大气污染控制工程习题

大气污染控制工程,习题课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,，,；,，,。,1.1 干洁空气中N、O、Ar2和CO2气体所占的质量百分数是多少？,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,摩尔数为,故三种污染物体积百分数分别为：,SO2：,NO2：,CO：,1.3 CCl4气体与空气混合成体积分数为1.50104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？,1）,2）每天流经管道的CCl4质量为1.03110360024103kg=891kg,1.4 成人每次吸入的空气量平均为500cm3，假若每分钟呼吸15次，空气中颗粒物的浓度为200 ug/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。,每小时沉积量 200（5001560106）0.12=10.8,解：,1.5 设人体肺中的气体含CO为2.210-4，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。,由大气污染控制工程P14 （11），取M=210,COHb饱和度,1.6 设体内有4800ml血液，每100ml血液中含氧20ml。从事体力劳动的人的呼吸量为4.2L/min,手污染空气中所含CO浓度为10-4。如果血液中CO水平最初为：1.0%；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。,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 粉尘密度1400kg/m3,平均粒径1.4um，在大气中的浓度为0.2mg/m3,对光的散射率为2.2，计算大气的最大能见度。,解： 由大气污染控制工程P18 （12），最大能见度为,。,已知无烟煤的干燥无灰基组成为：C:90.0%、H：2.0%，S：3.0%，O：3.5%，N：1.5%，干燥基灰分为A：20%，收到基水分为：3.0%。计算收到基的其他组成。,2.1 已知重油元素分析结果如下：,C:85.5% 、H :11.3%、O:2.0%、N：0.2%、 S：1.0%,试计算：1. 燃油1kg所需的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。,重量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（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99.18754.78=474.12mol/kg重油。,即474.1222.4/1000=10.62m3N/kg重油。,烟气组成为CO271.25mol， H2O 55.25+1.25=56.50mol，SO2 0.1325mol，N2 3.7899.1875=374.93mol。,理论烟气量 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）干烟气量为502.9956.50=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1.110.62=11.68m3N/kg重油， 产生烟气量为 11.267+0.110.62=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（含氮量不计）,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）；,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）,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：,%（质量） 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+0.0100.013/2=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,（1+0.292+0.010+3.781.1495+1.644/18）1000/18.2622.4103 =6.826m3/kg,烟气量（湿烟气）,灰分浓度为,mg/m3=2.12104mg/m3,3）需石灰石,/t煤,2.3 煤的元素分析结果如下： S 0.6%、H3.7%、C 79.5%、N 0.9%、O 4.7%、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,2.3解： 按燃烧1kg煤计算,重量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（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,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CO2 66.25mol，SO2 0.1875mol， 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+0.2354.76=436.43mol/kg煤,SO2浓度为,2.4某锅炉燃用煤气的成分如下： H2S:0.2%；CO2 :5；O2:0.2； CO：28.5；H2：13.0；CH4：0.7；N2：52.4；空气含湿量为12g/mN3，a1.2，试求实际需要空气量和燃烧时产生的实际烟气量。,解：,取1mol煤气计算 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。,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 1.21.066mol=1.279mol。,a1.2,空气含湿量为12g/m3N,即含H2O 0.67mol/ 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， N2：0.2233.78+0.524=1.367mol， H2O :0.002+0.126+0.014+1.2981.493%=0.144mol,故实际烟气量 0.002+0.342+1.367+0.144+0.21.066=2.068mol,2.5 干烟道气的组成为：CO211%（体积），O28%，CO2%，SO2120106（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5663.37m3/min，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（ ug/m3）；,3）在标准状态下（1atm和273K），干烟道气体积； 4）在标准状态下颗粒物的浓度。