。设粒子处于 Stokes区域,51.82 10 Pa s。按大气污染控制工程P162( 6- 4)d min18 v0HpgL5218 1.82 102.87 104.576317.2 10 m 17.2 m 1.21 109.81 12.19即为能被100%甫集的最小雾滴直径。6.2直径为1.09 m的单

2、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 64.9%。问需要设 置多少层可能得到 80%勺操作效率。解：按层流考虑，根据大气污染控制工程P163 (6-5)1 P n2 山竺 18 越 22.2，因此需要设置 23层。2 门2164.96.3 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/(kg.h)，求该沉降室能100%甫集的最小粒径。解：0.067kg /(m.h) 1.86 10 5 Pa sdmin18

3、 v°HpgL18 1.86 10 50.3 122.5 103 9.81 7&4 10 5m 84 m 100 m，符合层流区假设。6.4气溶胶含有粒径为 0.63和0.83 m的粒子(质量分数相等)，以3.61L/min的流量通 过多层沉降室。给出下列数据，运用斯托克斯定律和坎宁汉校正系数计算沉降效率。L=50cm31.05g / cm , W=20cm h=0.129cm ,0.000182g /(cm.s) , n=19 层。解：设空气温度为298K,首先进行坎宁汉修正:466.6m/ s ,1.82 10 50.499 v 0.499 1.185466.66.610

4、 8m，Kn22 &6 10 0.210.6310.211.2571.100.4e 芮1.264。故Us51.58 10 m/sUsLW(n 1)51.58 100.5 0.23.61 10 3/60200.525。用同样方法计算可得0.83 m粒子的分级效率为0.864 。因此总效率j 0.5(0.525 0.864)0.695平均粒径范围/ m011551010202030304040505060>60质里百分数/%320152016106376.5试确定旋风除尘器的分割直径和总效率，给定粉尘的粒径分如下:已知气体粘度为2X 105,颗粒比重为2.9 ,旋风除尘器气体入口速度

5、为15m/s ,气体在旋风除尘器内的有效旋转圈数为5次；旋风除尘器直径为3m,入口宽度76cm。解：按Air Pollution Control Engineering公式1 exp(NVcD29Wp)。令 =50% N=5, Vc=15m/s, p =2.9 x 103kg/m3, W=0.76m2 10 5 Pa s，代入上式得 dc=11.78 m。利用大气污染控制工程P170 ( 6 - 18)2(dpi /dc)21 (dpi/dc)计算各粒径粉尘分级效率,由此得总效率igi 55.3%粒径范围/ m捕集粉尘的质量百分数/%逸出粉尘的质量百分数/%050.576.05101.412.

6、910151.94.515202.12.120252.11.525302.00.76.6某旋风除尘器处理含有4.58g/m3灰尘的气流(2.5 10 5 Pa s )，其除尘总效率为90%粉尘分析试验得到下列结果。8 8.314 2983.142 28.97 1030352.00.535402.00.440452.00.3>4584.01.11）作出分级效率曲线；2 ）确定分割粒径。 解：根据大气污染控制工程P144（ 5 53） i（ P=0.1）计算分级效率，结Pg2i /g3i粉尘间隔/ m055101015152020252530303535404045>45质量频率/%捕

7、集gs0.51.41.92.12.12.02.02.02.084.0出口 g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.1i/%5.5949.4179.1790.0092.6596.2697.3097.8398.3699.85果如下表所示：据此可作出分级效率曲线。由上表可见，510 m去除效率为 49.41。因此在工程误差允许范围内，dc=7.5 m。6.7某旋风除尘器的阻力系数为9.9，进口速度15m/s，试计算标准状态下的压力损失。解：1 2 1 2据大气污染控制工程P169 （6 13）pv；9.9 1.293 152 1440Pa。2 26.8欲设计一个用于取样的旋

8、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 m。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。解：根据Air Pollution Control EngineeringP258公式exp(NVcD29W)。2因 D_单位 1000( p单位取 kg/m3)，故 D2 p = 1000 D：a;D papp由题意，当550%,Vc 20m/s。取 1.82 10 Pa s , N=10,代入上式10 20 (1.0 10 6)2 1000、 50%1 exp (5)，解得 w=5.5 mm9W 1.82 10 5根据一般旋风除尘器的尺寸要求，D0=

