大气污染控制工程习题答案

第一章 概 论   1.1 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 ， ； ， 。   1.2 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 解： 1） （g/m3N） c（mol/m3N） 。 2）每天流经管道的CCl4质量为1.031×10×3600×24×10－3kg=891kg   1.4 解： 每小时沉积量200×（500×15×60×10－6）×0.12 =10.8   1.5 解： 由《大气污染控制工程》P14 （1－1），取M=210 ， COHb饱和度   1.6 解： 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 解： 由《大气污染控制工程》P18 （1－2），最大能见度为 。 第二章 燃烧与大气污染 2.1 解： 1kg燃油含： 重量（g） 摩尔数（g） 需氧数（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99.1875×4.78=474.12mol/kg重油。 即474.12×22.4/1000=10.62m3N/kg重油。 烟气组成为CO271.25mol，H2O 55.25+11.25=56.50mol，SO20.1325mol，N23.78×99.1875=374.93mol。 理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.99×22.4/1000=11.27 m3N/kg重油。   2）干烟气量为502.99－56.50=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1.1×10.62=11.68m3N/kg重油， 产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33 m3N/kg重油。   2.2 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+0.010－0.013/2=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 烟气量（1+0.292+0.010+3.78×1.1495+1.644/18）×1000/18.26×22.4×10－3=6.826m3/kg 灰分浓度为 mg/m3=2.12×104mg/m3 3）需石灰石 /t煤   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，H2O 15.5625+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+0.2×354.76=436.43mol/kg煤，SO2浓度为 。   2.4解： 取1mol煤气计算 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。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 1.2×1.066mol=1.279mol。 空气含湿量为12g/m3N，即含H2O0.67mol/ 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，N2：0.223×3.78+0.524=1.367mol，H2O0.002+0.126+0.014+1.298×1.493%+0.004=0.201mol 故实际烟气量 0.002+0.342+1.367+0.201+0.2×1.066=2.125mol   2.5 解： 1）N2%=1－11%－8%－2%－0.012%=78.99% 由《大气污染控制工程》P46 （2－11） 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SO21 20×10－6m3，排放浓度为 。 3） 。 4） 。   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73.86×4.78×1.2=423.66mol， 含水423.66×0.0116=4.91mol。 烟气中：CO2 63.17mol；SO2 0.5mol；H2O 4.91+4.625+20.375=29.91mol； N2：73.86×3.78=279.19mol；过剩干空气0.2×73.86×4.78=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=1.83×10－5，lg PH2SO4=-4.737。 查图2－7得煤烟气酸露点约为134摄氏度。   2.8解： 以1kg油燃烧计算， C 860g 71.67mol； H 140g 70mol，耗氧35mol。   