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大气污染课后答案6章
第六章除尘装置6
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:
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直径为1.09
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:
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有一沉降室长7.0m,高12m,气速30cm/s,空气温度300K,尘粒密度2.5g/cm3,空气粘度0.067kg/(kg.h),求该沉降室能100%捕集的最小粒径。
解:
,符合层流区假设。
6.4气溶胶含有粒径为0.63和0.83
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坎宁汉校正系数计算沉降效率。
L=50cm,
,W=20cm,h=0.129cm,
,n=19层。
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试确定旋风除尘器的分割直径和总效率,给定粉尘的粒径分如下:
平均粒径范围/
0~1
1~5
5~10
10~20
20~30
30~40
40~50
50~60
>60
质量百分数/%
3
20
15
20
16
10
6
3
7
已知气体粘度为2×10-5,颗粒比重为2.9,旋风除尘器气体入口速度为15m/s,气体在旋风除尘器内的有效旋转圈数为5次;旋风除尘器直径为3m,入口宽度76cm。
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某旋风除尘器处理含有4.58g/m3灰尘的气流(
),其除尘总效率为90%。
粉尘分析试验得到下列结果。
粒径范围/
捕集粉尘的质量百分数/%
逸出粉尘的质量百分数/%
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
1.1
1)作出分级效率曲线;2)确定分割粒径。
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。
解:
据《大气污染控制工程》P169(6-13)
。
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
。
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。
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=
6.9含尘气流用旋风除尘器净化,含尘粒子的粒径分布可用对数正态分布函数表示,且Dm=20
,
。
在实际操作条件下该旋风除尘器的分割直径为5
,试基于颗粒质量浓度计算该除尘器的总除尘效率。
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
的粉尘荷电量q=0.3×10-15C,计算该粉尘的驱进速度w和电除尘效率。
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,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6-27)。
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板间距为25cm的板式电除尘器的分割直径为0.9
,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/%
0~20
20~40
40~60
60~80
80~100
平均粒径/
3.5
8.0
13.0
19.0
45.0
并假定德意希方程的形式为
,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。
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5×10-26kg,粉尘在电场中的停留时间为5s。
试计算:
1)粒径为5
的粉尘的饱和电荷值;2)粒径为0.2
的粉尘的荷电量;
3)计算上述两种粒径粉尘的驱进速度。
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。
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。
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。
解:
,故
,
因此
。
6.16烟气中含有三种粒径的粒子:
10
、7
和3
,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
、
、
,则
因此
,
,
。
6.17对于粉尘颗粒在液滴上的捕集,一个近似的表达式为
。
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
;2)50
的粉尘在直径为50、100、500
的液滴上的捕集效率。
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/m3,喉管气速为83m/s,粉尘密度为0.7g/cm3方程,烟气粘度为2.23×10-5Pa.s,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:
粒径/
质量百分数/%
<0.1
0.01
0.1~0.5
0.21
0.5~1.0
0.78
1.0~5.0
13.0
5.0~10.0
16.0
10.0~15.0
12.0
15.0~20.0
8.0
>20.0
50.0
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
1.845×10-5Pa.s,颗粒密度为1.789g/cm3,平均粒径为1.2
,f取0.22。
求文丘里管洗涤器的压力损失和穿透率。
解:
坎宁汉修正
6.20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152.4cmH2O,以达到要求的处理效率。
估算洗涤器的尺寸。
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。
,
,则
,
(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
的球形颗粒,颗粒的质量浓度为80
。
1)每个雨滴下降过程中
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