大气污染控制工程-课后习题答案

第一章概论

1.1根据我国《环境空气质量标准》(GB3095-2012)的二级标准，求出PM2.5、SO2、N02

三种污染物日平均浓度限值的体积分数。

解：查表得三种污染物二级标准(日平均浓度限值)分别为SO2150|ig/m3、NO280Ng/m3和

3

PM2.575|ig/mo

以S02为例，求体积分数即求ppm

,。「帆=1000MW*22-4

其中Cmass的单位为Hg/n?。

64

所以S02Cppm=150*22.4/(1000*64)=0.0525ppm=0.0525*10=0.0525*1O-%

4

同理可得NO20.039*IO-%

PM2.5属于颗粒物，假设标况下空气密度L29kg/m3,所以其质量分数为

75*10-6/1.29*103=5.814*10'6%,质量分数与体积分数一样，其体积分数0.05814*10'4%

1.2含CCI4废气，气流量为10Nm3/s,CCL,体积分数为150ppm,请估算废气中CCI4的质量

浓度(g/Nn?)和摩尔浓度(mol/Nn?)。

解：CC14平均分子量154g/mol体积分数1.50*10-4=1.50*l()2ppm

P=Cmass=1.50*102*1000*154/22.4=1.03g/Nm3

C=1.03g/NmVl54g/mol=6.69*10-3mol/Nm3

1.3成人每次吸入的空气量平均为0.5L,假若每分钟呼吸15次，空气中颗粒物的浓度为

lOOpg/m3,试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。已知该颗粒物在肺泡中的沉降系数为

0.12»

解：成人每次吸入空气量为0.5L=5*l(r*m3每小时吸入空气量5.0*l(y4*i5*60=0.45m3/h

每小时吸入颗粒物量0.45*100=45陷山。所以沉积在肺泡上颗粒物量为45*0.12=5.4gg/h

1.4设人体内有4800mL血液，每100mL血液中含20mL氧。重体力劳动者的呼吸量为

4.2L/min,受污染空气中所含CO浓度为lOOppm。血液中CO最初浓度为0%,计算血液达

到7%的CO饱和度需要多少分钟。设吸入肺中的CO全被血液吸收。

解：人体血液中含氧总量为4800*20/100=960mL

当血液中含CO7%时对应CO的量为960*0.07/(1-0.07)=72.26mL

所以所需的时间为t=(72.26-0)/(4.2*l0y*1000)=172min

1.5地球上海洋的平均深度为3.8km,海洋表层1km范围内平均温度约为4℃,这层海水的

热膨胀系数为0.00012/C。请估算，当表层1km范围内的海水温度升高1℃时海平面将上升

多少？

解：设温度升高前海平面高度为%,升高后海平面高度为h2,则h?=hi(1+aAt)

因此Ah=h2-hi=hiaAt=1000*0.00012*1=0.12m

1.6酸雨治理的方法之一是向湖泊投加石灰石，假如某湖泊面积为10kn?,每年降水量为1m

Um5n?面积)，为将pH值为4.5的酸沉降转变成与之当量的pH值为6.5的沉降，需向湖

泊投加多少石灰石(CaCCh)?

+2+

解：CaCO3+2H-»H2O+CO2+Ca

H+消耗量计算从pH4.5升高至6.5

35

(1045/065)*10*(103)2*io=3.13*10mol

所以投加石灰石为

3.13*1()5*100/2=15.65t

1.7假设一烟气流量是80m3/min(温度25℃,latm),其中含有75%用、5%。?、8%比0和

12%CO2«1)计算烟气的平均分子量；2)若该烟气含有650ppmSO2，计算每天SOa的排放

速率。

解：1)MWIH气=0.75(28)+0.05(32)+0.08(18)+0.12(44)=29.32g/mol

2)650Ppm即650*10-6(体积分数)

