大气污染控制工程第六章习题解答

1、作业习题解答第六章除尘装置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。解：Q 1.2o计算气流水平速度 vo = =2.87M10 m/s。设粒子处于 Stokes区域，取A 9.14 4.571.82x10，s。N = 17.11 +0.0536T+(p/8280 )M10 pa s_ 18&oH d min,：pgL= 17.2 10-6m 17.2Jm18 1.82 10，2.87 10/ 4.571.21 103 9.81 12

2、.19即为能被100%捕集的最小雾滴直径。 若考虑返混，则min36v0H?pgL36 1.82 10 2.87 10/ 4.57 1.21 103 9.81 12.19= 24.3 10*m=24.3m课本P163，对于dp100(im颗粒，符合 Stokes假设。不考虑返混直径为1.09 km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%的操作效率。解:，、一一一u0LW(n 1)按层流考虑，=-s-式中n为隔板数，设n+1=N 代表沉

3、降室层数i Q TOC o 1-5 h z , N80=-N2=Ni?=18m=22.2,因此需要设置 23层。2 电164.93有一沉降室长 7.0m,图12m,气速30cm/s,空气温度 300K,尘粒密度 2.5g/cm ,空气 粘度0.067kg/(m.h),求该沉降室能100%捕集的最小粒径。6.3 解:二二0.067kg/(m.h) =1.86 10*Pa sd i . 18v0Hmin DpgL流区假设。= 8.4M10,m = 84Nm 4584.01.11)作出分级效率曲线；2)确定分割粒径。Sli =S1g1i，S2i =S2g2i，S3i = S3g3i、=S3g3i或

4、ni =1_S2g2i =1 _Pg2L 或 21Slgligli1Slgligli1 Pg2i /g3i注：gli进口 g2i出口(逸出)g3i捕集6.6 解：nP144 (553) = (P=0.1)计算分级效率，结果如下表所示：n0.90.9 0.1 76/0.5= 5.59%Pg2i /g3i粉尘间隔/ Nm05510101515202025253030353540404545顾里捕集g30.51.41.92.12.12.02.02.02.084.0频率/%出口g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.12/%5.5949.4179.1790.0092.6596

5、.2697.3097.8398.3699.85Pg2i / g3i据此可作出分级效率曲线。,一率效级分由上表可见，510 Nm去除效率为49.41。因此在工程误差允许范围内，dc=7.5Nm。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:212P169 （613）Ap = - 2Vi2 =一父9.9 Ml.293M 152 =1440Pa 。26.10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

6、 Rm的粉尘 荷电量q=0.3X10T5C,计算该粉尘的驱进速度 w和电除尘效率。6.10 解：P187 (633)qEp3 二dp p0.3 1045 100 1033 二 1.81 10,1 10 上=0.176m/s。 TOC o 1-5 h z 23A=叼L =冗 M0.3M2 =1.885m , Q=0.075m3/sA1.885“i =1 一exp( wi )=1 -exp(-父 0.176) = 98.8%。 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document Q0.0756.11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，

7、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：322，13.4 2 1) Q =2/3=0.667 m /s, S=3.66 =13.4m ， % =1exp(m 0.122) = 99.3%。0.667.13.4 6或 i =1 _exp(_0.122) =99.3%2v Q/A 052）设气流横截面积为A,则=-2=1.5,查图 627v Q/3A

8、 1/33.51.2 L4 1.61.82.0得 Fv=1.75峰值速度/平均速度故、=1 -(1 -n)Fv =1 -(1 99.3%)1.75 = 98.8%。6.12板间距为25cm的板式电除尘器的分割直径为 0.9m ,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/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/ Rm3.58.013.019.045.0并假定德意希方程的形式为 1 =1-e*dp,其中“捕集效率；K经验常数；d颗粒直径。试确定：1）该除尘器效率能否等于或

9、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:刈=1e*dp?，A 、，i =1 -exp( -w) =1 -exp(3 二A qEpA)=1 exp(-Q3二叫Qp2-0dpEoEp3二-a p)=1 exp(kdp)1)由题意 0.5 =1 -exp( -k 0.9)= k =0.77dp=3.5Nm, ? =1-exp(-0.77父3.5) =93.2%dp=8.0 Nm , “2=1 -exp(-0.77 x 8.0) = 99.8%dp=13.0Nm, 3 =1exp(-0.77x 13.0) =100%故=0.2 93.2% 0.2 9

10、9.8% 1 0.2 3 =98.6% 98%2) P2i =30”198.6%)= 0.42g/m3, 0.1g/m3。不满足环保规定和使用者需要。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5X 10 26kg,粉尘在电场中的停留时间为5s。试计算：1）粒径为5 Nm的粉尘的饱和电荷值；2）粒径为0.2 Nm的粉尘的荷电量；3）计算上述两种粒径粉尘的驱进速度。 TOC o 1-5 h z 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：1) P183 (631)电场荷电为_；2 _ 1

