《环境工程学》课程作业及答案

1、1 10322.4SQ:0.15 10“64 44.643=0.052 ppmNQ:0.12 1046 44.643=0.058 ppmCQ4.00 1028 44.643=3.20 ppm2. CCl 4气体与空气混合成体积分数为1.50 X 104的混合气体，在管道中流动的流量为10m3N. /s，试确定:1） CCl4在混合气体中的质量浓度P （g/m3N）和摩尔浓度c （mol/m3N）; 2 ）每天流经管道的CCL质量是多少千克?解：1)(g/m3N)1.50 10 鼻 15422.4 103-1.031g/mN(mol/m 3n)1.50 10*22.4 1033=6.70 10

2、mol /mN。第一次作业1. 根据我国的环境空气质量标准的二级标准，求出SQ、NQ、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：SQ2： 0.15mg/m3，NQ2： 0.12mg/m3，CO: 4.00mg/m3。按标准状态下1ni干空气计算，其摩尔数为=44.643mol。故三种污染物体积百分数分别为:1#2)每天流经管道的 CCl4质量为 1.031 X 10X 3600X 24X 103kg=891kg3.已知重油元素分析结果如下：C: 85.5% H : 11.3% Q : 2.0% N : 0.2% S : 1.0%

3、，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SQ的浓度和CQ的最大浓度；3 ）当空气的过剩量为10%寸，1kg燃油含：重量（g）所需的空气量及产生的烟气量。解:摩尔数（g） 需氧数(g)HQ8551071.2571.25113- 2.50.312522.51.2555.250.312527.625#N元素忽略。1）理论需氧量 设干空气 Q:71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kgN2体积比为1 : 3.78，则理论空气量 22.4/1000=10.62m 3N/kg 重油。烟气组成为 CQ71.25mol，HQ 55.25+11.25=56

4、.50mol 理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg2)干烟气量为 502.99 - 56.50=446.49mol/kg 重油。99.1875 X 4.78=474.12mol/kg 重油。即 474.12 X，SQ0.1325mol，N23.78 X99.1875=374.93mol。重油。即 502.99 X 22.4/1000=11.27 m ：/kg 重油。#446.490 3125SQ百分比浓度为100% = 0.07%，#18.26 g/molC。燃烧方程式为5.475CH 0.584S0.010Q0.013' n(023

5、.78N 2 )'CO20.292H2Q 0.010SQ23.78 nN271 25空气燃烧时co存在最大浓度100% =15.96%。446.493）过剩空气为10%寸，所需空气量为1.1 x 10.62=11.68m3Jkg重油，产生烟气量为 11.267+0.1 x 10.62=12.33 m Pkg 重油。4. 普通煤的元素分析如下：C65.7% 灰分18.1%; S1.7%; H3.2%;水分9.0%; 02.3%。（含N量不计）1） 计算燃煤1kg所需要的理论空气量和 SQ在烟气中的浓度（以体积分数计）；2） 假定烟尘的排放因子为80%计算烟气中灰分的浓度（以mg/m5表示

6、）;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。C65.75.4751H3.23.20.584S1.70.0530.010Q2.30.0720.013灰分18.13.306g/mol碳水分9.01.644g/mol碳故煤的组成为CH.584 S.010 O0.013 ，解：相对于碳元素作如下计算:% （质量）mol/100g 煤 mol/mol碳燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为2#n=1+0.584/4+0.010 - 0.013/2=1.14951) 理论空气量 1.1495(13.78) 100022.4 10

7、m3/kg =6.74m3/kg ;18.26SQ在湿烟气中的浓度为100% =0.174%0.0101.64410.2920.0103.78 1.1495182）产生灰分的量为18仆1000 x80% =144.8g/kg100烟气量（1+0.292+0.010+3.78 x 1.1495+1.644/18 ）x 1000/18.26 x 22.4 x 10-3=6.826m3/kg144 8灰分浓度为10mg/m=2.12 x 104mg/ni6.8261000 1.7%1.7 403） 需石灰石32.°°103.21kg /t 煤35%5. 干烟道气的组成为：CQ11

