大气污染课后答案6章分解

第六章除尘装置66.1在298K的空气中NaOH飞沫用重力沉降室收集。沉降至大小为宽 914cm,高457cm,长1219cm。空气的体积流速为 1.2m3/s。计算能被100%捕集的最小雾滴直径。假设雾滴的比重为1.21。解：Q 12计算气流水平速度V0=—= =2.87x10，m/s。设粒子处于Stokes区域，取A9.14x4.57卩=1.82x10“PaS。按《大气污染控制工程》P162(6—4)1.21X103咒9.81x12.19dmin+兽二輕丄8工运吐但=17.2沢10备=17卅1.21X103咒9.81x12.19即为能被100%捕集的最小雾滴直径。20cm,长50cm，共8.61L/min，并观测到其操作效率为 64.9%。问需要设6.2直径为1.09420cm,长50cm，共8.61L/min，并观测到其操作效率为 64.9%。问需要设解：P163(P163(6—5)二Jn二Jn2訓—仲80n2 叫64.9=22.2，因此需要设置23层。6.3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/cm3,空气6.3求该沉降室能100%捕集的最小粒径。粘度求该沉降室能100%捕集的最小粒径。解：卩=0.067kg/(m.h)=1.86"0,Pa”Sdmin2.5咒103X9.81X7=呼匝 込8竺…：^=8.4"0」m=84卩dmin2.5咒103X9.81X7飞ppgL *流区假设。6.4气溶胶含有粒径为0.63和0.83岭的粒子(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=50cm,3P=1.05g/cm,W=20cm,h=0.129cm,卩=0.000182g/(cm.s),n=19层。解：设空气温度为298K，首先进行坎宁汉修正:j^8.31^298 466.6m/s,V3.142咒28.97x10^1.82x10*0.499pV1.82x10*0.499pV0.499X1.185x466.6=6.6如0」m,Kn=空竺匚0.210.63子的分级效率为0.864子的分级效率为0.864。旦 d2P=1+0.21[1.257+0.4e0.21]=1.264。故Us=gC=1.58x1o'm/s184usLW(n+1) 158x10,x05x02x203.6似10'/60-———L= — =0.525。用同样方法计算可得0.83P3.6似10'/60因此总效率3=0.5(0.525+因此总效率3按《AirPollutionControlEngineering》公式n=1-exp[-(兀NVcD2按《AirPollutionControlEngineering》公式n=1-exp[-(兀NVcD2Pp9WP)]。令n=50%,N=5,Vc=15m/s,Pp=2.9X103kg/m3,W=0.76m,4=2^10°Pas，代入上式得dc=11.78Am。利用《大气污染控制工程》2P170(6-18)nj=(dpi/dc)21+(dpi/dc)计算各粒径粉尘分级效率,由此得总效率n=£^igi=55.3%6.5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:平均粒径范围/4m0~11~55~1010~2020~3030~4040~5050~60>60质量百分数/%32015201610637已知气体粘度为2X10-5,颗粒比重为2.9，旋风除尘器气体入口速度为 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：粒径范围/Am捕集粉尘的质量百分数/%逸出粉尘的质量百分数/%0~50.576.05~101.412.910~151.94.515~202.12.120~252.11.525~302.00.76.6某旋风除尘器处理含有90%。粉尘分析试验得到下列结果。4.58g/m4.58g/m3灰尘的气流（卩=2.5^10°Pas）,其除尘总效率为30~352.00.535~402.00.440~452.00.3>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)nj= (P=0.1)计算分级效率，结n+Pg2i/g3i粉尘间隔/4m0~55~1010~1515~2020~2525~3030~3535~4040~45>45质量频率/%捕集g30.51.41.92.12.12.02.02.02.084.0出口g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.1j/%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， 5〜10去除效率为49.41。因此在工程误差允许范围内，dc=7.5Pm。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：据《大气污染控制工程》 P169(6—13)Ap=1Sv；2X9.9M293X152=1440Pa。26.8欲设计一个用于取样的旋风分离器，希望在入口气速为径为1 。20m/s时，其空气动力学分割直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：兀NVcD2Pp根据《AirPollutionControlEngineering》P258公式 =1—exp［-( )］。9则因Diy二晋严p单位取kg/m3)，故D2Pp=1000尤;Lp Lp由题意,当n=50%,Vc=20m/s。取卩=1.82^10^Pas,N=10，代入上式50%十ex姑厂1“2*1.”10“！"000)］，解得Wi=5.5mm。9W".82沢10,根据一般旋风除尘器的尺寸要求， Do=4Wi=2.2cm;H=2Wi=1.1cm。气体流量Q=A.V=H.W.Vc=1.21X10^3m3/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5Am，试基于颗粒Dm=20Mm,a5Am，试基于颗粒质量浓度计算该除尘器的总除尘效率。解：按《大气污染控制工程》P170（6—18）dpidpi2(dpi/dc) (dpi/5)hj= = 2— 2；1+(dpi/dc)2 1+(dpi/5)2 25+dpi21n=f^iqddpi严dpi..

