郝吉明第三版大气污染控制工程课后答案完整版.docx
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郝吉明第三版大气污染控制工程课后答案完整版
大气污染控制工
课后答案
(第三版)主编:
郝吉明马广大王书肖
第一章概论
第二章燃烧与大气污染
第三章大气污染气象学
第四章大气扩散浓度估算模式
第五章颗粒污染物控制技术基础
第六章除尘装置
第七章气态污染物控制技术基础
第八章硫氧化物的污染控制
第九章固定源氮氧化物污染控制
第十章挥发性有机物污染控制
第十一章城市机动车污染控制
第一章概论
1.1干结空气中2、O2、Ar和C02气体所占的质量百分数是多少?
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,n°2=0.209mol.
nAr=0.00934mol,nco2=0.00033mo。
质量百分数为
0.78128.01100%75.51%,02%0.20932.00100%23.08%;
28.97128.971
Ar%
0.0093439.94
28.971
1.29%,CO2%
0.0003344.01
28.971
0.05%。
1.2根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准,求出SO2、NO2、CO三种污染物日平
均浓度限值的体积分数。
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
1103
摩尔数为144.643mol。
故三种污染物体积百分数分别为:
22.4
SO2:
0.151030.12103
0.052ppm,NO2:
0.058ppm
6444.6434644.643
CO:
3
4.00103—a
3.20ppm。
2844.643
1.3CC4气体与空气混合成体积分数为1.50X10-4的混合气体,在管道中流动的流量为
10m3N、/s,试确定:
1)CCl4在混合气体中的质量浓度(g/m3N)和摩尔浓度c(mol/m3n);
2)每天流经管道的CCl4质量是多少千克?
解:
1)
(g/m3N)
1.50104154
22.410
1.031g/mN
c(mol/m3N)
1.5010
22.410
6.70103mol/mN。
2)每天流经管道的CCl4质量为1.031X10X3600X24X10-3kg=891kg1.4成人每次吸入的空气量平均为500cm,假若每分钟呼吸15次,空气中颗粒物的浓度为
200g/m3,试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。
已知该颗粒物在肺泡中的沉降系数
为0.12
解:
每小时沉积量200X(500X15X60X10一6)X0.12g=10.8g
1.5设人体肺中的气体含CO为2.2X10—4,平均含氧量为19.5%=如果这种浓度保持不变,求COHb浓度最终将达到饱和水平的百分率。
解:
由《大气污染控制工程》P14(1-1),取M=210
COHbM^
O?
HbPo2
210
4
2.210
19.5102
0.2369,
COHb饱和度co
COHb
COHbO2Hb
COHb/O2Hb
1COHb/O2Hb
0.2369
10.2369
19.15%
1.6设人体内有4800mL血液,每100mL血液中含20mL氧。
从事重体力劳动的人的呼吸量为4.2L/min,受污染空气中所含CO的浓度为10一4。
如果血液中CO水平最初为:
1)0%;
2)2%,计算血液达到7%的CO饱和度需要多少分钟。
设吸入肺中的CO全被血液吸收。
解:
含氧总量为480020960mL。
不同CO百分含量对应CO的量为:
100
2%:
飘2%19.59mL,7%:
-9607%72.26mL
1)最初CO水平为0%时t
72.26
172.0min;
2)最初CO水平为2%时t
72.2619.59
4.2104103
125.4min
1.7粉尘密度1400kg/m3,平均粒径1.4m,在大气中的浓度为0.2mg/m3,对光的折射率为
2.2,计算大气的最大能见度。
解:
由《大气污染控制工程》P18(1-2),最大能见度为
Lv
2.6pdp
K
2.614001.4
2.20.2
11581.8m。
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%0:
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。
解:
1kg燃油含:
10
0.3125
0.3125
重量(g)
摩尔数(g)
需氧数(g)
C
855
71.25
71.25
H
113-2.5
55.25
27.625
N元素忽略
1)理论需氧量71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg
设干空气02:
2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,H2O55.25+1.25=56.50mol,SQ0.1325mol,23.78x
99.1875=374.93mc。
理论烟气量71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。
即502.99X22.4/1000=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0.3125100%0.07%,
446.49
7125
空气燃烧时CO2存在最大浓度一二100%15.96%。
446.49
3)过剩空气为10%时,所需空气量为1.1x10.62=11.68niN/kg重油,
产生烟气量为11.267+0.1X10.62=12.33riiN/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);
计算燃煤1t需加石灰石的量。
解:
相对于碳元素作如下计算:
%(质量)
mol/100g煤
C
65.7
5.475
H
3.2
3.2
S
1.7
0.053
O
2.3
0.072
灰分
18.1
水分
9.0
故煤的组成为CH0.584SO.01Q0.013,
燃料的摩尔质量(包括灰分和水分)为
mol/mol碳
1
0.584
0.010
0.013
3.306g/mol碳
1.644g/mol碳
卫018.26g/molC。
燃烧方程式为
5.475
2)假定烟尘的排放因子为80%,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。
解:
相对于碳元素作如下计算:
n=1+0.584/4+0.010-0.013/2=1.1495
1)理论空气量1.1495(13.78)1000
18.26