设生成CO x mol，耗氧0.5x mol，则生成CO2 （71.67－x）mol，耗氧（71.67－x）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%： 由《大气污染控制工程》P46 （2－11） 空气过剩系数 第三章 大气污染气象学 3.1解： 由气体静力学方程式，大气中气压随高度的变化可用下式描述： （1） 将空气视为理想气体，即有 可写为 （2） 将（2）式带入（1），并整理，得到以下方程： 假定在一定范围内温度T的变化很小，可以忽略。对上式进行积分得： 即 （3） 假设山脚下的气温为10。C，带入（3）式得： 得 即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km。     3.2解： ，不稳定 ，不稳定 ，不稳定 ，不稳定 ，不稳定。   3.3解： ， 3.4解： 由《大气污染控制工程》P80 （3－23）， ，取对数得 设 ， ，由实测数据得 x 0.301 0.477 0.602 0.699 y 0.0669 0.1139 0.1461 0.1761 由excel进行直线拟合，取截距为0，直线方程为：y=0.2442x 故m＝0.2442。   3.5 解： ， ， 。 稳定度D，m=0.15 ， ， 。 稳定度F，m=0.25 ， ， 风速廓线图略。   3.6解： 1）根据《Air Pollution Control Engineering》可得高度与压强的关系为 将g=9.81m/s2、M=0.029kg、R=8.31J/(mol.K)代入上式得 。 当t=11.0。C，气压为1023 hPa；当t=9.8。C，气压为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。 同理可计算其他测定位置高度，结果列表如下： 测定位置 2 3 4 5 6 7 8 9 10 气温/。C 9.8 12.0 14.0 15.0 13.0 13.0 12.6 1.6 0.8 气压/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）图略 3） ，不稳定； ，逆温； ，逆温； ，逆温； ，稳定； ，稳定； ，稳定； ，稳定。   3.7解： ，故 ，逆温； ，故 ，稳定； ，故 ，不稳定； ，故 ，不稳定； ，故 ，不稳定； ，故 逆温。   3.8解： 以第一组数据为例进行计算：假设地面大气压强为1013hPa，则由习题3.1推导得到的公式 ，代入已知数据（温度T取两高度处的平均值）即 ，由此解得P2=961hPa。 由《大气污染控制工程》P72 （3－15）可分别计算地面处位温和给定高度处位温： ， ， 故位温梯度= 同理可计算得到其他数据的位温梯度，结果列表如下： 测定编号 1 2 3 4 5 6 地面温度/。C 21.1 21.1 15.6 25.0 30.0 25.0 高度/m 458 763 580 2000 500 700 相应温度/。C 26.7 15.6 8.9 5.0 20.0 28.0 位温梯度/ K/100m   2.22 0.27 －0.17 －0.02 －1.02 1.42   3.9解： 以第一组数据为例进行计算，由习题3.1推导得到的公式 ，设地面压强为P1，代入数据得到： ，解得P1=1023hPa。因此 同理可计算得到其他数据的地面位温，结果列表如下： 测定编号 1 2 3 4 5 6 地面温度/。C 21.1 21.1 15.6 25.0 30.0 25.0 高度/m 458 763 580 2000 500 700 相应温度/。C 26.7 15.6 8.9 5.0 20.0 28.0 地面压强/hPa 1023 1012 1002 1040 1006 1007 地面位温/。C 292.2 293.1 288.4 294.7 302.5 297.4   3.10 解答待求。 第四章 大气扩散浓度估算模式   4.1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解： 霍兰德公式 。 布里格斯公式 且x<=10Hs。此时 。   按国家标准GB/T13201－91中公式计算， 因QH>=2100kW，Ts－Ta>=130K>35K。 （发电厂位于城市近郊，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3）   4.3解： 由《大气污染控制工程》P88（4－9）得   4.4解： 阴天稳定度等级为D级，利用《大气污染控制工程》P95表4－4查得x=500m时 。将数据代入式4－8得 。   4.5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 （4－10）、（4－11） 时， 。 取稳定度为D级，由表4－4查得与之相应的x=745.6m。 此时 。代入上式 。   4.6解： 由《大气污染控制工程》P98 （4－31） （当 ，q=0.3）   4.7解： 有限长线源 。 首先判断大气稳定度，确定扩散参数。中纬度地区晴朗秋天下午4：00，太阳高度角30～35。左右，属于弱太阳辐射；查表4-3，当风速等于3m/s时，稳定度等级为C，则400m处 。 