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1、大氣污染控制工程,習(xí)題課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,，,；,，,。,1.1 干潔空氣中N、O、Ar2和CO2氣體所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是多少？,1.2 根據(jù)我國的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn)，求出SO2、NO2、CO三種污染物日平均濃度限值的體積分?jǐn)?shù)。,解: 由我國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級標(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

2、數(shù)為,故三種污染物體積百分?jǐn)?shù)分別為：,SO2：,NO2：,CO：,1.3 CCl4氣體與空氣混合成體積分?jǐn)?shù)為1.50104的混合氣體，在管道中流動的流量為10m3N、/s，試確定：1）CCl4在混合氣體中的質(zhì)量濃度 （g/m3N）和摩爾濃度c（mol/m3N）；2）每天流經(jīng)管道的CCl4質(zhì)量是多少千克？,1）,2）每天流經(jīng)管道的CCl4質(zhì)量為1.03110360024103kg=891kg,1.4 成人每次吸入的空氣量平均為500cm3，假若每分鐘呼吸15次，空氣中顆粒物的濃度為200 ug/m3，試計(jì)算每小時(shí)沉積于肺泡內(nèi)的顆粒物質(zhì)量。已知該顆粒物在肺泡中的沉降系數(shù)為0.12。,每小時(shí)沉積量

3、200（5001560106）0.12=10.8,解：,1.5 設(shè)人體肺中的氣體含CO為2.210-4，平均含氧量為19.5%。如果這種濃度保持不變，求COHb濃度最終將達(dá)到飽和水平的百分率。,由大氣污染控制工程P14 （11），取M=210,,COHb飽和度,1.6 設(shè)體內(nèi)有4800ml血液，每100ml血液中含氧20ml。從事體力勞動的人的呼吸量為4.2L/min,手污染空氣中所含CO濃度為10-4。如果血液中CO水平最初為：1.0%；2%，計(jì)算血液達(dá)到7%的CO飽和度需要多少分鐘。設(shè)吸入肺中的CO全被血液吸收。,含氧總量為,不同CO百分含量對應(yīng)CO的量為： 2%：,7%：,1）最初CO水

4、平為0%時(shí),2）最初CO水平為2%時(shí),1.7 粉塵密度1400kg/m3,平均粒徑1.4um，在大氣中的濃度為0.2mg/m3,對光的散射率為2.2，計(jì)算大氣的最大能見度。,解： 由大氣污染控制工程P18 （12），最大能見度為,。,已知無煙煤的干燥無灰基組成為：C:90.0%、H：2.0%，S：3.0%，O：3.5%，N：1.5%，干燥基灰分為A：20%，收到基水分為：3.0%。計(jì)算收到基的其他組成。,,2.1 已知重油元素分析結(jié)果如下：,C:85.5% 、H :11.3%、O:2.0%、N：0.2%、 S：1.0%,試計(jì)算：1. 燃油1kg所需的理論空氣量和產(chǎn)生的理論煙氣量； 2.干煙氣中

5、SO2的濃度和CO2的最大濃度； 3.當(dāng)空氣的過剩量為10%時(shí)，所需的空氣量及產(chǎn)生的煙氣量。,重量（g） 摩爾數(shù)（mol） 需氧數(shù)（mol） C 855 71.25 71.25 H 1132.5 55.25 27.625 S 10 0.3125 0.3125 H2O 22.5 1.25 0,2.1 解：,1kg燃油含：,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

6、.62m3N/kg重油。,煙氣組成為CO271.25mol， H2O 55.25+1.25=56.50mol，SO2 0.1325mol，N2 3.7899.1875=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502.9956.50=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?？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=

7、12.33 m3N/kg重油。,2.2 普通煤的元素分析如下：,C 65.7%;灰分 18.1；S 1.7； H 3.2；水分 9.0；O 2.3（含氮量不計(jì)）,計(jì)算燃煤1kg所需要的理論空氣量和SO2在煙氣中的濃度（以體積分?jǐn)?shù)計(jì)）；,假定煙塵的排放因子為80，計(jì)算煙氣中灰分的濃度（以mg/m3表示）,假定用硫化床燃燒技術(shù)加石灰石脫硫。石灰石中含Ca35。當(dāng)Ca/S為1.7時(shí)，計(jì)算燃煤1t需加石灰石的量。,解：,相對于碳元素作如下計(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