22.4103m3/kg
6.74m3/kg;
S02在湿烟气中的浓度为
0.010
1.644
100%0.174%
10.2920.0103.781.1495
18
2)产生灰分的量为18.1100080%144.8g/kg
100
烟气量(1+0.292+0.010+3.78X1.1495+1.644/18X1000/18.26X22.4X10一3=6.826m3/kg
灰分浓度为144.8103mg/m3=2.12X104mg/m3
6.826
10001.7%—1.740
3)需石灰石一3200103.21kg/t煤
35%
2.3煤的元素分析结果如下S0.6%H3.7%;C79.5%;N0.9%;04.7%;灰分10.6%。
在空气
过剩20%条件下完全燃烧。
计算烟气中
SO2的浓度。
解:
按燃烧1kg煤计算
重量(g)
摩尔数(mol)
需氧数(mol)
795
66.25
66.25
31.125
15.5625
7.78
0.1875
0.1875
H2O
52.875
2.94
设干空气中N2:
O2体积比为3.78:
1,
所需理论空气量为4.78X(66.25+7.78+0.1875=354.76mol/kg煤。
理论烟气量C0266.25mo,S020.1875moJH2015.5625+2.94=18.50mol
N2
3.78
354.76
280.54mol
4.78
总计66.25+'8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤
n1R7斤
实际烟气量365.48+0.2X354.76=436.43mol/kg煤,S02浓度为100%0.043%。
436.43
2.4某锅炉燃用煤气的成分如下:
H2S0.2%CO25%;O20.2%;CO28.5%;H213.0%;CHQ7%;
252.4%;空气含湿量为12g/m3N,
1.2,试求实际需要的空气量和燃烧时产生的实际烟
H2(0.13-0.004mol
0.063mol
气量。
解:
取1mol煤气计算
H2S
0.002mol
耗氧量0.003mol
CO2
0.05mol
0
CO
0.285mol
0.143mol
0.014mol
CH40.007mol
共需O20.003+0.143+0.063+0.014=0.223mol设干空气中2:
O2体积比为3.78:
1,则理论干空气量为0.223X(3.78+1)=1.066mol。
取1.2,则实际干空气1.2X1.066mol=1.279mo。
空气含湿量为12g/m3N,即含H2O0.67mol/m3N,14.94L/m3N。
故出。
体积分数为1.493%。
故实际空气量为
1.279
1.298mol。
空气过剩
80.52
0.26478.99(80.52)
100%
50.5%
11.493%
烟气量SO2:
0.002mo,CO2:
0.285+0.007+0.05=0.342mqlN2:
0.223X3.78+0.524=1.367moJ
H200.002+0.126+0.014+1.29^1.493%+0.004=0.201mol
故实际烟气量0.002+0.342+1.367+0.201+021.066=2.125mol
2.5干烟道气的组成为:
CO211%(体积),O28%,CO2%,SO2120X10-6(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5663.37nVmin,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(g/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。
解:
1)N2%=1—11%—8%-2%-0.012%=78.99%
由《大气污染控制工程》P46(2—11)
2)在测定状态下,气体的摩尔体积为
V2
P1V1t2
T1P2
10132522.4443
273700133.322
39.46L/mol;
取1m3烟气进行计算,则
SO2120X10-6m3,排放浓度为
12010
39.4610
(18%)64
0.179g/m3。
3)5663.37
22.4
39.46
(18%)
3
2957mN/min。
4)30.052.85g/mN。
22.4
2.6煤炭的元素分析按重量百分比表示,结果如下:
氢5.0%;碳75.8%;氮1.5%;硫1.6%;
氧7.4%;灰8.7%,燃烧条件为空气过量20%,空气的湿度为0.0116molHO/mol干空气,
并假定完全燃烧,试计算烟气的组成。
解:
按1kg煤进行计算
重量(g)
C758
H40.75
S16
H2O83.25
摩尔数(mol)
63.17
20.375
0.5
4.625
需氧数(mol)
63.17
10.19
0.5
0
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73.86X4.78X1.2=423.66mo,
含水423.66X0.0116=4.91moJ
烟气中:
CO263.17mo;SO20.5mol;H2O4.91+4.625+20.375=29.91mql
N2:
73.86X3.78=279.19moJ过剩干空气0.2X73.86X4.78=70.61mo。
实际烟气量为63.17+0.5+29.91+279.19+70.6仁443.38mol
其中CO2
63.17100%14.25%;SO20.5100%0.11%;
443.38443.38
H2O
29.91279.190.7970.61
100%6.74%;N2100%75.55%°
443.38443.38
O2
70.610.209
100%3.33%。
443.38
2.7运用教材图2-7和上题的计算结果,估算煤烟气的酸露点
解:
SO2含量为0.11%,估计约1/60的SO2转化为SQ,贝USQ含量
0.11%
1
60
1.83105,即卩Ph2so4=1.83X105,lgFHi2so4=-4.737o
查图2-7得煤烟气酸露点约为134摄氏度
2.8燃料油的重量组成为:
C86%,H14%。
在干空气下燃烧,烟气分析结果(基于干烟气)
为:
O21.5%;CO600X10—6(体积分数)°试计算燃烧过程的空气过剩系数。
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
1.5%x
600
106
1.5%x
60010
0.5x(71.67x)35106.6724.5x,干空气中2:
。
2体积比为3.78:
1,则含N23.78X(106.67+24.5X。
根据干烟气量可列出如下方程:
1.5%x
60010
71.673.78(106.6724.5x)
6,
60010
解得x=0.306
故CO2%:
71.670.306.