其次判断3分钟时污染物是否到达受体点。因为测量时间小于0.5h，所以不必考虑采样时间对扩散参数的影响。3分钟时，污染物到达的距离 ，说明已经到达受体点。 有限长线源 距离线源下风向4m处，P1=－75/43.3=－1.732，P2=75/43.3=1.732； 。代入上式得 。 端点下风向P1=0，P2=150/43.3=3.46，代入上式得   4.8解： 设大气稳定度为C级， 。 当x=1.0km， 。由《大气污染控制工程》P106 （4－49）   4.9解： 设大气稳定度为C级。 当x=2km时，xD2xD时， ， 计算结果表明，在xD<=x<=2xD范围内，浓度随距离增大而升高。   4.10解： 由所给气象条件应取稳定度为E级。查表4－4得x=12km处， 。 ， 。   4.11 解： 按《大气污染控制工程》P91 （4－23） 由P80 （3－23） 按城市及近郊区条件，参考表4－2，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3，代入P91（4－22）得 。 《环境空气质量标准》的二级标准限值为0.06mg/m3（年均），代入P109（4－62） ＝ 解得 于是Hs>=162m。实际烟囱高度可取为170m。   烟囱出口烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5倍，即uv>=1.5×1.687×1700.25=9.14m/s。但为保证烟气顺利抬升，出口流速应在20~30m/s。取uv=20m/s，则有 ，实际直径可取为4.0m。   4.12解： 高架连续点源出现浓度最大距离处，烟流中心线的浓度按 P88（4－7） （由P89（4－11） ） 而地面轴线浓度 。 因此， 得证。 第五章 颗粒污染物控制技术基础   5.1解： 在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线， 读出d84.1=61.0 、d50=16.0 、d15。9=4.2 。 。 作图略。   5.2 解： 绘图略。   5.3解： 在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线，读出质量中位直径d50（MMD）=10.3 、d84.1=19.1 、d15。9=5.6 。 。 按《大气污染控制工程》P129（5－24） ； P129（5－26） ； P129（5－29） 。   5.4解： 《大气污染控制工程》P135（5－39）按质量表示 P135（5－38）按净体积表示 P135（5－40）按堆积体积表示 。   5.5解： 气体流量按P141（5－43） ； 漏风率P141（5－44） ； 除尘效率： 考虑漏风，按P142（5－47） 不考虑漏风，按P143（5－48）   5.6解： 由气体方程 得 按《大气污染控制工程》P142（5－45） 。   5.7 解： 按《大气污染控制工程》P145（5－58） 粉尘浓度为 ，排放浓度10（1－99%）=0.1g/m3； 排放量2.22×0.1=0.222g/s。   5.8解： 按《大气污染控制工程》P144（5－52） （P=0.02）计算，如下表所示： 粉尘间隔/ <0.6 0.6~0.7 0.7~0.8 0.8~1.0 1~2 2~3 3~4 质量频率 /% 进口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   粉尘间隔/ 4~5 5~6 6~8 8~10 10~12 20~30 其他 质量频率 /% 进口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 据此可作出分级效率曲线。   5.9解： 按《大气污染控制工程》P144（5－54） 。   5.10 解： 当空气温度为387.5K时 。 当dp=0.4 时，应处在Stokes区域。 首先进行坎宁汉修正： ， ， 。则 ， 。 当dp=4000 时，应处于牛顿区， 。 ，假设成立。 当dp=0.4 时，忽略坎宁汉修正， 。经验证Rep<1，符合Stokes公式。 考虑到颗粒在下降过程中速度在很短时间内就十分接近us，因此计算沉降高度时可近似按us计算。 dp=0.4 h=1.41×10－5×30=4.23×10－4m； dp=40 h=0.088×30=2.64m； dp=4000 h=17.35×30=520.5m。   5.11解： 设最大石英粒径dp1，最小角闪石粒径dp2。由题意， 故 。   5.12解： 在所给的空气压强和温度下， 。dp=200 时， 考虑采用过渡区公式，按《大气污染控制工程》P150（5－82）： ，符合过渡区公式。 阻力系数按P147（5－62） 。阻力按P146（5－59） 。   5.13解： 圆管面积 。据此可求出空气与盐酸雾滴相对速度 。考虑利用过渡区公式： 代入相关参数 及us=0.27m/s 可解得dp=66 。 ，符合过渡区条件。故能被空气夹带的雾滴最大直径为66 。   5.14解： 粒径为25 ，应处于Stokes区域，考虑忽略坎宁汉修正： 。