8、%（体积），028% CQ2% SQ120x 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） SQ的排放浓度（Pg/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%- 8%- 2%- 0.012%=78.99%由大气污染控制工程 P46 （ 2- 11）空气过剩100% =50.5%8-0120.264 78.99 - (8 - 0.5 2)2）在测定状态下，气体的

9、摩尔体积为V2 二PMTiT2P2101325 22.4 44339.46L/mol ;273 700 133.322取1mi烟气进行计算，则 SQ1 20 X 106m，排放浓度为120 10-63"1 一8%)沢64 =0.179g/m 。39.46 1022.433) 5663.37(1 -8%) =2957mN/min39.46八39.4634) 30.0沁=52.85g/miN。22.4第二次作业1.已知某粉尘粒径分布数据（见下表），1）判断该粉尘的粒径分布是否符合对数正态分布；2）如果符合,求其几何标准差、质量中位直径、个数中位直径、算数平均直径及表面积-体积平均直径。粉

10、尘粒径/ km02244 661010 2020 40>40浓度/ Pg m30.812.2255676273解：在对数概率坐标纸上作岀对数正态分布的质量累积频率分布曲线，读岀质量中位直径d50 （ MMD84 1=10.3 Lm 、d84.1 =19.1 Jm、 d15。9=5.6d 50按大气污染控制工程P129 （5-24） In M MD = | nN MD +31 门2%二 NMD =3.31#m ；1 2P129（5-26） |n dL =1 n NMD In 2；g= dL =4.00m ；2 g52P129 （5-29） In dsv =ln NMD In 匚g 二 d$

11、v =8.53m。22. 根据对某旋风除尘器的现场测试得到：除尘器进口的气体流量为10000nVh，含尘浓度为4.2g/ nV除尘器出口的气体流量为 12000 m3N/h，含尘浓度为340mg/m3N。试计算该除尘器的处理气体流量、漏风率和 除尘效率（分别按考虑漏风和不考虑漏风两种情况计算）。1 3解:气体流量按 P141（5-43） Qn（Q1NQ2N ） =11000mN /s ；2漏风率 P141 （5-44） 6 = Q1N -Q2NI "00% = j000 如00% =20% q1N10000'除尘效率：考虑漏风，按 P142 (5 47)= 1 2NQ2N 才

12、 0.340 12000 =90.3%P1NQ1N4.2如0000不考虑漏风，按 P143 (5-48)=1 线=1 _ 0.340 = 91.9%Pin4.23. 对于题2中给出的条件，已知旋风除尘器进口面积为0.24m2,除尘器阻力系数为 9.8，进口气流温度为(1.01 10 ° 一 490) 298.31 汇 423= 0.832g/L423K,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)。解：由气体方程PV二凹RT得J = m =空MV RT42310000v = 273 = 17.9m/ sA 0.24 36000 832按大气污染控制工程

13、P142(5 45) ；P=9 817.92 =1311Pa。24. 有一两级除尘系统，已知系统的流量为2.22m3/s，工艺设备产生粉尘量为 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、粉尘排放浓度和排放量。解：按大气污染控制工程 P145 ( 5 58)T =1 _(1 _ 1)(1 _ 2)=1 _(1 _95%)(1 _80%) =99%22 2粉尘浓度为g/m3 =10g/m3，排放浓度 10 (1 99% =0.1g/m3;2.22排放量 2.22 X 0.1=0.222g/s。98%试绘出分级效5. 某燃煤电厂除尘器的进口和出口的烟尘粒径分布数据

14、如下，若除尘器总除尘效率为 率曲线。粉尘间隔/ Am<0.60.60.70.70.80.81.0122334质量频率进口 g12.00.40.40.73.56.024.0/%出口 g27.01.02.03.014.016.029.0粉尘间隔/ km45566881010122030质量频率进口 g113.02.02.03.011.08.0/%出口 g26.02.02.02.58.57.0解：按大气污染控制工程P144 ( 5 52) i =1 p 鱼(p=0.02)计算，如下表所示:g1i粉尘间隔/ Am<0.60.60.70.70.80.81.0122334质量频率/%进口 g1

