大氣污染控制工程 全套習(xí)題解答 1-12章.doc

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作業(yè)習(xí)題解答 第一章 概 論 1.1 解： 按1mol干空氣計(jì)算，空氣中各組分摩爾比即體積比，故nN2=0.781mol，nO2=0.209mol，nAr=0.00934mol，nCO2=0.00033mol。質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 ，； ，。 1.2 解： 由我國(guó)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)查得三種污染物日平均濃度限值如下： SO2：0.15mg/m3，NO2：0.12mg/m3，CO：4.00mg/m3。按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3干空氣計(jì)算，其摩爾數(shù)為。故三種污染物體積百分?jǐn)?shù)分別為： SO2：，NO2： CO：。 1.3 解： 1）（g/m3N） c（mol/m3N）。 2）每天流經(jīng)管道的CCl4質(zhì)量為1.0311036002410－3kg=891kg 1.4 解： 每小時(shí)沉積量200（500156010－6）0.12=10.8 1.5 解： 由《大氣污染控制工程》P14 （1－1），取M=210 ， COHb飽和度 1.6 解： 含氧總量為。不同CO百分含量對(duì)應(yīng)CO的量為： 2%：，7%： 1）最初CO水平為0%時(shí) ； 2）最初CO水平為2%時(shí) 。 1.7 解： 由《大氣污染控制工程》P18 （1－2），最大能見(jiàn)度為 。 作業(yè)習(xí)題解答 第二章 燃燒與大氣污染 2.1 解： 1kg燃油含： 重量（g） 摩爾數(shù)（g） 需氧數(shù)（g） C 855 71.25 71.25 H 113－2.5 55.25 27.625 S 10 0.3125 0.3125 H2O 22.5 1.25 0 N元素忽略。 1）理論需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg 設(shè)干空氣O2：N2體積比為1：3.78，則理論空氣量99.18754.78=474.12mol/kg重油。 即474.1222.4/1000=10.62m3N/kg重油。 煙氣組成為CO271.25mol，H2O 55.25+11.25=56.50mol，SO20.1325mol，N23.7899.1875=374.93mol。 理論煙氣量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.9922.4/1000=11.27 m3N/kg重油。 2）干煙氣量為502.99－56.50=446.49mol/kg重油。 SO2百分比濃度為， 空氣燃燒時(shí)CO2存在最大濃度。 3）過(guò)?？諝鉃?0%時(shí)，所需空氣量為1.110.62=11.68m3N/kg重油， 產(chǎn)生煙氣量為11.267+0.110.62=12.33 m3N/kg重油。 2.2 解： 相對(duì)于碳元素作如下計(jì)算： %（質(zhì)量） mol/100g煤 mol/mol碳 C 65.7 5.475 1 H 3.2 3.2 0.584 S 1.7 0.053 0.010 O 2.3 0.072 0.013 灰分 18.1 3.306g/mol碳 水分 9.0 1.644g/mol碳 故煤的組成為CH0.584S0.010O0.013， 燃料的摩爾質(zhì)量（包括灰分和水分）為。燃燒方程式為 n=1+0.584/4+0.010－0.013/2=1.1495 1）理論空氣量； SO2在濕煙氣中的濃度為 2）產(chǎn)生灰分的量為 煙氣量（1+0.292+0.010+3.781.1495+1.644/18）1000/18.2622.410－3=6.826m3/kg 灰分濃度為mg/m3=2.12104mg/m3 3）需石灰石/t煤 2.3解： 按燃燒1kg煤計(jì)算 重量（g） 摩爾數(shù)（mol） 需氧數(shù)（mol） C 795 66.25 66.25 H 31.125 15.5625 7.78 S 6 0.1875 0.1875 H2O 52.875 2.94 0 設(shè)干空氣中N2：O2體積比為3.78：1， 所需理論空氣量為4.78（66.25+7.78+0.1875）=354.76mol/kg煤。 理論煙氣量CO2 66.25mol，SO2 0.1875mol，H2O 15.5625+2.94=18.50mol N2 總計(jì)66.25+`8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤 實(shí)際煙氣量365.48+0.2354.76=436.43mol/kg煤，SO2濃度為。 2.4解： 取1mol煤氣計(jì)算 H2S 0.002mol 耗氧量 0.003mol CO2 0.05mol 0 CO 0.285mol 0.143mol H2 （0.13-0.004）mol 0.063mol CH4 0.007mol 0.014mol 共需O2 0.003+0.143+0.063+0.014=0.223mol。設(shè)干空氣中N2：O2體積比為3.78：1，則理論干空氣量為0.223（3.78+1）=1.066mol。