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大气污染控制习题
第一章概论
1.2根据我国的《环境空气质量标准》求SO2、NO2、CO三种污染物二级标准日平均质量浓度限值的体积分数。
解:
由表1—6查得三种污染物二级标准(日平均质量浓度)为:
SO2
NO2
CO
Cm(mg/m3)0.15
0.08
4.00
以SO2为例计算体积分数
C3
Cv=Cm22.410,
MSO2
0.1510’’
22.410
64
-6
=0.053X106
-4
=0.053X104%
同理得:
SO2NO2CO
体积百分数(%)0.053X10-4%0.039X10-4%3.20X10-4%
1.3CCI4气体和空气混合成体积百分数为1.5X10-2%的混合气体,在管
道中流量为10m3/s,试确定。
(1)CCl4在混合气体中的质量浓度Cm(单位g/m3)和浓度Cm'(单位mg/mol)o
(2)每天流经管道的CCI4质量是多少kg
二”-2-4
解:
已知MCCl4=1541.5X10%=1.5X10
/八小’1.5"0,3
(1)Cm=亍154=1.03g/m
22.4"0
Cm=1.5X10-4x154X1O-3=2.31X10-5kg/mol
(2)已知:
1d=86400s
每天流经管道的CCl4质量:
-3
1.03x10x10-3x86400=889.92kg/d
1.4成人每次吸入的空气量平均为500cm3,假如每分钟呼吸15次,空气颗粒物的质量浓度为200卩g/m3。
试计算每小时沉积于肺泡上的颗粒物质量。
已知颗粒物在肺泡上的沉积系数为0.12。
解:
成人每次吸入空气量:
500cm3=5.0x10-4m3
-433
每小时吸入空气量:
5.0x10-4m3x15x60=0.45m3/h
每小时吸入颗粒物量:
0.45X200=90卩g/h沉积在肺泡上颗粒物量:
90X0.12=10.8卩g/h
第二章燃烧与大气污染
2.1已知重油元素分析结果为:
C:
85.5%H:
11.3%O:
2.0%N:
0.2%S:
1.0%试计算:
⑴燃烧1kg重油所需的理论空气量和产生的理论烟气量;⑵干烟气中SQ的质量浓度和CO的最大质量浓度;⑶当空气的过剩量为10%时,所需的空气量及产生的烟气量。
解:
⑴已知1kg重油中各成分的含量如下:
质量/g
摩尔数/mol(按原子数计)需氧数/mol
C855
H113
N2
S10
O20
71.25
112.10
0.143
0.3125
1.25
71.25
28.250
0.3125
-0.625
所需理论氧气量为:
71.25+28.25+0.3125-0.625
=99.188mol/kg重油
需要的理论空气量为:
99.188X(1+3.7)
=472.13mol/kg重油
即:
472.13X22.4/1000
3一
=10.58m/kg重油(标态)
理论空气量条件下的烟气组成(mol)为:
CO2:
71.25H2O:
56.5
SOx:
0.3125N2:
99.188X3.76
理论烟气量为:
71.25+56.5+0.3125+99.188X3.76
=501.01mol/kg重油501.01X22.4X10-3
3
=11.22m/kg重油
⑵干烟气量为:
501.01-56.5
=444.51mol/kg重油
即:
444.51X22.4X10-3
=9.96m3/kg重油。
SO2量为:
0.3125X0.97
=0.3031mol/kg重油(认为S的生成物中SO2占97%)
干烟气中SO2的质量浓度为:
_6
0.3031X106/444.51
=681.87X
64
22.4
3
=1948mg/m
假设C全部生成CO2,则C02的量为71.25mol/kg重油
C02的最大质量浓度为:
71.25
444.51
3
10
44
22.4
=314.8g/m3
⑶当空气过剩10%寸,空气过剩系数a=1.1
则实际的空气量为:
3
10.58x1.1=11.64m3/kg重油
实际烟气量为:
Vfg=VfO+Q-1)Va0
=11.22(1.1-1)10.58
12.28m3/kg重油
2.5某燃油锅炉尾气,NO排放标准为287.5mg/m3,若燃油的分子式为C10H20NX,在50%过剩空气条件下完全燃烧,燃料中的氮50%转化为NO,不计大气中N2转变生成的NO。
计算在不超过排放标准情况下,燃料油中氮的最高质量分数。
解:
以1molC10H20Nx燃烧为基础,则
需氧量(mol):
1O+20+上=15+上
444
(x、
理论空气量(mol):
4.76X15+—丨
I4丿
实际空气量(mol):
1.5X4.76X'1^-[
<4丿
在理论空气量下产生的理论烟气体积为:
x'X1X
CO2:
10mol,H2O:
10mol、NO:
一,N2:
3.76X15+一|+一
2i4丿4
xtX、X
•••理论烟气量(mol)为:
10+10+—+3.76咒15+—l+—=76.4+1.69x