11、 .5 2.62 _5_.16_q =3 二；0dpE0=38.85 10(5 10 )3.4 10 =3.04 10 C；23.5扩散荷电按P184 (632)计算，2二 0kTdpn 二 2 e2e udpNtln(1p-)8 0kT2二 8.85 102 1.38 103 423 5 1。(1.6父10，9 221.6 10467 5 10108 5ln(1行23)8 8.85 10,2 1.38 10“3 423= 63.365 0.06982 = 4.42ne =4.42 1.6 10,9=7.08 10,9C与电场荷电相比很小，可忽略。因此饱和电荷值 3.04 X 10 16Co2

12、)电场荷电为 21 .542-62549_q=3 二；0dpE0 =3 一 8.85 10(0.2 10 )2 3.4 105 = 4.86 1019c；2 p3.5扩散荷电2-0kTdD pln(12-e udoMt p U8 ；0kT2二8.85 1012 1.38 100 423 0.2 10-69 21.6 1019ln(1心2公a1.6 10,9467 0.2 10-6 108 58 8.85 10 12 1.38 100 42333=2.53 2.889 10 =7.31 10ne =7.31 10与 1.6 10,9 =1.17 101C与电场荷电相比很小，可忽略，故粉尘荷电量4

13、.86X 10 19CO3）取=2.5 10 3 Pa sdp=5 Nm 时,qEp3 二dp3.04 106 3.4 105TTT . _ _5 Z . _ _e3 二 2.5 105 10=0.088m/s；,qEp4.86 103.4 105工dp=0.2 Nm时，w =56- = 3.51 父 10 m/ s。3 二dp3 二 2.5 100.2 106.14图6 49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。图6-49：电除尘器捕集效率与比集尘板面积的关系查图得集气板面积约 1000m2 (I000m3/min)根据

14、,=1 _exp(_-Awi)Q0.995=1 exp (wi)解得 Wi=5.30m/min。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: TOC o 1-5 h z AA, A”=1-exp(- w) =95% ,故 exp(- w) = 0.05 , exp( 2w)=0.0025 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document QQQ HYPERLINK l bookmark165 o Current

15、 Document A-.因此 r=1 -exp(-2w) =1 -0.0025 =99.75% o烟气中含有三种粒径的粒子：10 Nm、7Nm和3 Rm ,每种粒径粒子的质量浓度均占总浓度的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。解：设3种粒子的分级效率分别为 ？、“2、n3 ,则123 =(1-e/k) (1-e) (1-e) =3 0.95= k = 0.6586因此？ =99.9%, 2=99.0%,列3=86.1%。对于粉尘颗粒在液滴上的捕集，一个近似的表达式为n =exp(0.018M 0.54r/R-0.6

16、R2)。其中M是碰撞数的平方根，R=dp/dD,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 Nm； 2) 50/的粉尘在直径为 50、100、500 Nm的液滴上的捕集效率。6.17 解：1)粉尘粒径 dp=100m,d (u Ud )当液滴直径为 50Nm时，R=0.2；碰撞数 NI =-ppp= 366.3, %；NI =19.14。18Dc由给出计算公式可得=50.3%同理可得液滴直径为 100 Nm、500 Nm时捕集效率为42.6%、10.1%。2) dp=50m用同样方法计算可得颗粒在直径为50 Nm、100 Nm、

17、500 Nm的液滴上捕集效率分别为0、10.2%、25.0%。粒径/ Nm质量百分数/%20.050.06.18 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/m 3,喉管气速为83m/s,粉尘密度为0.7g/cm3方程，烟气粘度为 2.23X10-5Pas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：6.18 解：按大气污染控制工程P211 (653).”-1.03 10% (旦)u-1.03 10，(83 102)2 1.36 10 Qg= 96.5cmH2O556.1 M10 RPgCcdpf2Ap6.1M10 x1M0.7M0.22M96.

18、5Mdp33d: exp-5: exp-卜 eg2.23 10粒径小于0.1 Nm所占质量百分比太小，可忽略；粒径大于20.0 P-m ,除尘效率约为1；因此P=02! e。33。32 078 eq33。.752 .匪 eq?33210010010016.0.0.33 7.52e10012.0 e.33 12-52 - 8.0 e.33152 = 0.0152% 100100故=1 P =98.48%。6.19水以液气比12L/m3的速率进入文丘里管，喉管气速 1.845X 10 5Pa.s,颗粒密度为1.789g/cm3,平均粒径为 器的压力损失和穿透率。116m/s,气体粘度为1.2Nm,

