大气污染控制工程第三版课后习题的答案(18章全)

...wd......wd......wd...大气污染控制工程课后作业习题解答第一章概论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，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。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〕C855 71.2571.25H 113－2.555.2527.625S100.31250.3125H2O22.51.250N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，那么理论空气量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+1.25=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C65.7 5.4751H3.23.20.584S1.70.0530.010O2.30.0720.013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=1.14951〕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〕C79566.25 66.25H31.12515.56257.78S60.18750.1875H2O52.8752.940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，那么理论干空气量为0.223×〔3.78+1〕=1.066mol。取，那么实际干空气1.2×1.066mol=1.279mol。空气含湿量为12g/m3N，即含H2O0.67mol/m3N，14.94L/m3N。故H2O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烟气进展计算，那么SO2120×10－6m3，排放浓度为。3〕。4〕。2.6解：按1kg煤进展计算重量〔g〕摩尔数〔mol〕需氧数〔mol〕C75863.17 63.17H40.7520.37510.19S160.50.5H2O83.254.6250需氧63.17+10.19+0.5=73.86mol设干空气中N2：O2体积比为3.78：1，那么干空气量为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。O2。2.7解：SO2含量为0.11%，估计约1/60的SO2转化为SO3，那么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，那么生成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，那么含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。对上式进展积分得：即〔3〕假设山脚下的气温为10。C，带入〔3〕式得：得即登山运发动从山脚向上爬了约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：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进展直线拟合，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，，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；，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展计算：假设地面大气压强为1013hPa，那么由习题3.1推导得到的公式，代入数据〔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：，，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展计算，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略。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。假设不存在峭壁，那么有现存在峭壁，可考虑为实源与虚源在所关心点奉献之和。实源虚源因此+=刮北风时，坐标系建设不变，那么结果仍为上式。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。〔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。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，那么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，xD<x<2xD，按x=xD和x=2xD时浓度值内插计算。x=xD时，，代入?大气污染控制工程?P88〔4－9〕得x=2xD时，，代入P101〔4－36〕得；通过内插求解当x=6km>2xD时，，计算结果说明，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，那么有，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。第五章颗粒污染物控制技术根基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：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g27.01.02.03.014.016.029.0 93959091.49294.797.6粉尘间隔/4~55~66~88~1010~1220~30其他质量频率/%进口g113.02.02.03.011.08.024.0出口g26.02.02.02.58.57.00 99.1989898.398.598.2100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。首先进展坎宁汉修正：，，。那么，。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，。经历证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，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：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，那么下落时间，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。经历证，Rep=1307>500，假设成立。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，首先进展坎宁汉修正：，，。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g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.1 5.5949.4179.1790.0092.6596.2697.3097.8398.3699.85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。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。6.12解：1〕由题意dp=3.5，dp=8.0，dp=13.0，故2〕，那么=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，因此。6.16解：设3种粒子的分级效率分别为、、，那么因此，，。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。，，那么，〔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，。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，那么，。假设在400Pa压降下继续，那么解此微分方程得Q2=90.1m3。6.25解：当T=300K时，，v=1.8m/min=0.03m/s。，。利用所给数据进展线性拟和，，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%，那么粉尘负荷。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=7.5h。第七章气态污染物控制技术根基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：利用公式，将数据代入，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进展直线拟合：，即K=30，n=1.43；依据公式，对P~P/V进展直线拟合：，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。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