9、4W=2.2cm ; H= 2 W=1.1cm。气体流量 Q=A.V=H.W.V=1.21 X 10 m/s6.9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Dm=20 m，1.25。在实际操作条件下该旋风除尘器的分割直径为试基于颗粒质量浓度计算该除尘器的总除尘效率。P170( 6 - 18)解：按大气污染控制工程dg=20(dpi /dj212(dpi /dj(d pi /5)221 (dpi/5)2dpi25 dpi2i qdd pi0 25瑋 qdd pi。 dpi代入上式，利用1.25,4dpi lnexpgln如 dg)2g(.2 In1.79ex) d

10、piMatlab积分可得10 i qdd pi96.3%。6.10在气体压力下为1atm，温度为293K下运行的管式电除尘器。圆筒形集尘管直径为 0.3m, L=2.0m，气体流量0.075m3/s。若集尘板附近的平均场强 E=100kV/m,粒径为1.0 m的粉尘 荷电量q=0.3 x 10-15C,计算该粉尘的驱进速度 w和电除尘效率。解：驱进速度按大气污染控制工程P187 (6 - 33)qEpw3 dp0.3 10 15 100 1031.81 10 5 1 10 60.176m/s。A dL 0.3 2 1.885m2 , Q=0.075m3/s，代入 P188 (6-34)a1 8

11、851 exp( wi) 1 ex)(0.176) 98.8% 。Q0.0756.11利用一高压电除尘器捕集烟气中的粉尘，已知该电除尘器由四块集尘板组成，板高和板长均为366cm,板间距24.4cm，烟气体积流量 2ni/s ;操作压力为1atm，设粉尘粒子的驱 进速度为12.2cm/s。试确定：1) 当烟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 6-27)。解：3221341) Q' =2/3=0.667 m /s , S=3.66 =13.4m , i 1 exp( : 0.122) 99.3%。0.66

12、7/21/32) Vmax 051.5，查图 6-27 得 Fv=1.75故 i 1(1 )Fv 1(199.3%)1.7598.8%。6.12板间距为25cm的板式电除尘器的分割直径为 0.9 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/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/%02020404060608080100平均粒径/ m3.58.013.019.045.0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

13、能否满足环保规定；3）能否满足使用者需要。解:1）由题意0.51exp( k0.9)k0.77dp=3.5m,11exp(0.773.5)93.2%dp=8.0m,21exp(0.778.0)99.8%dp=13.0m,31 exp(0.7713.0)100%故0.2 93.2%0.2 !99.8%1 0.2 398.6%98%2） 98.6%1 冬，贝U 2i =0.42g/m 3>0.1g/m彳。不满足环保规定和使用者需要。306.13某板式电除尘器的平均电场强度为3.4kV/cm，烟气温度为423K,电场中离子浓度为108个/m3，离子质量为5X 10 _26kg，粉尘在电场中的停

14、留时间为5s。试计算：1）粒径为5 m的粉尘的饱和电荷值；2）粒径为0.2 m的粉尘的荷电量；3）计算上述两种粒径粉尘的驱进速度。假定：1）烟气性质近似于空气；2）粉尘的相对介电系数为1.5。解：1） 由大气污染控制工程P183 （6 31）电场荷电为21 5126 2516q 3°dpE° 38.85 10（5 10 ）3.4 103.04 10 C23.5扩散荷电按P184 （6 32）计算，与电场荷电相比很小，可忽略。因此饱和电荷值 3.04 X 1016C。2）电场荷电为2I 51262c19q 30dpE0 38.85 10（0.2 10 ）3.4 104.86

15、10 C2 p3.5扩散荷电与电场荷电相比很小，可忽略，故粉尘荷电量4.86 X 1019Co3)取2.5 10 5 Pa sdp=5 m 时，wqEp3 dp3.04 103.4 10532.5 10 5 5 10 60.088m/ s;dp=0.2 m 时，wqEp3 dp4.86 10 19 3.4 10532.5 10 5 0.2 10 63.51 10 3m/s。6.14图6-49汇总了燃煤电厂用电除尘器的捕集性能。对于煤的含硫量为1%除尘效率为99.5%的情况，试计算有效驱进速度We。d DDLo. mo. 01o. H0. 10.2血50. ?集气扳百祝/J (100nir -