,解： 1）N2%=111%8%2%0.012%=78.99% 由大气污染控制工程P46 （211）,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SO2：120106m3，排放浓度为,。,3）,4）,。,2.6 煤炭的元素分析按重量百分比表示，结果如下：氢50%；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0.0116molH2O/mol干空气，并假定完全燃烧，试计算烟气的组成。,2.6解： 按1kg煤进行计算,重量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（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,设干空气中N2：O2体积比为3.78：1，则干空气量为73.864.781.2=423.66mol， 含水423.660.0116=4.91mol。,烟气中：CO2 63.17mol； SO2 0.5mol； H2O 4.91+4.625+20.375=29.91mol； N2：73.863.78=279.19mol； 过剩干空气0.273.864.78=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 运用教材图27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SO3，则SO3含量,，即PH2SO4=1.83105，lg PH2SO4=-4.737。 查图27得煤烟气酸露点约为134摄氏度。,2.8 燃料油的重量组成为：C 86；H 14%。在干空气下燃烧，烟气分析结果（基于干烟气）为：O2 1.5；CO 60010-6（体积分数）。试计算燃烧过程的空气过剩系数。,以1kg油燃烧计算， C 860g 71.67mol； H 140g 70mol，耗氧35mol。,解：,设生成CO x mol，耗氧0.5x mol，则生成CO2 （71.67x）mol，耗氧（71.67x）mol。,烟气中O2量,总氧量,干空气中N2：O2体积比为3.78：1，则含N2 3.78（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%：,空气过剩系数,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：,并判断各层大气稳定度。,3.2解：,不稳定,不稳定,不稳定,不稳定,不稳定,4.1 污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多。设有效源高为H，污染源到峭壁的距离为L，峭壁对烟流扩散起全反射作用。试推导吹南风时高架连续点源的扩散模式。当吹北风时，这一模式又变成何种形式？,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 某发电厂烟囱高度120m，内径5m，排放速度13.5m/s，烟气温度为418K。大气温度288K，大气为中性层结，源高处的平均风速为4m/s。试用霍兰德、布里格斯（x=10Hs）、国家标准GB/T1320191中的公式计算烟气抬升高度。,解：,霍兰德公式,布里格斯公式,且x=10Hs。,此时,。,按国家标准GB/T1320191中公式计算，,因QH=2100kW，TsTa=130K35K。,（发电厂位于城市近郊，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3）,4.3 某污染源排出SO2量为80g/s，有效源高为60m，烟囱出口处平均风速为6m/s。在当时的气象条件下，正下风方向500m处的,试求正下风方向500m处SO2的地面浓度。,解：由大气污染控制工程P88（49）得,4.5 某一工业锅炉烟囱高30m，直径0.6m，烟气出口速度为20m/s，烟气温度为405K，大气温度为293K，烟囱出口处风速4m/s，SO2排放量为10mg/s。试计算中性大气条件下SO2的地面最大浓度和出现的位置。,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 （410）、（411）,取稳定度为D级，由表44查得与之相应的x=745.6m。,此时,代入上式,5.5 根据对某旋风除尘器的现场测试得到：除尘器进口的气体流量为10000m3N/h，含尘浓度为4.2g/ m3N。除尘器出口的气体流量为12000 m3N/h，含尘浓度为340mg/ m3N。试计算该除尘器的处理气体流量、漏风率和除尘效率（分别按考虑漏风和不考虑漏风两种情况计算）。,解： 气体流量按P141（543）,漏风率P141（544）,除尘效率：,考虑漏风，按P142（547）,不考虑漏风，按P143（548）,5.6 对于题5.5中给出的条件，已知旋风除尘器进口面积为0.24m2，除尘器阻力系数为9.8，进口气流温度为423K，气体静压为490Pa，试确定该处尘器运行时的压力损失（假定气体成分接近空气）。,由气体方程得,解：,按大气污染控制工程P142（545）,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 1.845105Pa.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,8.2某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫效率为90%。电厂燃煤含硫为3.6%，含灰为7.7%。试计算： 1）如果按化学剂量比反应，脱除每kgSO2需要多少kg的CaCO3； 2）如果实际应用时CaCO3过量30%，每燃烧一吨煤需要消耗多少CaCO3； 3）脱硫污泥中含有60%的水分和40%CaSO4.2H2O，如果灰渣与脱硫污泥一起排放，每吨燃煤会排放多少污泥？,解：,1）,m=1.5625kg,2）每燃烧1t煤产生SO2约,约去除720.9=64.8kg。因此消耗CaCO3,3）CaSO4.2H2O生成量,则燃烧1t煤脱硫污泥排放量为,同时排放灰渣77kg。,8.2 一冶炼厂尾气采用二级催化转化制酸工艺回收SO2。尾气中含SO2为7.8%、O2为10.8%、N2为81.4%（体积）。如果第一级的SO2回收效率为98%，总的回收效率为99.7%。计算：1）第二级工艺的回收效率为多少？2）如果第二级催化床操作温度为4200C，催化转化反应的平衡常数K=300，反应平衡时SO2的转化率为多少？其中，,解：,由,2）设总体积为100， 则SO27.8体积，O210.8体积，N281.4体积。,经第一级催化转化后余SO20.156体积，O26.978体积， N281.4体积。,设有x体积SO2转化，则总体积为,因此，,由此解得x=1.6103；,故转化率为,