15、2.00.40.40.73.56.024.0出口 g27.01.02.03.014.016.029.0ni /%93959091.49294.797.6粉尘间隔/ »m45566881010122030其他质量频率/%进口 g113.02.02.03.011.08.024.0出口 g26.02.02.02.58.57.00ni /%99.1989898.398.598.2100据此可作岀分级效率曲线。6.某种粉尘的粒径分布和分级除尘效率数据如下，试确定总除尘效率。平均粒径/ Am0.251.02.03.04.05.06.07.08.010.014.020.0>23.5质量频率/

16、%0.10.49.520.020.015.011.08.55.55.54.00.80.2分级效率/%83047.56068.575818689.5959899100解：按大气污染控制工程P144（5 54）n丁 =送nig1i =72.86%。7.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，空气温度为387.5K，压力为101325Pa，飞灰真密3度为 2310kg/m。解：当空气温度为387.5K时P =0.912kg/m3,卩=2.3況10。首先进行坎宁汉修正:8RT二 M当dp=0.4

17、 'm时，应处在 Stokes区域。8 &3143875532.2m/s，'3.142 28.97 109.4 10 " m，0.499 hKnp2 9.4 10,0.4二 0.47。则C =1 Kn1.2570.4exp(-110) =1.61，KnUs18_5gC = 1.41 10 m/ s。当dp=4000 Jm时，应处于牛顿区,Us =1.74g = 17.34m/s。Repdp ;u4000 10“0.912 17.342.3 汉 10°= 2750500，假设成立d2P当dp=0.4 Jm时，忽略坎宁汉修正，Us p匕g =0 088m

18、/S。经验证Re<1，符合Stokes公式。18#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=0.4 Jm h=1.41 X 105 X 30=4.23 X 104m;dp=40m h=0.088 X 30=2.64m；dp=4000 Jm h=17.35 X30=520.5m。8.试确定某水泥粉尘排放源下风向无水泥沉降的最大距离。水泥粉尘是从离地面4.5m高处的旋风除尘器出口垂直排出的，水泥粒径范围为 25500 .Lm，真密度为1960kg/m3，风速为1.4m/s，气温293K，气压 为 101325Pa。解：粒径为25m，应处于

19、Stokes区域，考虑忽略坎宁汉修正：7Usd：订g18= 3.69 10m/s。竖直方向上颗粒物运动近似按匀速考虑则下落时间8#x 122m=171mH4 5t- = 122s，因此 L=v.t=1.4Us 3.69 10 2第三次作业1. 欲通过在空气中的自由沉降来分离石英（真密度为2.6g/cm 3）和角闪石（真密度为3.5g/cm 3）的混合物，混合物在空气中的自由沉降运动处于牛顿区。试确定完全分离时所允许的最大石英粒径与最小角闪石粒径的最大比值。设最大石英粒径dp1，最小角闪石粒径dP2。由题意，1.74（dP1：P1 g =1.74” dP2；P2 g故 dm 二：p2 =3.5

20、=1.35。d p2p1 2.62. 直径为200m、真密度为1850kg/m3的球形颗粒置于水平的筛子上，用温度293K和压力101325Pa的空气由筛子下部垂直向上吹筛上的颗粒，试确定： 1）恰好能吹起颗粒时的气速；2 ）在此条件下的颗粒雷诺数；3）作用在颗粒上的阻力和阻力系数。解：在所给的空气压强和温度下，P=1.205kg/m3,4 =1.81汇10，卩8 s。dp=200#m时,考虑采用过渡区公式，按大气污染控制工程P150 （ 5-82）:Us0.153d；14(p - r)0.714g0.714卩0.428 卩0.2866 1 140 7140 7140.153(200 10 )

21、 . 1850 . 9.81 .5、0.4280.286(1.81 10 )1.205=1.03m/sRep200 10“ 1.03 1.2051.81 疋10°= 13.85，符合过渡区公式#阻力系数按 P147 (5-62) Cp=3.82。阻力按 P146 ( 5- 59)Rep121门.622»Fp CD Ap ?u3.82 -（200 10 ）1.205 1.03 = 7.83 10 N。P 2 P 243. 试确定某水泥粉尘排放源下风向无水泥沉降的最大距离。水泥粉尘是从离地面4.5m高处的旋风除尘器出口垂直排出的，水泥粒径范围为 25500 Jm，真密度为196

