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1、作业习题解答第二章燃烧与大气污染2.1 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。% （质量）mol/100g 煤 mol/mol 碳2.1 解：1kg燃油含：重量（g）C855H113-2.5S10H2O22.5N元素忽略。摩尔数（g）需氧数（g)71.2571.2555.2527.6250.31250.31251.2501)理论需氧量 71.25+27.625+0.
2、3125=99.1875mol/kg设干空气。2： N2体积比为1: 3.78,则理论空气量 99.1875X4.78=474.12mol/kg重油。即 474.12 X22.4/1000=10.62m3N/kg 重油。烟气组成为 CO271.25mol , H2O 55.25+11.25=56.50mol , SO20.1325mol , N23.78 X 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 X 22.4/1000=11.27m3N/kg 重油。2）干烟气量为 502.9956.5
3、0=446.49mol/kg 重油。SO2百分比浓度为 03125 M 100% =0.07% ,446.4971 25空气燃烧时CO2存在最大浓度M100% =15.96%。446.493）过剩空气为10%时，所需空气量为 1.1 X 10.62=11.68m3N/kg重油， 产生烟气量为 11.267+0.1 X 10.62=12.33 m1/kg 重油。2.2普通煤的元素分析如下：C65.7%;灰分18.1%; S1.7%; 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 SO2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
4、%,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。2.2 解：相对于碳元素作如下计算：C65.75.4751H3.23.20.584S1.70.0530.010O2.30.0720.013灰分18.13.306g/mol水分9.01.644g/mol故煤的组成为 CHo.584So.010O0.013 ,燃料的摩尔质量(包括灰分和水分)为0_ = 18.26g/molC 。燃烧方程式为5.475CH0.584S0.010O0.013 +n(02 +3.78N2)t CO2 +0
5、.292H2O+0.010SQ +3.78nN2n=1+0.584/4+0.010 0.013/2=1.14951.1495 (1 - 3.78)q qq1)理论空气量 ()父1000 M 22.4M10 m3/kg = 6.74m3/kg ;18.26SO2在湿烟气中的浓度为100% =0.174%0.0101.6441 0.292 0.010 3.78 1.1495 18_，10002)产生灰分的量为18.180% -144.8g/kg100烟气量(1+0.292+0.010+3.78 X 1.1495+1.644/18) X 1000/18.26 X 22.4X 10 3=6.826m3
6、/kg灰分浓度为M103mg/m3=2.12 x 104mg/m36.8261000 1.7% .1.7 403）需石灰石=103.21kg/t 煤32.0035%2.5干烟道气的组成为： CO211% （体积），O28%, CO2%, SO2120X 10 6 （体积分数），颗 粒物30.0g/m3（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（Ng/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。2.5 解：1） N2%=1
7、 - 11%-8%-2%-0.012%=78.99%由大气污染控制工程P46 （211）空气过剩8 -0.5 2100% =50.5%0.264 78.99 -(8 -0.5 2)2）在测定状态下，气体的摩尔体积为= 39.46L/mol ；-P1V1 T2101325 22.4 443V2 二 一二工 P2273 700 133.322取1m3烟气进行计算，则 SO21 20X 10 6m3,排放浓度为120 1039.46 10 工_ _3黑(1 8%)父64 =0.179g/m 。22 433) 5663.37 父士二m(1-8%) =2957m：/min。 39.4639.4634)