16、nt n)亠曲際尘器捕集效率与也集尘板面积的关枭1 exp( QAWi)，解: 查图得集气板面积约 1000m5. ( 1000ni/min ) 一1。根据0.995=1 exp ( w)解得 w=5.30m/min。6.15电除尘器的集尘效率为95%某工程师推荐使用一种添加剂以降低集尘板上粉尘层的比电阻，预期可使电除尘器的有效驱进速度提高一倍。若工程师的推荐成立，试求使用该添加剂后电除尘器的集尘效率。解：exXA一 w)Q95%，故 exp(A一 w)Q0.05, exp(A2w)Q0.0025A因此'1 e)p( 2w)10.002599.75%。Q6.16烟气中含有三种粒径的粒子

17、：10 m、7 m和3 m，每种粒径粒子的质量浓度均占总浓度的1/3。假定粒子在电除尘器内的驱进速度正比于粒径，电除尘器的总除尘效率为 95%试求这三种粒径粒子的分级除尘效率。解：设3种粒子的分级效率分别为1、2、 3，则,23(1 e10k) (1 e 7k) (1 e 3k) 3 0.95 k 0.6586因此 1 99.9%，299.0%，3 86.1%。6.17对于粉尘颗粒在液滴上的捕集，一个近似的表达式为0 5 R2exp (0.018M . /R 0.6 R )。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2

18、97K,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 md?(uu )当液滴直径为 50 m时，R=0.2；碰撞数 NI p P(Up366.3,_N,19.14。18 Dc入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42.6 %、10.1%。2) dp=50 m用同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、10.2%、25.0 %。6.18 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83

19、m/s,粉尘密度为0.7g/cm3方程，烟气粘度为 2.23 x 10_5Pa.s，取校正系数 0.2，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/%<0.10.010.10.50.210.51.00.781.05.013.05.010.016.010.015.012.015.020.08.0>20.050.0解：按大气污染控制工程P211 (6 53)p 1.03 10 3v；(9)Qg1.0310 3(83 102)21.36 10 396.5cmH2O由(6-55) P exp 61109 l2gCcdpf2g20.33d 2粒径小于0.1m所占

20、质量百分比太小，可忽略；粒径大于此20.0m，除尘效率约为1 ；因P凹10012.0e 0.33 0.32乞80.33 12.521001008.0e10020.33 0.752e0.33 17.5298.48%。13.00.33e1000.0152%6.19水以液气比12L/m3的速率进入文丘里管，喉管气速1.845 x 10-5Pa.s，颗粒密度为1.789g/cm 3,平均粒径为涤器的压力损失和穿透率。解：p 1.03 10 3vT (-Ql)Qg1.03 10 3 (11600)23216.010020.33 7.52e116m/s，气体粘度为1.2 m , f取0.22。求文丘里管洗

21、12 10 31663cmH2O坎宁汉修正 CC 10172101721.143dp1.2exp6.110gCcdpf2 片2 exp6.1 10 91 1.789 1.143 1.22 0.222(1.845 10 4)216636.20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3出的气流，其流量为 7.1m/s，要求压降为152.4cmfO,以达到要求的处理效率。估算洗涤 器的尺寸。解：设气液比 1L/m , dp=1.2 m ,31.8g/cm , f=0.25。在 1atm 与 510.K 下查得2.99 10 5 Pa s。1.0310 吩1.

