大气污染控制工程课后题答案

1、百度文库1.1干结空气中 N2 、O2、 Ar 和 CO2气体所占的质量百分数是多少？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N 2 %0.781 28.01100%75.51% ， O2 %0.209 32.00 100%23.08% ；28.97128.971Ar %0.0093439.940.0003344.01100% 0.05% 。28.971100% 1.29%，CO2%128.971.2根据我国的环境空气质量标准的二级标准

2、，求出SO2、NO2、CO三种污染物日平均浓度限值的体积分数。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110344.643mol 。故三种污染物体积百分数分别为：22.40.1510 30.052 ppm ，NO2：0.1210 30.058 ppmSO2：44.643466444.6434.0010 33.20 ppm 。CO：44.643281.3CCl 4 气体与空气混合成体积分数为 4的混合气体，在管道中流动的流

3、量为31.50 1010mN 、/s ，试确定：1）CCl4 在混合气体中的质量浓度（g/m3N）和摩尔浓度 c（mol/m 3N）；2）每天流经管道的CCl4 质量是多少千克？解： 1）31.5010 41543（g/m N）22.41031.031g / mN3c（mol/m N）1.501022.410436.7010 3 mol / m3N 。2）每天流经管道的 CCl4 质量为 1.031 103600 24 10 3kg=891kg1.4 成人每次吸入的空气量平均为500cm3，假若每分钟呼吸 15 次，空气中颗粒物的浓度为200 g /m3，试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。

4、已知该颗粒物在肺泡中的沉降系数为0.12 。解：每小时沉积量 200（ 500 156010 6 ） 0.12 g =10.8 g1.5 设人体肺中的气体含 CO为 2.2 10 4，平均含氧量为 19.5%。如果这种浓度保持不变，求COHb浓度最终将达到饱和水平的百分率。解：由大气污染控制工程 P14（ 11），取 M=210COHbp2.210M210O2 HbpO 219.51042 0.2369，COHb饱和度COHbCOHb / O 2 Hb0.236919.15%COO 2 Hb1 COHb / O2 Hb1 0.2369COHb1.6 设人体内有 4800mL血液，每 100mL

5、血液中含 20mL氧。从事重体力劳动的人的呼吸量为4.2L/min ，受污染空气中所含CO的浓度为10 4 。如果血液中 CO水平最初为： 1）0%；2） 2%，计算血液达到7%的 CO饱1百度文库和度需要多少分钟。设吸入肺中的CO全被血液吸收。解：含氧总量为 4800 20960mL 。不同 CO百分含量对应 CO的量为：2%： 9601009602%19.59mL ，7%：7% 72.26mL98%93%1）最初 CO水平为 0%时 t72.26172.0min ；4.210 41032）最初 CO水平为2%时 t72.2619.59125.4min4.210 41031.7 粉尘密度 1

6、400kg/m3 ，平均粒径 1.4m，在大气中的浓度为0.2mg/m 3，对光的折射率为2.2 ，计算大气的最大能见度。解：由大气污染控制工程P18（ 12），最大能见度为2.6p d p2.6 14001.411581.8m 。Lv2.20.2K2.1 已知重油元素分析结果如下： C：85.5% H ： 11.3% O ： 2.0% N ： 0.2% S ：1.0%，试计算： 1）燃油 1kg 所需理论空气量和产生的理论烟气量；2 ）干烟气中 SO2 的浓度和 CO2 的最大浓度；3 ）当空气的过剩量为 10%时，所需的空气量及产生的烟气量。解： 1kg 燃油含：重量（ g）摩尔数（ g）

7、需氧数（ g）C85571.2571.25H113 2.555.2527.625S100.31250.3125H2 O22.51.250N 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 CO71.25mol ，HO 55.25+11.25=56.50mol，SO0.1325mol ，N3.78 99.1875=374.93mol 。2222理论烟气量 71

8、.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.99 22.4/1000=11.27 m3N /kg 重油。2）干烟气量为 502.99 56.50=446.49mol/kg 重油。SO百分比浓度为0.3125100%0.07%，2446.4971.25空气燃烧时 CO 存在最大浓度100% 15.96% 。2446.493）过剩空气为 10%时，所需空气量为1.1 10.62=11.68m 3N/kg 重油，产生烟气量为 11.267+0.1 10.62=12.33 m 3N/kg 重油。2.2 普通煤的元素分析如下：C65.7%；灰分 18.1%；S