8、30.0 x = 52.85g/mN。22.42.9 解：(1) 102.23t, (2)42.178t,3.25t.第四章大气扩散浓度估算模式4.3某污染源排出 SO2量为80g/s,有效源高为 60m,烟囱出口处平均风速为6m/s。在当时的气象条件下，正下风方向500m处的仃y =35.3m,oz =18.1m,试求正下风方向500m处SO2的地面浓度。4.3 解:由大气污染控制工程P88 (49)得：二exp(_* =二 U 二 Z2二 z80二 6 35.3 18.1exp(一 60 2)=0.0273mg/m3 2 18.124.4 在题4.3所给的条件下，当时的天气是阴天，试计算下
9、风向x=500m、y=50m处SO2的地面浓度和地面最大浓度。4.5 解：阴天稳定度等级为D级，利用大气污染控制工程P95表44查得x=500m时仃y =35.3m,0z =18.1m。将数据代入式48得：(500,50,0,60)80二 6 35.3 18.1exp(-5022 35.32)exp(一6022 18.123)=0.010mg /m 。4.6 某一工业锅炉烟囱高 30m,直径0.6m,烟气出口速度为 20m/s,烟气温度为405K,大 气温度为293K,烟囱出口处风速 4m/s, SO2排放量为10mg/s。试计算中性大气条件下 SO2 的地面最大浓度和出现的位置。4.5 解:
10、由霍兰德公式求得vsDTs Ta20 0.6405-293H =v(1.5 + 2.7-D) =(1.5 +2.7 父父 0.6) = 5.84m,烟 囱uTs4405有效高度为 H = Hs + AH = 30 + 5.84 = 35.84m。由大气污染控制工程P89 (410)、(411)2Q 二 z g时,二uH e；H 35.84取稳定度为D级，由表4- 4查得与之相应的x=745.6m。z = 1 = -25=- = 25.34m。，一，一2 1025.343此时仃y = 50.1m。代入上式 Pmax =2 m=0.231Ng/m。二 4 35.84 e 50.14.9某烧结厂烧结
11、机的 SO2的排放量为180g/s,在冬季下午出现下沉逆温，逆温层底高度为 360m,地面平均风速为 3m/s,混和层内的平均风速为3.5m/s。烟囱有效高度为 200m。试计算正下风方向2km和6km处SO2的地面浓度。4.9 解:设大气稳定度为 C 级。erz = D H = 360 .200 =74/2m= xD =1226.5m2.152.15当x=2km时，Xdx2x d 时，* = 474m ,180. 2二 3.5 360 4743=0.120mg/ m计算结果表明，在 Xd=x23.5质量频率/%0.10.49.520.020.015.011.08.55.55.54.00.80
12、.2分级效率/%83047.56068.575818689.59598991005.9 解:nT = gi =72.86%。5.15某种粉尘真密度为 2700kg/ m3,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 Rm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。5.15 解：在给定条件下 P = 0.815kg/m3, N= 2.5 父10Pa s。当dp=10 Mm ,粉尘颗粒处于 Stokes区域:Ucdp：p Ut218 R(1 10 )2 2700 162 厂18 2.5 1
13、00.2=0.768m/s。dp=500 Rm,2utO因此R=1-1 -0.67(0.3)0.14回厂283_ 2 213d粉尘颗粒处于牛顿区：0.55二：d pUc = ,二d p ： ppp p p6-23.03dp ：pUtUc =80.2m/s。经验证，Rep=1307500 ,假设成立。R：第六章除尘装置6.5试确定旋风除尘器的分割粒径和总效率，给定粉尘的粒径分布如下:平均粒径dp/ pm15102030405060 60重量百分数（）3 20 152016106375已知气体粘度2M0 Pas,颗粒比重2.9,旋风除尘器气体入口速度15m/s, 气体在旋风除尘器内的有效旋转圈数为
14、 5次；旋风除尘器直径 3m,入口面积 76cm2。解：由N=2X-5Pas查附录6,空气温度T=273+60=333K。由涡流指数公式：f 丁平3n =1 1 0.67（D）0.14】I60巾 9.5 24.6 35.9 50.2 59.7 66.5 71.8 75.9 75.9g/%32015201610637总=2 g *48.7%答：旋风除尘器的分割粒径dc=19.8仙叫总效率为48.7%6.8欲设计一个用于取样的旋风分离器,希望在入口气速为20m/s时，其空气动力学分割直径为1 Hm。1）估算该旋风分离器的筒体外径；2）估算通过该旋风分离器的气体流量。6.8 解：二 NVcD2：p=