22、03 10 3 v21.0103152.4cmH2O 可解得v=121.6m/s。故喉管面积 S0.058m2 , DT=272mm121.6取喉管长度300mm通气管直径 Di=544mm1 24 ,2 6，则Di Dt1D2 DT 丄 2L1- ctg - 640mm 0.64m, L2-ctg - 3.13m2 2 2 2(取 D2=600mm。6.21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3 m的球形颗粒，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：2由Air Pol

23、lutionControl EngineeringP300 9.48 式 M Dd zc t。 t 通过 P2934Figure 9.18读取。取p 2 103kg/m3，雨滴D=2mm处于牛顿区，利用大气污染控制工程P150 (5-83) v 1.742.0 10 3(1.0 103 1.205) 9.81/1.2051/27.0m/s。因此，Ns仝 2 103(3 叮)2 7.00.912。从 Figure 9.18 读出 t =0.1118 Db18 1.82 10 5 2 10 3(Cylinder )。故 M= (2 10 3)2 300 80 0.110.0083 g。41 -而液

24、滴本身M D34.19 103 g。故质量增加了 1.98 x 10-4%66.22以2.5mm/h的速率发生了大面积降雨，雨滴的平均直径为2mm其捕集空气中的悬浮颗粒物的效率为0.1，若净化空气中90%的悬浮颗粒物，这场雨至少要持续多长时间？解：由Air Pollution Control Engineering公式 In 丄5 Ql t。代入已知数据C° D d Aln 0.11.53 0.12 10332.5 10 AAt 12.3h，即需持续半天左右的时间。6.23安装一个滤袋室处理被污染的气体，试估算某些布袋破裂时粉尘的出口浓度。已知系统的操作条件：1atm , 288K,

25、进口处浓度9.15g/m3,布袋破裂前的出口浓度0.0458g/m 3,被污染气体的体积流量 14158m/h，布袋室数为6，每室中的布袋数 100，布袋直径15cm,系 统的压降1500Pa,破裂的布袋数为 2。解：9.15 0.045891599.5%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:C' 6OOCo（1）600C0 0.0761g/m3。因此迸詈型 100% 992%。6.24某袋式除尘器在恒定的气流速度下运行30min。此期间处理烟气 70.8m3，系统的最初和最终的压降分别为 40Pa和400Pa,假如在最终压力下过滤器再操作1小时，计算另外的气体处理量

26、。解：设恒定速度V1,则gXfV1 Kf40，gXfV1 Kf若在400Pa压降下继续，则gXfg xp1g xp240040V2V1360V2V1型400V1Q1360Q2 V270.8 v140040070.830 dQdt360 30Q2 dQ270.82dt400169.5dQdt2.15Q2叫400dt解此微分方程得Q=90.1m3。6.25利用清洁滤袋进行一次实验，以测定粉尘的渗透率，气流通过清洁滤袋的压力损失为 250Pa, 300K的气体以1.8m/min的流速通过滤袋，滤饼密度1.2g/cm 3,总压力损失与沉积粉尘质量的关系如下。试确定粉尘的渗透率（以吊表示），假如滤袋面积

27、为100.0cm2。p/ Pa61266677490099010621152M/kg0.0020.0040.0100.020.0280.0340.042解:当 T=300K时,51.86 10 Pa s，v=1.8m/min=0.03m/s。xpS , xpMMMS1.2 103 100 10 412b 1.86 10 5 0.03/ Kp。利用所给数据进行线性拟和, 12 p13146x616.51，即1251.86 100.03/Kp12 213146 , &=3.53 x 10 m。6.26除尘器系统的处理烟气量为 10000mi7h，初始含尘浓度为 6g/m3，拟采用逆气流反吹

28、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。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W vF Ct 0.99 6t 5.94tg /m2。3） 除尘器压力损失可考虑为P PPEPpR为清洁滤料损失，考虑为120Pa；PeSe Vf 350Pa ；Pp Rpv2 Ct 9.5 12 5.94t 56.43tPa,Rp取9.50N min/（g

29、m）；故 P PPE Pp 350 120 56.43t（Pa） 470 56.43t（Pa）。4）因除尘器压降小于1200Pa，故 47056.43t(Pa)1200,t12.9min即最大清灰周期。5) AQ60vf10000 39360 1 273240m2。6)取滤袋 d=0.8m, l=2m。adl5.03m2， n47.7，取48条布袋。6.27据报道美国原子能委员会曾运用2 m深的沙滤床捕集细粒子,卡尔弗特建议用下式估算细粒子的穿透率。exp(27 Zv s D pa9Dc g）。其中:Z=在气流方向上床的长度;Vs=气体的表面流速；Dpa=细粒子的空气动力学直径;沙滤床的孔隙率；