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=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,。
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