固定源氮氧化物污染控制

作业习题解答9.1 解：1）设每天需燃煤Mt , 解得 M=8.9 X103t。取第九章 固定源氮氧化物污染控制贝U有 M.6110 X 103X 103 X 4.18 X 38%=1000 X 106X24X 3600NOx平均排放系数12kg/t煤，则每日排放 NOx量约为2)同理 M.10000 X 103X 103X 4.18X 38%=1000 X 106X24X 3600, M=5439t。取重油密度为 0.8X 103kg/m3,折合体积约为 6800m3,去排放系数12.5kg/m3,则每日排放6800 12.5NOx 约为3=85.0t1031.1 8900 X 103X4.18 X 38%V=1000 X 106X 24X 3600,解得 V=6.1 X 106m3。_ ,6 1 106 6 25每日排放NOx量约为 1 30一625=38.2t。103 1031.2 解:取1kg煤计算，排放 NOx约8g,在常规燃烧温度下，近似认为NO?浓度很小，NOx均以NO存在。1kg 煤中，含 C772g, H52g , N12g , S26g, O59g,灰分为 79g。充分燃烧后，生成 CO264.3mol, H2026mol , SO20.812mol, NO0.267mol。需 Oz250459=2445g ,约 76.4mol。引入 N2079 x76.4 = 287.4mol。燃烧本身过程中产生 N2（12- x 8）/28 = 0.3mol。0.2130即在。2恰好耗尽时烟气含 CO264.3mol, H2026mol, SO20.812mol, NO0.267mol , N2287.7mol。、.一 一、.一,一 0 21x_，-由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol,则 0.21x =0.06,由此解得x=152mol。379.1 x故NOx浓度为 一067=5.0父10（体积分数）。379.1 1521.3 解:1) 1200K 下,Kp=2.8 X10 7。设有xN2转化为NO,贝U(2x)2(75 - x)(5 - x)= 2.8 10解得x=0.00512 ;故NO平衡浓度为1002 0.005124=1.02 M 10 (体积分数),一 (2x)25 . 一.2) 1500K时，同理 = 1.1x10-解得x=0.032,故NO平衡浓度为(75 - x)(5 - x)0.032 24=6.4父10 (体积分数)1003) 2000K 时,(2x)24 . 一.=4.0父10 解得 x=0.190,故 NO 平衡浓度为 0.0038。 (75-x)(5-x)9.4 解：考虑1kg燃煤含氢37g,碳759g,硫9g,氮9g,氧47g。烟气中含CO263.25mol,含H2O 18.5mol , 含 SO20.28mol。因此需 O2 2392 47=2281g 约 71.3mol,则引入 Nz268.2mol。若空气过剩 20%,则烟气中。2 为 0.2X71.3=14.26mol , N2268.2+53.6+9/28=322.1mol。即若不考虑 N 转化，则烟气中含 CO263.25mol, H2O18.5mol , SO20.28mol, O214.26mol , N2322.1mol。1) N2转化率20%,则NO浓度为0.2X9/14 =3.1X10 (体积分数)418.42) N2转化率50%,则NO浓度为0.5-9/14 =7.7X10-(体积分数)418.49.5 解:按大气污染控制工程P361 (913) (1 丫丁书(1 +Y)C=exp(-Mt)将 M=70 , C=0.5 代入当 t=0.01s 时(1-Y)1.5(1 +Y)a5= e.7,解得 Y=0.313 ;当 t=0.04s 时(1-Y)1.5(1 +Y)5= e8,解得 Y=0.811 ；当 t=0.1s 时(1 -Y)1.5(1 + Y)*=el 解得 Y=0.988 o15/ 1/258400、由 M =5.7 父 10 T P exp(),取 P=1atm,将 M=70 代入得 T=2409K。T9.6 解：t =0.01s,(1-Y)1.5(1 Y) 5 =e.5,Y =0.232M=50 t =0.04s,(1 -Y)1.5(1 +Y)3.5 =e/.,Y =0.686 _15._0 5_5_ _t =0.1s,(1Y) (1 十Y) = e ,Y =0.955t =0.01s,(1 Y)1.5(1 +Y)R5 = e.3,Y = 0.144 M=30t =0.04s,(1Y)1.5(1+Y)R5 =e4.2,Y =0.487 1 5.-0 5-3t =0.1s,(1 -Y) (1+Y) =e ,Y = 0.8249.7 解:一 14-9 1043400一、，、 一K =后exp( ) (R=1.987cal/mol.K )。将所给温度代入公式计算K值，列表4.1 1013RT如下:T (K)30010001200150020002500Kp (计算值)-315.3X 1097.0X 102.7X 10 751.0X1044.0X 1033.5 X 10Kp (表中值)-3010-97.5X 10一72.8X 1051.1X1044.0X 10-33.5 X 109.8 解:假设。浓度很小，平衡时O2的浓度仍可近似认为 5%。利用。2分解的平衡反应式 02 T 2O及大气污染控制工程P360 (9 11)式求解：OeO2；/2Kp,o(RT)1/2O因反应前后分子个数不同，平衡常数有量纲,公式中浓度单位为mol/m3,1) 2000K 时，Kp,o=6.63 X 10 4,平衡时。21=0.050.0224 2000/2733= 0.305mol /m故Oe=Oz；/2。