2<4)4
实际烟气量(mol)为:
(76.4+1.69X)+0.5X|4.76乂(15+
L\
=112.1+2.285x
x
QQA
NO的浓度:
2<287.5.10-6
112.1+2.285X30
二x<0.048
即燃料油中N的最大允许含量为:
147.048
101220140.048
=0.47%
2.6某燃油锅炉每小时耗油4.8t,油的低位发热量Q1=40614kJ/kg,a
=1.3,安装有省油器厶a=0.15,求该锅炉每小时排放的烟气量。
解:
(1)由式2.14计算理论空气量
Va0=0.85Q132
=0.85
=1.11
Q1
4187
C-1)Va°
4.18700
=1.11X1.45-110.25
4187
=15.38(m3/kg)(标态)
(3)每小时产生的烟气量
15.38X4800
=73824m3/h(标态)
第三章污染气象学基础知识
3.1在高塔下测得下列气温资料,试计算各层大气的气温直减率:
ri.5-io、
ri0-30、「30-50、「30-50、「1.5-50,并判断各层大气稳定度。
高度Z/m
1.5
10
30
50
气温T/K
298
297.8
297.5
297.3
解:
已知r=-△T/△Zrd=0.98K/100m
以ri.5-i0为例计算
r1.5-10=-(297.8-298”(10-1.5)=0.0235K/m=2.35K/100m
因为r1.5-10>rd,所以大气不稳定
总的计算结果及判断列于下表。
r1.5-10
r10-30
r30-50
门.5-30
Pl.5-50
2.35
1.5
1.0
1.75
1.44
不稳定
不稳定
中性
不稳定
不稳定
3.2某石油精炼厂自平均有效源高60m处排放的SO2质量为80g/s,有
效源高处的平均风速为6m/s,试估算冬季阴天正下风方向距烟囱500m
处地面上的SO2浓度。
解:
根据题设条件,由表3-8查得稳定度级别为D,由表3-9查得
ery=35.3m
crz=18.1m
C(x,0,0,H)
q
exp
兀NySV
H2
2:
~
80
3.14635.318.1
exp
602
218.12
=2.73x10-5g/m3
=2.73X10-2mg/m3
3.3据估计,某燃烧着的垃圾堆以3g/s的速率排放氮氧化物。
在风速为
7m/s的阴天夜里,源的正下风方向3km处的平均浓度是多少?
假设这个
垃圾堆是一个无有效源高的地面点源。
解:
根据题设条件,由表3—8查得,稳定度级别为D,由表3—9
查得ery=173m(Tz=79.1m
C(3000,0,0,0)=^Q
兀Ubybz
3
"3.14717379.1
=9.97x10-3mg/n3
3.6某厂烟囱有源高为150m,SO2排放量为151g/so夜间及上午地面风速为4m/s,夜间云量3/10,若清晨烟流全部发生熏烟现象,试估算下风向16km处的地面轴线浓度。
解:
夜间u=4m/s,云量=3/10时,由表3—8查得稳定度级别为E级,由E级和X=16km查表3—9得ey=544mez=100m则求得:
Lf=H+2ez=150+2x100=350m
0-yf=ey+H/8=544+150/8=563m
C
Q
•2二ULfIyf
151
一2二6.6350563
=4.610g/m3
3
=0.046mg/m
3.7某城市火电厂的烟囱高100m,出口内径5m。
出口烟气流速12.7m/s,温度100C,流量250m3/so烟囱出口处的平均风速4m/s,大气温度20C,试确定烟气抬升高度及有效高度。
解:
Qh-0.35PaQ—(取Pa=1013.3hPa)
Ts
=0.35X1013.3X250X80/373.15=19008.7kJ/s
由表3—6取城市远郊区no=0.332,n1=3/5,隹=2/5
H二n0Q:
Hn2/u
3/52/5
=0.332X19008.7X100/4
=193.3m
•••H=Hs+AH
=100+193.3
=293.3m
第四章除尘技术基础
4.3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、质量中位径、粒数中位径、算术
平均直径及体积表面积平均直径
粒径间隔/卩m
0〜2
2〜4
4〜6
6〜10
10〜20
20〜40
>40
质量△m/g
0.8
12.2
25
56
76
27
3
解:
(1)以0〜2卩m为例计算:
mo=2△m=200g
g0-2=△m/mx100%=0.8/200x100%=0.4%
o-2/△dp=0.4%/2=0.2%-卩m1
Indp=1n(02)/2=0
计算结果列表如下:
粒径间隔/卩m
组中点/卩m
g(%)
f%口m-1
Indp
G(%)
R(%)
0〜2
1
0.4
0.2
0
0.4
99.6
2〜4
3
6.1
3.1
1.10
6.5
93.5
4〜6
5
12.5
6.3
1.61
19.0
81.0
6〜10
8
28
7.0
2.08
47.0
53.0