取，則實(shí)際干空氣 1.21.066mol=1.279mol。 空氣含濕量為12g/m3N，即含H2O0.67mol/ m3N，14.94L/ m3N。故H2O體積分?jǐn)?shù)為1.493%。故實(shí)際空氣量為。 煙氣量SO2：0.002mol，CO2：0.285+0.007+0.05=0.342mol，N2：0.2233.78+0.524=1.367mol，H2O0.002+0.126+0.014+1.2981.493%+0.004=0.201mol 故實(shí)際煙氣量 0.002+0.342+1.367+0.201+0.21.066=2.125mol 2.5 解： 1）N2%=1－11%－8%－2%－0.012%=78.99% 由《大氣污染控制工程》P46 （2－11） 空氣過(guò)剩 2）在測(cè)定狀態(tài)下，氣體的摩爾體積為 ； 取1m3煙氣進(jìn)行計(jì)算，則SO212010－6m3，排放濃度為 。 3）。 4）。 2.6解： 按1kg煤進(jìn)行計(jì)算 重量（g） 摩爾數(shù)（mol） 需氧數(shù)（mol） C 758 63.17 63.17 H 40.75 20.375 10.19 S 16 0.5 0.5 H2O 83.25 4.625 0 需氧63.17+10.19+0.5=73.86mol 設(shè)干空氣中N2：O2體積比為3.78：1，則干空氣量為73.864.781.2=423.66mol， 含水423.660.0116=4.91mol。 煙氣中：CO2 63.17mol；SO2 0.5mol；H2O 4.91+4.625+20.375=29.91mol； N2：73.863.78=279.19mol；過(guò)剩干空氣0.273.864.78=70.61mol。 實(shí)際煙氣量為63.17+0.5+29.91+279.19+70.61=443.38mol 其中CO2 ；SO2 ； H2O ； N2 。 O2 。 2.7解： SO2含量為0.11%，估計(jì)約1/60的SO2轉(zhuǎn)化為SO3，則SO3含量 ，即PH2SO4=1.8310－5，lg PH2SO4=-4.737。 查圖2－7得煤煙氣酸露點(diǎn)約為134攝氏度。 2.8解： 以1kg油燃燒計(jì)算， C 860g 71.67mol； H 140g 70mol，耗氧35mol。 設(shè)生成CO x mol，耗氧0.5x mol，則生成CO2 （71.67－x）mol，耗氧（71.67－x）mol。 煙氣中O2量。 總氧量 ，干空氣中N2：O2體積比為3.78：1，則含N2 3.78（106.67+24.5x）。根據(jù)干煙氣量可列出如下方程： ，解得x=0.306 故CO2%：； N2%： 由《大氣污染控制工程》P46 （2－11） 空氣過(guò)剩系數(shù) 作業(yè)習(xí)題解答 第三章 大氣污染氣象學(xué) 3.1解： 由氣體靜力學(xué)方程式，大氣中氣壓隨高度的變化可用下式描述： （1） 將空氣視為理想氣體，即有 可寫為 （2） 將（2）式帶入（1），并整理，得到以下方程： 假定在一定范圍內(nèi)溫度T的變化很小，可以忽略。對(duì)上式進(jìn)行積分得： 即 （3） 假設(shè)山腳下的氣溫為10。C，帶入（3）式得： 得 即登山運(yùn)動(dòng)員從山腳向上爬了約5.7km。 3.2解： ，不穩(wěn)定 ，不穩(wěn)定 ，不穩(wěn)定 ，不穩(wěn)定 ，不穩(wěn)定。 3.3解： ， 3.4解： 由《大氣污染控制工程》P80 （3－23），，取對(duì)數(shù)得 設(shè)，，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得 x 0.301 0.477 0.602 0.699 y 0.0669 0.1139 0.1461 0.1761 由excel進(jìn)行直線擬合，取截距為0，直線方程為：y=0.2442x 故m＝0.2442。 3.5 解： ， ， 。 穩(wěn)定度D，m=0.15 ， ， 。 穩(wěn)定度F，m=0.25 ， ， 風(fēng)速廓線圖略。 3.6解： 1）根據(jù)《Air Pollution Control Engineering》可得高度與壓強(qiáng)的關(guān)系為 將g=9.81m/s2、M=0.029kg、R=8.31J/(mol.K)代入上式得。 當(dāng)t=11.0。C，氣壓為1023 hPa；當(dāng)t=9.8。C，氣壓為1012 hPa， 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。 同理可計(jì)算其他測(cè)定位置高度，結(jié)果列表如下： 測(cè)定位置 2 3 4 5 6 7 8 9 10 氣溫/。C 9.8 12.0 14.0 15.0 13.0 13.0 12.6 1.6 0.8 氣壓/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）圖略 3），不穩(wěn)定； ，逆溫； ，逆溫； ，逆溫； ，穩(wěn)定； ，穩(wěn)定； ，穩(wěn)定； ，穩(wěn)定。 3.7解： ，故，逆溫； ，故，穩(wěn)定； ，故，不穩(wěn)定； ，故，不穩(wěn)定； ，故，不穩(wěn)定； ，故逆溫。 