「0尹rqddpi。Indpidg=201n=f^iqddpi严dpi..

「0尹rqddpi。Indpidg=20Am,CT二1*25,q= exp[—(V2;idpilnbg__)2]72InbgIdpi1.79 n"202=,exp[-( ：0)]dpi 0.32代入上式，利用1Matlab积分可得n=[jqddpj=96.3%。圆筒形集尘管直径为0.3m,6.10在气体压力下为1atm，温度为293K下运行的管式电除尘器。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1.0Pm的粉尘荷电量q=0.3X10—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）qEpw=3Mp_ 0.3x10出咒100"033兀x1.81x10°咒1><10上=0.176m/s。A"dL=兀2 3咒0.3咒2=1.885m,Q=0.075m/s,代入P188(6—34)3=1-exp(A dQQC—AWi)=1-exp(———X0.176)=98.8%。Q 0.0756.11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2m3/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图6—27）。解：50%，而其他两个各供入25%时的除尘效率（参考32213221)Q'2/3=0.667m/s,S=3.66=13.4m,134n=1_exp(- 13.4X0.122)=99.3%。0.667/22)Vma^=05=15，查图6—27得Fv=1.75v1/3故ni=1-(1-n)Fv=1-(1-99.3%)1.75=98.8%。质量百分比范围/%0~2020~4040~6060~8080~100平均粒径/Am3.58.013.019.045.06.12板间距为25cm的板式电除尘器的分割直径为0.9Am，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：并假定德意希方程的形式为n=1—e上dp，其中n捕集效率；K经验常数；d颗粒直径。试确定：1）3）解：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;能否满足使用者需要。1）由题意0.5=1-exp(-k咒0.9)=k=0.77=1-exp(—0.77x3.5)=93.2%dp=8.04m,n2=1-exp(-0.77x8.0)=99.8%dp=13.0Am,n3=1-exp(-0.77x13.0)=100%故n=0.2x93.2%+0.2x99.8%+1X0.2X3=98.6%>98%P.2）98.6%=1一一2^，贝Up2i=0.42g/m3>0.1g/m3。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5X10-26kg，粉尘在电场中的停留时间为 5s。试计算：1）粒径为54m的粉尘的饱和电荷值；2）粒径为0.2Pm的粉尘的荷电量；计算上述两种粒径粉尘的驱进速度。2）粉尘的相对介电系数为3）假定：1）烟气性质近似于空气；解：1） 由《大气污染控制工程》毎 2q=3兀 pE。=3兀S+2扩散荷电按P184 （6—32）1.5。P183（6-31）电场荷电为*1r 40 AO c -Jo——X8.85X10x（5X10）X3.^10=3.04天10C3.5计算，与电场荷电相比很小，可忽略。因此饱和电荷值3.04X10—16c。2） 电场荷电为q=3兀—^%d2E0=3兀1^x8.85X1042x（0.2X10"）2X3.4X105=4.86X10~9C"2p 3.5扩散荷电与电场荷电相比很小，可忽略，故粉尘荷电量4.86X10—19c。3)取卩=2.5勺0^Pasdp=5Pm时，wqEp—3兀Adp=王血仝竺=0.088m/s;3兀x2.5x10.5x10dp=0.2km时，w=qEp3兀Adp_ 4.86x10」9X3.4X105"3兀x2.5x10'x0.2x10<=3.51x10*m/s。杓Ju4VLIno70rm6.14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。ffl6-49：电除尘器捕集效率百比集尘板面积的关系解:查图得集气板面积约1000m3.(1000m3/min)—1。根据*j=1—exp(—■AwJ,Q0.995=1—exp(—wi)解得Wi=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若工程师的推荐成立，试求使用该添比电阻，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：exp(-A2w)=0.0025Qexp(-A2w)=0.0025Qn=1-exp(-w)=95%，故exp(-w)=0.05，Q QA因此n=1-exp(=1-0.0025=99.75%。Q