10〜20
15
38
3.8
2.71
85.0
15.0
20〜40
30
13.5
0.68
3.40
98.5
1.5
>40
1.5
100
(2)根据数据作图得出符合对数正态分布
由图知:
dp(R=84.1%)=3.7卩m,d50=8.6卩m
dp(r=15.9%)=20.1卩m
100
80
60
40
20
0
13
号g(%)-f(%vm)t-G(%)F-R(%)
5
815
3040
几何标准差汛二色
d50
_20.1
-8.6
2.36
d50=ck'exp(31n2^g),所以d'50=3.9卩m
22
d1=d50'exp(0.5Incg)=3.9exp(0.5In2.36)=5.6卩m
dvs=d50'exp(2.51n2c)
=3.9exp(2.5In22.36)
=7.2卩m
4.4对于题4.3中的粉尘,已知真密度为1900kg/m3,粒子卡门形状系数为0.65,填充空隙率为0.7。
试确定其比表面积(分别以质量、净体积和堆积体积表示)。
解:
真实体积:
6
a=
甲edvs
=6
=0.657.210*
423
=1.2810cm/cm
3
=6d
堆积体积:
a一
甲edvs
6(1-0.7)
"0.657.210鼻
=3.8103cm2/cm3
质量体积:
6
?
e'dvs
6
Z4
0.651.907.210"
=6.7
x103cm/g
4.5试计算下列条件下,球形粉尘粒子在静止空气中的沉降阻力:
(1)dp=80」m,=1000kg/m3,t=20°C,P=1.0105巳;
3o5
(2)dp=40」m,:
:
:
=1000kg/m,t=20C,P=1.010R;
(3)dp=15,6=1000kg/m3,t=100oC,P=1.0105巳;
解:
由题给空气温度,查附录6,当t=20C时,卩=1.81x10-5pa.s,
p=1.20kg/m3,t=100C时,卩=2gx10-5pa.s,p=0.947kg/m3
(1)若雷诺数Rep<1,在斯托克斯区
由式4.26,us=dpg
18卩
(8010冷210009.81
181.8110*
二0.19m/s
由式4.12,Rp=dp•p-u/a
=80汉10“汉1.20汉0.19
1.81f5
=1乞1
假设正确。
由式4.14
FD=37dp・i
=3二1.8110'80IO"60.19
=2.59X10-9(N)
(2)当dp=40g时
d2P
由4.26us=pg
18A
(4010-6)210009.81
-18X1.81X10°
_2
=4.810m/s
Rep=dp:
:
・u/匸
=4010^1.204.810^/1.8110*
二0.23:
:
1
FD
=3二1.811054010》4.86,
=3.27X10-10(N)
⑶当dp=1.0卩m时
d2■「、
由式4.27,Us=p'g*c
18#
=(1.0X10°2次1000X9.81X1.225
182.1810』
1.10和
=3.1X10-5m/s
其中由式4.18计算C=1+k1.2570.400exp
u=■.8RT/二M
88.134373/二28.9710“
=516.4m/s
M
0.499亍U
=2.18"0」
0.499汇0.947汉516.4
=8.93X10-8m
-2
=8.93X10m
kn=2入/dp
=2X8.93/1.0
=0.179
C=1+0.179
.257
O.gp器
=1.225
=110“0.9473.110^/2.1810*
-4
=1.35X10<1
3叫沌
…FD_
c
=3兀汉2.18汉10三汉10』汉3.1^10*
1.225
=5.2X10-15(N)
4.7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%。
试计算该除尘系统的总除尘效率、粉尘排放浓度和排放量。
解:
n=1-(1-n1)(1-n2)
=1-(1-80%)(1-95%)
=99%
已知:
Gn=22.2/2.22
=10g/m
C
代入式n=1—kxioo%
IC1NJ
99%='i—血]><100%
<10丿
•••排放浓度6=0.1g/m3
排放量为:
S=C2n•Q
=0.1X2.22
=0.222g/s
第五章机械式除尘器
5.1在298K的空气中NaOH飞沫用重力沉降室收集。
其大小为宽
914cm,高457cm,长1219cm。
空气的体积流量为1.2m3/s。
计算能被100%捕集的最小雾滴的直径。
假设雾滴的比重为1.21。
解:
在298K和1atm下,干空气粘度卩=1.81X10-5Pa•s。
能被100%捕集的最小雾滴的直径为:
d.=
min.g「LW
[18汉1.81汉10*汉1.2
\9.811.2110312.199.14
-6
=17.19X106m=17.19^m
5.2一直径为10.9即的单分散相气溶胶通过一重力沉降室,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%。