43

所以In?烟气中含有SO26.5*10-m

标况下0℃和latm,Imol气体的体积是22.4L25℃和latm,Imol气体的体积是24.45L

所以In?烟气中SO2的mol数为6.5*1O-4*103/24.45=0.027mol

所以SO2排放速率为64*0.027*80*60*24=199.065kg/d

1.8烟气的组成如下(150℃,latm)：N271%>CO211%,以010%和028%«若该排放的烟

气中含有HC135ppm。试问该烟气是否满足25Ppm的排放标准(干基，含Oz7%)。

解：设烟气体积为1L则干烟气体积为1*(1-10%)=0.9L

将干烟气体积转化为排放标准的状态下体积

0.9/V=273/423V=1.39L

1L中HC1为35ppm,则1.39L中HC1为25.18ppm

将其转化为含氧7%时的浓度

21-0^

P基=21—0实X。笑

所以25.18*(21-7)/(21-8)=27.16ppm

不满足排放标准

第二章大气污染控制工程设计

2.1—股废气含90%空气和10%氨气(体积分数)，废气流量为2520m3/h,温度为49℃、气

压1.05atm,采用填料塔水喷淋吸收处理，水喷淋量为4.5m3/h,处理后排气温度24°C、气

压1.02atm,氨气体积分数0.3%(干基)，估算填料塔排气口氨气的排放速率。

解：处理气体量为2520m3/h,其中QM=2520*0.9=2268m3/hQin=2520：1=0.1=252m3/h

处理前后P,1^1.05*1.0l*105PaP后=1.02*1.01*10^2T『322KT后=297K

假设空气不溶于吸收液，根据理想气体状态方程PV=nRT得

1.05*2268/(1.02Q,)=322/297Q'=2153m3/h

因此从填料塔出口处氨气体积为Q'如气=2153*0.003=6.459m3/h

现计算氨气质量流量根据理想气体状态方程

1.02*1.01*1()5*6.459=n*8.314*297n=269.47mol/h

所以每天NH.3的排放速率为269.47*17*24=109.94kg/d

2.2某化工车间产生的高浓度工艺废气量13400m3/h,温度121℃、气压l.Oatm,采用燃烧法

处理，燃料气质量流量34kg/h,燃烧温度650C,采用热交换器回收燃料烟气热量，热回收

后烟气温度降为260℃,每回收lOOOOkJ热量收益为0.46元，估算每天收益。工艺废气和烟

道气的物理性质请查阅相关资料。(参考工业炉设计手册第二版烟气比热容)

解：假设工艺废气的摩尔质量29g/mol

则在121℃、latm下密度为PM/RT=1.01*105*29/8.314(273+121)=894.155g/m3

所以工艺废气的质量流量为894.155*13400=11981677g/h

查表得650℃废气的比热容=1.502kJ/(kgK),260℃废气的比热容=1455"(1^1<)

所以平均比热容为1.4785kJ/(kgK)

所以总的废气质量流量为11981677+34000=12015677g/h

所以燃烧后降温释放的热量为12015677*10-3*1.4785*(650-260)=6928419.59kJ/h

所以每天的收益为6928419.59*24/10000*0.46-7648.98元/天

2.3某锅炉燃用煤气的成分如下：CO28.5%,H213.0%,CH40.7%,CO25%,HjSO.2%,O20.2%,

N252.4%,空气含湿量为12g/Nm\a=1.2,试求实际需要的空气量和燃烧时产生的实际烟气

量。

解：取1mol煤气计算

Mol需氧量/mol烟气量/Lmol

H2S246

C0250050

022-20

CO285142.5285

H213065130

CH471421

N25240524

共需02223.5mol/kmol煤气=223.5L/（m3煤气）。

设干空气中N2：Ch体积比为3.76：1,则理论干空气量为223.5x（3.76+1）=1063.86mol。

取1.2,则实际干空气1.2xl063.86mol=1.276mol«

空气含湿量为12g/Nm\即含H2O0.67mol/Nm3,14.94L/Nm\故H2O体积分数为1.494%。

故实际空气量为1.276/(1-0.01494)=1.295L/m3»

烟气量6+40+285+130+21+524+223.5*3.76=1856.4L/m3

故实际烟气量1856.4+(1296.1-1063.86)=2.125mol

2.4干烟道气的组成为：CO2I1%（体积），O28%,CO2%,SCM20X10-6（体积分数），颗粒

物3O.Og/m3（在测定状态下），烟道气流流量在700mmHg和443K条件下为5663.37m3/min,

水分含量8%（体积）。

试计算：1）过量空气百分比；2）SO2的排放浓度（pg/n?）；3）在标准状态下（latm

和273K）,干烟道体积；4）在标准状态下颗粒物的浓度。

解：烟气中N2的体积分数为1-0.11-0.08-0.02-0.00012=0.7899

1）

0.264。（N）0.264*0.7899

1+a=------------------------------2-------------------=--------------------------------------------------

