大气污染控制工程 第六章 习题解答 修改 wangmy

作业习题解答作业习题解答 第六章第六章 除尘装置除尘装置 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 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。 6.1 解：解： 计算气流水平速度。设粒子处于 Stokes 区域，取sm A Q v/1087 . 2 57 . 4 14 . 9 2 . 1 2 0 。sPa 5 1082 . 1 6 17.11 0.0536/828010Tppa s mm gL Hv d p 2 . 1710 2 . 17 19.1281 . 9 1021 . 1 57 . 4 1087 . 2 1082 . 1 1818 6 3 25 0 min 即为能被 100%捕集的最小雾滴直径。 若考虑返混，则 52 6 0 min 3 3636 1.82 102.87 104.57 24.3 1024.3 1.21 109.81 12.19 p v H dmm gL 课本 P163,对于 dp4584.01.1 1）作出分级效率曲线；2）确定分割粒径。 111222333 333222 i 11111123 , , 11 / iiiiii iiii ii iiiiii SS gSS gSS g S ggS gg P S ggS ggPgg 或或 注：g1i 进口 g2i 出口（逸出）g3i捕集 6.6 解：解： P144（553）（P=0.1）计算分级效率，结果如下表所示： ii i gPg 32 / 23 0.9 5.59% /0.90.1 76/0.5 i ii Pgg 粉尘间隔/m05510101515202025253030353540404545 捕集 g30.51.41.92.12.12.02.02.02.084.0质量 频率 /%出口 g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.1 %/ i 5.59 49.41 79.17 90.00 92.65 96.26 97.30 97.83 98.36 99.85 据此可作出分级效率曲线。 0 20 40 60 80 100 120 01020304050 粒径(m) 分级效率(%) 由上表可见，510去除效率为 49.41。因此在工程误差允许范围内，dc=7.5。mm 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。 6.7 解解： P169（613） 。Pavp144015293 . 1 9 . 9 2 1 2 1 22 1 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 的粉尘荷电量 q=0.31015C，计算该粉尘的驱进速度 w 和电除尘效率。m 6.10 解：解： P187（633） 。sm d qE w p p /176 . 0 1011081 . 1 3 10100103 . 0 3 65 315 ，Q=0.075m3/s 2 885 . 1 23 . 0mdLA 。% 8 . 98)176 . 0 075 . 0 885 . 1 exp(1)exp(1 ii w Q A 6.11 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 50%，而其他两个各供入 25%时的除尘效率（参 考图 627） 。 6.11 解：解： 1）Q=2/3=0.667 m3/s，S=3.662=13.4m2，。 13.4 2 1 exp(0.122)99.3% 0.667 i 或 13.4 6 1 exp(0.122)99.3% 2 i 2）设气流横截面积为 A，则，查图 627 max / 0.5 2 1.5 /31/3 Q A v QAv 得 Fv=1.75 故。%8 .9875 . 1 %) 3 . 991 (1)1 (1Fv i 6.12 板间距为 25cm 的板式电除尘器的分割直径为 0.9，使用者希望总效率不小于m 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，其中捕集效率；K 经验常数；d 颗粒直径。试 kdp e1 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能否满足环保规定； 3）能否满足使用者需要。 6.12 解：解： ？ kdp e1 2 00 0 3 1 exp()1 exp()1 exp()1 exp() 33 pp p ip pp d E E qE AAA wkd QQdQd 1）由题意77 . 0 )9 . 0exp(15 . 0kk dp=3.5，m% 2 . 93)5 . 377 . 0 exp(1 1 dp=8.0，m% 8 . 99)0 . 877 . 0 exp(1 2 dp=13.0，m%100) 0 . 1377 . 0 exp(1 3 故%98% 6 . 9832 . 01% 8 . 992 . 0% 2 . 932 . 0 2）， 0.1g/m3。不满足环保规定和使用者需要。 3 2 30 (1 98.6%)0.42g/ m i 6.13 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 51026kg，粉尘在电场中的停留时间为 5s。试计算： 1）粒径为 5的粉尘的饱和电荷值；2）粒径为 0.2的粉尘的荷电量；mm 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。 6.13 解：解： 1）P183（631）电场荷电为 CEdq p 1652612 0 2 0 1004 . 3 104 . 3)105(1085 . 8 5 . 3 5 . 1 3 2 3 扩散荷电按 P184 （632）计算， 2 00 2 0 2 1968 12236 21223 19 2 ln(1) 8 1.6 10467 5 10105 2 8.85 101.38 10423 5 10 ln(1) 8 8.85 101.38 10423 1.6 10 63.365 0.069824.42 pp kTde ud N t n ekT 1919 4.42 1.6 107.08 10neC 与电场荷电相比很小，可忽略。 