问需要设置多少层才能得到80%的操作效率。
解:
多层沉降室的除尘效率公式为:
UsLW(n1)
0.649181
0.8一n1
n'+仁22.42
•••n'=21.2取n'=22
即需设置22层隔板才能得到80%的操作效率。
5.3有一沉降室长7.0m,高1.2m,气速30cm/s,空气温度300K,尘粒密度2.5g/cm3,空气粘度0.067kg/(m•h),求该沉降室能100%捕集的最小粒径。
解:
该沉降室能100%捕集的最小粒径为:
dmin
18」uH
:
.g「L
=[18X0.067X30X10,X1.2
=•9.812.51037.03600
-5
=2.65X105m
=26.5(1m
5.5一气溶胶含有粒径为0.631m和0.831m的粒子(质量分数相等),以3.61L/min的流量通过多层沉降室,给出下列数据,运用斯托克斯定律和肯宁汉校正系数计算沉降效率。
L=50cm,]=1.05g/cm3,W=20cm,hi=0.129cm,i=1.82X10-4g/cm•s,n=19层
解:
i=1.82X10-4g/cm•s
432
=1.82X10-X10-kg/10-m-s
=1.82X10-5Pa-s
•••气溶胶粒径分别为0.63im,0.831m,均<1.0im
•••应用肯宁汉修正系数修正(近似公式)
C=1+0.165/dp,J则
C1=1+0.165/0.63=1.26
C2=1+0.165/0.83=1.20
粒子的沉降速度公式为:
Us
18」
gc,则
Us1
(0.63X10"62x1.05"03
181.8210’
9.811.26
=1.57X10-5m/s
=15.7卩m/s
(0.83x10”2X1.05X103
181.8210」
9.811.20
=2.60
=26.0
X10-5m/s
卩m/s
沉降室的分级效率为:
usLW
Q/(n1)
1.5710°0.50.2(19T)
3.61"0°/60
=52.2%
usLW
Q/(n1)2.60E0.50.2(191)
3.61"0°/60
=86.4%
5.7某旋风除尘器处理含有4.5g/m3灰尘的气流(卩g=2.5X10-5PaS,其
除尘总效率为90%粉尘分析试验得到下列结果:
粒径范围/卩m
捕集粉尘的重量百分数
逸出粉尘的重量百分数
0〜5
0.5
76.0
5〜10
1.4
12.9
10〜15
1.9
4.5
15〜20
2.1
2.1
20〜25
2.1
1.5
25〜30
2.0
0.7
30〜35
2.0
0.5
35〜40
2.0
0.4
40〜45
2.0
0.3
>45
84.0
14.0
(1)作出分级效率曲线:
(2)确定分割粒径。
解:
(1)i=
n+Pg2〃g3i
09
=09计算结果如下
0.9+0.1g2i/g3i
粒径nmO-55701015152020^5253030^3535404045>45
n(%)0.0560.490.790.900.930.960.970.980.980.98
依上图画出分级效率曲线如下:
分级效率曲线
8642oooO率效级分
0L11J1L11J
2.57.512.517.522.527.532.537.542.545
粒径
(2)由图得dc=7.6卩m
5.8某旋风除尘器的阻力系数E=9.8,进口速度15m/s,试计算标准状态下的压力损失。
解:
由附录6查得标态下气体密度p=1.293kg/m3
■u2
9.8
1.293152
2
=1425.5Pa
第六章湿式除尘器
6.1对于粉尘颗粒在液滴上捕集,一个近似的表达式为:
=1-exp0.01M0.5r/R-0.6R21
其中M是碰撞数N1的平方根。
R=dp/dD。
对于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
(1)10卩m;
(2)5.0卩m的粉尘在直径为50,100,500卩m的液滴上捕集效率。
解:
以dp=10卩m,dD=50卩m为例计算
R=dp/dD
=10/50=0.2
因为颗粒粒径大于5卩m,所以C可忽略
斯托克斯准数:
dp:
:
Ur
9%Dl
=(10汉10」2汉2汇103汉30
=91.8110』5010“
=736.6
Ni=St/2
=736.6/2=368.3
M=(Nt)1/
1/2
=(368.3)
=19.2=1-exp0.01M0.5r/R-0.6R21=1-exp\-0.01819.20.50.2/0.2-0.60.22»
=49.7%
计算结果列表如下:
dp
dD
50
100
500
10
49.7%
57.5%
90%
5.0
50.01%
64.4%
96.8%
6.3水以液气比1.2L/m3的速率进入文丘里管,喉管气速116m/s,气体粘度为1.845x10-5Pa・S,颗粒密度pp=1.78g/cm3,平均粒径dF=1.2pmf取0.22
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- 大气污染 控制 习题