大气污染控制工程第三版课后习题答案18章全

大气污染控制工程课后作业习题解答第一章概论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，；，。1.2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：SO2：0.15mg/m3，NO2：0.12mg/m3，CO：4.00mg/m3。按标准状态下1m3干空气计算，其摩尔数为。故三种污染物体积百分数分别为：SO2：，NO2：CO：。1.3解：1）（g/m3N）c（mol/m3N）。2）每天流经管道的CCl4质量为1.031×10×3600×24×10－3kg=891kg1.4解：每小时沉积量200×（500×15×60×10－6）×0.121.5解：=10.8由《大气污染控制工程》P14（1－1），取M=210，COHb饱和度1.6解：含氧总量为。不同CO百分含量对应CO的量为：2%：，7%：1）最初CO水平为0%时；。2）最初CO水平为2%时1.7解：由《大气污染控制工程》P18（1－2），最大能见度为。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）C85571.2571.25H113－2.555.2527.625S100.31250.31250H2O22.51.25N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474.12×22.4/1000=10.62m3N/kg重油。烟气组成为CO271.25mol，H2O55.25+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=502.99mol/kg重油。即502.99×22.4/1000=11.27m3N/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，空气燃烧时CO2存在最大浓度。3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68m3N/kg重油，产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33m3N/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CHS65.73.25.47513.20.5841.70.0530.0720.010O2.30.013灰分18.1水分9.03.306g/mol碳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+0.010－0.013/2=1.14951）理论空气量；SO2在湿烟气中的浓度为2）产生灰分的量为烟气量（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mg/m3=2.12×104mg/m33）需石灰石/t煤2.3解：按燃烧1kg煤计算重量（g）摩尔数（mol）需氧数（mol）CHS79531.125666.2566.257.7815.56250.18750.1875H2O52.8752.940设干空气中N2：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CO266.25mol，SO20.1875mol，H2O15.5625+2.94=18.50molN2总计66.25+`8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤实际烟气量365.48+0.2×354.76=436.43mol/kg煤，SO2浓度为。2.4解：取1mol煤气计算H2S0.002molCO20.05molCO0.285mol耗氧量0.003mol00.143molH2（0.13-0.004）molCH40.063mol0.007mol0.014mol共需O20.003+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，则实际干空气1.2×1.066mol=1.279mol。空气含湿量为12g/m3N，即含H2O0.67mol/m3N，14.94L/m3N。故H2O体积分数为1.493%。故实际空气量为。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=2.125mol2.5解：1）N2%=1－11%－8%－2%－0.012%=78.99%由《大气污染控制工程》P46（2－11）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SO2120×10－6m3，排放浓度为。3）4）。。