大气污染控制工程 第六章 习题解答 修改 wangmy.doc

作业习题解答
第六章 除尘装置
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。
6.1解：
计算气流水平速度。设粒子处于Stokes区域，取。

即为能被100%捕集的最小雾滴直径。
若考虑返混，则

课本P163,对于dp<100μm颗粒，符合Stokes假设。不考虑返混

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。
6.2解：
按层流考虑， 式中n为隔板数，设n+1=N 代表沉降室层数
，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/(m.h)，求该沉降室能100%捕集的最小粒径。

6.3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=50cmW=20cm，h=0.129cm，，n=19层。

6.4解：
dp=0.63μm，设空气温度为298K，首先进行坎宁汉修正：
，
，ρ的取值，气体密度

。
或C=1+0.165/dp=1+0.165/0.63=1.262
故
。
dp=0.83μm：

。
或C=1+0.165/dp=1+0.165/0.83=1.199
故
。

因此总效率
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%。粉尘分析试验得到下列结果。
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
760
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。

注：g1i 进口g2i 出口（逸出）g3i捕集
6.6 解：
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 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。

6.7解：
P169（6－13） 。

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。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=0.3×10－15C，计算该粉尘的驱进速度w和电除尘效率。

6.10解：
P187（6－33）
。
，Q=0.075m3/s
。

6.11 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）。

6.11 解：
1）Q’=2/3=0.667 m3/s，S=3.662=13.4m2，。
或
2）设气流横截面积为A，则，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经验常数；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。

6.12 解：
？

1）由题意
dp=3.5，
dp=8.0，
dp=13.0，
故
2）， >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。

6.13 解：
1）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。

6.14 解：
查图得集气板面积约1000m2.（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。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。

6.15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。

6.16解：
设3种粒子的分级效率分别为、、，则

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。

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 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

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 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。

6.19 解：

坎宁汉修正

6.20 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。

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 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？

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 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？

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 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。

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 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。

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 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。

612
666
774
900
990
1062
1152
M/kg
0.002
0.004
0.010
0.02
0.028
0.034
0.042

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=3.54×10－12m2。

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。

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 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。

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 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？

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。