100%13.99%;
0.306
6
60010
6
N2%:
3.78(24.50.306106.67)
100%84.62%
0.306
600106
由《大气污染控制工程》P46(2-11)
空气过剩系数
1.50.50.06
0.26484.62(1.50.50.06)
1.07
第三章大气污染气象学
3.1一登山运动员在山脚处测得气压为1000hPa登山到达某高度后又测得气压为500hPa
试问登山运动员从山脚向上爬了多少米?
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:
dPgdZ
(1)
将空气视为理想气体,即有
PV—RT可写为mPM⑵MVRT
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:
InP
RT
InP2
RT(Z2
乙)(3)
假设山脚下的气温为10。
C,带入(3)式得:
得Z5.7km
即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km。
1.510309
3.2在铁塔上观测的气温资料如下表所示,试计算各层大气的气温直减率:
3050,1.530,1.550,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:
1.510
T
z
297.8
298
2.35K/100m
d,不稳定
10
1.5
T
297.5
297.8
10
30
1.5K/100m
d,不稳定
z
30
10
T
297.3
297.5
30
50
1.0K/100m
d,不稳定
z
50
30
1.5
30
T
297.5
298
1.75K/100m
d,不稳定
z
30
1.5
1.5
50
T
297.3
298
1.44K/100m
d,不稳定。
z
50
1.5
3.3在气压为400hPa处,气块温度为230K。
若气块绝热下降到气压为600hPa处,气块温
度变为多少?
解:
(
P0.288
P0
3.4试用下列实测数据计算这一层大气的幕指数m值
高度
Z/m
10
20
30
40
50
风速
u/m.s
3.0
3.5
3.9
4.2
4.5
-1
Zu7
解:
由《大气污染控制工程》P80(3-23),u5(—广,取对数得lg=mlg(—)
7iu1乙
设iguy,ig(—)x,由实测数据得Ui乙
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某市郊区地面10m高处的风速为2m/s,估算50m、100m200m300m400m高度处
在稳定度为B、D、F时的风速,并以高度为纵坐标,风速为横坐标作出风速廓线图。
解:
Ui
Uo(
)0.07
2(50)°.°7
10
2.24m/s,
U2
—/Z2\0.07
U0(-)
Z0
2(100)0.07
(10)
2.35m/s
U3
Z3\0.07
U0(-)
Z0
(200)0.07
(10)
2.47m/s,
U4
Z4\0.07
U0(-)
Z0
2(3OO)0.07
(10)
2.54m/s
U5
—/Z5\0.07
U0(-)
Z0
2(400)0.07
(10)
2.59m/so
稳定度D,m=0.15
U1
Z1\0.15
U0(-)
Z0
500.15
(五)
2.55m/s,
U2
—/Z2、0.15
U0(-)
Z0
(100)0.15
(10)
2.82m/s
U3
—/Z3、0.15
U0(-)
Z0
(200)0.15
(10)
3.13m/s
,U4
—,Za0.15
U0(-)
Z0
(300)0.15
(10)
3.33m/s
U5
—/Z5、0.15
U0(-)
Z0
(400)0.15
(10)
3.48m/s
稳定度F,m=0.25
U;(|1)0.25
Z0
/50\0.25
(五)
2.99m/s,
U2
—/Z2\0.25
U0(-)
Z0
(100)0.25
(10)
3.56m/s
U;(»25
Z0
(200)0.25
(10)
4.23m/s
,U4
—Z40.25
Uo(4)
Z0
(300)0.25
(10)
4.68m/s
风速廓线图略
3.6—个在30m高度释放的探空气球,释放时记录的温度为11.0C,气压为1023hPa释
放后陆续发回相应的气温和气压记录如下表所给。
1)估算每一组数据发出的高度;2)以
高度为纵坐标,以气温为横坐标,作出气温廓线图;3)判断各层大气的稳定情况。
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
解:
1)根据《AirPollutionControlEngineering〉可得高度与压强的关系为■gMdz
PRT
dP
将g=9.81m/s2、M=0.029kg、R=8.31J/(mol.K)代入上式得dz29.21T。
P
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
11
因此dz29.21283.4m89m,z=119m。
1018
同理可计算其他测定位置高度,结果列表如下:
测定位
2
3
4
5
6
7
8
9
10
置
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
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