8、 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+0.0100.013/2=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,,（1+0.292+0.010+3.781.1495+1.644/18）1000/18.2622.4103 =6.826m3/kg,煙氣量

9、（濕煙氣）,灰分濃度為,mg/m3=2.12104mg/m3,3）需石灰石,/t煤,2.3 煤的元素分析結(jié)果如下： S 0.6%、H3.7%、C 79.5%、N 0.9%、O 4.7%、灰分10.6% 在空氣過剩20%條件下完全燃燒。計(jì)算煙氣中SO2的濃度,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

10、（66.25+7.78+0.1875）=354.76mol/kg煤。,理論煙氣量CO2 66.25mol，SO2 0.1875mol， H2O15.5625+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某鍋爐燃用煤氣的成分如下： H2S:0.2%；CO2 :5；O2:0.2； CO：28.5；H2：13.0；CH4：0.7；N2：52.4；空氣含濕量為12g/mN3，a1.2，試求實(shí)際需要空氣量和燃燒時(shí)產(chǎn)生的實(shí)際煙氣量。,解：

11、,取1mol煤氣計(jì)算 H2S 0.002mol 耗氧量 0.003mol CO2 0.05mol 0mol 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。,a1.2,空氣含濕量為12g/m3N,即含H2O 0

12、.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， H2O :0.002+0.126+0.014+1.2981.493%=0.144mol,故實(shí)際煙氣量 0.002+0.342+1.367+0.144+0.21.066=2.068mol,2.5 干煙道氣的組成為：CO211%（體積），O28%，CO2%，SO2120106（體積分?jǐn)?shù)），顆粒物30.0g/m3（在測定狀態(tài)下），煙道氣流流量

13、在700mmHg和443K條件下為5663.37m3/min，水氣含量8%（體積）。 試計(jì)算： 1）過量空氣百分比； 2）SO2的排放濃度（ ug/m3）；,3）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（1atm和273K），干煙道氣體積； 4）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下顆粒物的濃度。,解： 1）N2%=111%8%2%0.012%=78.99% 由大氣污染控制工程P46 （211）,空氣過剩,2）在測定狀態(tài)下，氣體的摩爾體積為,,取1m3煙氣進(jìn)行計(jì)算，則SO2：120106m3，排放濃度為,,。,3）,4）,。,,,2.6 煤炭的元素分析按重量百分比表示，結(jié)果如下：氫50%；碳75.8%；氮1.5%；硫1.6%；氧7.4%；灰8.7

14、%，燃燒條件為空氣過量20%，空氣的濕度為0.0116molH2O/mol干空氣，并假定完全燃燒，試計(jì)算煙氣的組成。,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：CO

15、2 63.17mol； SO2 0.5mol； H2O 4.91+4.625+20.375=29.91mol； N2：73.863.78=279.19mol； 過剩干空氣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 運(yùn)用教材圖27和上題的計(jì)算結(jié)果，估算煤煙氣的酸露點(diǎn)。 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=1.83105，lg PH2SO4=-4.737。 查圖27得煤煙氣酸露點(diǎn)約為134攝氏

16、度。,2.8 燃料油的重量組成為：C 86；H 14%。在干空氣下燃燒，煙氣分析結(jié)果（基于干煙氣）為：O2 1.5；CO 60010-6（體積分?jǐn)?shù)）。試計(jì)算燃燒過程的空氣過剩系數(shù)。,以1kg油燃燒計(jì)算， C 860g 71.67mol； H 140g 70mol，耗氧35mol。,解：,設(shè)生成CO x mol，耗氧0.5x mol，則生成CO2 （71.67x）mol，耗氧（71.67x）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%：,,空氣

17、過剩系數(shù),3.2 在鐵塔上觀測的氣溫資料如下表所示，試計(jì)算各層大氣的氣溫直減率：,,并判斷各層大氣穩(wěn)定度。,3.2解：,,不穩(wěn)定,,不穩(wěn)定,,不穩(wěn)定,不穩(wěn)定,不穩(wěn)定,,,4.1 污染源的東側(cè)為峭壁，其高度比污染源高得多。設(shè)有效源高為H，污染源到峭壁的距離為L，峭壁對煙流擴(kuò)散起全反射作用。試推導(dǎo)吹南風(fēng)時(shí)高架連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散模式。當(dāng)吹北風(fēng)時(shí)，這一模式又變成何種形式？,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 某發(fā)電廠煙囪高