竖直方向上颗粒物运动近似按匀速考虑，则下落时间 ，因此L=v.t=1.4×122m=171m。   5.15解： 在给定条件下 。 当dp=10 ，粉尘颗粒处于Stokes区域： 。 dp=500 ，粉尘颗粒处于牛顿区： 。因此 。经验证，Rep=1307>500，假设成立。 第六章 除尘装置   6.1解： 计算气流水平速度 。设粒子处于Stokes区域，取 。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解： 按层流考虑，根据《大气污染控制工程》P163（6－5） ，因此需要设置23层。   6.3解： ，符合层流区假设。   6.4解： 设空气温度为298K，首先进行坎宁汉修正： ， ， 。故 。用同样方法计算可得0.83 粒子的分级效率为0.864。 因此总效率   6.5 解： 按《Air Pollution Control Engineering》公式 。 令 =50%，N=5，Vc=15m/s， =2.9×103kg/m3，W=0.76m， ，代入上式得dc=11.78 。 利用《大气污染控制工程》P170（6－18） 计算各粒径粉尘分级效率，由此得总效率   6.6 解： 根据《大气污染控制工程》P144（5－53） （P=0.1）计算分级效率，结果如下表所示：           粉尘间隔/ 0~5 5~10 10~15 15~20 20~25 25~30 30~35 35~40 40~45 >45 质量 频率 /% 捕集g3 0.5 1.4 1.9 2.1 2.1 2.0 2.0 2.0 2.0 84.0 出口g2 76.0 12.9 4.5 2.1 1.5 0.7 0.5 0.4 0.3 1.1 5.59 49.41 79.17 90.00 92.65 96.26 97.30 97.83 98.36 99.85 据此可作出分级效率曲线。由上表可见，5～10 去除效率为49.41。因此在工程误差允许范围内，dc=7.5 。   6.7解： 据《大气污染控制工程》P169（6－13） 。   6.8 解： 根据《Air Pollution Control Engineering》P258公式 。 因 ，故 ＝1000 ； 由题意，当 。取 ，N=10，代入上式 ，解得Wi=5.5 。 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=H.W.Vc=1.21×10－3m3/s   6.9解： 按《大气污染控制工程》P170（6－18） ； 。 dg=20 ， ， 代入上式，利用Matlab积分可得 。   6.10解： 驱进速度按《大气污染控制工程》P187（6－33） 。 ，Q=0.075m3/s，代入P188（6－34） 。   6.11 解： 1）Q’=2/3=0.667 m3/s，S=3.662=13.4m2， 。 2） ，查图6－27得Fv=1.75 故 。   6.12 解： 1）由题意 dp=3.5 ， dp=8.0 ， dp=13.0 ， 故 2） ，则 =0.42g/m3>0.1g/m3。不满足环保规定和使用者需要。   6.13 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3.04×10－16C。 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4.86×10－19C。 3）取 dp=5 时， ； dp=0.2 时， 。   6.14 解： 查图得集气板面积约1000m3.（1000m3/min）－1。根据 ， 0.995=1－exp（－wi）解得wi=5.30m/min。   6.15解： ，故 ， 因此 。   6.16解： 设3种粒子的分级效率分别为 、 、 ，则 因此 ， ， 。   6.17 解： 1）粉尘粒径dp=10 当液滴直径为50 时，R=0.2；碰撞数 ， 。 由给出计算公式可得 同理可得液滴直径为100 、500 时捕集效率为42.6％、10.1%。 2）dp=50 用同样方法计算可得颗粒在直径为50 、100 、500 的液滴上捕集效率分别为 0、10.2%、25.0％。   6.18解： 按《大气污染控制工程》P211（6－53） 由（6－55） 粒径小于0.1 所占质量百分比太小，可忽略；粒径大于20.0 ，除尘效率约为1；因此 故 。   6.19 解： 坎宁汉修正   6.20解： 设气液比1L/m3，dp=1.2 ， ，f=0.25。在1atm与510.K下查得 。 由 可解得 v=121.6m/s。故喉管面积 ，DT=272mm。 取喉管长度300mm，通气管直径D1=544mm。 ， ，则 ， （取D2=600mm）。     6.21 解： 由《Air Pollution Control Engineering》P300 9.48式 。 通过P293 Figure 9.18读取。取 ，雨滴Db=2mm，处于牛顿区，利用《大气污染控制工程》P150（5－83） 。因此， 。从Figure 9.18读出 =0.11（Cylinder）。 故M= 。 