0.264.（%）-即（。2）-0,5（p（CO）]0.264*0.7899-[0.08-0.5*0.02]

=1.505

所以过剩空气百分比为50.5%。

2）在题目所给的条件下，气体摩尔体积为

P1匕72

V2=X9=101325*22.4*443/（273*101325*700/760）=39.46L/moZ

取In?干烟气进行计算，则SO?为120*10《m3,相应的摩尔数为

120*1O'103L/39.46L/mol=3.04PlOW

所以S02浓度为3.041*10-3*64/（l/0.92）=0.179g/m3

3）标况下气体摩尔体积为22.4L所以对应的干烟道体积流量为

5663.37*22.4/39.46*0.92=2957.7m3/min

4）由PV=m/MRT得p=PM/RT得浓度比等于摩尔体积的倒数之比

因此标况下颗粒物浓度为30.0*39.46/22.4=52.85g/Nm3

2.5燃料油的重量组成为：C86%,H14%o在干空气下燃烧，烟气分析结果（基于干烟气）

为：021.5%；C0600x106（体积分数）。试计算燃烧过程的空气过剩系数。若实测烟尘浓

度为24mg/n?,试问校正至过剩空气系数a=1.8时烟尘浓度是多少？

解：以1kg油燃烧计算

重量摩尔数

C86071.666

H140140

设生成COxmol,则需OzOSxmol生成CO?71.67-xmol,相应的O2为(71.67-x)mol

烟气中CO的体积分数600*10-6,对应的摩尔数为x,Ch的体积分数1.5%,因此对应的摩

尔数为

m=1,5x/600*10-4=25X

所以总需O2量为25x+7L67-0.5x+35=24.5x+106.67

设空气中N2和O2的体积比为3.78:1,则N2=3.78(24.5x+106.67)

所以总烟气量为

3.78(24.5x+106.67)+25x+71.67=x/600*10-6

解得x=0.306

所以COO.306moiCO271.364molO27.65molN2431.55126mol

计算相应的体积分数CO0.06%CO213.97%1O21.5%N284.47mol

_0.264sCN2)_0.264*0.8447

1+E-0.264(p(/V2)-[^(02)-030(CO)]~0.264*0.8447-[0.015-0.5*0.0006]

=1.07

所以空气过剩系数为7%。

因为排放浓度*空气过剩系数=定值

所以1.07*24=1.8*排放浓度排放浓度=14.27mg/n?