18、度120m，內(nèi)徑5m，排放速度13.5m/s，煙氣溫度為418K。大氣溫度288K，大氣為中性層結(jié)，源高處的平均風(fēng)速為4m/s。試用霍蘭德、布里格斯（x<=10Hs）、國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1320191中的公式計(jì)算煙氣抬升高度。,解：,霍蘭德公式,,布里格斯公式,,且x<=10Hs。,此時(shí),。,按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1320191中公式計(jì)算，,因QH=2100kW，TsTa=130K35K。,（發(fā)電廠位于城市近郊，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3）,4.3 某污染源排出SO2量為80g/s，有效源高為60m，煙囪出口處平均風(fēng)速為6m/s。在當(dāng)時(shí)的氣象條件下，正下風(fēng)方向500m處的,試求正下

19、風(fēng)方向500m處SO2的地面濃度。,解：由大氣污染控制工程P88（49）得,4.5 某一工業(yè)鍋爐煙囪高30m，直徑0.6m，煙氣出口速度為20m/s，煙氣溫度為405K，大氣溫度為293K，煙囪出口處風(fēng)速4m/s，SO2排放量為10mg/s。試計(jì)算中性大氣條件下SO2的地面最大濃度和出現(xiàn)的位置。,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 （410）、（411）,,,取穩(wěn)定度為D級，由表44查得與之相應(yīng)的x=745.6m。,此時(shí),,代入上式,,5.5 根據(jù)對某旋風(fēng)除塵器的現(xiàn)場測試得到：除塵器進(jìn)口的氣體流量為10000m3N/h，含塵濃度為4.2g/ m3N。除塵器出口

20、的氣體流量為12000 m3N/h，含塵濃度為340mg/ m3N。試計(jì)算該除塵器的處理氣體流量、漏風(fēng)率和除塵效率（分別按考慮漏風(fēng)和不考慮漏風(fēng)兩種情況計(jì)算）。,解： 氣體流量按P141（543）,漏風(fēng)率P141（544）,,除塵效率：,考慮漏風(fēng)，按P142（547）,不考慮漏風(fēng)，按P143（548）,5.6 對于題5.5中給出的條件，已知旋風(fēng)除塵器進(jìn)口面積為0.24m2，除塵器阻力系數(shù)為9.8，進(jìn)口氣流溫度為423K，氣體靜壓為490Pa，試確定該處塵器運(yùn)行時(shí)的壓力損失（假定氣體成分接近空氣）。,由氣體方程得,解：,,按大氣污染控制工程P142（545）,6.19 水以液氣比12L/m3的速率

21、進(jìn)入文丘里管，喉管氣速116m/s，氣體粘度為 1.845105Pa.s，顆粒密度為1.789g/cm3，平均粒徑為1.2,f取0.22。求文丘里管洗滌器的壓力損失和穿透率。,,解：,坎寧漢修正,,8.2某電廠采用石灰石濕法進(jìn)行煙氣脫硫，脫硫效率為90%。電廠燃煤含硫?yàn)?.6%，含灰為7.7%。試計(jì)算： 1）如果按化學(xué)劑量比反應(yīng)，脫除每kgSO2需要多少kg的CaCO3； 2）如果實(shí)際應(yīng)用時(shí)CaCO3過量30%，每燃燒一噸煤需要消耗多少CaCO3； 3）脫硫污泥中含有60%的水分和40%CaSO4.2H2O，如果灰渣與脫硫污泥一起排放，每噸燃煤會排放多少污泥？,解：,1）,,m=1.5625k

22、g,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。,8.2 一冶煉廠尾氣采用二級催化轉(zhuǎn)化制酸工藝回收SO2。尾氣中含SO2為7.8%、O2為10.8%、N2為81.4%（體積）。如果第一級的SO2回收效率為98%，總的回收效率為99.7%。計(jì)算：1）第二級工藝的回收效率為多少？2）如果第二級催化床操作溫度為4200C，催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)K=300，反應(yīng)平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率為多少？其中，,,解：,由,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=1.6103；,故轉(zhuǎn)化率為,,