《大气污染控制工程》 习题参考答案.doc 50页

'《大气污染控制工程》习题参考答案第一章概论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）×0.12=10.81.5解：由《大气污染控制工程》P14（1－1），取M=210，50 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。50 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）C85571.2571.25H113－2.555.2527.625S100.31250.3125H2O22.51.250N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C65.75.4751H3.23.20.584S1.70.0530.010O2.30.0720.013灰分18.13.306g/mol碳水分9.01.644g/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=1.149550 1）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）C79566.2566.25H31.12515.56257.78S60.18750.1875H2O52.8752.940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H2S0.002mol耗氧量0.003molCO20.05mol0CO0.285mol0.143molH2（0.13-0.004）mol0.063molCH40.007mol0.014mol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H250 O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）C75863.1763.17H40.7520.37510.19S160.50.5H2O83.254.6250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。50 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50 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：50 由《大气污染控制工程》P80（3－23），，取对数得设，，由实测数据得x0.3010.4770.6020.699y0.06690.11390.14610.1761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，，50 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/。C9.812.014.015.013.013.012.61.60.8气压/hPa10121000988969909878850725700高度差/m89991011635362902711299281高度/m119218319482101813071578287731582）图略3），不稳定；，逆温；，逆温；，逆温；，稳定；50 ，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：，50 ，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/。C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相应温度/。C26.715.68.95.020.028.0位温梯度/K/100m2.220.27－0.17－0.02－1.021.423.9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，设地面压强为P1，代入数据得到：，解得P1=1023hPa。因此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/。C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相应温度/。C26.715.68.95.020.028.0地面压强/hPa102310121002104010061007地面位温/。C292.2293.1288.4294.7302.5297.43.10解答待求50 50 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。50 （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。50 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，xD2xD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50 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。50 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：50 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/<0.60.6~0.70.7~0.80.8~1.01~22~33~4质量频率/%进口g12.00.40.40.73.56.024.0出口g27.01.02.03.014.016.029.093959091.49294.797.6粉尘间隔/4~55~66~88~1010~1220~30其他质量频率/%进口g113.02.02.03.011.08.024.06.02.02.02.58.57.0050 出口g299.1989898.398.598.2100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；dp=4000h=17.35×30=520.5m。5.11解：设最大石英粒径dp1，最小角闪石粒径dp2。由题意，50 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：50 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。