3.8解： 以第一組數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算：假設(shè)地面大氣壓強(qiáng)為1013hPa，則由習(xí)題3.1推導(dǎo)得到的公式，代入已知數(shù)據(jù)（溫度T取兩高度處的平均值）即 ，由此解得P2=961hPa。 由《大氣污染控制工程》P72 （3－15）可分別計(jì)算地面處位溫和給定高度處位溫： ， ， 故位溫梯度= 同理可計(jì)算得到其他數(shù)據(jù)的位溫梯度，結(jié)果列表如下： 測(cè)定編號(hào) 1 2 3 4 5 6 地面溫度/。C 21.1 21.1 15.6 25.0 30.0 25.0 高度/m 458 763 580 2000 500 700 相應(yīng)溫度/。C 26.7 15.6 8.9 5.0 20.0 28.0 位溫梯度/ K/100m 2.22 0.27 －0.17 －0.02 －1.02 1.42 3.9解： 以第一組數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算，由習(xí)題3.1推導(dǎo)得到的公式，設(shè)地面壓強(qiáng)為P1，代入數(shù)據(jù)得到：，解得P1=1023hPa。因此 同理可計(jì)算得到其他數(shù)據(jù)的地面位溫，結(jié)果列表如下： 測(cè)定編號(hào) 1 2 3 4 5 6 地面溫度/。C 21.1 21.1 15.6 25.0 30.0 25.0 高度/m 458 763 580 2000 500 700 相應(yīng)溫度/。C 26.7 15.6 8.9 5.0 20.0 28.0 地面壓強(qiáng)/hPa 1023 1012 1002 1040 1006 1007 地面位溫/。C 292.2 293.1 288.4 294.7 302.5 297.4 3.10 解答待求。 作業(yè)習(xí)題解答 第四章 大氣擴(kuò)散濃度估算模式 4.1解： 吹南風(fēng)時(shí)以風(fēng)向?yàn)閤軸，y軸指向峭壁，原點(diǎn)為點(diǎn)源在地面上的投影。若不存在峭壁，則有 現(xiàn)存在峭壁，可考慮為實(shí)源與虛源在所關(guān)心點(diǎn)貢獻(xiàn)之和。 實(shí)源 虛源 因此+ = 刮北風(fēng)時(shí)，坐標(biāo)系建立不變，則結(jié)果仍為上式。 4.2解： 霍蘭德公式 。 布里格斯公式 且x<=10Hs。此時(shí) 。 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13201－91中公式計(jì)算， 因QH>=2100kW，Ts－Ta>=130K>35K。 （發(fā)電廠位于城市近郊，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3） 4.3解： 由《大氣污染控制工程》P88（4－9）得 4.4解： 陰天穩(wěn)定度等級(jí)為D級(jí)，利用《大氣污染控制工程》P95表4－4查得x=500m時(shí)。將數(shù)據(jù)代入式4－8得 。 4.5解： 由霍蘭德公式求得 ，煙囪有效高度為。 由《大氣污染控制工程》P89 （4－10）、（4－11） 時(shí)，。 取穩(wěn)定度為D級(jí)，由表4－4查得與之相應(yīng)的x=745.6m。 此時(shí)。代入上式。 4.6解： 由《大氣污染控制工程》P98 （4－31） （當(dāng)，q=0.3） 4.7解： 有限長(zhǎng)線源。 首先判斷大氣穩(wěn)定度，確定擴(kuò)散參數(shù)。中緯度地區(qū)晴朗秋天下午4：00，太陽(yáng)高度角30～35。左右，屬于弱太陽(yáng)輻射；查表4-3，當(dāng)風(fēng)速等于3m/s時(shí)，穩(wěn)定度等級(jí)為C，則400m處。 其次判斷3分鐘時(shí)污染物是否到達(dá)受體點(diǎn)。因?yàn)闇y(cè)量時(shí)間小于0.5h，所以不必考慮采樣時(shí)間對(duì)擴(kuò)散參數(shù)的影響。3分鐘時(shí)，污染物到達(dá)的距離，說(shuō)明已經(jīng)到達(dá)受體點(diǎn)。 有限長(zhǎng)線源 距離線源下風(fēng)向4m處，P1=－75/43.3=－1.732，P2=75/43.3=1.732；。代入上式得 。 端點(diǎn)下風(fēng)向P1=0，P2=150/43.3=3.46，代入上式得 4.8解： 設(shè)大氣穩(wěn)定度為C級(jí)，。 當(dāng)x=1.0km，。由《大氣污染控制工程》P106 （4－49） 4.9解： 設(shè)大氣穩(wěn)定度為C級(jí)。 當(dāng)x=2km時(shí)，xD2xD時(shí)，， 計(jì)算結(jié)果表明，在xD<=x<=2xD范圍內(nèi)，濃度隨距離增大而升高。 4.10解： 由所給氣象條件應(yīng)取穩(wěn)定度為E級(jí)。查表4－4得x=12km處，。 ， 。 4.11 解： 按《大氣污染控制工程》P91 （4－23） 由P80 （3－23） 按城市及近郊區(qū)條件，參考表4－2，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3，代入P91（4－22）得 。 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值為0.06mg/m3（年均），代入P109（4－62） ＝ 解得 于是Hs>=162m。