9、1.7%；H3.2%；水分 9.0%；O2.3%。（含 N 量不计）1）计算燃煤 1kg 所需要的理论空气量和SO在烟气中的浓度（以体积分数计） ；22）假定烟尘的排放因子为80%，计算烟气中灰分的浓度（以mg/m3表示）；3）假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。石灰石中含Ca35%。当 Ca/S 为 1.7 （摩尔比）时，计算燃煤 1t需加石灰石的量。解：相对于碳元素作如下计算：2百度文库%（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/m

10、ol碳故煤的组成为 CH0.584 S0.010 O0.013 ，燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为10018.26g / molC 。燃烧方程式为5.475CH 0.584 S0.010 O0.013n(O 23.78N 2 )CO20.292H 2O 0.010SO23.78nN 2n=1+0.584/4+0.0100.013/2=1.14951）理论空气量 1.1495(1 3.78) 100022.410 3 m3 / kg6.74m3 / kg ；18.26SO2 在湿烟气中的浓度为0.010100%0.174%1.64410.2920.0103.781.1495182）产生灰分的量

11、为 18.11000 80% 144.8g / kg100烟气量（ 1+0.292+0.010+3.781.1495+1.644/18 ） 1000/18.26 22.4 10 3 =6.826m3/kg灰分浓度为144.833436.82610mg/m=2.1210 mg/m10001.7%4032.001.73）需石灰石103.21kg /t 煤35%2.3 煤的元素分析结果如下S0.6%；H3.7%；C79.5%；N0.9%； O4.7%；灰分10.6%。在空气过剩 20%条件下完全燃烧。计算烟气中SO2 的浓度。解：按燃烧 1kg 煤计算重量（ g）摩尔数（ mol）需氧数（ mol）

12、C79566.2566.25H31.12515.56257.78S60.18750.1875H2 O52.8752.940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CO2 66.25mol ，SO2 0.1875mol ，H2O 15.5625+2.94=18.50molN3.78354.762280.54mol4.78总计 66.25+8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤实际烟气量 365.48+0.2354.76=436.43mol/kg煤，

13、 SO浓度为20.1875436.43100%0.043% 。2.4某锅炉燃用煤气的成分如下：H2S0.2%；CO25%；O2 0.2%；CO28.5%；H213.0%；CH40.7%；N2 52.4%；空气含3百度文库湿量为 12g/m3N，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H2S 0.002mol耗氧量 0.003molCO20.05mol0CO0.285mol0.143molH2（ 0.13-0.004 ） mol0.063molCH40.007mol0.014mol共需 O2 0.003+0.143+0.063+0.014=0.223mo

14、l。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1.2，则实际干空气1.2 1.066mol=1.279mol 。空气含湿量为 12g/m3N，即含 H2O0.67mol/ m 3N，14.94L/ m 3N。故 H2 O体积分数为 1.493%。故实际空气量为1.2791.298mol 。1.493%1烟 气 量 SO ： 0.002mol ， CO ： 0.285+0.007+0.05=0.342mol， N ： 0.223 3.78+0.524=1.367mol ，222H2 O0.002+0.126+0.0

15、14+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干烟道气的组成为：CO211%（体积），O28%，CO2%， SO2120 10 6（体积分数），颗粒物 30.0g/m 3 （在测定状态下），烟道气流流量在700mmHg和 443K 条件下为5663.37m3 /min ，水气含量 8%（体积）。试计算： 1）过量空气百分比；2）SO2 的排放浓度（g / m3）；3）在标准状态下（ 1atm 和 273K），干烟道体积； 4）在标准状态下颗粒物的浓度。解： 1）N2%=1 11

16、% 8% 2%0.012%=78.99%由大气污染控制工程P46 （ 2 11）空气过剩80.52100%50.5%78.99(80.50.2642)2）在测定状态下，气体的摩尔体积为V2P1V1T2101325 22.4443T1P2273 70039.46L / mol ；133.322取 1m3 烟气进行计算，则SO21 20 10 6m3 ，排放浓度为12010 6(1 8%)640.179 g / m3 。39.4610 33） 5663.3722.4(18%) 2957mN3 / min 。39.464） 30.0 39.4652.85g / mN3 。22.42.6 煤炭的元素分

17、析按重量百分比表示，结果如下：氢 50%；碳 75.8%；氮 1.5%；硫 1.6%；氧 7.4%；灰 8.7%，燃烧条件为空气过量20%，空气的湿度为0.0116molH 2O/mol 干空气， 并假定完全燃烧， 试计算烟气的组成。解：按 1kg 煤进行计算重量（ g）摩尔数（ mol）需氧数（ mol）C75863.1763.17H40.7520.37510.194百度文库S160.50.5H2 O83.254.6250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

