大气污染控制工程第三版课后习题答案18章全.docx
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大气污染控制工程第三版课后习题答案18章全
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=891kg
1。
4解:
每小时沉积量200×(500×15×60×10-6)×0.12=10。
8
1。
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)
C85571。
2571。
25
H113-2.555.2527。
625
S100.31250。
3125
H2O22.51。
250
N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,则理论空气量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
C65.75。
4751
H3.23。
20.584
S1。
70。
0530。
010
O2.30。
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=1.1495
1)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/m3
3)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。
2566.25
H31.12515.56257。
78
S60.18750。
1875
H2O52.8752。
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=18.50mol
N2
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。
003mol
CO20。
05mol0
CO0。
285mol0。
143mol
H2(0。
13—0。
004)mol0。
063mol
CH40.007mol0.014mol
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,则理论干空气量为0。
223×(3。
78+1)=1。
066mol.取,则实际干空气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。
125mol
2.5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烟气进行计算,则SO2120×10-6m3,排放浓度为
。
3)。
4)。
2。
6解:
按1kg煤进行计算
重量(g)摩尔数(mol)需氧数(mol)
C75863.1763。
17
H40。
7520。
37510.19
S160.50。
5
H2O83.254。
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,则干空气量为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,则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,则生成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,则含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。
对上式进行积分得:
即(3)
假设山脚下的气温为10。
C,带入(3)式得:
得
即登山运动员从山脚向上爬了约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
x
0。
301
0。
477
0。
602
0.699
y
0.0669
0.1139
0。
1461
0。
1761
由excel进行直线拟合,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
2
3
4
5
6
7
8
9
10
气温/。
C
9。
8
12。
0
14。
0
15.0
13。
0
13.0
12.6
1.6
0。
8
气压/hPa
1012
1000
988
969
909
878
850
725
700
高度差/m
89
99
101
163
536
290
271
1299
281
高度/m
119
218
319
482
1018
1307
1578
2877
3158
2)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行计算:
假设地面大气压强为1013hPa,则由习题3.1推导得到的公式,代入已知数据(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
1
2
3
4
5
6
地面温度/。
C
21。
1
21。
1
15。
6
25.0
30。
0
25.0
高度/m
458
763
580
2000
500
700
相应温度/。
C
26。
7
15。
6
8。
9
5.0
20.0
28。
0
位温梯度/
K/100m
2。
22
0.27
-0。
17
-0.02
-1.02
1.42
3.9解:
以第一组数据为例进行计算,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
1
2
3
4
5
6
地面温度/。
C
21.1
21。
1
15。
6
25。
0
30。
0
25.0
高度/m
458
763
580
2000
500
700
相应温度/。
C
26。
7
15。
6
8.9
5。
0
20。
0
28.0
地面压强/hPa
1023
1012
1002
1040
1006
1007
地面位温/。
C
292。
2
293.1
288。
4
294.7
302。
5
297。
4
3。
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。
若不存在峭壁,则有
现存在峭壁,可考虑为实源与虚源在所关心点贡献之和。
实源
虚源
因此+
=
刮北风时,坐标系建立不变,则结果仍为上式。
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,则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,,
计算结果表明,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,则有
,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基础
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。
6
0。
6~0.7
0。
7~0.8
0。
8~1.0
1~2
2~3
3~4
质量频率/%
进口g1
2。
0
0.4
0。
4
0。
7
3。
5
6。
0
24。
0
出口g2
7。
0
1。
0
2.0
3。
0
14。
0
16。
0
29.0
93
95
90
91。
4
92
94.7
97.6
粉尘间隔/
4~5
5~6
6~8
8~10
10~12
20~30
其他
质量频率/%
进口g1
13。
0
2。
0
2。
0
3。
0
11。
0
8。
0
24.0
出口g2
6。
0
2.0
2。
0
2。
5
8。
5
7。
0
0
99.1
98
98
98。
3
98.5
98。
2
100
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。
首先进行坎宁汉修正:
,
,。
则
,。
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,。
经验证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,则下落时间,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
。
经验证,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,首先进行坎宁汉修正:
,
。
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/
0~5
5~10
10~15
15~20
20~25
25~30
30~35
35~40
40~45
〉45
质量
频率/%
捕集g3
0。
5
1。
4
1.9
2。
1
2.1
2。
0
2.0
2。
0
2.0
84.0
出口g2
76.0
12。
9
4。
5
2.1
1。
5
0。
7
0。
5
0。
4
0.3
1。
1
5.59
49。
41
79。
17
90.00
92.65
96。
26
97。
30
97。
83
98。
36
99。
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/s
6.9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),则=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、、,则
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
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