而液滴本身 。故质量增加了1.98×10－4%。   6.22解： 由《Air Pollution Control Engineering》公式 。代入已知数据 ，即需持续半天左右的时间。   6.23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： 。因此 。   6.24解： 设恒定速度v1，则 ， 。 若在400Pa压降下继续，则 解此微分方程得Q2=90.1m3。   6.25解： 当T=300K时， ，v=1.8m/min=0.03m/s。 ， 。利用所给数据进行线性拟和， ，即 ，Kp=3.53×10－12m2。   6.26 解： 1）过滤气速估计为vF=1.0m/min。 2）除尘效率为99%，则粉尘负荷 。 3）除尘器压力损失可考虑为 为清洁滤料损失，考虑为120Pa； ； ； 故 。 4）因除尘器压降小于1200Pa，故 即最大清灰周期。 5） 。 6）取滤袋d=0.8m，l=2m。 ， ，取48条布袋。   6.27 解： 1）将已知数据代入所给公式即有 ， 2）由 可得z>=3.23m。 3）由《Air Pollution Control Engineering》公式，穿透率 取Wi=0.25Dc，而N=0.5Z/Dc，Vc=Vs/ ， ，代入上式 （近似取 ）   6.28 解： 1）过滤气速为3.35m/min 效率 过滤气速为1.52m/min 效率 过滤气速为0.61m/min 效率 过滤气速为0.39m/min 效率 2）由2.0×（1－0.3）xp=140×10－4，xp=0.01cm； 3）由（0.8－0.0006）×0.39t=140，t=449min=7.5h。 第七章 气态污染物控制技术基础   7.1解：由亨利定律P*=Ex，500×2%=1.88×105x，x=5.32×10－5。 由y*=mx，m=y*/x=0.02/5.32×10－5=376。 因x=5.32×10－5很小，故CCO2=2.96mol/m3。 100g与气体平衡的水中约含44×100×5.32×10－5/18=0.013g。   7.2 解： 在1atm下O2在空气中含量约0.21。0.21=4.01×104x 解得O2在水中摩尔分数为x=5.24×10－6。   7.3 解： 20》C时H2S E=0.489×105kPa，分压20atm×0.1%=2.03kPa。 P*=Ex，x=P*/E=4.15×10－5，故C*H2S=2.31mol/m3。 H=C/P*=2.3/（2.03×103）=1.14×10－3mol/（m3.Pa）=115mol/（m3.atm） 由 。 。   7.4 解： GB=5000×0.95=4750m3N/h。 Y1=0.053， ； 。 因此用水量Ls=25.4GB×1.5=1.81×105m3N/h。 由图解法可解得传质单元数为5.6。   7.5 解： GB=10×0.89=8.9m3/min，Y1=0.124，Y2=0.02。作出最小用水时的操作线，xmax=0.068。 故 ，Ls=1.53×1.75×8.9=23.8m3/min。 图解法可解得传质单元数为3.1。 。Hy=2.39×3.1=7.4m。   7.6解： 利用公式 ，将已知数据代入 ，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 依据公式 ，对lgXT~lgP进行直线拟合： ，即K=30，n=1.43； 依据公式 ，对P ~P/V进行直线拟合： ， 即Vm=200，B=0.173。   7.9 解： 三氯乙烯的吸收量V=2.54×104×0.02×99.5%=505.46m3/h，M=131.5。 由理想气体方程 得 因此活性炭用量 ； 体积 。   7.10 解： Y1=0.025kg苯/kg干空气， ，Y2=0，X2=0。 故操作线方程为X=11.28Y。 当Y=Yb=0.0025kg苯/kg干空气时，X=11.28×0.0025=0.0282kg苯/kg硅胶。 Y*=0.167×0.02821.5=0.0008kg苯/kg干空气。 ，由此可求得 近似值； 同时， 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时， =2.37kg/m3，因此 ，故HOG= ； 因此吸附区高度为H2=HOG.NOG=0.07041×5.948=0.419m。 对单位横截面积的床层，在保护作用时间内吸附的苯蒸汽量为 （0.025－0）×2.37×60×90＝320（kg苯/m2） 而吸附床饱和区吸附苯蒸汽量 吸附床未饱和区吸附苯蒸汽量 因此总吸附量 解得H=2.05m，此即所需要的最小床高。   7.11 解： 反应管转化率为xA时，反应速度为RA=－0.15（1－xA）mol/（kg催化剂.min）。 根据单管物料平衡可列出如下方程： 其中 ，Q单位为mol/min。 数据代入并整理得 ，对等式两边积分，即 ，解得Q=0.447mol/min。 反应管数目：250/0.447＝560个。   7.12 解： 由 得 。 第八章 硫氧化物的污染控制   8.1解： 火电厂排放标准700mg/m3。 