2.6某热电厂拟通过购买大片雨林去除空气中CO2,经计算若购买48000hm2的雨林，可在

40年时间里减少520万吨的CO2的排放。

1）估算每年每亩的雨林将减少多少吨CO2的排放；

2）假设绿化工作已完成，那么每亩每年将产出多少吨的木材（干基）？这里假设木材

中炭的质量含量为50%（干基）；

3）假设每亩地能种植400棵树，估算每年每棵树能提供多少吨的木材（干基）？

4）热电厂发电量为800MW,如果它1年按照最大负荷的70%运行（相当于在最大负

荷上运行1年中70%的工作日），它的热效率约为35%。如果它们使用含C65.7%的煤作为

燃料，40年中该电厂将排放多少吨CO?。

解：15亩=1hm?（公顷）所以48000hm2=3200亩

1）每年每亩的雨林将减少C02排放量520*104/（40*3200）=40.625t

2）40.625/44*12*2=22.16t

3）22.16/400=0.0554t

4）煤的热值6110kcal/kg,设耗煤mkg

lkcal=4186.75Jlw=lJ/s

0.35*6110*4186.75*m=800*106*365*3600*24*0.7解得m=1.98*106t

3

含C65.7%的煤1kg燃烧产生54.75molCO2,则It煤产生CO254.75*10mol即2.4t

因此40年产生CO2量为1.98*106*2.4*40=1.9*1（^

2.7用喷雾干燥塔净化从焚烧危险废物窑炉排出的废气中的酸雾，需将该焚烧烟气的温度从

1200C降至300℃。通过对多种冷却烟气技术的比对，最终获得了两种可行的方案：方案1

是安装一个废热燃烧器；方案2是安装洗涤塔，采用水进行喷淋降温。试问，基于以下数据，

哪个方案更合理？假设所有投资中获得税前6%的回报。

1）废热燃烧器：安装费用200万，服务期10年，运行费用（含折旧费）40万/年，产

生的蒸汽价值40万/年；

2）洗涤塔：安装费用50万，服务期5年，运行费用（含折旧费）15万/年。

注意：若在烟气中增加额外的水汽时，会使喷雾干燥塔的体积增加50%o这样喷雾干

燥塔的费用增加至100万（服务期10年）。

解：方案1：

折旧率=2000000/10=200000元/年

方案2：

折旧率=500000/5=100000元/年

以方案1为基本方案

方案1每年能节省费用100000+150000-200000=50000元/年

方案1增量投资为2000000-500000*3=50000元

增量投资带来的回报率为=100%,大于公司固有的投资回报率

所以方案1是可以被接受的，所以方案1为最佳方案。

第三章颗粒污染物控制技术基础

3.1己知某颗粒粒径分布数据（见下表），1）判断该颗粒的粒径分布是否符合对数正态分布；

2）如果符合，求其儿何标准差、质量中位直径、个数中位直径、算数平均直径及表面积一

体积平均直径；3）已知真密度为l900kg/m3,填充空隙率0.7,试确定其比表面积（分别以

质量、净体积和堆积体积表示）

颗粒粒径

0〜22〜44〜66-1010〜2020〜40>40

/gm

浓度0.812.2255676273

解：先计算筛下质量累积频率

粒径41m13581530>30

质量0.812.2255676273

质量累积频率％0.0003120.0146070.0634280.23840.6836431

Ln(dp)01.0986121.6094382.0794422.708053.401197

横坐标-3.71947-2.18058-1.52662-0.711460.4779112.326348

1）在对数概率坐标轴上作出无无量累积频反爸分布曲线，判断为一是［线，符合对「数正态分布

50.011

y=0.503x+2.3417

R2=0.981乙/^

20.011J

10.011J

6.011/

4.01/

▲

2.01

♦▲▼▲▼▲♦▲

1.05.010.020.050.099.0

质量累积频率分布曲线

y=0.503x+2.3417

2他0即为质量累积频率为50%,横坐标值为0,所以y=2.3417,Lnd5o=2.3417,d50=10.40nm

d84.i即为质量累积频率为84.1%,横坐标值为0.99858,所以y=2.84398,LndMi=2.84398,

dso=l7.18pm

d|5.9即为质量累积频率为15.9%,横坐标值为-0.99858,所以y=1.839414,Lnds4,i=1.839414,

d5o=6.29pm

几何标准偏差%=件=警=1.65

“d50d15.9

个数中位直径LnMMD二LnNMD+31n%gNMD=4.90pm

算数平均直径LIKIL=LnNMD+0.5Ln%gdL=5.55pm

表面积.体积平均直径Lndsv=LnNMD+2.5Ln2Ggdsv=9.17gm

3)按质量表示

66„

5-=奇=9.17*10-4*1900*10-3=3.4*1°cm7/g

按净体积表示

66Q3zr7Q3

Sv=-T—=—————r=6.5*10cm/cm

dsv9.17*10-4/

按堆体积表示

223

Sb=Sv(l—E)=1.95*10cm/cm

3.2某旋风除尘器的现场测试:除尘器进口的气体流量为10000Nm3/h,含尘浓度为4.2g/Nm\

除尘器出口的气体流量为12000Nn?/h,含尘浓度为340mg/Nm3。已知旋风除尘器进口面积

为0.240?,除尘器阻力系数为9.8,进口气流温度为423K,气体静压为-490Pa,试确定该处

尘器运行时的压力损失(假定气体成分接近空气)。

3

解：处理气体流量QN=0.5(Qin+QoUl)=11000Nm/h

漏风率g=|Qin-Qout|/Qin=20%

考虑漏风时，除尘效率

PoutQout

X]=1—=90.3%

PinQin

不考虑从漏风时，除尘效率

n=l--=91.9%

Pin

压力损失计算公式为曲=432)/2,其中自=9.8

m_PM(l.OlxlQ-5-490)x29

由PV=nRT得p=0.832g/L

V~~RT8.31x423

由题意273K时，进口气体流量为10000Nn?/h,现要求当温度为423K时的进口气体流量

由理想气体状态方程得体积比等于温度比，因此流量比也等于温度比

Q=10000*423/273=15494.505m3/h

所以v=Q/0.24=17.9m/s

所以AP=&(pv2)/2=9.8*0.832*17.9*17.9/2=1311Pa

3.3两级除尘系统，已知系统的流量为2.22m3/s,工艺设备产生颗粒量为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、颗粒排放浓度和排放量。