因此饱和电荷值 3.041016C。 2）电场荷电为 CEdq p 1952612 0 2 0 1086 . 4 104 . 3)102 . 0(1085 . 8 5 . 3 5 . 1 3 2 3 扩散荷电 2 00 2 0 2 1968 12236 21223 19 33 2 ln(1) 8 1.6 10467 0.2 10105 2 8.85 101.38 10423 0.2 10 ln(1) 8 8.85 101.38 10423 1.6 10 2.53 2.889 107.31 10 pp kTde ud N t n ekT 31921 7.31 101.6 101.17 10neC 与电场荷电相比很小，可忽略，故粉尘荷电量 4.861019C。 3）取 sPa 5 105 . 2 dp=5时，；msm d qE w p p /088 . 0 105105 . 23 104 . 31004 . 3 3 65 516 dp=0.2时，。msm d qE w p p /1051 . 3 102 . 0105 . 23 104 . 31086 . 4 3 3 65 519 6.14 图 649 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。 6.14 解：解： 查图得集气板面积约 1000m2.（1000m3/min）1。根据，)exp(1 ii w Q A 0.995=1exp（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 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。 6.15 解：解： ，故，%95)exp(1w Q A 05 . 0 )exp(w Q A 0025 . 0 )2exp(w Q A 因此。%75.990025 . 0 1)2exp(1w Q A 6.16 烟气中含有三种粒径的粒子：10、7和 3，每种粒径粒子的质量浓度均占mmm 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。 6.16 解：解： 设 3 种粒子的分级效率分别为、，则 1 2 3 6586 . 0 95. 03)1 ()1 ()1 ( 3710 321 keee kkk 因此，。% 9 . 99 1 % 0 . 99 2 % 1 . 86 3 6.17 对于粉尘颗粒在液滴上的捕集，一个近似的表达式为 。其中 M 是碰撞数的平方根，R=dp/dD，对于密度)6 . 0/018 . 0 (exp 25 . 0 RRM R 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）10；2）50的粉尘在直径为 50、100、500的液滴上的捕集效率。mmm 6.17 解：解： 1）粉尘粒径 dp=10m 当液滴直径为 50时，R=0.2；碰撞数，m 3 . 366 18 )( 2 C Dppp I D uud N 。14.19 I N 由给出计算公式可得% 3 . 50 同理可得液滴直径为 100、500时捕集效率为 42.6、10.1%。mm 2）dp=50m 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mmm 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 83m/s，粉尘密度为 0.7g/cm3方程，烟气粘度为 2.23105Pa.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/% 20.050.0 6.18 解：解： 按大气污染控制工程P211（653） OcmH Q Q vp g l T2 322323 5 . 961036 . 1 )1083(1003 . 1 )(1003 . 1 由（655） 2 922922 0.33 22 4 6.1 106.1 101 0.7 0.296.5 expexp 2.23 10 p dlgCpp i g C d fpd Pe 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mm 此 %0152 . 0 100 0 . 8 100 0 . 12 100 0 . 16 100 0 . 13 100 78 . 0 100 21 . 0 22 2222 5 . 1733 . 0 5 . 1233 . 0 5 . 733 . 0 333 . 0 75 . 0 33 . 0 3 . 033 . 0 ee eeeeP 故。%48.981P 6.19 水以液气比 12L/m3的速率进入文丘里管，喉管气速 116m/s，气体粘度为 1.845105Pa.s，颗粒密度为 1.789g/cm3，平均粒径为 1.2，f 取 0.22。求文丘里管洗m 涤器的压力损失和穿透率。 6.19 解：解： OcmH Q Q vp g l T2 32323 16631012)11600(1003 . 1 )(1003 . 1 坎宁汉修正143 . 1 2 . 1 172 . 0 1 172 . 0 1 p C d C 922 2 922 42 19 6.1 10 exp 6.1 101 1.789 1.143 1.20.221663 exp (1.845 10 ) 3.59 100 lgCp i g C d fp P 6.20 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 出的气流，其流量为 7.1m3/s，要求压降为 152.4cmH2O，以达到要求的处理效率。估算洗 涤器的尺寸。 6.20 解：解： 设气液比 1L/m3，dp=1.2，f=0.25。在 1atm 与 510.K 下查得m 3 /8 . 1cmg p 。sPa g 5 1099 . 2 由可解得OcmHv Q Q vp g l T2 32323 4 . 152100 . 11003 . 