6.16烟气中含有三种粒径的粒子： 10Am、74m和3Am,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 叫、n2、n3，则3 +s=(1-e」0k)+([-e^k)+(1-eAk)=3x0.95=k=0.6586因此3=99.9%,n2=99.0%,口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n=exp[—(0.018M0.5拆/R—0.6R2)]。其中M是碰撞数的平方根，R=dp/dD，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)10Am；2)50Pm的粉尘在直径为50、100、500Am的液滴上的捕集效率。解：1)粉尘粒径dp=10Pm18呱当液滴直径为50Am时，R=0.2；碰撞数N|=dpP""—Ud)=366.3,JN?=19.1418呱由给出计算公式可得n=50.3%同理可得液滴直径为 100Am、500Am时捕集效率为42.6%、10.1%。504m、100Am、504m、100Am、500Am的液滴上捕集效率分别为用同样方法计算可得颗粒在直径为操作条件如下：L=1.36L/m3,喉管气速为83m/s,2.23操作条件如下：L=1.36L/m3,喉管气速为83m/s,2.23X10—5Pa.s取校正系数0.2,忽略Cc,计算除粒径/4m质量百分数/%<0.10.010.1~0.50.210.5~1.00.781.0~5.013.05.0~10.016.010.0~15.012.015.0~20.08.0>20.050.06.18一个文丘里洗涤器用来净化含尘气体。粉尘密度为0.7g/cm3方程，烟气粘度为尘器效率。烟气中粉尘的粒度分布如下：解：按《大气污染控制工程》 P211(6—53)却=-1.03>d0-vT(Ql)=-1.03灯0」咒(83咒102)2x1.36咒10-=96.5cmH2OQg由(6-55)P=exp—士*沁口_0.33d2粒径小于0.1km所占质量百分比太小，可忽略；粒径大于20.0Pm，除尘效率约为1;因此c0.21P= 由(6-55)P=exp—士*沁口_0.33d2粒径小于0.1km所占质量百分比太小，可忽略；粒径大于20.0Pm，除尘效率约为1;因此c0.21P= xe100+12.0汇c卫.33>12.52100_Q.33涣.32 O.78 _0.33渕.752J3.。 _0.33>32I xc 十 沢c100100+80心4.33"52=0.0152%100+16.0江^0.33<7.52100故n=1—P=98.48%。6.19水以液气比12L/m3的速率进入文丘里管，喉管气速1.845X10-5Pa.s,颗粒密度为1.789g/cm3，平均粒径为器的压力损失和穿透率。解：116m/s，气体粘度为1.24m,f取0.22。求文丘里管洗涤邙=-1.03x10」vT(2)=-1-03x10」X(11600)2X12x10’=1663cmH2OQg0172 0172坎宁汉修正C「1+0d：-1+%—=1.143P=exp「⑷宀严船宀「6.1X10』X1%1.789%1.143X1.22X0.22^1663=exp[- 、2 ]=0(1.845X103)26.20设计一个带有旋风分离器的文丘里洗涤器，用来处理锅炉在出的气流，其流量为7.1m3/s,器的尺寸。解：1atm和510.8K条件下排要求压降为152.4cmH2O，以达到要求的处理效率。估算洗涤设气液比1L/m3,dp=1.2Am，3Pp=1.8g/cm,f=0.25。在1atm与510.K下查得气=2.99勺0'Pas。由也p=—1.03x10^v；(Ql)=—1.03x10'xv2X1.0X10'=152.4cmH2O可解得Qg7.1 2v=121.6m/s。故喉管面积S= =0.058m,DT=272mm。121.6取喉管长度300mm,通气管直径D1=544mm。耳=24:a2=6'"，则D1—DT Ct1 D2—Dt丄a2L1=^^ctg厂640mm=0.64m,L?=^^ctg—=加亦(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3Am的球形颗粒，颗粒的质量浓度为 80旳/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：兀2由《AirPollutionControlEngineering》P3009.48式M=—DD^zc^t。