15、1 - exp -(1一)9皿2因上=寸=-000(Pp 单位取 kg/m3)，故 D2Pp = 1000 Dpa；Dpa - p p由题意，当”=50%,Vc =20m/s。取 N =1.82M10，Pa s, N=10,代入上式50% = 1 -exp-(),解得 Wi=5.5 mm。二 10 20 (1.0 10)2 1000_ _ _59W 1.82 10根据一般旋风除尘器的尺寸要求，D=4Wi=2.2cm ; H = 2 Wi=1.1cm。0.9 m ,使用者希望总效率不小于98%,气体流量 Q=A.V=H.W.V c=1.21 X 10 3m3/s6.12板间距为25cm的板式电除
16、尘器的分割直径为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/ Nm3.58.013.019.045.0并假定德意希方程的形式为 n =1 _e”dp,其中刈捕集效率；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：1)由题意 0.5 =1 -exp(-k 0.9)= k =0.77dp=3.5m,，=1exp(0.77父 3.5) =93.2%dp=8.0 Nm,
17、 2 =1 -exp(-0.77m8.0) =99.8%dp=13.0Nm, n3 =1exp(-0.77x 13.0) =100%故=0.2 93.2% 0.2 99.8% 1 0.2 3 =98.6% 98%p2) 98.6% =1 一,则P2i =0.42g/m30.1g/m3不满足环保规定和使用者需要。 306.19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1.845X 10 5Pa.s,颗粒密度为1.789g/cm3,平均粒径为1.2 Nm , f取0.22。求文丘里管洗涤 器的压力损失和穿透率。：p=-1.03 10vT(-QL) Qg6.19 解
18、：二-1.03 10(11600)2 12 104 =1663cmH2。,01720172坎宁汉修正 CC =1 必17 =1 0172 =1.143dp1.2口 r 6.1 10q：l：gCCd2f2.RP =exp-j2g_9_2_2=exp-=06.1 101 1.789 1.143 1.22 0.222 1663(1.845 10)26.20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。，以达到要求的处理效率。估算洗涤 器的尺寸。6.20 解：设气液比 1L/m3, dp=l.2Nm,
19、 Pp=1.8g/cm3, f=0.25。在 1atm 与 510.K 下查得% =2.99父10芭Pa s。由 Ap = 1.03m10Y（%）=1.03x10，xv2 M1.0M10* = 152.4cmH2O可解得 Qg一一一 一 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 ;豆2=6 1则,Di -Dt ： 1. D2 - Dt , ： 2Li = 1 T ctg 1 = 640mm = 0.64m , L2 = 2 T ctg 2=3.13m 2222（取 D2=600mm
20、）。6.27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。6.27 解：1）过滤气速估计为 VF=1.0m/min。 22）除尘效率为 99%,则粉尘负荷 W =VFCt =0.99x6t =5.94tg/m 。3）除尘器压力损失可考虑为P，书:PEyPppPt为清洁滤料损失，考虑为 120Pa； A
21、Pe =Se Vf =350Pa；Pp =RpV2ACt =9.5父12 M5.94t =56.43tPa,Rp取9.50N min/(g m)；故 AP=APt +APE +APp =350 + 120 + 56.43t(Pa) = 470 + 56.43t(Pa)。4)5)6)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 3932A = 240m 。60Vf60 1 2732 A取滤袋 d=0.8m, l=2m。a=ndl=5.03m , n=l=47.7,取 48 条布袋。 a第七章气态污染物控制技术基础7
22、.3用乙醇胺(MEA)溶液吸收 H2s气体，气体压力为 20atm,其中含0.1%H2s (体积)。 吸收剂中含0.25mol/m 3的游离MEA。吸收在293K进行。反应可视为如下的瞬时不可逆反应：H2S+CH2CHCH2NH2T HS-+CH2CHCH2NH：。已知：kAia=108h 1, kAga=216mol/m 3.h.atm , Dai =5.4 x 10 6m2/h , Dbi=3.6X 10 6m2/ho 试求单位时间的吸收速度。7.3 解：20 C 时 H2s E=0.489X 105kPa,分压 20atm x 0.1%=2.03kPa。P*=Ex , x=P*/E=4.