1 )(1003 . 1 v=121.6m/s。故喉管面积，DT=272mm。 2 058. 0 6 .121 1 . 7 mS 取喉管长度 300mm，通气管直径 D1=544mm。，则 24 1 6 2 ，mmmctg DD L T 64 . 0 640 22 11 1 mctg DD L T 13 . 3 22 22 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的球形颗粒，颗粒的质量浓度为 80。m 3 /mg 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？ 6.21 解：解： 由Air Pollution Control EngineeringP300 9.48 式 。通过 P293 tD zcDM 2 4 t Figure 9.18 读取。取，雨滴 Db=2mm，处于牛顿区，利用大气污染 33 /102mkg p 控制工程P150（583） 。因此，smv/0 . 7205 . 1 /81 . 9 )205 . 1 100 . 1 (100 . 274 . 1 2/133 。从 Figure 9.18 读出912 . 0 1021082 . 1 18 0 . 7)103(102 18 35 263 2 b pp s D vd N =0.11（Cylinder） 。 t 故 M=。g 0083 . 0 11 . 0 80300)102( 4 23 而液滴本身。故质量增加了 1.98104%。gDM 33 1019 . 4 6 1 6.22 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？ 6.22 解：解： 由Air Pollution Control Engineering公式 。代入已知数据t A Q DC C L D 5 . 1 ln 0 ，即需持续半天左右的时间。htt A A 3 . 12 105 . 2 1 . 0 102 5 . 1 1 . 0ln 3 3 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，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。 6.23 解：解： % 5 . 99%100 15 . 9 0458 . 0 15 . 9 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。 3 00 /0761 . 0 600 2 )1 ( 600 598 mgCCC% 2 . 99%100 15 . 9 0761 . 0 15 . 9 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。 6.24 解：解： 设恒定速度 v1，则， 。40 1 v K x f fg 400 11 v K x v K x p pg f fg 若在 400Pa 压降下继续，则400 2 2 2 1 2 v K x v K x v K x p pg p pg f fg 400 8 . 70 360400 400 36036040 1 22 2 1 2 11 2 2 1 2 1 v vQ v v v Qv Q v v v v 40015 . 2 5 . 169400 8 . 70 30360 8 . 70 30400 2 2 22 2 22 dt dQ Q dt dQ dt dQQ dt dQ 解此微分方程得 Q2=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/cm3，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 m2表示） ，假如滤袋面积为 100.0cm2。 Pap/ 61266677490099010621152 M/kg0.0020.0040.0100.020.0280.0340.042 6.25 解解： 当 T=300K 时，v=1.8m/min=0.03m/s。sPa 5 1086 . 1 ，SxM p 1210100102 . 1 43 MM S M xp 。 5 1.86 100.03/ 12 pg fpf p fp xv pppp K M pK 利用所给数据进行线性拟和， y = 13146x + 616.51 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 00.010.020.030.040.05 M P ，即，Kp=3.541012m2。13146616.51pM 5 1 1.86 100.03/13146 12 p K 6.26 除尘器系统的处理烟气量为 10000m3/h，初始含尘浓度为 6g/m3，拟采用逆气流反吹清 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。 6.26 解：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。 2 /94 . 5 699 . 0 mtgtCtvW F 3）除尘器压力损失可考虑为 pEt PPPP 为清洁滤料损失，考虑为 120Pa； t PPavSP FEE 350 ；)min/(50 . 9 ,43.5694 . 5 15 . 9 22 mgNRtPatCtvRP ppp 取 故。)(43.56470)(43.56120350PatPatPPPP pEt 4）因除尘器压降小于 1200Pa，故即最大清灰周期。min 9 . 12,1200)(43.56470tPat 5）。 2 240 273160 39310000 60 m v Q A F 6）取滤袋 d=0.8m，l=2m。，取 48 条布袋。 2 03 . 5 mdla 7 . 47 a A n 6.27 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 算细粒子的穿透率。其中：Z=在气流方向上床的长度；vs=气体的) 9 7 exp( 2 2 g c pas D DZv P 表面流速；Dpa=细粒子的空气动力