實(shí)際煙囪高度可取為170m。 煙囪出口煙氣流速不應(yīng)低于該高度處平均風(fēng)速的1.5倍，即uv>=1.51.6871700.25=9.14m/s。但為保證煙氣順利抬升，出口流速應(yīng)在20~30m/s。取uv=20m/s，則有 ，實(shí)際直徑可取為4.0m。 4.12解： 高架連續(xù)點(diǎn)源出現(xiàn)濃度最大距離處，煙流中心線的濃度按 P88（4－7） （由P89（4－11）） 而地面軸線濃度。 因此， 得證。 作業(yè)習(xí)題解答 第五章 顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ) 5.1解： 在對(duì)數(shù)概率坐標(biāo)紙上作出對(duì)數(shù)正態(tài)分布的質(zhì)量累積頻率分布曲線， 讀出d84.1=61.0、d50=16.0、d15。9=4.2。。 作圖略。 5.2 解： 繪圖略。 5.3解： 在對(duì)數(shù)概率坐標(biāo)紙上作出對(duì)數(shù)正態(tài)分布的質(zhì)量累積頻率分布曲線，讀出質(zhì)量中位直徑d50（MMD）=10.3、d84.1=19.1、d15。9=5.6。。 按《大氣污染控制工程》P129（5－24）； P129（5－26）； P129（5－29）。 5.4解： 《大氣污染控制工程》P135（5－39）按質(zhì)量表示 P135（5－38）按凈體積表示 P135（5－40）按堆積體積表示。 5.5解： 氣體流量按P141（5－43）； 漏風(fēng)率P141（5－44）； 除塵效率： 考慮漏風(fēng)，按P142（5－47） 不考慮漏風(fēng)，按P143（5－48） 5.6解： 由氣體方程得 按《大氣污染控制工程》P142（5－45）。 5.7 解： 按《大氣污染控制工程》P145（5－58） 粉塵濃度為，排放濃度10（1－99%）=0.1g/m3； 排放量2.220.1=0.222g/s。 5.8解： 按《大氣污染控制工程》P144（5－52）（P=0.02）計(jì)算，如下表所示： 粉塵間隔/ <0.6 0.6~0.7 0.7~0.8 0.8~1.0 1~2 2~3 3~4 質(zhì)量頻率 /% 進(jìn)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 粉塵間隔/ 4~5 5~6 6~8 8~10 10~12 20~30 其他 質(zhì)量頻率 /% 進(jìn)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 據(jù)此可作出分級(jí)效率曲線。 5.9解： 按《大氣污染控制工程》P144（5－54）。 5.10 解： 當(dāng)空氣溫度為387.5K時(shí)。 當(dāng)dp=0.4時(shí)，應(yīng)處在Stokes區(qū)域。 首先進(jìn)行坎寧漢修正：， ，。則 ，。 當(dāng)dp=4000時(shí)，應(yīng)處于牛頓區(qū)，。 ，假設(shè)成立。 當(dāng)dp=0.4時(shí)，忽略坎寧漢修正，。經(jīng)驗(yàn)證Rep<1，符合Stokes公式。 考慮到顆粒在下降過(guò)程中速度在很短時(shí)間內(nèi)就十分接近us，因此計(jì)算沉降高度時(shí)可近似按us計(jì)算。 dp=0.4 h=1.4110－530=4.2310－4m； dp=40 h=0.08830=2.64m； dp=4000 h=17.3530=520.5m。 5.11解： 設(shè)最大石英粒徑dp1，最小角閃石粒徑dp2。由題意， 故。 5.12解： 在所給的空氣壓強(qiáng)和溫度下，。dp=200時(shí)， 考慮采用過(guò)渡區(qū)公式，按《大氣污染控制工程》P150（5－82）： ，符合過(guò)渡區(qū)公式。 阻力系數(shù)按P147（5－62）。阻力按P146（5－59） 。 5.13解： 圓管面積。據(jù)此可求出空氣與鹽酸霧滴相對(duì)速度 ?？紤]利用過(guò)渡區(qū)公式： 代入相關(guān)參數(shù)及us=0.27m/s 可解得dp=66。 ，符合過(guò)渡區(qū)條件。故能被空氣夾帶的霧滴最大直徑為66。 5.14解： 粒徑為25，應(yīng)處于Stokes區(qū)域，考慮忽略坎寧漢修正： 。豎直方向上顆粒物運(yùn)動(dòng)近似按勻速考慮，則下落時(shí)間，因此L=v.t=1.4122m=171m。 5.15解： 在給定條件下。 當(dāng)dp=10，粉塵顆粒處于Stokes區(qū)域： 。 dp=500，粉塵顆粒處于牛頓區(qū)：。因此 。經(jīng)驗(yàn)證，Rep=1307>500，假設(shè)成立。 作業(yè)習(xí)題解答 第七章 氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ) 7.1解：由亨利定律P*=Ex，5002%=1.88105x，x=5.3210－5。 由y*=mx，m=y*/x=0.02/5.3210－5=376。 因x=5.3210－5很小，故CCO2=2.96mol/m3。 100g與氣體平衡的水中約含441005.3210－5/18=0.013g。 7.2 解： 在1atm下O2在空氣中含量約0.21。