2.6解：按1kg煤进行计算重量（g）摩尔数（mol）需氧数（mol）CHS75840.751663.1720.3750.563.1710.190.5H2O83.254.6250需氧63.17+10.19+0.5=73.86mol设干空气中N2：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：CO263.17mol；SO20.5mol；H2O4.91+4.625+20.375=29.91mol；N2：73.86×3.78=279.19mol；过剩干空气0.2×73.86×4.78=70.61mol。实际烟气量为63.17+0.5+29.91+279.19+70.61=443.38mol其中CO2；SO2；H2O；N2。O2。2.7解：SO2含量为0.11%，估计约1/60的SO2转化为SO3，则SO3含量，即PH2SO4=1.83×10－5，lgPH2SO4=-4.737。查图2－7得煤烟气酸露点约为134摄氏度。2.8解：以1kg油燃烧计算，C860g71.67mol；H140g70mol，耗氧35mol。设生成COxmol，耗氧0.5xmol，则生成CO2（71.67－x）mol，耗氧（71.67－x）mol。烟气中O2量。总氧量，干空气中N2：O2体积比为3.78：1，则含N23.78×（106.67+24.5x）。根据干烟气量可列出如下方程：，解得x=0.306故CO2%：N2%：；由《大气污染控制工程》P46（2－11）空气过剩系数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：（1）将空气视为理想气体，即有可写为（2）将（2）式带入（1），并整理，得到以下方程：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：即（3）假设山脚下的气温为10。C，带入（3）式得：得即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km。3.2解：，不稳定，不稳定，不稳定，不稳定，不稳定。3.3解：，3.4解：由《大气污染控制工程》P80（3－23），，取对数得设，，由实测数据得xy0.3010.06690.4770.11390.6020.14610.6990.1761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：，，。稳定度D，m=0.15，，。稳定度F，m=0.25，，风速廓线图略。3.6解：1）根据《AirPollutionControlEngineering》可得高度与压强的关系为将g=9.81m/s2、M=0.029kg、R=8.31J/(mol.K)代入上式得。当t=11.0。C，气压为1023hPa；当t=9.8。C，气压为1012hPa，故P=（1023+1012）/2=1018Pa，T=（11.0+9.8）/2=10.4。C=283.4K，dP=1012-1023=－11Pa。因此，z=119m。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/。C气压/hPa高度差/m高度/m9.812.014.015.013.013.012.61.60.81012100099988101969163909536878290850271725700281891191299218319482101813071578287731582）图略3），不稳定；，逆温；，逆温；，逆温；，稳定；，稳定；，稳定；，稳定。3.7解：，故，逆温；，故，稳定；，故，不稳定；，故，不稳定；，故，不稳定；，故逆温。3.8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，代入已知数据（温度T取两高度处的平均值）即，由此解得P2=961hPa。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：，，故位温梯度=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/。21.121.115.625.030.025.0C高度/m4587635808.920005.0500700相应温度/。26.715.620.028.0C位温梯度/2.22K/100m0.27－0.17－0.02－1.021.423.9解：以第一组数据为例进行计算，由习题3.1推导得到的公式，解得P1=1023hPa。因此，设地面压强为P1，代入数据得到：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/。C21.1高度/m相应温度/。C26.721.115.625.030.025.04587635808.920005.050070015.620.028.0地面压强/hPa1023地面位温/。C292.210121002104010061007293.1288.4294.7302.5297.43.10略。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，则有现存在峭壁，可考虑为实源与虚源在所关心点贡献之和。实源虚源因此+=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。布里格斯公式且x<=10Hs。此时。