18、，含水 423.66 0.0116=4.91mol 。烟气中： CO2 63.17mol ； SO2 0.5mol ； H2 O 4.91+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 CO2H2 O63.17100%14.25% ； SO0.5100%0.11% ；443.382443.3829.91100%6.74% ； N 2279.190.7970.61 100% 75.55% 。44

19、3.38443.38O270.610.209100%3.33% 。443.382.7运用教材图2 7 和上题的计算结果，估算煤烟气的酸露点。解： SO2 含量为 0.11%，估计约 1/60的 SO2转化为 SO3，则 SO3 含量0.11%11.83 10 5，即 PH2SO4=1.83 10 5 ，lg P H2SO4=-4.737 。60查图 27 得煤烟气酸露点约为134 摄氏度。2.8燃料油的重量组成为：C86%，H14%。在干空气下燃烧， 烟气分析结果 （基于干烟气） 为：O21.5%；CO60010 6 （体积分数）。试计算燃烧过程的空气过剩系数。解：以 1kg 油燃烧计算，C8

20、60g71.67mol；H140g70mol，耗氧 35mol 。设生成 CO x mol ，耗氧 0.5x mol，则生成 CO2 （ 71.67 x）mol ，耗氧（ 71.67 x）mol。烟气中 O2 量1.5% x。106006总氧量1.5% x0.5x (71.67x) 35 106.67 24.5x ，干空气中 N：O体积比为 3.78：10 6226001，则含 N2 3.78 （ 106.67+24.5x）。根据干烟气量可列出如下方程：1.5% x71.67 3.78(106.67 24.5x)x60010 610600，解得 x=0.3066故 CO2%：71.670.30

21、6 100% 13.99% ；0. 306600 10 6N2%： 3.78(24.50.306106.67)100%84.62%0.30660010 6由大气污染控制工程P46（ 2 11）空气过剩系数11.50.50.061.070.26484.62(1.50.50.06)3.1 一登山运动员在山脚处测得气压为1000 hPa ，登山到达某高度后又测得气压为500 hPa ，试问登山运5百度文库动员从山脚向上爬了多少米？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：dPgdZ（ 1）将空气视为理想气体，即有mRTmPMPV可写为（2）MVRT将（ 2）式带入（ 1），并整理，

22、得到以下方程：dPgM dZPRT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：ln PgM Z C 即ln P2gM (Z2 Z1 ) （3）RTP1RT假设山脚下的气温为10。 C，带入（ 3）式得：5009.8 0.029lnZ10008.314 283得 Z 5.7km即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km 。3.2 在铁塔上观测的气温资料如下表所示，试计算各层大气的气温直减率：1.5 10 ，10 30，30 50，1. 5 30 ， 1 .5 50 ，并判断各层大气稳定度。高度 Z/m1.5103050气温 T/K298297.8297.5297.3解：1.5 1

23、0T297.82982.35K / 100md ，不稳定z101.51030T297.5297.81.5K /100md，不稳定z30103050T297.3297.51.0K /100md ，不稳定z50301 .530T297.52981.75K / 100md ，不稳定z301.5T297.32981.44K / 100md ，不稳定。1 .550z501.53.3在气压为 400 hPa处，气块温度为 230K。若气块绝热下降到气压为600 hPa 处，气块温度变为多少？解： T1( P1 ) 0.288，T0P0T1T0 (P1)0.288600)0. 288258.49KP0230

24、(4003.4试用下列实测数据计算这一层大气的幂指数m值。高度 Z/m10203040506百度文库风速 u/m.s 13.03.53.94.24.5Z)mlgumlg(Z)解：由大气污染控制工程P80 （ 323），uu1 ( Z1，取对数得u1Z1设 lg uy ， lg( Z )x ，由实测数据得u1Z1x0.3010.4770.6020.699y0.06690.11390.14610.1761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某市郊区地面10m高处的风速为2m/s，估算 50m、 100m、200m、 300m、40

25、0m高度处在稳定度为B、 D、F 时的风速，并以高度为纵坐标，风速为横坐标作出风速廓线图。解：Z10.0750 0.07，Z20.07100 0.07u1u0( Z0)2(10)2.24m / su2u0 ( Z0)2(10)2.35 m / su3Z3)0.072(2000.072.47m / su4Z4)0.072 (3000.072.54m / su0 ( Z010)，u0 ( Z010)u5Z5)0.072(4000.072.59m / su0 ( Z010)。稳定度 D， m=0.15u1Z1)0.152(50)0. 152.55m / su2Z 20.152(100)0.152.8