0.21=4.01104x 解得O2在水中摩爾分?jǐn)?shù)為x=5.2410－6。 7.3 解： 20》C時(shí)H2S E=0.489105kPa，分壓20atm0.1%=2.03kPa。 P*=Ex，x=P*/E=4.1510－5，故C*H2S=2.31mol/m3。 H=C/P*=2.3/（2.03103）=1.1410－3mol/（m3.Pa）=115mol/（m3.atm） 由。 。 7.4 解： GB=50000.95=4750m3N/h。 Y1=0.053，； 。 因此用水量Ls=25.4GB1.5=1.81105m3N/h。 由圖解法可解得傳質(zhì)單元數(shù)為5.6。 7.5 解： GB=100.89=8.9m3/min，Y1=0.124，Y2=0.02。作出最小用水時(shí)的操作線，xmax=0.068。 故，Ls=1.531.758.9=23.8m3/min。 圖解法可解得傳質(zhì)單元數(shù)為3.1。。Hy=2.393.1=7.4m。 7.6解： 利用公式，將已知數(shù)據(jù)代入，解得 因此。 7.7解： ，。 7.8解： XT cm3/g P atm lgXT lgP P/V 30 1 1.477 0 0.033 51 2 1.708 0.301 0.039 67 3 1.826 0.477 0.045 81 4 1.909 0.602 0.049 93 5 1.969 0.699 0.054 104 6 2.017 0.778 0.058 依據(jù)公式，對(duì)lgXT~lgP進(jìn)行直線擬合：，即K=30，n=1.43； 依據(jù)公式，對(duì)P ~P/V進(jìn)行直線擬合：， 即Vm=200，B=0.173。 7.9 解： 三氯乙烯的吸收量V=2.541040.0299.5%=505.46m3/h，M=131.5。 由理想氣體方程得 因此活性炭用量； 體積。 7.10 解： Y1=0.025kg苯/kg干空氣，，Y2=0，X2=0。 故操作線方程為X=11.28Y。 當(dāng)Y=Yb=0.0025kg苯/kg干空氣時(shí)，X=11.280.0025=0.0282kg苯/kg硅膠。 Y*=0.1670.02821.5=0.0008kg苯/kg干空氣。 ，由此可求得近似值； 同時(shí)， 由此求得f的近似值，列表如下： Y Y* Yb= 0.0025 0.0008 588.08 0 0 0 0.9 0 0 0.0050 0.0022 361.90 1.184 1.184 0.1990 0.8 0.1692 0.1692 0.0075 0.0041 294.93 0.821 2.005 0.3371 0.7 0.1035 0.2727 0.0100 0.0063 272.24 0.709 2.714 0.4563 0.6 0.0775 0.3502 0.0125 0.0088 273.37 0.682 3.396 0.5709 0.5 0.0631 0.4133 0.0150 0.0116 296.12 0.712 4.108 0.6906 0.4 0.0539 0.4671 0.0175 0.0146 350.46 0.808 4.916 0.8265 0.3 0.0476 0.5147 Ye= 0.0200 0.0179 475.00 1.032 5.948 1.0000 0.2 0.0434 0.5580 NOG=5.948，f=0.5580；2atm，298K時(shí)，=2.37kg/m3，因此，故HOG=； 因此吸附區(qū)高度為H2=HOG.NOG=0.070415.948=0.419m。 對(duì)單位橫截面積的床層，在保護(hù)作用時(shí)間內(nèi)吸附的苯蒸汽量為 （0.025－0）2.376090＝320（kg苯/m2） 而吸附床飽和區(qū)吸附苯蒸汽量 吸附床未飽和區(qū)吸附苯蒸汽量 因此總吸附量 解得H=2.05m，此即所需要的最小床高。 7.11 解： 反應(yīng)管轉(zhuǎn)化率為xA時(shí)，反應(yīng)速度為RA=－0.15（1－xA）mol/（kg催化劑.min）。 根據(jù)單管物料平衡可列出如下方程： 其中，Q單位為mol/min。 數(shù)據(jù)代入并整理得，對(duì)等式兩邊積分，即 ，解得Q=0.447mol/min。 反應(yīng)管數(shù)目：250/0.447＝560個(gè)。 7.12 解： 由得。 作業(yè)習(xí)題解答 第八章 硫氧化物的污染控制 8.1解： 火電廠排放標(biāo)準(zhǔn)700mg/m3。 3%硫含量的煤煙氣中SO2體積分?jǐn)?shù)取0.3%。 則每立方米煙氣中含SO2； 因此脫硫效率為。 8.2 解： 1） m=1.5625kg 2）每燃燒1t煤產(chǎn)生SO2約，約去除720.9=64.8kg。 因此消耗CaCO3 。 3）CaSO4.2H2O生成量 ；則燃燒1t煤脫硫污泥排放量為，同時(shí)排放灰渣77kg。 8.3 解： 1）由，，解得。 2）設(shè)總體積為100，則SO27.8體積，O210.8體積，N281.4體積。經(jīng)第一級(jí)催化轉(zhuǎn)化后余SO20.156體積，O26.978體積，N281.4體積。設(shè)有x體積SO2轉(zhuǎn)化，則總體積為。 因此，，由此解得x=1.610－3； 故轉(zhuǎn)化率為 8.4解： 動(dòng)力消耗，即約0.51%用于克服阻力損失。 8.5 解： 1）取平均溫度為，此時(shí)氣體密度（分子量取30）。 