按国家标准GB/T13201－91中公式计算，因QH>=2100kW，Ts－Ta>=130K>35K。（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4－4查得x=500m时。将数据代入式4－8得。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（4－10）、（4－11）时，。取稳定度为D级，由表4－4查得与之相应的x=745.6m。此时。代入上式。4.6解：由《大气污染控制工程》P98（4－31）（当，q=0.3）4.7解：有限长线源。首先判断大气稳定度，确定扩散参数。中纬度地区晴朗秋天下午4：00，太阳高度角30～35。左右，属于弱太阳辐射；查表4-3，当风速等于3m/s时，稳定度等级为C，则400m处。其次判断3分钟时污染物是否到达受体点。因为测量时间小于0.5h，所以不必考虑采样时间对扩散参数的影响。3分钟时，污染物到达的距离，说明已经到达受体点。有限长线源距离线源下风向4m处，P1=－75/43.3=－1.732，P2=75/43.3=1.732；。代入上式得。端点下风向P1=0，P2=150/43.3=3.46，代入上式得4.8解：设大气稳定度为C级，当x=1.0km，。。由《大气污染控制工程》P106（4－49）4.9解：设大气稳定度为C级。当x=2km时，xD<x<2xD，按x=xD和x=2xD时浓度值内插计算。x=xD时，，代入《大气污染控制工程》P88（4－9）得x=2xD时，，代入P101（4－36）得；通过内插求解当x=6km>2xD时，，计算结果表明，在xD<=x<=2xD范围内，浓度随距离增大而升高。4.10解：由所给气象条件应取稳定度为E级。查表4－4得x=12km处，。，。4.11解：按《大气污染控制工程》P91（4－23）由P80（3－23）按城市及近郊区条件，参考表4－2，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3，代入P91（4－22）得。《环境空气质量标准》的二级标准限值为0.06mg/m3（年均），代入P109（4－62）＝解得于是Hs>=162m。实际烟囱高度可取为170m。烟囱出口烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5倍，即uv>=1.5×1.687×1700.25=9.14m/s。但为保证烟气顺利抬升，出口流速应在20~30m/s。取uv=20m/s，则有，实际直径可取为4.0m。4.12解：高架连续点源出现浓度最大距离处，烟流中心线的浓度按P88（4－7）（由P89（4－11））而地面轴线浓度因此，。得证。第五章颗粒污染物控制技术基础5.1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d84.1=61.0、d50=16.0、d15。9=4.2。。作图略。5.2解：绘图略。5.3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）=10.3、d84.1=19.1、d15。9=5.6。。按《大气污染控制工程》P129（5－24）P129（5－26）；；P129（5－29）5.4解：。《大气污染控制工程》P135（5－39）按质量表示P135（5－38）按净体积表示P135（5－40）按堆积体积表示。5.5解：气体流量按P141（5－43）；漏风率P141（5－44）除尘效率：；考虑漏风，按P142（5－47）不考虑漏风，按P143（5－48）5.6解：由气体方程得按《大气污染控制工程》P142（5－45）。5.7解：按《大气污染控制工程》P145（5－58）粉尘浓度为，排放浓度10（1－99%）=0.1g/m3；排放量2.22×0.1=0.222g/s。5.8解：按《大气污染控制工程》P144（5－52）（P=0.02）计算，如下表所示：粉尘间隔/质量频率/%<0.60.6~0.72.00.7~0.80.40.8~1.01~22~33.53~46.0进口g17.00.40.714.09224.024.0出口g21.0952.0903.016.094.729.097.69391.4粉尘间隔/质量频率/%4~55~66~82.08~102.010~123.020~3011.0其他8.0进口g16.013.0出口g22.0982.0982.58.57.0099.198.398.598.2100据此可作出分级效率曲线。5.9解：按《大气污染控制工程》P144（5－54）5.10解：。当空气温度为387.5K时。当dp=0.4时，应处在Stokes区域。首先进行坎宁汉修正：，，。则，。当dp=4000时，应处于牛顿区，。，假设成立。当dp=0.4时，忽略坎宁汉修正，。经验证Rep<1，符合Stokes公式。考虑到颗粒在下降过程中速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=0.4h=1.41×10－5×30=4.23×10－4m；dp=40h=0.088×30=2.64m；h=17.35×30=520.5m。