3%硫含量的煤烟气中SO2体积分数取0.3%。 则每立方米烟气中含SO2 ； 因此脱硫效率为 。   8.2 解： 1） m=1.5625kg 2）每燃烧1t煤产生SO2约 ，约去除72×0.9=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。   8.3 解： 1）由 ， ，解得 。 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=1.6×10－3； 故转化率为   8.4解： 动力消耗 ，即约0.51%用于克服阻力损失。   8.5 解： 1）取平均温度为 ，此时气体密度 （分子量取30）。 显然雾滴处于牛顿区， ，因气体流速为3m/s，则液滴相对塔壁的沉降速度为6.73m/s。 2）工况条件：液气比9.0L/m3，Ca/S=1.2，并假设SO2吸收率为90%。 在117.5。C下，水汽化热2212.1kJ/kg，空气比热1.025kJ/（kg.K） 由（180－55）×1.025×0.94=2212.1m，解得m=0.054kg，因此水分蒸发率 。 3）CaCO3反应分率为 。   8.6解： 在373K时，Khs=0.41，Ks1=6.6×10－3，Ks2＝3.8×10－8。 [Na]－[S]=[Na+]－[SO2.H2O]－[HSO3－]－[SO32－] =[OH－]－[H+]+[SO32－]+2[CO32－]+[HCO3－]－[SO2.H2O] ， ， 。 代入得 代入不同的[H+]浓度，可得pH在4～5时[Na]－[S]接近于0。因此脱硫最佳pH值4～5。   8.7 解： 工况条件：液气比9.0L/m3，Ca/S=1.2，并假设SO2吸收率为90%。因此，单位体积（1.0L）通过烟气1/9m3，可吸收SO2 。 取温度T=373K，则Khs=0.147，Ks1=0.0035，Ks2=2.4×10－8。 进水PSO2=4.0×10－4atm，[SO2.H2O]=PSO2.Khs=5.88×10－5， [HSO3－]=Ks1[SO2.H2O]/[H+]=0.0206，[SO32－]= ； 则反应后[S]’=[SO2.H2O]+[HSO3－]+[SO32－]+0.018=0.0387 此时PSO2’=4.0×10－3atm，[SO2.H2O]’=5.88×10－4且 物料守恒得 [SO2.H2O]’+[HSO3－]’+[SO32－]’ =0.0387 由上述方程可解得[H+]=5.4×10－5，pH=4.27 第九章 固定源氮氧化物污染控制   9.1 解： 1）设每天需燃煤Mt，则有M.6110×103×103×4.18×38%=1000×106×24×3600 解得M=8.9×103t。取NOx平均排放系数12kg/t煤，则每日排放NOx量约为 ； 2）同理M.10000×103×103×4.18×38%=1000×106×24×3600，M=5439t。 取重油密度为0.8×103kg/m3，折合体积约为6800m3，去排放系数12.5kg/m3，则每日排放NOx约为 3）8900×103×4.18×38%V=1000×106×24×3600，解得V=6.1×106m3。 每日排放NOx量约为 。   9.2解： 取1kg煤计算，排放NOx约8g，在常规燃烧温度下，近似认为NO2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，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol。需O22504－59=2445g，约76.4mol。 引入N2 。燃烧本身过程中产生N2 。 即在O2恰好耗尽时烟气含CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol，N2287.7mol。 由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol，则 ，由此解得x=152mol。 故NOx浓度为 （体积分数）。   9.3 解： 1）1200K下，Kp=2.8×10－7。设有xN2转化为NO，则 解得x=0.00512；故NO平衡浓度为 （体积分数） 2）1500K时，同理 解得x=0.032，故NO平衡浓度为 （体积分数） 3）2000K时， 解得x=0.190，故NO平衡浓度为0.0038。   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N2268.2mol。 若空气过剩20%，则烟气中O2为0.2×71.3=14.26mol，N2 268.2+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 （体积分数） 2）N2转化率50%，则NO浓度为 （体积分数）   9.5解： 按《大气污染控制工程》P361（9－13） 将M=70，C=0.5代入 当t=0.01s时 ，解得Y=0.313； 当t=0.04s时 ，解得Y=0.811； 当t=0.1s时 ，解得Y=0.988。 