50 50 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粒子的分级效率为0.864。因此总效率50 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/0~55~1010~1515~2020~2525~3030~3535~4040~45>45质量频率/%捕集g30.51.41.92.12.12.02.02.02.084.0出口g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.15.5949.4179.1790.0092.6596.2697.3097.8398.3699.85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。50 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。50 6.12解：1）由题意dp=3.5，dp=8.0，dp=13.0，故2），则=0.42g/m3>0.1g/m3。不满足环保规定和使用者需要。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，50 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100、500时捕集效率为42.6％、10.1%。2）dp=50用同样方法计算可得颗粒在直径为50、100、500的液滴上捕集效率分别为0、10.2%、25.0％。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50 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，50 。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。，50 。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，穿透率取Wi=0.25Dc，而N=0.5Z/Dc，Vc=Vs/，，代入上式（近似取）6.28解：1）过滤气速为3.35m/min效率50 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=7.5h50 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。。Hy=2.39×3.1=7.4m。7.6解：50 利用公式，将已知数据代入，解得因此。7.7解：，。7.8解：XTcm3/gPatmlgXTlgPP/V3011.47700.0335121.7080.3010.0396731.8260.4770.0458141.9090.6020.0499351.9690.6990.05410462.0170.7780.058依据公式，对lgXT~lgP进行直线拟合：，即K=30，n=1.43；依据公式，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。50 7.10解：Y1=0.025kg苯/kg干空气，，Y2=0，X2=0。故操作线方程为X=11.28Y。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=0.00250.0008588.080000.9000.00500.0022361.901.1841.1840.19900.80.16920.16920.00750.0041294.930.8212.0050.33710.70.10350.27270.01000.0063272.240.7092.7140.45630.60.07750.35020.01250.0088273.370.6823.3960.57090.50.06310.41330.01500.0116296.120.7124.1080.69060.40.05390.46710.01750.0146350.460.8084.9160.82650.30.04760.5147Ye=0.02000.0179475.001.0325.9481.00000.20.04340.5580NOG=5.948，f=0.5580；2atm，298K时，=2.37kg/m3，因此，故HOG=；因此吸附区高度为H2=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50 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。7.11解：反应管转化率为xA时，反应速度为RA=－0.15（1－xA）mol/（kg催化剂.min）。根据单管物料平衡可列出如下方程：其中，Q单位为mol/min。数据代入并整理得，对等式两边积分，即，解得Q=0.447mol/min。反应管数目：250/0.447＝560个。7.12解：由得。50 50 第八章硫氧化物的污染控制8.1解：火电厂排放标准700mg/m3。3%硫含量的煤烟气中SO2体积分数取0.3%。则每立方米烟气中含SO2；因此脱硫效率为。8.2解：1）m=1.5625kg2）每燃烧1t煤产生SO2约，约去除72×0.9=64.8kg。因此消耗CaCO3。3）CaSO4.2H2O生成量；则燃烧1t煤脱硫污泥排放量为，同时排放灰渣77kg。8.3解：1）由，，解得。2）设总体积为100，则SO27.8体积，O210.8体积，N281.4体积。经第一级催化转化后余SO20.156体积，O26.978体积，N281.4体积。设有x体积SO2转化，则总体积为。因此，，由此解得x=1.6×10－3；故转化率为8.4解：动力消耗，即约0.51%用于克服阻力损失。8.5解：50 1）取平均温度为，此时气体密度（分子量取30）。显然雾滴处于牛顿区，，因气体流速为3m/s，则液滴相对塔壁的沉降速度为6.73m/s。2）工况条件：液气比9.0L/m3，Ca/S=1.2，并假设SO2吸收率为90%。在117.5。C下，水汽化热2212.1kJ/kg，空气比热1.025kJ/（kg.K）由（180－55）×1.025×0.94=2212.1m，解得m=0.054kg，因此水分蒸发率。3）CaCO3反应分率为。8.6解：在373K时，Khs=0.41，Ks1=6.6×10－3，Ks2＝3.8×10－8。[Na]－[S]=[Na+]－[SO2.H2O]－[HSO3－]－[SO32－]=[OH－]－[H+]+[SO32－]+2[CO32－]+[HCO3－]－[SO2.H2O]，，。