dp=40005.11解：设最大石英粒径dp1，最小角闪石粒径dp2。由题意，故。5.12解：在所给的空气压强和温度下，。dp=200时，考虑采用过渡区公式，按《大气污染控制工程》P150（5－82）：，符合过渡区公式。阻力系数按P147（5－62）。阻力按P146（5－59）。5.13解：圆管面积。据此可求出空气与盐酸雾滴相对速度。考虑利用过渡区公式：代入相关参数及us=0.27m/s可解得dp=66。，符合过渡区条件。故能被空气夹带的雾滴最大直径为66。5.14解：粒径为25，应处于Stokes区域，考虑忽略坎宁汉修正：。竖直方向上颗粒物运动近似按匀速考虑，则下落时间，因此L=v.t=1.4×122m=171m。5.15解：在给定条件下。当dp=10，粉尘颗粒处于Stokes区域：。dp=500，粉尘颗粒处于牛顿区：。因此。经验证，Rep=1307>500，假设成立。第六章除尘装置6.1解：计算气流水平速度。设粒子处于Stokes区域，取。按《大气污染控制工程》P162（6－4）即为能被100%捕集的最小雾滴直径。6.2解：按层流考虑，根据《大气污染控制工程》P163（6－5），因此需要设置23层。6.3解：，符合层流区假设。6.4解：设空气温度为298K，首先进行坎宁汉修正：，，。故。用同样方法计算可得0.83因此总效率粒子的分级效率为0.864。6.5解：按《AirPollutionControlEngineering》公式。令=50%，N=5，Vc=15m/s，=2.9×103kg/m3，W=0.76m，，代入上式得dc=11.78。利用《大气污染控制工程》P170（6－18）计算各粒径粉尘分级效率，由此得总效率6.6解：根据《大气污染控制工程》P144（5－53）（P=0.1）计算分级效率，结果如下表所示：粉尘间隔/质量频率/%0~55~1010~1515~2020~2525~3030~3535~4040~45>45捕集g30.51.41.92.12.12.02.02.02.084.0出口g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.15.5949.4179.1790.0092.6596.2697.3097.8398.3699.85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=7.5。6.7解：据《大气污染控制工程》P169（6－13）6.8解：。根据《AirPollutionControlEngineering》P258公式。因，故＝1000；由题意，当。取，N=10，代入上式，解得Wi=5.5。根据一般旋风除尘器的尺寸要求，D0=4Wi=2.2cm；H＝2Wi=1.1cm。气体流量Q=A.V=H.W.Vc=1.21×10－3m3/s6.9解：按《大气污染控制工程》P170（6－18）；。dg=20，，代入上式，利用Matlab积分可得。6.10解：驱进速度按《大气污染控制工程》P187（6－33）。，Q=0.075m3/s，代入P188（6－34）。6.11解：1）Q’=2/3=0.667m3/s，S=3.662=13.4m2，。2），查图6－27得Fv=1.75故。6.12解：1）由题意dp=3.5dp=8.0dp=13.0故，，，=0.42g/m3>0.1g/m3。不满足环保规定和使用者需要。2），则6.13解：1）由《大气污染控制工程》P183（6－31）电场荷电为扩散荷电按P184（6－32）计算，与电场荷电相比很小，可忽略。因此饱和电荷值3.04×10－16C。2）电场荷电为扩散荷电与电场荷电相比很小，可忽略，故粉尘荷电量4.86×10－19C。3）取dp=5时，；dp=0.2时，。6.14解：查图得集气板面积约1000m3.（1000m3/min）－1。根据，0.995=1－exp（－wi）解得wi=5.30m/min。6.15解：，故，因此。6.16解：设3种粒子的分级效率分别为、、，则，，。因此6.17解：1）粉尘粒径dp=10当液滴直径为50时，R=0.2；碰撞数，。由给出计算公式可得同理可得液滴直径为1002）dp=50、500时捕集效率为42.6％、10.1%。用同样方法计算可得颗粒在直径为500、10.2%、25.0％。、100、500的液滴上捕集效率分别为6.18解：按《大气污染控制工程》P211（6－53）由（6－55）粒径小于0.1所占质量百分比太小，可忽略；粒径大于20.0，除尘效率约为1；因此故。6.19解：坎宁汉修正6.20解：设气液比1L/m3，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，通气管直径D1=544mm。，，则，（取D2=600mm）。6.21解：由《AirPollutionControlEngineering》P3009.48式。通过P293Figure9.18读取。取，雨滴Db=2mm，处于牛顿区，利用《大气污染控制工程》P150（5－83）。因此，。从Figure9.18读出=0.11（Cylinder）。故M=。而液滴本身。故质量增加了1.98×10－4%。6.22解：由《AirPollutionControlEngineering》公式。