t通过p293Figure49.18读取。取Pp=2>d03kg/m3，雨滴Db=2mm，处于牛顿区，禾U用《大气污染控制工程》P150(5—83)V=1.74[2.0x103(1.0x103-1.205)x9.81/1.205]1/2=7.0m/s。因程》此,NsPpNsPpdpV2心0咒®10)"0=0.912。从Figure9.18读出^t=0.11(Cylinder)。"18呱"18x1.82x10七2x10’气故M=—(2X10冷2咒300X80X0.11=0.0083也。41而液滴本身M'=—JiD3P=4.19X103也。故质量增加了 1.98X10—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？15Q15Q= At。代入已知数据Dd aC由《AirPollutionControlEngineering》公式ln——C。15 2 10^Aln0.1=- 3冥0.1冥 N二At=12.3h，即需持续半天左右的时间。2勺03 A6.23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，进口处浓度9.15g/m3,布袋破裂前的出口浓度0.0458g/m3，被污染气体的体积流量14158m3/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：9.15-0.0458n= X100%=99.5%9.15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：598 " 2 3 " 9.15-0.0761X100%=99.2%。C0（1-n）+ C0=0.0761g/m。因此X100%=99.2%。30min。此期间处理烟气假如在最终压力下过滤器再操作600 600 30min。此期间处理烟气假如在最终压力下过滤器再操作70.8m3，系统的最初1小时，计算另外的6.24某袋式除尘器在恒定的气流速度下运行和最终的压降分别为40Pa和70.8m3，系统的最初1小时，计算另外的解：设恒定速度V1，则上也V1Kf=40,PgX设恒定速度V1，则上也V1Kf=40,PgXfL1若在400Pa压降下继续，则4gXfLKp+仝V2Kp=400=40V2+型V2V1 V1+吗2=400=^2V1ViQi+36四2—40070.8v1400X30dQ2400X30dQ2—Ar70.8dt360X30Q2+ 70.82dQ2=400=169.5dQ2+2.15Q2dQ2=400dt dt dt解此微分方程得Q2=90.1m3。6.25利用清洁滤袋进行一次实验，250Pa，300K的气体以1.8m/min的流速通过滤袋，滤饼密度粉尘质量的关系如下。试确定粉尘的渗透率（以以测定粉尘的渗透率，气流通过清洁滤袋的压力损失为1.2g/cm3，总压力损失与沉积m2表示），假如滤袋面积为100.0cm2。△p/Pa61266677490099010621152M/kg0.0020.0040.0100.020.0280.0340.042解:当T=300K时，4=1.86X10°PaS，v=1.8m/min=0.03m/s。M=PxpS，Xp=M= 』 PS1.2X10X100X10 12邙…即倔"宀0.03/Kp。利用所给数据进行线性拟和,丄 M _5 _122邙=13146x+616.51，即mT1.86"0y03/Kp=13146，Kp=3砂10m。6.26除尘器系统的处理烟气量为灰袋式除尘器，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;6）滤袋的尺寸（直径和长度）和滤袋条数。解：过滤气速估计为10000m3/h，初始含尘浓度为6g/m3,拟采用逆气流反吹清393K，除尘器压力5）滤袋面积;1)VF=1.0m/min。2)除尘效率为99%，则粉尘负荷W=VFiCt=0.99x6t=5.94tg/m2。3)除尘器压力损失可考虑为△P=AR+AFE+△PpAPt为清洁滤料损失，考虑为120Pa；APe=Se"Vf=350Pa；APp=RpV2ACt=9.5咒12x5.94t=56.43tPa,Rp取9.50Nmin/(gm)；故iP +APe+iPp=350+120+56.43t(Pa)=470+56.43t(Pa)。4）因除尘器压降小于 1200Pa,故470+56.43t（Pa）c1200,tc12.9min即最大清灰周期。5）A=2J00E393=240m2。60vf60x1x2736）2取滤袋d=0.8m，l=2m。a=^dl=5.03m，An=—=47.7，取48条布袋。a6.27据报道美国原子能委员会曾运用 2m深的沙滤床捕集细粒子，卡尔弗特建议用下式估算27ZVsDpa细粒子的穿透率。P=exP（-—右