23、15 X 10 5,故 C*h2s=2.31mol/m 3。H=C/P*=2.3/ ( 2.03X 103) =1.14 X 10 3mol/ (m3.Pa) =115mol/ (m3.atm),1H111511由二十=+= 0.542, K Al = 1.85h 。Kaikgkl216108. . _*一 _ . _ 一 2一、NA = KAl (CH2S -CH2S) =1.85父 2.31 =4.3mol/(m h)。7.4在吸收塔内用清水吸收混合气中的SO2,气体流量为5000m3N/h,其中SO2占5%,要求SO2的回收率为95%,气、液逆流接触，在塔的操作条件下，SO2在两相间的平
24、衡关系近似为 Y*=26.7X，试求：1）若用水量为最小用水量的1.5倍，用水量应为多少？2）在上述条件下，用图解法求所需的传质单元数。7.4 解：Gb=5000X 0.95=4750m3N/h。、，(5000 -4750) L” c” “工Yi=0.053 ,Y25 5% =2.63 104750二)minGBY1 -Y2Xmax -00.053-0.00263 八=25.4。0.053/26.7因此用水量 Ls=25.4Gbx 1.5=1.81 X 105m3N/h。由图解法可解得传质单元数为 5.6。7.5 某吸收塔用来去除空气中的丙酮，吸收剂为清水。入口气体流量为10m3/min,丙酮
25、含量为11% （摩尔），要求出口气体中丙酮的含量不大于2% （摩尔）。在吸收塔操作条件下，丙2酮水的平衡曲线（1atm和299.6K）可表示为y = 0.33xe （17）。1）试求水的用量，假设用水量取为最小用水量1.75倍；2）假设气相传质单元高度（以 m计）H 0y =3.3G0.33L33o其中G和L分别为气、液相的流量（以kg/m2.h表示），试计算所需要的高度。7.6 解：GB=10X0.89=8.9m3/min, Yi=0.124 , Y2=0.02 o 作出最小用水时的操作线，xmax=0.068。LsGb) min0.124 -0.023=1.53, Ls=i.53 x 1.
26、75 x 8.9=23.8m /min。0.068图解法可解得传质单元数为a、0.333.1。H y =3.3x()=2.39m。Hy=2.39x 3.1=7.4m。7.10在直彳至为1m的立式吸附器中， 装有1m高的某种活性炭， 填充密度为230kg/m3,当吸 附CHCl3与空气混合气时，通过气速为 20m/min, CHCl 3的初始浓度为 30g/m3,设CHCl3 蒸汽完全被吸附，已知活性炭对 CHCl 3的静活性为26.29%,解吸后炭层对 CHCl 3的残留活 性为1.29%,求吸附操作时间及每一周期对混合气体的处理能力。7.10 解：a；?bK 二V：0(0.2629 -0.0
27、129) 23020 30 10，=95.8min/ m，一一一 一 12 一一t =KL = 95.8m i n x=aSLPb = (0.2629 - 0.0129)父n 父 12 父 1 父 230 = 45.2kg。47.12利用活性炭吸附处理脱脂生产中排放的废气，排气条件为294K, 1.38X 105Pa,废气量25400m3/h。废气中含有体积分数为0.02的三氯乙烯，要求回收率 99.5%。已知采用的活性炭的吸附容量为28kg三氯乙烯/100kg活性炭，活性炭的密度为 577kg/m3,其操作周期为4h, 加热和解析2h,备用1h,试确定活性炭的用量和吸附塔尺寸。7.12 解：
28、三氯乙烯的吸收量 V=2.54 X 104X 0.02 X 99.5%=505.46m 3/h, M=131.5。由理想气体方程PV = m RT得MPVM m 二RT._5 _1.38 10505.46 131.58.31 2943= 3.75 10 kg /h因此活性炭用量 m0 =100乂3.75父103 M4=5.36M104kg ；285.36 1043=92.9m。5777.20把处理量为250mol/min的某一污染物引入催化反应器，要求达到74%的转化率。假设采用长6.1m,直径3.8cm的管式反应器，求所需要催化剂的质量和所需要的反应管数目。假定反应速度可表示为：Ra= 0.
29、15 (1 xa) mol/ (kg催化剂.min)。催化剂堆积密度为 580kg/m3。7.20 解：反应管转化率为Xa时，反应速度为 Ra=0.15 (1xa) mol/ (kg催化剂.min)。根据单管物料平衡可列出如下方程：0.15(1 - xA) PAdx = QdxA3T其中 A = Lx(3.8M10i)2 =1.1X10m2 , Q 单位为 mol/min。4dxA数据代入并整理得 0.098668dx = Q ,对等式两边积分，即1 XA6.10.740.098668o dx=Q三,1 - XA解得 Q=0.447mol/min 。反应管数目：250/0.447 = 560个
30、。作业习题解答第八章硫氧化物的污染控制第8章1, 2, 31.1 某新建电厂的设计用煤为：硫含量 3%,热值26535kJ/kg。为达到目前中国火电厂的排放标准，采用的 SO2排放控制措施至少要达到多少的脱硫效率？8.1 解：要达到火电厂大气?染物排放标准GB13223-2011中广东新建电厂锅炉二氧化硫的排放标准3100mg/m。3%硫含量的煤烟气中 SO2体积分数取0.3%。则每立方米烟气中含 SO23x 64103 = 8571mg/m3；22.4因此脱硫效率为 8571 100父100% = 98.8%。85718.4 冶炼厂尾气采用二级催化转化制酸工艺回收SO2。尾气中含SO2为7.
