大气习题答案.doc

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。
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 普通煤的元素分析如下：C65.7%；灰分18.1%；S1.7%；H3.2%；水分9.0%；O2.3%。（含N量不计）
1）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）；
2）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）；
3）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（摩尔比）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+0.010－0.013/2=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
2.5 干烟道气的组成为：CO211%（体积），O28%，CO2%，SO2120×10－6（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（）；3）在标准状态下（1atm和273K），干烟道体积；4）在标准状态下颗粒物的浓度。
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SO2120×10－6m3，排放浓度为
。
3）。
4）。
3.1 一登山运动员在山脚处测得气压为1000 hPa，登山到达某高度后又测得气压为500 hPa，试问登山运动员从山脚向上爬了多少米？
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 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。
高度 Z/m
1.5
10
30
50
气温 T/K
298
297.8
297.5
297.3
解：，不稳定
，不稳定
，不稳定
，不稳定
，不稳定。
5.3 已知某粉尘粒径分布数据（见下表），1）判断该粉尘的粒径分布是否符合对数正态分布；2）如果符合，求其几何标准差、质量中位直径、个数中位直径、算数平均直径及表面积－体积平均直径。
粉尘粒径/
0～2
2～4
4～6
6～10
10～20
20～40
>40
浓度/
0.8
12.2
25
56
76
27
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）。
5.5 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（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）
5.7 有一两级除尘系统，已知系统的流量为2.22m3/s，工艺设备产生粉尘量为22.2g/s，各级除尘效率分别为80%和95%。试计算该处尘系统的总除尘效率、粉尘排放浓度和排放量。
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。
5.9 某种粉尘的粒径分布和分级除尘效率数据如下，试确定总除尘效率。
平均粒径/
0.25
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
10.0
14.0
20.0
>23.5
质量频率/%
0.1
0.4
9.5
20.0
20.0
15.0
11.0
8.5
5.5
5.5
4.0
0.8
0.2
分级效率/%
8
30
47.5
60
68.5
75
81
86
89.5
95
98
99
100
解：按《大气污染控制工程》P144（5－54）。
5.10 计算粒径不同的三种飞灰颗粒在空气中的重力沉降速度，以及每种颗粒在30秒钟内的沉降高度。假定飞灰颗粒为球形，颗粒直径分别为为0.4、40、4000，空气温度为387.5K，压力为101325Pa，飞灰真密度为2310kg/m3。
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。
6.3 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：
，符合层流区假设。
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：据《大气污染控制工程》P169（6－13） 。
6.13 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5×10－26kg，粉尘在电场中的停留时间为5s。试计算：1）粒径为5的粉尘的饱和电荷值；2）粒径为0.2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3.04×10－16C。
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，
6.15 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器上粉尘层的比电阻，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：，故，
因此。
6.27 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细粒子的穿透率。。其中：Z=在气流方向上床的长度；vs=气体的表面流速；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；气体的粘度。
1）若dpa=0.5，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，
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）