代入得代入不同的[H+]浓度，可得pH在4～5时[Na]－[S]接近于0。因此脱硫最佳pH值4～5。8.7解：工况条件：液气比9.0L/m3，Ca/S=1.2，并假设SO2吸收率为90%。因此，单位体积（1.0L）通过烟气1/9m3，可吸收SO2。取温度T=373K，则Khs=0.147，Ks1=0.0035，Ks2=2.4×10－8。进水PSO2=4.0×10－4atm，[SO2.H2O]=PSO2.Khs=5.88×10－5，[HSO3－]=Ks1[SO2.H2O]/[H+]=0.0206，[SO32－]=；则反应后[S]’=[SO2.H2O]+[HSO3－]+[SO32－]+0.018=0.0387此时PSO2’=4.0×10－3atm，[SO2.H2O]’=5.88×10－4且物料守恒得[SO2.H2O]’+[HSO3－]’+[SO32－]’=0.0387由上述方程可解得[H+]=5.4×10－5，pH=4.2750 第九章固定源氮氧化物污染控制9.1解：1）设每天需燃煤Mt，则有M.6110×103×103×4.18×38%=1000×106×24×3600解得M=8.9×103t。取NOx平均排放系数12kg/t煤，则每日排放NOx量约为；2）同理M.10000×103×103×4.18×38%=1000×106×24×3600，M=5439t。取重油密度为0.8×103kg/m3，折合体积约为6800m3，去排放系数12.5kg/m3，则每日排放NOx约为3）8900×103×4.18×38%V=1000×106×24×3600，解得V=6.1×106m3。每日排放NOx量约为。9.2解：取1kg煤计算，排放NOx约8g，在常规燃烧温度下，近似认为NO2浓度很小，NOx均以NO存在。1kg煤中，含C772g，H52g，N12g，S26g，O59g，灰分为79g。充分燃烧后，生成CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol。需O22504－59=2445g，约76.4mol。引入N2。燃烧本身过程中产生N2。即在O2恰好耗尽时烟气含CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol，N2287.7mol。由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol，则，由此解得x=152mol。故NOx浓度为（体积分数）。9.3解：1）1200K下，Kp=2.8×10－7。设有xN2转化为NO，则解得x=0.00512；故NO平衡浓度为（体积分数）2）1500K时，同理解得x=0.032，故NO平衡浓度为（体积分数）50 3）2000K时，解得x=0.190，故NO平衡浓度为0.0038。9.4解：考虑1kg燃煤含氢37g，碳759g，硫9g，氮9g，氧47g。烟气中含CO263.25mol，含H2O18.5mol，含SO20.28mol。因此需O22392－47=2281g约71.3mol，则引入N2268.2mol。若空气过剩20%，则烟气中O2为0.2×71.3=14.26mol，N2268.2+53.6+9/28=322.1mol。即若不考虑N转化，则烟气中含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，O214.26mol，N2322.1mol。1）N2转化率20%，则NO浓度为（体积分数）2）N2转化率50%，则NO浓度为（体积分数）9.5解：按《大气污染控制工程》P361（9－13）将M=70，C=0.5代入当t=0.01s时，解得Y=0.313；当t=0.04s时，解得Y=0.811；当t=0.1s时，解得Y=0.988。由，取P=1atm，将M=70代入得T=2409K。9.6解：M=50M=309.7解：（R=1.987cal/mol.K）。将所给温度代入公式计算K值，列表如下：50 T（K）30010001200150020002500Kp（计算值）5.3×10－317.0×10－92.7×10－71.0×10－54.0×10－43.5×10－3Kp（表中值）10－307.5×10－92.8×10－71.1×10－54.0×10－43.5×10－39.8解：假设O浓度很小，平衡时O2的浓度仍可近似认为5％。利用O2分解的平衡反应式及《大气污染控制工程》P360（9－11）式求解：。因反应前后分子个数不同，平衡常数有量纲，公式中浓度单位为mol/m3，即1）2000K时，Kp,o=6.63×10－4，平衡时故2）2200K时，Kp,o=2.68×10－3，平衡时故3）2400K时，Kp,o=8.60×10－3，，平衡时故9.9解：取1kg煤计算，排放NOx约8g，在常规燃烧温度下，近似认为NO2浓度很小，NOx均以NO存在。1kg煤中，含C759g，H37g，N9g，S9g，O47g。充分燃烧后，生成CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol。需O22333－47=2286g，约71.4mol。引入N2。燃烧本身过程中产生N2。即在O2恰好耗尽时烟气含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol，N2269.0mol。50 由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol，则，由此解得x=140.5mol。故NOx浓度为（体积分数）。9.10解：燃烧1molC10H20Nx，产生10molCO2，10molH2O，需O215mol，引入N2量56.4mol。空气过剩50%，则总氮气量为56.4×1.5=84.6mol，O2量为7.5mol。由题意，，解得x=0.052因此氮在油中的最大含量为。9.11解：1）以热值为6110kcal/kg的煤为燃料，每日排放NOx量约107t，其中NO210.7t，NO96.3t。反应方程式为：解得x=2889kmol，y=279kmol生成N2，H2O因此残留氨量为（3133+4752）×5×10－6=0.04kmol，可忽略。故每天消耗氨的量为（2889+279）×17/103=53.9t。2）以热值为10000kcal/kg的重油为燃料，每日排放NOx量约85t，其中NO28.5t，NO76.5t。反应方程式为：解得x=2295kmol，y=222kmol生成N2，H2O因此残留氨量为（2489+3776）×5×10－6=0.03kmol，可忽略。故每天消耗氨的量为（2295+222）×17/103=42.8t。