19、 f取0.22。求文丘里管洗涤6.19 解：甲二T.03 10“vT(Ql ) =T.03 10(11600)2 12 10” =1663cmH2O Qg坎宁汉修正CC0.1720.172=1 =1 =1.143dp1.2P =exp6.1父10 PgCcdjfp_9_ 2_2=exp- TOC o 1-5 h z 6.1101 1.7891.1431.20.221663(1.845 10 4)2一 _ 19_-3.59 1006.20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152.4cmH2。，以达到要求

20、的处理效率。估算洗涤 器的尺寸。6.20 解：设气液比 1L/m3, dp=1.2 m, Pp =1.8g/cm3 , f=0.25。在 1atm 与 510.K 下查得Ng =2.99M10，Pa s。g由即=1.03M10,v；(Ql ) = -1.03x103 xv2 1.0 x10 = 152.4cmH2O可解得 Qg TOC o 1-5 h z 一一 c 7.12v=121.6m/s。故喉官面积 S = 0.058m , DT=272mm。121.6取喉管长度300mm ,通气管直径 D=544mm。% = 24 口2=6，则Di -Dt1D2Dt2L1Lctg 1 =640mm =

21、0.64m ， L2Lctg =3.13m2222(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 Nm的球形颗粒，颗粒的质量浓度为80 Ng / 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？6.21 解：2.7-7-由Air Pollution Control Engineering P300 9.48 式 M =DDizcnt t 通过 P293 Figure49.18读取。取Pp =2x103kg/m3 ,雨滴Db=2mm,处于牛顿区，利用大气污染控制工程P150 (5 8

22、3) v=1.742.0m102(1.0m103 1.205)x9.81/1.2051/2 =7.0m/s。因此，：pdpv 2 103 (3 10 )2 7.0Ns =, =0.912。从 Figure 9.18 读出 =0.11 ( Cylinder)。18Db 18 1.82 10X 2 10多3 2 _故 M=一父(2父10 ) m300 M80 m 0.11 =0.0083因。413 r3 , -4而披滴本身M = nD P =4.19 m10%。故质量增加了 1.98X10 %。66.22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

23、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：., C 15 Q, 由Air Pollution Control Engineering 公式 ln 二刈一-At 代入已知数据CoDd A31 52510Aln 0.1 =-53。0.1。A&n At=12.3h,即需持续半天左右的时间。2 103A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

24、袋直径15cm,系 统的压降1500Pa,破裂的布袋数为 2。6.23 解:9.15 -0.04589.15100% =99.5%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:598239.15 -0.0761C=Co(1 -n)+ C0 = 0.0761g/m3。因此 n =黑 100% = 99.2%。6006009.15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。x x f gx fViKf,c Xc+ -g-V1 =400。Kp6.

25、24 解:.gXf设恒定速度V1,则g- V1 =40, Kf-g Xf-g Xp1-gXp2若在 400Pa压降下继续，则 v2 +-g-v2 +-g-v2 =400KfKpKp=竺 V2 36%360Q2V1Q1400 V2 = 400 =V2 Vi360Q2 V22二三40070.8 v1400 30 dQ270.8dt360 30Q2 dQ270.82 dt TOC o 1-5 h z dQ2- dQ2 HYPERLINK l bookmark142 o Current Document =400= 169.5 2 2.15Q2 2 = 400dtdt解此微分方程得 Q2=90.1m3

26、。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。p/ Pa61266677490099010621152M/kg0.0020.0040.0100.020.0280.0340.042 TOC o 1-5 h z 6.25 解: 当 T=300K 时，N =1.86父 10Pa S , v=1.8m/min=0.03m/s。M M HYPERLINK l bookmark1

27、46 o Current Document 1.2 103 100 10412MM = 3xpS， xp = r - S=pf M 1.86 Io 0.03/Kp12p利用所给数据进行线性拟和，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：1）过滤气速估计为 VF=1.0m/mi

28、n。2）除尘效率为99%,则粉尘负荷 W =vF&Ct =0.99父6t =5.94tg/m2。3）除尘器压力损失可考虑为P = Pt - FE ；：PppPt为清洁滤料损失，考虑为l20Pa； &Pe =Se Vf =350Pa；Pp =Rpv2ACt =9.5父12 M5.94t =56.43tPa,Rp取9.50N min/（g m）；故 AP=APJ +APE +APp =350 + 120 + 56.43t（Pa） = 470 + 56.43t（Pa）。4）因除尘器压降小于 1200Pa,故470 +56.43t（Pa） 1200,t 12.9 min即最大清灰周期。Q10000 39325) A = 240m 。60vF60 1 2732 A6)取滤袋 d=0.8m, l=2m。a=ndl = 5.03m , n=47.7,取 48 条布袋。a6.27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7ZvsD 2a细粒子的穿透率。P =exp（一后Fp-）。其中：Z=在气流方向上床的长度；vs=r体的表面流速；Dpa=细粒子的空气