大气污染课后答案6章

第六章除尘装置66.1在298K的空气中NaOH飞沫用重力沉降室收集。沉降至大小为宽914cm,高457cm,长1219cm。空气的体积流速为1.2m3/s。计算能被100%捕集的最小雾滴直径。假设雾滴的比重为1.21。解：Stokes区域，取计算气流水平速度V。= Q2.87 10 m/ s。设粒子处于J =1.82 10占Pa 。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直径为1.09 Jm的单分散相气溶胶通过一重力沉降室，该沉降室宽20cm，长50cm,共18层，层间距0.124cm，气体流速是 8.61L/min，并观测到其操作效率为 64.9%。问需要设 置多少层可能得到 80%的操作效率。解：按层流考虑，根据大气污染控制工程P163 (6 5)n nn80 = n2= m-=1822.2，因此需要设置23 层。2 n221 164.96.3有一沉降室长 7.0m，高12m，气速30cm/s,空气温度300K，尘粒密度2.5g/cm3，空气 粘度0.067kg/(kg.h)，求该沉降室能100%捕集的最小粒径。解：dmin18 %HgL18 1.86 100.3 122.5 103 9.81 7= 8.4 10m = 84m ： 100m，符合层流区假设。6.4气溶胶含有粒径为 0.63和0.83 Jm的粒子(质量分数相等)，以3.61L/min的流量通过多 层沉降室。给出下列数据，运用斯托克斯定律和坎宁汉校正系数计算沉降效率。L=50cm ,3=1.05g/cm , W=20cm , h=0.129cm , A = 0.000182g /(cm.s) , n=19 层。解: 设空气温度为298K，首先进行坎宁汉修正:8 8.314 2983.142 28.97 10=466.6m/ s ,0.499 v1.82 计0.499 1.185 466.6=6.6 10 *m ,2 乂 6.6汇10Kn0.210.63dgC18J= 1.58 10m/s1.10C =1 0.211.257 0.4e 叱1 =1.264。故 usiusLW(n 1)Q1.58 10 弋 0.2 20 =0.525。用同样方法计算可得3.61 10/600.83 5 粒子的分级效率为 0.864。因此总效率 i =0.5(0.5250.864) =0.695按Air Pollution Control Engineering公式亠expfNVcD6.5试确定旋风除尘器的分割直径和总效率，给定粉尘的粒径分如下:平均粒径范围/ Am01155101020203030404050506060质里百分数/%32015201610637已知气体粘度为2X 105,颗粒比重为2.9，旋风除尘器气体入口速度为15m/s，气体在旋风除尘器内的有效旋转圈数为5次；旋风除尘器直径为 3m,入口宽度76cm。解：令 =50% , N=5 , Vc=15m/s ,：订=2.9 x 103kg/m3, W=0.76m ,= 2 10 Pa s，代入上式得 dc=11.78 Jm。(dpi /dc)2利用大气污染控制工程P170 ( 6- 18)ip-计算各粒径粉尘分级效率，1+(dpi/dJ由此得总效率1igi =553%6.6某旋风除尘器处理含有4.58g/m3灰尘的气流(4 = 2.50Pa s ),其除尘总效率为90%。粉尘分析试验得到下列结果。粒径范围/ Am捕集粉尘的质量百分数/%逸出粉尘的质量百分数/%050.576.05101.412.910151.94.515202.12.120252.11.525302.00.730352.00.535402.00.440452.00.34584.01.11)作出分级效率曲线；2 )确定分割粒径。 解：根据大气污染控制工程P144 ( 5- 53)i( P=0.1)计算分级效率，结n +Pg2,g3i果如下表所示:粉尘间隔/4m05510101515202025253030353540404545质量频率/%捕集g30.51.41.92.12.12.02.02.02.084.0出口 g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.15.5949.4179.1790.0092.6596.2697.3097.8398.3699.85据此可作出分级效率曲线。由上表可见，510 Pm去除效率为49.41。因此在工程误差允许范围内，dc=7.5 Jm。6.7某旋风除尘器的阻力系数为9.9，进口速度15m/s，试计算标准状态下的压力损失。解：12 1 2据大气污染控制工程P169 (6 13). ：pv19.9 1.293 15 =1440Pa。2 26.8欲设计一个用于取样的旋风分离器，希望在入口气速为20m/s时，其空气动力学分割直径为1 Jm。