解：总除尘效率为n=l-(l-ni)(1-112)=1-(1-0.8)(1-0.95)=99%

粉尘进口浓度Cin=Q/q=22.2/2.22=10g/m3

粉尘排放浓度C°u,=10(1-0.99)=0.1g/m3

排放量Qout=0.1*2.22=0.222g/s

3.4某旋风除尘器进口粉尘粒径分布和效率分布、全效率如下表，部分数据丢失，问除尘器

捕集平均粒径15mm粉尘的分级效率？

粒径间隔（mm）0〜55-1010〜2020-3030〜40>40

质量分布％101520-2013

分级效率％6080-9598100

全效率89.5

解：先求20-30mm的质量分布百分比1-0.1-0.15-0.2-0.2-0.13=0.22

由分级效率求总效率0.1*0.6+0.15*0.8+0.2*x+0.22*0.95+0.2*0.98+0.12*1=0.895

解得x=95%

3.5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。假定飞灰颗粒为球形，颗粒直径分别为为0.4、40、4000/m,空气温度为387.5K,

压力为101325Pa,飞灰真密度为2310kg/m\

解：空气温度为387.5K时，p=0.912kg/m\n=2.3*105Pas

当dp=0.4pin,假设运动处于Stokes区

首先进行坎宁汉修正

8RT

71M

2.3*10-5

=9.40*10-8m

0.499p『-0.499*0.912*532.2

222*9.50*KT2

=0.475

C=1+Kn1.257+0.4exp

所以

的ppg(0.4*10-6)2*2310*9.8

*1.61=1.41*10-5m/s

18*2.3*10-5

验证Rep

dppus_0.4*10-6*0.912*1.41*10-5

远远小于1

2.3*10-5

所以原假设成立

当dp=4000Mm,假设运动处于牛顿区

us=1.74g=17.34m/s

验证Rep

dpu_4000*10-6*0.912*17.34

ps=2750>500

H2.3*10-5

所以原假设成立

2

<1'n

=---------g=O.O88〃z/s

当dp=0.4pm时，忽略坎宁汉修正，18/z。经验证Rep<l,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=0.4gmh=1.41xl0-5x30=4.23xl0-4m；

dpMOpmh=0.088x30=2.64m；

dp=4000gmh=17.35x30=520.5m,

3.6经测定某城市大气中飘尘的质量粒径分布遵从对数正态分布规律，其中，中位径

d5o=5.7nm,筛上累积分布R=15.87%时粒径为9.0RTI,试确定以个数表示时对数正态分布函

数的特征数和算术平均粒径。

解：对数正态分布函数的特征值是中位径d50和几何标准偏差6。

根据对数正态分布，以个数和质量表示的几何标准偏差o相等

o=d84,i3%/d50%=9.0/5.7=1.57筛上累积分布15.87%对应与筛下累积分布84.13%

以个数表示的中位径NMD和以质量表示的中位径MMD之间的关系是

LnMMD=LnNMD+3Ln2GNMD=MMD/exp(3Ln2o)=3.04nm

算术平均粒径LndL=LnNMD+0.5Ln2odL=3.375jim

3.7采用二级除尘的形式进行含尘废气的处理。系统初始风量Q=120000Nm'/h,正压操作。

除尘系统安装完毕，运行约一个月后，测得一级除尘器漏风率为5%,二级除尘器为8%。

系统进口颗粒浓度、布袋除尘器进口颗粒浓度和系统出口颗粒浓度分别为20000.6000和

400mg/Nm\并测得系统各处颗粒质量粒径分布如下表所示。

粒径(pm)0-22-55-1()10-2()20-5()>5()