由 ，取P=1atm，将M=70代入得T=2409K。   9.6 解： M=50   M=30 9.7解： （R=1.987cal/mol.K）。将所给温度代入公式计算K值，列表如下： T（K） 300 1000 1200 1500 2000 2500 Kp（计算值） 5.3×10－31 7.0×10－9 2.7×10－7 1.0×10－5 4.0×10－4 3.5×10－3 Kp（表中值） 10－30 7.5×10－9 2.8×10－7 1.1×10－5 4.0×10－4 3.5×10－3   9.8解： 假设O浓度很小，平衡时O2的浓度仍可近似认为5％。利用O2分解的平衡反应式 及《大气污染控制工程》P360（9－11）式求解： 。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，即   1）2000K时，Kp,o=6.63×10－4，平衡时 故   2）2200K时，Kp,o=2.68×10－3，平衡时 故   3）2400K时，Kp,o=8.60×10－3，，平衡时 故   9.9解： 取1kg煤计算，排放NOx约8g，在常规燃烧温度下，近似认为NO2浓度很小，NOx均以NO存在。 1kg煤中，含C759g，H37g，N9g，S9g，O47g。充分燃烧后，生成CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol。需O22333－47=2286g，约71.4mol。 引入N2 。燃烧本身过程中产生N2 。 即在O2恰好耗尽时烟气含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol，N2269.0mol。 由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol，则 ，由此解得x=140.5mol。 故NOx浓度为 （体积分数）。   9.10解： 燃烧1mol C10H20Nx，产生10molCO2，10molH2O，需O215mol，引入N2量56.4mol。 空气过剩50%，则总氮气量为56.4×1.5=84.6mol，O2量为7.5mol。 由题意， ，解得x=0.052 因此氮在油中的最大含量为 。   9.11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： 解得x=2889kmol，y=279kmol 生成N2 ，H2O 因此残留氨量为（3133+4752）×5×10－6=0.04kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量为（2889+279）×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NO28.5t，NO76.5t。反应方程式为： 解得x=2295kmol，y=222kmol 生成N2 ，H2O 因此残留氨量为（2489+3776）×5×10－6=0.03kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量为（2295+222）×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38.2t，其中NO23.8t，NO34.4t。反应方程式为： 解得x=1032kmol，y=99kmol 生成N2 ，H2O 因此残留氨量为（1119+1696）×5×10－6=0.01kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量为（1032+99）×17/103=19.2t。   9.12解： 甲烷燃烧方程式为： 取1mol甲烷进行计算，则理论耗氧量为2mol，生成CO21mol，H2O2mol。当空气过剩10%时，烟气中还含有O20.2mol，N2 。故烟气总体积3+8.32+0.2=11.52mol。 其中，NOx量折合成NO2为：46×11.52×300×10－6=1.59×10－4kg。 甲烷燃烧热值为802.3kJ/mol，故浓度转化结果为： 。 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 ，燃料的热值Q（kJ/mol）。 燃烧方程为 ，故 取1mol燃料进行计算，则产生CO2xmol，H2Oy/2mol，SO2tmol，N2m/2mol。耗氧 （x+t+y/4-z/2）mol，考虑空气过剩系数，引入氮气3.76 （x+t+y/4-z/2）mol，剩余O2 （ －1）（x+t+y/4-z/2）mol。因此烟气总体积为 (x+y/2+t+m/2)+ 3.76 （x+t+y/4-z/2）+（ －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 （x+t+y/4-z/2）+（ －1）（x+t+y/4-z/2）]kg 因此浓度转化结果为 kgNO2/GJ 将x=1，y=4，z=0，m=0，t=0，Q=802.3kJ/mol， ，F=300×10－6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。 