顯然霧滴處于牛頓區(qū)，，因氣體流速為3m/s，則液滴相對(duì)塔壁的沉降速度為6.73m/s。 2）工況條件：液氣比9.0L/m3，Ca/S=1.2，并假設(shè)SO2吸收率為90%。 在117.5。C下，水汽化熱2212.1kJ/kg，空氣比熱1.025kJ/（kg.K） 由（180－55）1.0250.94=2212.1m，解得m=0.054kg，因此水分蒸發(fā)率 。 3）CaCO3反應(yīng)分率為。 8.6解： 在373K時(shí)，Khs=0.41，Ks1=6.610－3，Ks2＝3.810－8。 [Na]－[S]=[Na+]－[SO2.H2O]－[HSO3－]－[SO32－] =[OH－]－[H+]+[SO32－]+2[CO32－]+[HCO3－]－[SO2.H2O] ，， 。 代入得 代入不同的[H+]濃度，可得pH在4～5時(shí)[Na]－[S]接近于0。因此脫硫最佳pH值4～5。 8.7 解： 工況條件：液氣比9.0L/m3，Ca/S=1.2，并假設(shè)SO2吸收率為90%。因此，單位體積（1.0L）通過(guò)煙氣1/9m3，可吸收SO2。 取溫度T=373K，則Khs=0.147，Ks1=0.0035，Ks2=2.410－8。 進(jìn)水PSO2=4.010－4atm，[SO2.H2O]=PSO2.Khs=5.8810－5， [HSO3－]=Ks1[SO2.H2O]/[H+]=0.0206，[SO32－]=； 則反應(yīng)后[S]’=[SO2.H2O]+[HSO3－]+[SO32－]+0.018=0.0387 此時(shí)PSO2’=4.010－3atm，[SO2.H2O]’=5.8810－4且 物料守恒得 [SO2.H2O]’+[HSO3－]’+[SO32－]’ =0.0387 由上述方程可解得[H+]=5.410－5，pH=4.27 作業(yè)習(xí)題解答 第九章 固定源氮氧化物污染控制 9.1 解： 1）設(shè)每天需燃煤Mt，則有M.61101031034.1838%=1000106243600 解得M=8.9103t。取NOx平均排放系數(shù)12kg/t煤，則每日排放NOx量約為 ； 2）同理M.100001031034.1838%=1000106243600，M=5439t。 取重油密度為0.8103kg/m3，折合體積約為6800m3，去排放系數(shù)12.5kg/m3，則每日排放NOx約為 3）89001034.1838%V=1000106243600，解得V=6.1106m3。 每日排放NOx量約為。 9.2解： 取1kg煤計(jì)算，排放NOx約8g，在常規(guī)燃燒溫度下，近似認(rèn)為NO2濃度很小，NOx均以NO存在。 1kg煤中，含C772g，H52g，N12g，S26g，O59g，灰分為79g。充分燃燒后，生成CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol。需O22504－59=2445g，約76.4mol。 引入N2。燃燒本身過(guò)程中產(chǎn)生N2。 即在O2恰好耗盡時(shí)煙氣含CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol，N2287.7mol。 由題意，空氣過(guò)剩，設(shè)過(guò)剩空氣量為xmol，則，由此解得x=152mol。 故NOx濃度為（體積分?jǐn)?shù)）。 9.3 解： 1）1200K下，Kp=2.810－7。設(shè)有xN2轉(zhuǎn)化為NO，則 解得x=0.00512；故NO平衡濃度為（體積分?jǐn)?shù)） 2）1500K時(shí)，同理 解得x=0.032，故NO平衡濃度為 （體積分?jǐn)?shù)） 3）2000K時(shí)， 解得x=0.190，故NO平衡濃度為0.0038。 9.4解： 考慮1kg燃煤含氫37g，碳759g，硫9g，氮9g，氧47g。煙氣中含CO263.25mol，含H2O 18.5mol，含SO20.28mol。因此需O2 2392－47=2281g 約71.3mol，則引入N2268.2mol。 若空氣過(guò)剩20%，則煙氣中O2為0.271.3=14.26mol，N2 268.2+53.6+9/28=322.1mol。 即若不考慮N轉(zhuǎn)化，則煙氣中含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，O214.26mol，N2322.1mol。 1）N2轉(zhuǎn)化率20%，則NO濃度為（體積分?jǐn)?shù)） 2）N2轉(zhuǎn)化率50%，則NO濃度為（體積分?jǐn)?shù)） 9.5解： 按《大氣污染控制工程》P361（9－13） 將M=70，C=0.5代入 當(dāng)t=0.01s時(shí) ，解得Y=0.313； 當(dāng)t=0.04s時(shí) ，解得Y=0.811； 當(dāng)t=0.1s時(shí) ，解得Y=0.988。 由，取P=1atm，將M=70代入得T=2409K。 9.6 解： M=50 M=30 9.7解： （R=1.987cal/mol.K）。將所給溫度代入公式計(jì)算K值，列表如下： T（K） 300 1000 1200 1500 2000 2500 Kp（計(jì)算值） 5.310－31 7.010－9 2.710－7 1.010－5 4.010－4 3.510－3 Kp（表中值） 10－30 7.510－9 2.810－7 1.110－5 4.010－4 3.510－3 9.8解： 假設(shè)O濃度很小，平衡時(shí)O2的濃度仍可近似認(rèn)為5％。