粒一级除尘器进口d<pi(%)101520301510

径

二级除尘器进口d(p2(%)304020820

二级除尘器出口ds(%)274023730

请问：1)若风管漏风量忽略不计，计算系统总除尘效率。2)计算一级除尘和二级除尘

分别对粒径为2-5Mm颗粒的分级效率及总效率。

解：1)正压操作，即系统内压力比外界压力大，所以进口风量比出口风量大，因此漏风率

为正值

3

出口风量Q2=120000*(1-5%)*(l-8%)=10488m/h处理气量=(120000+104880)/2=112440

m3/h

所以系统总除尘效率为=(120000*20000-104880*400)/120000*20000=98.25%

2)一级除尘进口粒径为2-5用11粉尘质量为0.15*20000*120000=3.6*10国小

二级除尘进口粒径为2-5gm粉尘质量0.4*6000*120000*0.95=2.736*l()8g/h

二级出口粒径为2-5|im粉尘质量

0.4*400*120000*0.95*0.92=1.67808*107g/h

一级除尘分级效率=24%

二级除尘分级除尘效率=93.87%

总效率=95.33%

3.8粉尘由粒径5和10pm的粒子等质量组成。除尘器A的处理气量为3Q,对应的分级效率

分别为70%和80%；除尘器B的处理气量为Q,其分级效率分别为68%和85%。试求：1)

并联处理气量为4Q时的总除尘效率；2)总处理气量为3Q,除尘器A在前、3台B并联在

后的串联的总效率。

解：除尘器A的总效率为0.5*(0.7+0.8)=0.75

除尘器B的总效率为0.5*(0.68+0.85)=0.765

(1)两除尘器并联，总除尘效率为(0.75*3+0.765)/4=0.75375

(2)两除尘器串联，总除尘效率为1-(1-0.75)(1-0.765)=0.94125

第四章机械力除尘器

4.1气溶胶含有粒径为0.63和0.83pm的粒子（质量分数相等），以3.6IL/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,

p=1.05g/cm3,W=20cm,h=O.I29cm,g=0.000182g/(cms),n=19层。假设空气温度为298K。

解：空气温度298K时,p.=1.82*10-5Pas,p=1.185kg/m3

当dp=0.63pm时，先进行坎宁汉修正

_|8*8.314*298

，=柄=13.14*28.97W=466.6m/s

〃1.83*10-5

入=---------------二------------------------------------------=6.6*

0.499pV0.499*1.185*466.6

2Z2*6.6*10-8

0.63*10-6=°21

/1.10\1

C=1+Kn1.257+0.4exp(———Jj=1.264

根据题意，粒子运动处于Stokes区域

畤Pp9八_(0.63*10-6)2*1.05*103*9.8

-5

184'一18*1.82*10-5*1.264=1.58*10m/s

所以

usLW(n+1)1.58*10-5*05*0.2*20

40.63=52.5%

Q3.61*10-3/60

用同样方法计算可得0.83/!粒子的分级效率为0.864

总效率7=0.5（0.525+0.864）=0.695

4.2某种颗粒真密度为2700kg/n?,气体介质（近于空气）温度为433K,压力为101325Pa,

试计算粒径为10和500Hm的尘粒在离心力作用下的末端沉降速度。已知离心力场中颗粒的

旋转半径分别为200mm和20mm,该处的气流切向速度为16m/s»

解：433k时，P=101325Pa,空气p=0.815kg/m3,n=2.5*10-5Pa

当dp=10pm时,假设粉尘颗粒处于Stokes区域

_d^p立_(10*10-6)2*2700162

p0.768m/s

18〃R18*2.5*10-5o.2

验证雷诺数

dpu_10*10-6*O.815*0.768

ps=0.25<1

42.5*10-5

所以假设成立

当dp=500Mm时，假设粉尘颗粒处于牛顿区域

0.55npdpVz=m—

其中

4d31.

m=Ppv=-7T(y)pp=-nd^pp

所以

1dPpP2_1(500*10-6)*2700

U*162=80.2m/s

s6*0.55Rpt~3J0.02*0.815

验证雷诺数

dppus_500*10-6*0.815*80.2

Rep==1307.2>500

H2.5*10-5

所以假设成立

4.3已知气体粘度为2xl(y5pa.s,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。试确定旋

风除尘器的分割直径和总效率，给定颗粒的粒径分如下:

平均粒径范围/pm0~11〜55-1010〜2020〜3030-4040〜5050〜60>60

质量百分数/%32015201610637

解：解：旋风分离器效率计算公式为

nNvD2p

n=1-eXp[--9ci^p]

35

由题意n=50%,vc=15m/s,pp=2.9*10kg/m3,Wi=0.76m,g=2xl0Pa-s,N=5

所以D=d5o=l1.78|im

接着计算分级除尘效率

利用

2

(dPi/d50)