22、0kg/m3,风速为1.4m/s，气温293K，气压为 101325Pa。解：粒径为25 Jm，应处于Stokes区域，考虑忽略坎宁汉修正:Usd：'p18J= 3.69 10m/s。竖直方向上颗粒物运动近似按匀速考虑则下落时间#x 122m=171mH4 5t2 = 122s，因此 L=v.t=1.4Us 3.69 10#4. 某种粉尘真密度为2700kg/m 3，气体介质（近于空气）温度为 433K,压力为101325Pa,试计算粒径为 10和500 Mm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为200mm该处的气流切向速度为16m/s。解：在给定条件下 P

23、 =0.815kg / m3,卩=2.5l。"5 Pa s。当dp=10，粉尘颗粒处于 Stokes区域:Uc2Ut18 R(1 10于 2700 空18 2.5 100.2=0.768m/s。dp=500 . m，粉尘颗粒处于牛顿区:2 20.55二?d pUc?p2UtR因此Uc3.03dppUt2R-=80.2m/s。经验证Rep=1307>500,假设成立9#5. 直径为1.09的单分散相气溶胶通过一重力沉降室，该沉降室宽20cm,长50cm,共18层，层间距0.124cm，气体流速是8.61L/min，并观测到其操作效率为 64.9%。问需要设置多少层可能得到 80%

24、勺操作 效率。解：按层流考虑，根据大气污染控制工程P163 （6 -5）1 厲 一280= 二 n2 =门4 = 18汉=22 2，因此需要设置 23层。2 n221 164.96. 有一沉降室长 7.0m,高12m,气速30cm/s，空气温度300K,尘粒密度2.5g/cm 3，空气粘度0.067kg«kg.h）, 求该沉降室能100%甫集的最小粒径。解：- 0.067kg/(m.h) =1.86 10*Pa sdmin18VoHpgL1886 打 0.3 122.5 1039.81 7= 8.410m =84m ： 100m，符合层流区假设。7.气溶胶含有粒径为0.63和0.83

25、m的粒子（质量分数相等）以3.61L/min的流量通过多层沉降室。给岀下列数据，运用斯托克斯定律和坎宁汉校正系数计算沉降效率。3L=50cm, Q = 1.05g / cm , W=20cmh=0.129cm ,- 0.000182 g/(cm.s) , n=19 层。解：设空气温度为298K,首先进行坎宁汉修正:V =8RTM8 8.314 2983.142 28.97 10=466.6m/ s,0.499 'v1.82"00.499 1.185 466.6-6.6 10m26.610Kn0.210.631.10C =1 0.211.257 0.4e 0.21 二 1.26

26、4。故 usgC= 1.58 10 m/siusLW(n 1)1.58 10 弋 0.2 20二0.525。用同样方法计算可得3.61 10 /600.83粒子的分级效率为0.864因此总效率i =0.5(0.525 0.864) = 0.6958.某旋风除尘器处理含有 4.58g/m 3灰尘的气流(4 = 2.510Pa £)，其除尘总效率为90%。粉尘分析试验得到下列结果。粒径范围/ »m捕集粉尘的质量百分数/%逸岀粉尘的质量百分数/%050.576.05101.412.910151.94.515202.12.120252.11.525302.00.730352.00.