1) 估算该旋风分离器的筒体外径；2 )估算通过该旋风分离器的气体流量。解：2,兀 NVcD Pp根据Air Pollution Control EngineeringP258 公式 =1 -exp()。9W J2D 单位 1000322因C p单位取 kg/m )，故 D = 1000 Dpa;D pa p p由题意，当l. =50%,Vc =20m/s。取-1.82 10Pa s , N=10，代入上式50% =1 -exp-(10 20 (1.0 10 冷2 10009W 1.82 10)，解得 Wi=5.5 mm 。根据一般旋风除尘器的尺寸要求，D0=4Wi=2.2cm ; H = 2 Wi=1.1cm。气体流量Q=A.V=5m，试基于颗粒6.9含尘气流用旋风除尘器净化，含尘粒子的粒径分布可用对数正态分布函数表示，且Dm=20 Jm，匚=1.25。在实际操作条件下该旋风除尘器的分割直径为质量浓度计算该除尘器的总除尘效率。解：按大气污染控制工程P170 (6 18)dpi22 2(d pi/dc)(d pi/5);1 (d pi/dc)1 (dpi/5)2 5 dpi=0 iqddpidg=20 Jm,二1九25,ZdpigEdpiIn匕d g2)-2 In 匚 g|主1.79ln 20 2exo -(dpi0.321代入上式，利用 Matlab积分可得= jqddpi =96.3%。6.10在气体压力下为1atm，温度为293K下运行的管式电除尘器。圆筒形集尘管直径为 0.3m, L=2.0m，气体流量0.075m/s。若集尘板附近的平均场强 E=100kV/m，粒径为1.0的粉尘 荷电量q=0.3x 1015C,计算该粉尘的驱进速度 w和电除尘效率。解：驱进速度按大气污染控制工程P187 (6-33)qEpw3 兀 4dp=0.176m/s。0.3 105 100 1033愿泊1.8110-5110-623A = ”：dL =二 0.3 2 =1.885m , Q=0.075m /s,代入 P188 (6- 34)A1 885i =1 -exp( Wi)=1-e)p(0.176)= 98.8% 。Q0.0756.11利用一高压电除尘器捕集烟气中的粉尘，已知该电除尘器由四块集尘板组成，板高和板长均为366cm，板间距24.4cm，烟气体积流量2m3/s;操作压力为1atm，设粉尘粒子的驱 进速度为12.2cm/s。试确定：1) 当烟气的流速均匀分布时的除尘效率；2) 当供入某一通道的烟气为烟气总量的50%，而其他两个各供入 25%时的除尘效率(参考 图 6-27)。解：3221341) Q 2/3=0.667 m /s，S=3.66 =13.4m，口 j=1exp(:=0.1g/m3。不满足环保规定和使用者需要。306.13某板式电除尘器的平均电场强度为3.4kV/cm，烟气温度为 423K，电场中离子浓度为108个/m3,离子质量为5X 10_kg，粉尘在电场中的停留时间为5s。试计算：1）粒径为5 Jm的粉尘的饱和电荷值；2）粒径为0.2m的粉尘的荷电量；3）计算上述两种粒径粉尘的驱进速度。假定：1）烟气性质近似于空气；2）粉尘的相对介电系数为1.5。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 X 1016c。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4.86X 1019c。3）取=2.5 10Pa sdp=5 Jm 时,qEp3dp3.04 106 3.4 1053 二 2.5 10* 5 10 止=0.088m/s;dp=0.2 Jm 时,qEp3弋4.86 109 3.4 105563 二 2.5 100.2 10= 3.51 10m/s。6.14图6 49汇总了燃煤电厂用电除尘器的捕集性能。对于煤的含硫量为1%、除尘效率为99.5%的情况，试计算有效驱进速度We。解：查图得集气板面积约331000m . (1000m /min )1A。根据 i =1 -exp(-,Q0.995=1 exp （ Wi）解得 Wi=5.30m/min。6.15电除尘器的集尘效率为95%，某工程师推荐使用一种添加剂以降低集尘板上粉尘层的比电阻，预期可使电除尘器的有效驱进速度提高一倍。若工程师的推荐成立，试求使用该添加剂后电除尘器的集尘效率。解：AAA=1 -exo(w) =95%，故 exp( w) = 0.05 , exp( 2w) = 0.0025QQQA因此 1 -e)p(2w) h -0.0025 =99.75%。Q6.16烟气中含有三种粒径的粒子：10、7 Jm和3,每种粒径粒子的质量浓度均占总浓度的1/3。假定粒子在电除尘器内的驱进速度正比于粒径，电除尘器的总除尘效率为 95%，试求这三种粒径粒子的分级除尘效率。解：设3种粒子的分级效率分别为1、2、3，则因此 1 =99.9%，2=99.0%，3=86.1%。