70.3056.63x10(RT)1/28314 2000= 2.84 10 6mol/m32) 2200K 时，Kp,o=2.68x 10 3,平衡时O2e0.050.0224 2200/273_ _3= 0.277mol /m故Oe=O2；/2Kp,o. 0.277 2.68 10，(RT)1/28.314 2200一 _-5 一一 3= 1.04 10 mol/m3) 2400K 时，Kp,o=8.60X10 3,平衡时O2e005二 0.254mol / m30.024 2400/273花O2；Kpo故Oe1/2(RT)1/2.0.254 8.60 10“8.314 2400=3.07父10 5mol/m39.9 解:NOx约8g,在常规燃烧温度下，近似认为NO2浓度很小，NOx均以H37g, N9g, S9g, 047g。充分燃烧后，生成 COz63.25mol, H2O18.5mol,取1kg煤计算，排放NO存在。1kg 煤中,含 C759g,SO20.28mol , NO0.267mol。需 O2233347=2286g ,约 71.4mol。引入 N2079M71.4 = 268.8mol。燃烧本身过程中产生 N2(9 -14 8)/28 = 0.19mol。0.2130即在。2恰好耗尽时烟气含 CO 263.25mol , H2O18.5mol, SO20.28mol, NO0.267mol , N 2269.0mol。0 21x ，一 一 一由题息，仝气过剩，设过剩仝气重为xmol,则.=0.06,由此解得x=140.5mol。351.3 x故NOx浓度为 =5.43父10（体积分数）351.3 140.59.10 解：燃烧 1mol Ci0H20NX,产生 10molCO2, 10molH2。，需 0215mol,引入 N2量 56，mol。 空气过剩50%,则总氮气量为 56.4X 1.5=84.6mol , 02量为7.5mol。由题意,0.5X20 84.6 0.5x 7.5_6= 230x10 ，解得 x=0.052因此氮在油中的最大含量为0.052 14X100% =0.52%。0.052 14 120 209.11 解：1)以热值为6110kcal/kg的煤为燃料，每日排放 NOx量约107t,其中NO210.7t, NO96.3t。反应方程式为：4NH3 4N002) 4N2 6H208NH36N02) 7N212H2044 3086 463 3x 0.9 96.3103y 0.910.7103解得 x=2889kmol , y=279kmol生成 电(2889 7 279) = 3133kmol , H20(6 2889 12 279) = 4752kmol 848因此残留氨量为(3133+4752) X 5X 10 6=0.04kmol ,可忽略。故每天消耗氨的量为(2889+279) X 17/103=53.9t。2)以热值为10000kcal/kg的重油为燃料，每日排放 NOx量约85t,其中NO28.53 NO76.5t。 反应方程式为：4NH3 4NO O2 4N2 6H 2O 8NH3 6NO2 7N2 12H2O4 =4 308 =6 46一3一3x 0.9 76.5 10y 0.9 8.5 10解得 x=2295kmol , y=222kmol生成 电(2295 +Z X222) = 2489kmol , H2O (父 2295 +12 黑 222) = 3776kmol 848因此残留氨量为(2489+3776) X 5X 10 6=0.03kmol ,可忽略。故每天消耗氨的量为(2295+222) X 17/103=42.8t。3)以热值为8900kcal/m3的天然气为燃料,每日排放NOx量约38.以 其中N023.8t, NO34.4t。 反应方程式为：4NH3 4NO O2 4N2 6H 2O 8NH3 6NO2 7N2 12H2O44 3086 46-3_3x 0.9 34.4 10y 0.9 3.8 10解得 x=1032kmol , y=99kmol生成 N2(1032 +7 父99) =1119kmol ,七。(6 父 1032 +12x 99) =1696kmol 848因此残留氨量为(1119+1696) x 5X 10 6=0.01kmoi ,可忽略。故每天消耗氨的量为(1032+99) X 17/103=192。9.12 解：甲烷燃烧方程式为：CH4 2O2 CO2 2H2O取1mol甲烷进行计算，则理论耗氧量为2mol,生成CO21mol, H202mo1。当空气过剩10%时，烟气中还含有 O20.2mol,N2079M2 2 =8 32mol。故烟气总体积 3+8.32+0.2=11.52mol。 0.21其中，NOx量折合成 NO2为：46X 11.52X 300X 10 6=1.59 x 10 4kg。甲烷燃烧热值为802.3kJ/mol,故浓度转化结果为：1.59 10802.3 10kgNO2/GJ =0.198kgNO2/GJ。通用公式的推导：假设燃料组成为 CxHyOzNmSt (适用于大部分燃料)，空气过剩系数为 a ,燃料的热值 Q (kJ/mol)。yz11燃烧万程为CxHyOzNmSt+(x+t + y )O2-xCO2+ yH2O + tSO2+mN2,故4222取 1mol 燃料进行计算，则产生COmol, HzOy/2mol , SOztmol, N2m/2mol。耗氧(x+t+y/4-z/2 ) mol,考虑空气过剩系数，引入氮气3.76a ( x+t+y/4-z/2 ) mol ,剩余 O2(a 1) (x+t+y/4-z/2 ) mol。因此烟气总体积为(x+y/2+t+m/2)+ 3.76 a (x+t+y/4-z/2 ) + (a 1) (x+t+y/4-z/2 ) mol。若产生NOx (以NO2计)浓度为F,则生成NO2质量为0.046F(x+y/2+t+m/2)+ 3.76 u (x+t+y/4-z/2 ) + ( a 1)(x+t+y/4-z/2 ) kg 因此浓度转化结果为kgNO2/GJ0.046F(x + y/2 + t + m/2) + ( 4.76： -1)(x + t + y/4 - z/2)_-6Q 106将 x=1 , y=4 , z=0, m=0, t=0 , Q=802.3kJ/mol , a =1.1, F=300 X 10 6 代入上式可得 题目所给甲烷燃烧时的结果为0.197 kgNO2/GJ,与计算结果吻合。