26、2m / su0 ( Z 010，u0 ( Z 0 )10u3Z3)0. 152(2000.153.13m / su4Z 4)0 .152(3000.153.33m / su0 ( Z010)，u0 ( Z 010)u5u0( Z5)0.152( 400) 0.153.48m / s 。Z010稳定度 F， m=0.25u1Z1)0.252(50)0. 252.99m / su2Z 20.252(100)0.253.56m / su0 ( Z 010，u0 ( Z 0 )10u3u0Z3)0.252(2000.254.23m / s ，u4Z 4)0 .252(3000.254.68m / s

27、(10)u0 (10)Z0Z 0u5u0( Z5)0.252( 400) 0.255.03m / sZ010风速廓线图略。3.6一个在 30m高度释放的探空气球，释放时记录的温度为11.0 。 C，气压为 1023 hPa。释放后陆续发回相7百度文库应的气温和气压记录如下表所给。1）估算每一组数据发出的高度；2）以高度为纵坐标，以气温为横坐标，作出气温廓线图；3）判断各层大气的稳定情况。测定位置2345678910气温/。C9.812.014.015.013.013.012.61.60.8气压 /hPa10121000988969909878850725700解： 1）根据 Air Pollu

28、tion Control Engineering可得高度与压强的关系为dPgM dzPRT将 g=9.81m/s 2 、M=0.029kg 、R=8.31J/(mol.K)代入上式得 dz29.21 dP T 。P当 t=11.0 。 C，气压为 1023 hPa ；当 t=9.8 。 C，气压为 1012 hPa ，故 P=（1023+1012） /2=1018Pa， T=（11.0+9.8 ） /2=10.4 。 C=283.4K，dP=1012-1023= 11Pa。因此 dz29.2111 283.4m89m ， z=119m。1018同理可计算其他测定位置高度，结果列表如下：测定位置

29、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） 12T1 211 9.81.35K / 100md ，不稳定；z1 289T239.8122.22K / 100m0 ，逆温；2399z23T3 412141.98K /100m0 ，逆温；34101z34T4514150.61K / 100m0，逆温；45163z45T5 6

30、15130.37 K /100m，稳定；56536dz56T671313067290z67T781312.60.15 K /100md ，稳定；78271z78T8912.61.6d ，稳定；8912990.85K / 100mz898百度文库910T9101.60.80.28K / 100md ，稳定。z9281103.7用测得的地面气温和一定高度的气温数据，按平均温度梯度对大气稳定度进行分类。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解：

31、 G1T126.7 21.11.22K /100m0 ，故1G10 ，逆温；z1458G2T215.621.10.72K /100m ，故2G20.72K / 100md ，稳定；z2763G3T38.915.61.16 K /100m ，故3G31.16K / 100md ，不稳定；z3580G4T45.025.01K / 100m ，故441K / 100md ，不稳定；z42000GG5T520.030.02K / 100m ，故5G52K /100md ，不稳定；z5500G6T628.025.00.43K /100m0 ，故6G60逆温。z67003.8 确定题 3.7中所给的每种条

32、件下的位温梯度。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ln P2gM (Z2Z1 ) ，代入已知数据（温度T 取两高度处的平均值）即P1RTlnP2 9.80.029458 ，由此解得 P2 =961hPa。10138.314297由大气污染控制工程P72（315）可分别计算地面处位温和给定高度处位温：地面10000 .2881000)0.288293KT地面 ( P地面 )294.1(1013，1T1(1000 ) 0.288299.7(1000 ) 0.288303.16K ，P1961故位温梯度 = 2933032.18K /100

33、 m0458同理可计算得到其他数据的位温梯度，结果列表如下：9百度文库测定编号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 0.170.02 1.021.423.9 假如题 3.7中各种高度处的气压相应为970、 925、935、 820、 950、 930 hPa ，确定地面上的位温。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 ln P2gM (Z2 Z1) ，设地面压强为P1RTP1 ，代入数据得到： ln 970 9.80.029458 ，解得 P1 =1023hPa。因此P18.314 297地面T地面 (1000)0 .288294.1(1000)0.288292.2KP地面1023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 / 。C26.715.68.95.020.02