6.17对于粉尘颗粒在液滴上的捕集，一个近似的表达式为二exp -(0.018M 0.5只/R - 0.6R2)。其中M是碰撞数的平方根，R=dp/dD，对于密度为2g/cm3的粉尘，相对于液滴运动的初速度为30m/s，流体温度为297K，试计算粒径为 1)10 Jm ； 2)50 Jm的粉尘在直径为 50、100、500m的液滴上的捕集效率。解：1) 粉尘粒径dp=10 Jm2dPPP(up uD).当液滴直径为 50 m 时，R=0.2 ；碰撞数 NI p p p D 366.3，. NI =19.14。I184DCf I由给出计算公式可得=50.3%同理可得液滴直径为100 Jm、500 Jm时捕集效率为 42.6%、10.1%。2) dp=50 Jm用同样方法计算可得颗粒在直径为50.Lm、100.Lm、500.Lm的液滴上捕集效率分别为0、10.2%、25.0%。6.18 一个文丘里洗涤器用来净化含尘气体。操作条件如下：L=1.36L/m3,喉管气速为83m/s,粉尘密度为0.7g/cm3方程，烟气粘度为 2.23x 10_5Pa.s取校正系数 0.2，忽略Cc,计算除 尘器效率。烟气中粉尘的粒度分布如下：粒径/匹m质量百分数/%20.050.0解：按大气污染控制工程P211 (6 53)由（6 55）2-0.33d 26.10P| PgCcd：f2却P =exp2 =e粒径小于0.1 Jm所占质量百分比太小，可忽略；粒径大于 20.0 Jm，除尘效率约为1；因此故=1 -P =98.48%。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1.845x 105Pa.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：0 1720 172坎宁汉修正 CC =10172 =10172 =1.143dp1.26.20设计一个带有旋风分离器的文丘里洗涤器，用来处理锅炉在1atm和510.8K条件下排出的气流，其流量为 7.1m3/s,要求压降为152.4cmH2O，以达到要求的处理效率。估算洗涤 器的尺寸。解：设气液比 1L/m3, dp=1.2m ,，p =1.8g/cm3 , f=0.25。在 1atm 与 510.K 下查得ig =2.99 10” Pa s。由 p 二1.03 10v；(色)二1.03 10 v2 1.0 10” =152.4cmH2。可解得Qg7.12v=121.6m/s。故喉管面积 S0.058m , DT=272mm。121.6取喉管长度300m m,通气管直径 D1=544mm。宀=24 , :- 2 = 6，贝VD1 Dt1D2 Dt 丄 J2L1- ctg - = 640mm = 0.64m , L2- ctg - = 3.13m2 2 2 2(取 D2=600mm )。6.21直径为2mm的雨滴以其终末沉降速度穿过300m厚的大气近地层，大气中含有粒径为3 Jm的球形颗粒，颗粒的质量浓度为80 Jg/m3。1) 每个雨滴下降过程中可以捕集多少颗粒？2) 由于捕集这些颗粒，雨滴的质量增加了百分之几？解：兀 2由Air Pollution Control EngineeringP300 9.48 式 M D； ：ZC t。 t 通过 P293 Figure49.18读取。取Tp =2 103kg/m3，雨滴Db=2mm，处于牛顿区，禾U用大气污染控制工程P150 (5 - 83) v=1.742.0 10(1.0 103 -1.205) 9.81/1.2051/2 = 7.0m/s。因此，Ppd：v 203 汇(3汇10冷2 汇7.0八一 “Ns530.912。从 Figure 9.18 读出 t =0.11( Cylinder )。18Db 18 1.82 102 10故 M= Q (2 10)2 300 80 0.11 = 0.0083g。1而液滴本身M D；=4.19 103弋。故质量增加了 1.98 x 104%。66.22以2.5mm/h的速率发生了大面积降雨，雨滴的平均直径为2mm,其捕集空气中的悬浮颗粒物的效率为0.1,若净化空气中90%的悬浮颗粒物，这场雨至少要持续多长时间？ 解：由Air Pollution Control Engineering 公式In 2 = 一15乞.讥。代入已知数据C Dd aln 0.1 耳石0.12.5 10 A ：t二 讥=12.3h，即需持续半天左右的时间。2疋103A6.23安装一个滤袋室处理被污染的气体，试估算某些布袋破裂时粉尘的出口浓度。已知系统的操作条件：1atm , 288K，进口处浓度9.15g/m3,布袋破裂前的出口浓度 0.0458g/m3，被 污染气体的体积流量 14158m3/h,布袋室数为6，每室中的布袋数100，布袋直径15cm，系 统的压降1500Pa,破裂的布袋数为 2。