代入已知数据，即需持续半天左右的时间。6.23解：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：。因此。6.24解：设恒定速度v1，则，。若在400Pa压降下继续，则解此微分方程得Q2=90.1m3。6.25解：当T=300K时，，v=1.8m/min=0.03m/s。，。利用所给数据进行线性拟和，，即，Kp=3.53×10－12m2。6.26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。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。6.27解：1）将已知数据代入所给公式即有，2）由可得z>=3.23m。3）由《AirPollutionControlEngineering》公式，穿透率，，代入上式）取Wi=0.25Dc，而N=0.5Z/Dc，Vc=Vs/（近似取6.28解：1）过滤气速为3.35m/min效率过滤气速为1.52m/min效率过滤气速为0.61m/min效率过滤气速为0.39m/min效率2）由2.0×（1－0.3）xp=140×10－4，xp=0.01cm；3）由（0.8－0.0006）×0.39t=140，t=449min=7.5h。第七章气态污染物控制技术基础7.1解：由亨利定律P*=Ex，500×2%=1.88×105x，x=5.32×10－5。由y*=mx，m=y*/x=0.02/5.32×10－5=376。因x=5.32×10－5很小，故CCO2=2.96mol/m3。100g与气体平衡的水中约含44×100×5.32×10－5/18=0.013g。7.2解：在1atm下O2在空气中含量约0.21。0.21=4.01×104x解得O2在水中摩尔分数为x=5.24×10－6。7.3解：20》C时H2SE=0.489×105kPa，分压20atm×0.1%=2.03kPa。P*=Ex，x=P*/E=4.15×10－5，故C*H2S=2.31mol/m3。H=C/P*=2.3/（2.03×103）=1.14×10－3mol/（m3.Pa）=115mol/（m3.atm）由。。7.4解：GB=5000×0.95=4750m3N/h。Y1=0.053，；。因此用水量Ls=25.4GB×1.5=1.81×105m3N/h。由图解法可解得传质单元数为5.6。7.5解：GB=10×0.89=8.9m3/min，Y1=0.124，Y2=0.02。作出最小用水时的操作线，xmax=0.068。故，Ls=1.53×1.75×8.9=23.8m3/min。图解法可解得传质单元数为3.1。7.6解：。Hy=2.39×3.1=7.4m。利用公式，将已知数据代入。，解得因此7.7解：，。7.8解：XTcm3/gPatmlgXTlgPP/V30516781931234561.4771.7081.8261.9091.9692.01700.0330.0390.0450.0490.0540.0580.3010.4770.6020.6990.778104依据公式依据公式，对lgXT~lgP进行直线拟合：，即K=30，n=1.43；，对P~P/V进行直线拟合：，即Vm=200，B=0.173。7.9解：三氯乙烯的吸收量V=2.54×104×0.02×99.5%=505.46m3/h，M=131.5。由理想气体方程得因此活性炭用量；体积。7.10解：Y1=0.025kg苯/kg干空气，故操作线方程为X=11.28Y。，Y2=0，X2=0。当Y=Yb=0.0025kg苯/kg干空气时，X=11.28×0.0025=0.0282kg苯/kg硅胶。Y*=0.167×0.02821.5=0.0008kg苯/kg干空气。，由此可求得近似值；同时，由此求得f的近似值，列表如下：YY*Yb=0.0008588.080000.9000.00250.00500.0022361.900.00750.0041294.930.01000.0063272.240.01250.0088273.370.01500.0116296.120.01750.0146350.461.1840.8210.7090.6820.7120.8081.0321.1842.0052.7143.3964.1084.9165.9480.19900.33710.45630.57090.69060.82651.00000.80.70.60.50.40.30.20.16920.10350.07750.06310.05390.04760.04340.16920.27270.35020.41330.46710.51470.5580Ye=0.0179475.000.0200NOG=5.948，f=0.5580；2atm，298K时，=2.37kg/m3，因此，故HOG=；2因此吸附区高度为H=HOG.NOG=0.07041×5.948=0.419m。对单位横截面积的床层，在保护作用时间内吸附的苯蒸汽量为（0.025－0）×2.37×60×90＝320（kg苯/m2）而吸附床饱和区吸附苯蒸汽量吸附床未饱和区吸附苯蒸汽量因此总吸附量解得H=2.05m，此即所需要的最小床高