3）以热值为8900kcal/m3的天然气为燃料，每日排放NOx量约38.2t，其中NO23.8t，NO34.4t。反应方程式为：50 解得x=1032kmol，y=99kmol生成N2，H2O因此残留氨量为（1119+1696）×5×10－6=0.01kmol，可忽略。故每天消耗氨的量为（1032+99）×17/103=19.2t。9.12解：甲烷燃烧方程式为：取1mol甲烷进行计算，则理论耗氧量为2mol，生成CO21mol，H2O2mol。当空气过剩10%时，烟气中还含有O20.2mol，N2。故烟气总体积3+8.32+0.2=11.52mol。其中，NOx量折合成NO2为：46×11.52×300×10－6=1.59×10－4kg。甲烷燃烧热值为802.3kJ/mol，故浓度转化结果为：。通用公式的推导：假设燃料组成为CxHyOzNmSt（适用于大部分燃料），空气过剩系数为，燃料的热值Q（kJ/mol）。燃烧方程为，故取1mol燃料进行计算，则产生CO2xmol，H2Oy/2mol，SO2tmol，N2m/2mol。耗氧（x+t+y/4-z/2）mol，考虑空气过剩系数，引入氮气3.76（x+t+y/4-z/2）mol，剩余O2（－1）（x+t+y/4-z/2）mol。因此烟气总体积为(x+y/2+t+m/2)+3.76（x+t+y/4-z/2）+（－1）（x+t+y/4-z/2）mol。若产生NOx（以NO2计）浓度为F，则生成NO2质量为0.046F[(x+y/2+t+m/2)+3.76（x+t+y/4-z/2）+（－1）（x+t+y/4-z/2）]kg因此浓度转化结果为kgNO2/GJ将x=1，y=4，z=0，m=0，t=0，Q=802.3kJ/mol，，F=300×10－6代入上式可得题目所给甲烷燃烧时的结果为0.197kgNO2/GJ，与计算结果吻合。50 50 第十章挥发性有机物污染控制10.1解：见《大气污染控制工程》P379图10－1。10.2解：由Antoine方程可分别计算得到40。C时苯的蒸汽压P1=0.241atm；甲苯的蒸汽压P2=0.078atm。因此，。10.3解：列式，故10.4解：取温度为100oF=310.8K进口甲苯浓度：1m3气体中含1000mg，则体积为，即浓度为2772ppm。同理可计算出口甲苯浓度为41.6ppm。《AirPollutionControlEngineering》P366Example10.14选择C14H30作吸收剂，但本题出口甲苯浓度过低，分压41.6×10－6atm，小于C14H30100oF时分压47×10－6ppm，因此不能选择C14H30，而应该选择蒸汽压更低的吸收剂，此处选择C16H34，在100oF下蒸汽压约10×10－6atm，分子量M=226。，取xibottom=0.8x=0.8×14.3×0.002772=0.032，因此。又G=20000m3/h=784.3kmol/h=13.93lb/s=28.8lbmol/min。故L=0.085G=0.085×28.8=2.45lbmol/min，即吸收剂用量251.2kg/min。由CRCHandbookofChemistry查得100oF下，C16H34，，。50 ；代入中解得。由取75%，则G’=0.56lb/ft2.s，故，。传质单元数H/P=0.07/1=0.07，HG/PL=0.07/0.085=0.824，1－HG/PL=0.176。代入上式解得N=13.3。10.5解：废气中苯的含量y1=20000×3.0×10－3=60m3/h，由气体方程得。根据去除要求，实际去除量为m’=191.5×99.5%=190.5kg/h则一个周期所需活性炭量为，体积10.6待求。10.7解：实际需O21.25×5×100=625mol，空气量625/0.21=2976mol。50 第十一章城市机动车污染控制11.1解：汽车行驶100km耗时若发动机转速为2000r/min，则1min内喷油1000次，1.25h内喷油7500次。故每次喷入气缸油量单缸喷入。11.2解：设MTBE添加质量x，C8H17含量为y，则解得。设燃料100g，则含C8H1785.15g，C5H12O14.85g由解得n1=1.27mol解得n2=9.23mol则需O21.27+9.23=10.5mol，则含N23.76×10.5=39.5mol。空气质量10.5×32+39.5×39.5=1442g，则空燃比AF=14.42。11.3解：燃烧前取温度为293K，由开始燃烧时，按《AirPollutionControlEngineering》P48613.11式：通常取85%的升高温度，则T3=T2+2016×0.85=2352K燃烧完成同样取85%，则T4=T2+2559×0.85=2813K。11.4解：NOx在高温时易生成，而理论空燃比附近燃烧充分，温度较高，因此NOx产生量最大。11.5解：50 怠速时可燃混合气处于空气过剩系数小于1的状态，残余废气系数较大；发动机转速低，气缸压缩比小，燃烧很不充分，易形成失火；壁面淬熄效应对火焰迅速冷却，因此造成温度下降。11.6解：4）燃油箱和化油器（《大气污染控制工程》P448）11.7解：2）进气歧管（《大气污染控制工程》P442）11.8解：1）减少废气中HC含量50 第十二章大气污染和全球气候12.1解：a.吸收法净化尾气应选择石灰浆液、Ca(OH)2等，或利用双碱法Na2SO3溶液吸收。b.通过植树造林，吸收单位CO2成本降低；但绿化工作完成需一定时间积累和人力物力投入。12.2解：由于温室气体能够吸收红外长波辐射，而臭氧层能够有效防止紫外线辐射。相比之下，大气层中几乎没有吸收可见光的成分，因此可见光对应于太阳辐射最大值。12.3解：设温度升高前海平面高度h1，升高后海平面高度为h2，则12.4解：1）单位换算1hm2=2.47英亩。每年每公顷雨林减少CO2的排放量。则每英亩减少2）每年每亩产生木材3）每年每棵树木材产量4）设煤热值6110kal/kg，设耗煤mkg，则有，m=1.98×106t。因此产生CO2量为1.98×106×2.83=5.6×106t（假设1t煤燃烧产生CO22.83t）。12.5解：（a）详细性质可参见http://unit.xjtu.edu.cn/unit/epes/webteaching/refrigeration/zlff/wzxbzl/zqyszl/zqys-zlj-1.htm（b）主要替代物含氢氯氟烃HCFC。12.6解：简化考虑认为湖泊H+消耗量（10－4.5－10－6.5）×107×103=3.13×105mol故可求得1年投加CaCO3的量为0.5×3.13×105×100×10－6t=15.65t。50'