利用O2分解的平衡反應(yīng)式及《大氣污染控制工程》P360（9－11）式求解：。因反應(yīng)前后分子個(gè)數(shù)不同，平衡常數(shù)有量綱，公式中濃度單位為mol/m3，即 1）2000K時(shí)，Kp,o=6.6310－4，平衡時(shí) 故 2）2200K時(shí)，Kp,o=2.6810－3，平衡時(shí) 故 3）2400K時(shí)，Kp,o=8.6010－3，，平衡時(shí) 故 9.9解： 取1kg煤計(jì)算，排放NOx約8g，在常規(guī)燃燒溫度下，近似認(rèn)為NO2濃度很小，NOx均以NO存在。 1kg煤中，含C759g，H37g，N9g，S9g，O47g。充分燃燒后，生成CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol。需O22333－47=2286g，約71.4mol。 引入N2。燃燒本身過(guò)程中產(chǎn)生N2。 即在O2恰好耗盡時(shí)煙氣含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol，N2269.0mol。 由題意，空氣過(guò)剩，設(shè)過(guò)剩空氣量為xmol，則，由此解得x=140.5mol。 故NOx濃度為（體積分?jǐn)?shù)）。 9.10解： 燃燒1mol C10H20Nx，產(chǎn)生10molCO2，10molH2O，需O215mol，引入N2量56.4mol。 空氣過(guò)剩50%，則總氮?dú)饬繛?6.41.5=84.6mol，O2量為7.5mol。 由題意，，解得x=0.052 因此氮在油中的最大含量為。 9.11解： 1）以熱值為6110kcal/kg的煤為燃料，每日排放NOx量約107t，其中NO210.7t，NO96.3t。反應(yīng)方程式為： 解得x=2889kmol，y=279kmol 生成N2，H2O 因此殘留氨量為（3133+4752）510－6=0.04kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量為（2889+279）17/103=53.9t。 2）以熱值為10000kcal/kg的重油為燃料，每日排放NOx量約85t，其中NO28.5t，NO76.5t。反應(yīng)方程式為： 解得x=2295kmol，y=222kmol 生成N2，H2O 因此殘留氨量為（2489+3776）510－6=0.03kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量為（2295+222）17/103=42.8t。 3）以熱值為8900kcal/m3的天然氣為燃料，每日排放NOx量約38.2t，其中NO23.8t，NO34.4t。反應(yīng)方程式為： 解得x=1032kmol，y=99kmol 生成N2，H2O 因此殘留氨量為（1119+1696）510－6=0.01kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量為（1032+99）17/103=19.2t。 9.12解： 甲烷燃燒方程式為： 取1mol甲烷進(jìn)行計(jì)算，則理論耗氧量為2mol，生成CO21mol，H2O2mol。當(dāng)空氣過(guò)剩10%時(shí)，煙氣中還含有O20.2mol，N2。故煙氣總體積3+8.32+0.2=11.52mol。 其中，NOx量折合成NO2為：4611.5230010－6=1.5910－4kg。 甲烷燃燒熱值為802.3kJ/mol，故濃度轉(zhuǎn)化結(jié)果為： 。 通用公式的推導(dǎo)： 假設(shè)燃料組成為CxHyOzNmSt（適用于大部分燃料），空氣過(guò)剩系數(shù)為，燃料的熱值Q（kJ/mol）。 燃燒方程為，故 取1mol燃料進(jìn)行計(jì)算，則產(chǎn)生CO2xmol，H2Oy/2mol，SO2tmol，N2m/2mol。耗氧 （x+t+y/4-z/2）mol，考慮空氣過(guò)剩系數(shù)，引入氮?dú)?.76（x+t+y/4-z/2）mol，剩余O2 （－1）（x+t+y/4-z/2）mol。因此煙氣總體積為 (x+y/2+t+m/2)+ 3.76（x+t+y/4-z/2）+（－1）（x+t+y/4-z/2）mol。 若產(chǎn)生NOx（以NO2計(jì)）濃度為F，則生成NO2質(zhì)量為 0.046F[(x+y/2+t+m/2)+ 3.76（x+t+y/4-z/2）+（－1）（x+t+y/4-z/2）]kg 因此濃度轉(zhuǎn)化結(jié)果為 kgNO2/GJ 將x=1，y=4，z=0，m=0，t=0，Q=802.3kJ/mol，，F(xiàn)=30010－6代入上式可得題目所給甲烷燃燒時(shí)的結(jié)果為0.197 kgNO2/GJ，與計(jì)算結(jié)果吻合。 作業(yè)習(xí)題解答 第十章 揮發(fā)性有機(jī)物污染控制 10.1解： 見(jiàn)《大氣污染控制工程》P379 圖10－1。 10.2解： 由Antoine方程可分別計(jì)算得到40。C時(shí) 苯的蒸汽壓P1=0.241atm；甲苯的蒸汽壓P2=0.078atm。 因此，。 