31、8%、。2为10.8%、N2为81.4% (体积)。如果第一级的 SO2回收效率为98%,总的回收效率为 99.7%。计算： 1)第二级工艺的回收效率为多少？2)如果第二级催化床操作温度为420 C,催化转化反应白平衡常数 K=300,反应平衡时SO2V SO的转化率为多少？其中，K =0.5 。ySC2(yO2)8.4 解：1)由 1 =1(11)(1TV 99.7%=1 (198%)(12),解得 “2 =85%。2)设总体积为 100,则SO27.8体积，0210.8体积，N281.4体积。经第一级催化转化后余X、SO20.156体积，026.978体积，N281.4体积。设有x体积SO
32、2转化，则总体积为(88.5-)。2x,-八一3由此解得x=1.6X10 ；x/(88.5 x)因此,300 二20.156-x 6.978 x/2 0.588.5 - x/2 88.5-x/21 6 10 q故转化率为1 一=99%0.1568.8石灰石（CaCO3）法洗涤脱硫采用喷雾塔设计，如果喷嘴产生雾滴的平均直径为3mm,假定操彳按表85的典型工况进行，试计算：1）液滴相对与塔壁的沉降速度是多少？2）如果气体进口温度为180 C,离开塔顶时下降到 55 C,计算雾滴的水分蒸发率？假定雾 滴可近似视为水滴。3）脱硫液每经过一次喷雾塔，有多少分率的CaCO3发生了反应？8.8 解：什厂、，
33、18055_八 口1）取平均温度为 T=117.5 C ,此时气体密度 P = 0.94g/l （分子量取30）。2显然雾滴处于牛顿区，Us =1.743m10x9.8m1000/0.941/2 =9.73m/s,因气体流速为3m/s,则液滴相对塔壁的沉降速度为6.73m/s。2）工况条件：液气比 9.0L/m3, Ca/S=1.2,并假设SO2吸收率为90%。在 117.5 C 下，水汽化热 2212.1kJ/kg ,空气比热 1.025kJ/ （kg.K）由（ 18055） X 1.025X 0.94=2212.1m,解得 m=0.054kg ,因此水分蒸发率0.054父100% =0.6
34、% 。9.0一、一，0 93） CaCO3反应分率为 09 M100% =75%。1.2第九章 固定源氮氧化物污染控制9.1某座1000MW的火电站热效率为 38%,基于排放系数，计算下述三种情况NOx的排放量（t/d）:1）以热值为25662 kJ/kg的煤为燃料；2）以热值为42000kJ/kg 10000kcal/kg的重油为燃料；3）以热值为37380kJ/kg 8900kcal/m 3的天然气为燃料。9.1 解：1）设每天需燃煤 Mt,则有 M X 25662 X 103X 103X 38%=1000 X 106X24X 3600解得M=8.8576 X 10% 取NOx平均排放系数
35、12kg/t煤，则每日排放 NOx量约为3-= 106.29t ;8.8576 10121032)同理 M X 42000 X 103X 103X 38%=1000X 106X 24X3600, M=5413.1t。取重油密度为0.8X 103kg/m3,折合体积约为6766.4m3,去排放系数12.5kg/m3,则每日排放NOx约为6766.4 12.5103=84.58t3) 37380X 103X 38%V=1000 X 106X 24X 3600,解得 V=6.07 X 106m3。每日排放NOx量约为吧黑等9.4 假定煤的元素组成以重量百分比计为：氢 3.7,碳75.9,硫0.9,氮
36、0.9,氧4.7,其余的 为灰分。当空气过剩系数20%条件下燃烧时，假定燃烧为完全燃烧。如果不考虑热力型 NOx 的生成，若燃料中氮 1） 20%, 2） 50%,转化为NO,试求烟气中NO的浓度。9.5 解：考虑1kg燃煤含氢37g,碳759g,硫9g,氮9g,氧47g。烟气中含CO263.25mol,含H2O 18.5mol , 含 SO20.28mol。因此需 O2 2392 47=2281g 约 71.3mol,则引入 N2268.2mol。若空气过剩 20%,则烟气中。2 为 0.2X71.3=14.26mol , N2268.2+53.6+9/28=322.1mol。即若不考虑 N 转化，则烟