■-1+-0)2

计算各粒径粉尘分级效率,由此得总效率

〃==553%

粒径/pm分级除尘效率/%质量百分数/%ni&

0.50.00179835.39497E-05

30.060906200.012181224

7.50.288434150.043265148

150.618525200.123705083

250.818311160.130929743

350.898246100.089824636

450.93586760.056152035

550.95613830.028684148

600.96288470.067401875

总效率55.3%

4.4某旋风除尘器筒体直径0.5m,处理含有尘气流，颗粒密度1200kg/m3,气体密度0.9kg/m3,

气流运动粘度n=1.6xl0'5kg/（m-s）,进口气流速度25m/s,颗粒物分析试验如下表所示。估

算：1）除尘效率；2）假设进口气流速度降低至15m/s,除尘效率为多少；3）将颗粒物密

度为lOOOkg/n?,除尘效率又为多少。

粒径范围，pm颗粒的质量百分数，%

0-43.0

4~1010.0

10-2030.0

20-4040.0

40〜8015.0

>802.0

解：1）由公式求分割直径4,”=（要也产

2力V3/,

其中Wi=0.25D=0.125mN=—\_HX+*]=念[2.0D+1.0D]=6

所以dpc=[—--=4.077x10-6m=4.1pm

pcL2X3.14X6X25X(1200-0.9)JR

利用分割直径求效率/=]

j粒径范围，dj,pmdj/dcutHjmjUjmj

pm

120.4919.2

0〜43.00.576

271.7174.5

4〜1010.07.45

3153.6693.0

10〜2030.027.9

4307.3298.2

20-4040.039.28

56014.6399.5

40〜8015.014.925

68019.5199.7

>802.01.994

92.13

2)由关系式Pti/Pt2=(Q2/Q】)05得0.0783/Pt2=(15/25尸Pt2=10.1%所以除尘效率为89.9%

3)由关系式Pti/Pt2=(p2/pi)°s得0.0783/Pt2=[(100009)/(1200-0.9)产Pt2=8.58%所以除尘

效率91.42%

4.5上述旋风除尘器的进气口高度0.25m、宽度0.125m,筒体和锥体高度均为1.0m,试计算

压力损失。

5

取K=30De=0.5D=0.25mH=0.25mH2=HI=1.0D0=0.5

代入片30*(0.125*0.25)/(0.252)(0.5/2)°-5=7.5

「匕2

bp=q-y-=7.5*0.9*(25)2/2=2109.375Pa

4.6欲设计一个用于取样的旋风分离器，希望在入口气速为20m/s时，其空气动力学分割直

径为Ipm。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：旋风除尘器效率计算公式为

2

nNvcDpp

由该公式可知D2Pp=常数因此D2Pp=（10*2*1000空气动力学分割直径颗粒物密度为

lOOOkg/m3

由题意当r）=50%,vc=20m/s,取|i=1.82*10"Pas,N=10,代入

_n*10*20*(IO-6)2*1000

50%=1—exp[----

9监*1.82*10-5

所以Wi=5.5mm

根据旋风除尘器的一般尺寸要求，D0=4Wi=2.2cm,H=2Wi=1.1cm

3

所以Q=Av=HWvc=1.21*10m/s

4.7假设一旋风除尘器的效率为78.5%,试估计下列情况中的除尘效率：1）气体密度从1.2

下降到l.Okg/n?；2）气体流量增加33%；3）进气负荷增加1倍。

解：旋风除尘器的净化效率公式为

2

nNvcDpp

…一exp7H

即皿―啮乎

1）除尘效率与气体密度无关，所以『78.5%

2）气体流量增加33%,即Q=1.33Qo,所以

Ln（l-Tjo）=%="=_J_

Ln（l-〃）vcQ1.33

所以『87.1%

3）进气负荷增加一倍,即（vcPp）=2（VcoPp）

Ml（l-7/o）_%Opp_1

---------—

Ln（l-r））vcpp2

所以TI=95.3%

4.8拟用沉降室净化常温下空气流中的石灰石粒子，相对密度为2.67,浓度为600g/m\空

气流量为15000m3/h,石灰石粒子尺寸分布如下：

粒径d/pm0-55-2020-5050-100100-500>500

分布率/%2617283611