第十章 挥发性有机物污染控制   10.1解： 见《大气污染控制工程》P379 图10－1。   10.2解： 由Antoine方程 可分别计算得到40。C时 苯的蒸汽压P1=0.241atm；甲苯的蒸汽压P2=0.078atm。 因此 ， 。   10.3解： 列式 ，故   10.4解： 取温度为100oF=310.8K 进口甲苯浓度：1m3气体中含1000mg，则体积为 ，即浓度为2772ppm。 同理可计算出口甲苯浓度为41.6ppm。 《Air Pollution Control Engineering》P366 Example10.14选择C14H30作吸收剂，但本题出口甲苯浓度过低，分压41.6×10－6atm，小于C14H30 100oF时分压47×10－6ppm，因此不能选择C14H30，而应该选择蒸汽压更低的吸收剂，此处选择C16H34，在100 oF下蒸汽压约 10×10－6atm，分子量M=226。 ，取xi bottom=0.8x=0.8×14.3×0.002772=0.032， 因此 。 又G=20000m3/h=784.3kmol/h=13.93lb/s=28.8lbmol/min。 故L=0.085G=0.085×28.8=2.45lbmol/min，即吸收剂用量251.2kg/min。 由CRC Handbook of Chemistry查得100 oF下，C16H34 ， ， 。 ； 代入 中解得 。 由 取75%，则G’=0.56lb/ft2.s，故 ， 。 传质单元数 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： 废气中苯的含量y1=20000×3.0×10－3=60m3/h，由气体方程 得 。 根据去除要求，实际去除量为m’=191.5×99.5%=190.5kg/h 则一个周期所需活性炭量为 ，体积   10.6待求。   10.7 解： 实际需O2 1.25×5×100=625mol，空气量625/0.21=2976mol。 第十一章 城市机动车污染控制   11.1解： 汽车行驶100km耗时 若发动机转速为2000r/min，则1min内喷油1000次，1.25h内喷油7500次。 故每次喷入气缸油量 单缸喷入 。   11.2解： 设MTBE添加质量x，C8H17含量为y，则 解得 。 设燃料100g，则含C8H1785.15g，C5H12O14.85g 由 解得n1=1.27mol 解得n2=9.23mol 则需O21.27+9.23=10.5mol，则含N23.76×10.5=39.5mol。 空气质量10.5×32+39.5×39.5=1442g，则空燃比AF=14.42。   11.3解： 燃烧前取温度为293K，由 开始燃烧时，按《Air Pollution Control Engineering》P486 13.11式： 通常取85%的升高温度，则T3=T2+2016×0.85=2352K 燃烧完成 同样取85%，则T4=T2+2559×0.85=2813K。   11.4解： NOx在高温时易生成，而理论空燃比附近燃烧充分，温度较高，因此NOx产生量最大。   11.5 解： 怠速时可燃混合气处于空气过剩系数小于1的状态，残余废气系数较大；发动机转速低，气缸压缩比小，燃烧很不充分，易形成失火；壁面淬熄效应对火焰迅速冷却，因此造成温度下降。   11.6解： 4）燃油箱和化油器 （《大气污染控制工程》P448）   11.7解： 2）进气歧管（《大气污染控制工程》P442）   11.8解： 1）减少废气中HC含量 第十二章 大气污染和全球气候   12.1 解： a.吸收法净化尾气应选择石灰浆液、Ca(OH)2等，或利用双碱法Na2SO3溶液吸收。 b.通过植树造林，吸收单位CO2成本降低；但绿化工作完成需一定时间积累和人力物力投入。   12.2解： 由于温室气体能够吸收红外长波辐射，而臭氧层能够有效防止紫外线辐射。相比之下，大气层中几乎没有吸收可见光的成分，因此可见光对应于太阳辐射最大值。   12.3解： 设温度升高前海平面高度h1，升高后海平面高度为h2，则   12.4 解： 1）单位换算1hm2=2.47英亩。每年每公顷雨林减少CO2的排放量 。 则每英亩减少 2）每年每亩产生木材 3）每年每棵树木材产量 4）设煤热值6110kal/kg，设耗煤mkg，则有 ，m=1.98×106t。 因此产生CO2量为1.98×106×2.83=5.6×106t（假设1t煤燃烧产生CO22.83t）。   12.5 解： （a）详细性质可参见 http://unit.xjtu.edu.cn/unit/epes/webteaching/refrigeration/zlff/wzxbzl/zqyszl/zqys-zlj-1.htm （b）主要替代物 含氢氯氟烃HCFC。   12.6解： 简化考虑认为 湖泊H+消耗量（10－4.5－10－6.5）×107×103=3.13×105mol 故可求得1年投加CaCO3的量为0.5×3.13×105×100×10－6t=15.65t。