解：设破裂2个布袋后气体流量分配不变，近似求得出口浓度如下：598239.15 0.0761C C0(1 - )C0 =0.0761g/m3。因此100%=99.2%。6006009.156.24某袋式除尘器在恒定的气流速度下运行30min。此期间处理烟气 70.8m3，系统的最初和最终的压降分别为 40Pa和400Pa,假如在最终压力下过滤器再操作 1小时，计算另外的 气体处理量。解：设恒定速度V1,则=40,KfgXfV1Kf.gXp1xv2 二 400KpP- x若在400Pa压降下继续，则 一Kf解此微分方程得 Q2=90.1m3。6.25利用清洁滤袋进行一次实验，以测定粉尘的渗透率，气流通过清洁滤袋的压力损失为 250Pa, 300K的气体以1.8m/min的流速通过滤袋，滤饼密度1.2g/cm3，总压力损失与沉积粉尘质量的关系如下。试确定粉尘的渗透率(以m2表示)，假如滤袋面积为100.0cm2。61266677490099010621152M/kg0.0020.0040.0100.020.0280.0340.042解:当 T=300K 时，=1.86 10 Pa s , v=1.8m/min=0.03m/s 。M =:?XpS , XpM?SM1.2 103 100 10*M12p = b 1.86 105 0.03/ Kp。利用所给数据进行线性拟和,125 12 2：p =13146x 616.51，即 1.86 10 -0.03/Kp =13146 , Kp=3.53x 10 m2。12 p6.26除尘器系统的处理烟气量为10000m3/h，初始含尘浓度为 6g/m3，拟采用逆气流反吹清393K，除尘器压力灰袋式除尘器，选用涤纶绒布滤料，要求进入除尘器的气体温度不超过 损失不超过1200Pa，烟气性质近似于空气。试确定：1）过滤速度；2）粉尘负荷；3）除尘器压力损失；4 ）最大清灰周期；5）滤袋面积;6）滤袋的尺寸（直径和长度）和滤袋条数。解：1）过滤气速估计为 VF=1.0m/min。22）除尘效率为99%，则粉尘负荷 W =v ：Ct =0.99 6t =5.94tg/m。3）除尘器压力损失可考虑为比Pt为清洁滤料损失，考虑为 120Pa； APe =Se vf =350Pa ；：Pp 二 Rpv2 Ct =9.5 12 5.94t =56.43tPa,Rp取9.50N min/(g m)；故 AP =AF； +APE +APp =350 +120+56.43t(Pa)=470 + 56.43t(Pa)。4）因除尘器压降小于 1200Pa，故470 56.43t（Pa） ： 1200,t : 12.9min即最大清灰周期。5)A二二型也竺,40m2。60vF 60 1 2736)2 A取滤袋 d=0.8m， l=2m。 a - dl = 5.03m ， n47.7，取 48 条布袋。a6.27据报道美国原子能委员会曾运用2m深的沙滤床捕集细粒子，卡尔弗特建议用下式估算7ZvsD；a细粒子的穿透率。P = exp（ w L）。其中：Z=在气流方向上床的长度；Vs=气体的表9D：巴名面流速；Dpa=细粒子的空气动力学直径；:=沙滤床的孔隙率；Dc=沙滤床的沙粒的直径;Jg二气体的粘度。1）若 dpa=0.5 Jm，Dc=1.0mm，vs=6cm/s，“： =0.3,试估算沙滤床的捕集效率;2）欲获得99.9%以上的捕集效率，床的厚度至少应多厚？3）推导该效率方程式。解：1）将已知数据代入所给公式即有r 72工0.06逍(0.5工10 )2=3.23m。兀 NVcD2Pp3) 由Air Pollution Control Engineering公式，穿透率 P = exp()9W取 Wi=0.25Dc，而 N=0.5Z/Dc , Vc=Vs/ ; , Dpa = D2，代入上式二 exp(-2ZVsD2 pa9D2% ；二 exp(- 7ZV2s D pa)(近似取 2恵=7)9Dc 4gE6.28图6- 50表明滤料的粉尘负荷和表面过滤气速对过滤效率的影响。当粉尘负荷为 140g/m2时，试求：1）对于图中显示的四种过滤气速，分别求相应的过滤效率；2） 假定滤饼的孔隙滤为0.3,颗粒的真密度为 2.0g/cm3，试求滤饼的厚度；3） 当烟气中含尘初始浓度为0.8g/m3时，对于图中最低部的曲线，至少应操作多长时间才 能达到上述过滤效率？解：0.80.141）过滤气速为3.35m/min效率100% =82.5%0.8过滤气速为 1.52m/min 效率 二 0.8 -0.014 1。 =97.75%0.8过滤气速为 0.61m/min 效率=08 0.0009 100% = 99.89%0.8过滤气速为 0.39m/min 效率=08 0.0006 100% = 99.92%0.8-42）由 2.0 X（ 1 - 0.3） xp=140 X 10，xp=0.01cm ;3）由（0.8 0.0006）X 0.39t=140，t=449min=7.5h。