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大气污染课后答案章

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16

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第六章 除尘装置6

6.1 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:
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 直径为１.０9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)
，因此需要设置２３层。

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。

６.4 气溶胶含有粒径为０.63和０.83的粒子(质量分数相等〕,以３.61L/min的流量通过多层沉降室。给出以下数据,运用斯托克斯定律和坎宁汉校正系数计算沉降效率。Ｌ=50cm,,W=２0cm,h=０.１29cｍ，，n=1９层。
解：
设空气温度为2９8Ｋ,首先进展坎宁汉修正：

,
。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 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/
0~1
1~5
5~10
10~20
２0~３0
30~40
40~５0
５0~60
>6０
质量百分数／%
3
20
15
20
16
10
6
3
７
气体粘度为2×10-5,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：
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 某旋风除尘器处理含有4.58g/m3灰尘的气流〔)，其除尘总效率为9０%。粉尘分析试验得到以下结果。
粒径范围/
捕集粉尘的质量百分数/%
逸出粉尘的质量百分数/%
0~5
0．5
76.0
5~１０
１．4
12.９
１0~15
1.9
4．5
15~20
2.１
2.１
２０~２5
２.１
1.5
25～30
2．０
0.7
3０~3５
2.０
0．5
35~40
2.0
0.4
４0～45
２.0
０.3
>45
８４.0
1.1
1)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)(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
ﻩ
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 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) 。

6．8 欲设计一个用于取样的旋风别离器，希望在入口气速为２0m／ｓ时,其空气动力学分割直径为1。
１)估算该旋风别离器的筒体外径;2)估算通过该旋风别离器的气体流量。
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　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,。在实际操作条件下该旋风除尘器的分割直径为5,试基于颗粒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〕
;
。
dg=２０,，
代入上式,利用Ｍatｌab积分可得。

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0.075ｍ3/ｓ。假设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=0.３×10－1５C,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)
。
,Q=0.075m３/ｓ，代入P188〔6－34〕
。

6.11 利用一高压电除尘器捕集烟气中的粉尘，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:
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 板间距为25cm的板式电除尘器的分割直径为0.９,使用者希望总效率不小于9８%,有关法规规定排气中含尘量不得超过0.1g/m３假定电除尘器入口处粉尘浓度为3０g/m3，且粒径分布如下:
质量百分比范围／%
0～20
20~40
４0～６0
6０~80
80～100
平均粒径／
３.５
8．0
13.０
19．０
45．0
并假定德意希方程的形式为，其中捕集效率;K经历常数；ｄ颗粒直径。试确定：１〕该除尘器效率能否等于或大于98％;2〕出口处烟气中尘浓度能否满足环保规定;
３〕能否满足使用者需要。
解：
1〕由题意
ｄｐ＝3.5,
dp＝8．０,
dp=13．０,
故
2)，那么＝0.42g/ｍ3＞0．１g／ｍ3。不满足环保规定和使用者需要。

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,。

６.１4 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10００m3．〔1000m3/ｍin〕-1。根据，
0.995=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。假设工程师的推荐成立,试求使用该添加剂后电除尘器的集尘效率。
解:
,故，
因此。

６．16 烟气中含有三种粒径的粒子：10、7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、、，那么

因此，，。

6.１7 对于粉尘颗粒在液滴上的捕集,一个近似的表达式为
。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;2)５0的粉尘在直径为５0、1０0、500的液滴上的捕集效率。
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 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2．23×１0-5Pa．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／
质量百分数/％
<０.1
0．0１
0.１~0.５
0．２1
０.5~1．０
0.7８
1．0～５.0
13．0
5.０~10.0
1６.0
10.０~1５.0
12．0
1５.０~２0.0
8．0
>20.0
５0.０
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 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
1．845×１0－5Pa.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

6.20 设计一个带有旋风别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,以到达要求的处理效率。估算洗涤器的尺寸。
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。,,那么
，
(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的球形颗粒，颗粒的质量浓度为8０。
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:
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 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，假设净化空气中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 。代入数据
，即需持续半天左右的时间。

６.23 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。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：
。因此。

６．2４ 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，假设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,那么， 。
假设在400Ｐa压降下继续，那么

解此微分方程得Q2=90.1m3。

６．2５　利用清洁滤袋进展一次实验，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),假设滤袋面积为１０0.0ｃｍ2。

612
6６6
77４
900
990
10６2
1152
M/kg
０.002
0．0０4
０.010
0.0２
０．０２8
0.034
0．０42
解:
当T=300Ｋ时,，ｖ=1．8m／min＝0.0３m/s。
，
。利用所给数据进展线性拟和,
,即,Kp=3.53×10-12m２。

６.26 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３93K，除尘器压力损失不超过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。
2)除尘效率为９9%，那么粉尘负荷。
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 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=气体的外表流速；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)假设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 图6－５0说明滤料的粉尘负荷和外表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到达上述过滤效率?
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。