10.3解： 列式，故 10.4解： 取溫度為100oF=310.8K 進(jìn)口甲苯濃度：1m3氣體中含1000mg，則體積為 ，即濃度為2772ppm。 同理可計(jì)算出口甲苯濃度為41.6ppm。 《Air Pollution Control Engineering》P366 Example10.14選擇C14H30作吸收劑，但本題出口甲苯濃度過(guò)低，分壓41.610－6atm，小于C14H30 100oF時(shí)分壓4710－6ppm，因此不能選擇C14H30，而應(yīng)該選擇蒸汽壓更低的吸收劑，此處選擇C16H34，在100 oF下蒸汽壓約 1010－6atm，分子量M=226。 ，取xi bottom=0.8x=0.814.30.002772=0.032， 因此。 又G=20000m3/h=784.3kmol/h=13.93lb/s=28.8lbmol/min。 故L=0.085G=0.08528.8=2.45lbmol/min，即吸收劑用量251.2kg/min。 由CRC Handbook of Chemistry查得100 oF下，C16H34 ，，。； 代入中解得。 由 取75%，則G’=0.56lb/ft2.s，故，。 傳質(zhì)單元數(shù) H/P=0.07/1=0.07，HG/PL=0.07/0.085=0.824，1－HG/PL=0.176。代入上式解得N=13.3。 10.5解： 廢氣中苯的含量y1=200003.010－3=60m3/h，由氣體方程得 。 根據(jù)去除要求，實(shí)際去除量為m’=191.599.5%=190.5kg/h 則一個(gè)周期所需活性炭量為，體積 10.6待求。 10.7 解： 實(shí)際需O2 1.255100=625mol，空氣量625/0.21=2976mol。 習(xí)題作業(yè)解答 第十一章 城市機(jī)動(dòng)車污染控制 11.1解： 汽車行駛100km耗時(shí) 若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min，則1min內(nèi)噴油1000次，1.25h內(nèi)噴油7500次。 故每次噴入氣缸油量 單缸噴入。 11.2解： 設(shè)MTBE添加質(zhì)量x，C8H17含量為y，則 解得。 設(shè)燃料100g，則含C8H1785.15g，C5H12O14.85g 由 解得n1=1.27mol 解得n2=9.23mol 則需O21.27+9.23=10.5mol，則含N23.7610.5=39.5mol。 空氣質(zhì)量10.532+39.539.5=1442g，則空燃比AF=14.42。 11.3解： 燃燒前取溫度為293K，由 開(kāi)始燃燒時(shí)，按《Air Pollution Control Engineering》P486 13.11式： 通常取85%的升高溫度，則T3=T2+20160.85=2352K 燃燒完成 同樣取85%，則T4=T2+25590.85=2813K。 11.4解： NOx在高溫時(shí)易生成，而理論空燃比附近燃燒充分，溫度較高，因此NOx產(chǎn)生量最大。 11.5 解： 怠速時(shí)可燃混合氣處于空氣過(guò)剩系數(shù)小于1的狀態(tài)，殘余廢氣系數(shù)較大；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，氣缸壓縮比小，燃燒很不充分，易形成失火；壁面淬熄效應(yīng)對(duì)火焰迅速冷卻，因此造成溫度下降。 11.6解： 4）燃油箱和化油器 （《大氣污染控制工程》P448） 11.7解： 2）進(jìn)氣歧管（《大氣污染控制工程》P442） 11.8解： 1）減少?gòu)U氣中HC含量 作業(yè)習(xí)題解答 第十二章 大氣污染和全球氣候 12.1 解： a.吸收法凈化尾氣應(yīng)選擇石灰漿液、Ca(OH)2等，或利用雙堿法Na2SO3溶液吸收。 b.通過(guò)植樹(shù)造林，吸收單位CO2成本降低；但綠化工作完成需一定時(shí)間積累和人力物力投入。 12.2解： 由于溫室氣體能夠吸收紅外長(zhǎng)波輻射，而臭氧層能夠有效防止紫外線輻射。相比之下，大氣層中幾乎沒(méi)有吸收可見(jiàn)光的成分，因此可見(jiàn)光對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)輻射最大值。 12.3解： 設(shè)溫度升高前海平面高度h1，升高后海平面高度為h2，則 12.4 解： 1）單位換算1hm2=2.47英畝。每年每公頃雨林減少CO2的排放量。 則每英畝減少 2）每年每畝產(chǎn)生木材 3）每年每棵樹(shù)木材產(chǎn)量 4）設(shè)煤熱值6110kal/kg，設(shè)耗煤mkg，則有 ，m=1.98106t。 因此產(chǎn)生CO2量為1.981062.83=5.6106t（假設(shè)1t煤燃燒產(chǎn)生CO22.83t）。 12.5 解： （a）詳細(xì)性質(zhì)可參見(jiàn) http://unit.xjtu.edu.cn/unit/epes/webteaching/refrigeration/zlff/wzxbzl/zqyszl/zqys-zlj-1.htm （b）主要替代物 含氫氯氟烴HCFC。 12.6解： 簡(jiǎn)化考慮認(rèn)為 湖泊H+消耗量（10－4.5－10－6.5）107103=3.13105mol 故可求得1年投加CaCO3的量為0.53.1310510010－6t=15.65t。