27、535402.00.440452.00.3>4584.01.11)作岀分级效率曲线；2)确定分割粒径。n解：根据大气污染控制工程P144 (5 - 53)i( P=0.1 )计算分级效率，结果如下+ Pg 2i /g3i表所示：粉尘间隔/ km055101015152020252530303535404045>45质量捕集g30.51.41.92.12.12.02.02.02.084.0频率/%出口 g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.10/%5.5949.4179.1790.0092.6596.2697.3097.8398.3699.85据此可作出分

28、级效率曲线。由上表可见，510m去除效率为 49.41。因此在工程误差允许范围内，dc=7.5 Lm。9.含尘气流用旋风除尘器净化，含尘粒子的粒径分布可用对数正态分布函数表示，且D=20 Jm ,二=1.25。在实际操作条件下该旋风除尘器的分割直径为5"m，试基于颗粒质量浓度计算该除尘器的总除尘效率。解：按大气污染控制工程P170 ( 6- 18)102 2(dpi /djg /5)2 = 21 (dpi/dc)1 (dpi/5)dpi225 dpi1dg=20，丁 -1.25,q exp-(J2?rdpi InfdpiI d pidg 厲 1.79_ .ln 20)2) exp-(

29、)2 ln ；g d pi0.32In=0 iqddpi1 代入上式，利用Matlab积分可得=0 iqddpi =96.3%。10.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2ni/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%寸的除尘效率（参考图 6-27）。13 4 解：1） Q =2/3=0.667 m 3/s，S=3.662=13.4m2，n j =1exp（:X 0.

30、122） = 99.3%。0.667/22) VmOL = 05 =1.5，查图 6-27 得 Fv=1.75 v 1/3故 i =1一（1 一 ）Fv =1-（1 一99.3%）1.75 =98.8%。11.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 98%有关法规规定排气中含尘量不得超过 0.1g/m 3。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/ km3.58.013.019.045.0并假定德意希方程的形式为=1 edp，其中 捕集效率；K经验常数；d颗粒直径。试确定：1

31、）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。解: 1）由题意 0.5 = 1 - exp（ -k 0.9）= k = 0.77dp=3.5 Lm，1 =1-exp(-0.77 3.5) =93.2%dp=8.0，2 = 1 'exp(-0.77 8.0) =99.8%dp=13.0，3 =1 -exp(-0.77 13.0) =100%故=0.2 93.2%0.2 99.8%1 0.2 3 =98.6%98%p i2） 98.6% =1 - 一么，则P2i =0 42g/m 3>0.1g/m 3。不满足环保规定和使用者需要

32、。12.对于粉尘颗粒在液滴上的捕集，一个近似的表达式为二exp -(0.018M 0.5只/R - 0.6R2)。其中M是碰撞数的平方根，R=d/d D，对于密度为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、1oo、500 . m的液滴上的捕集效率。解：1)粉尘粒径dp=10m当液滴直径为50 时，R=0.2 ；碰撞数N|2dpp(Up -Ud)18Dc=366.3 ,、N-19.14。12#由给出计算公式可得=50.3%同理可得液滴直径为100 m、500 m时捕集效率为42.6 %、10.1%。2)

33、dp=50 'm用同样方法计算可得颗粒在直径为50m、100m、500m的液滴上捕集效率分别为0、10.2%、25.0 %。13. 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/cm 3方程，烟气粘度为 2.23 x 105Pa.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/ Pm质量百分数/%<0.10.010.10.50.210.51.00.781.05.013.05.010.016.010.015.012.015.020.08.0>20.050.0解：按大气污染控制

34、工程 P211 ( 6 - 53)3 2 Q|_32 2_3p = 1.03 汉 10 Vt (L) =1.0310 汉(8310 )汽 1.36 汉 10=96.5cmH2。Qg由(6-55) P = exp6.110igCCd；fJp=eq33d；粒径小于0.1m所占质量百分比太小，可忽略;粒径大于20.0 Jm，除尘效率约为1 ；因此pQ-0.33-0.32100e.33 0.752 逖e4.33 32型 e.33 7”2100 100 100#二 0.0152%12.0-0.33 12.528.0-0.33 17.52ee100 100故=1P =98.48%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丄m的球形颗粒，颗粒的质量浓度为 80lg / m3。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？- 2解：由Air Pollution Control EngineeringP300 9.48 式 M - D D ZC t。 t 通过 P293 Figure49.18读取。取Pp = 2 x103kg/m 3，雨滴D=2mm处于牛顿区，利用大气污染控制工程P150（ 5;?pdpv2 103 (3 10