大气污染控制工程课后计算题答案

第一章 概论 习题P18

1.5 废气流量为1000 m3N/s，SO2的体积分数为1.6×10-4，试确定：①SO2在混合气体中的质量浓度；②每天的SO2排放量（kg/d）。

解：① SO2的浓度=1.6×102×64/22.4=457 mg/m3

②457 mg/ m3×1000 m3N/s ×3600×24=39484.8 kg/d

1.6成人每次吸入的空气量约为500cm3，假定每分钟呼吸15次，空气中颗粒物的浓度为200 ug/m3，试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。已知该颗粒物在肺泡中的沉降系数为0.12。

解：500cm3×15×60=450000 cm3=0.45 m3

0.45 m3×200 ug/m3×0.12=10.8 ug

1.7 根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出SO2、NO2、CO三种污染物的日均浓度限值的体积分数。

解：SO2、NO2、CO《环境空气质量标准》的日均浓度二级标准分别为0.15、0.12、4.0 mg/m3

0.15 mg/m3=0.15×22.4/64=0.0525ppm=5.25×10-8

0.12 mg/m3=0.12×22.4/46=0.0584ppm=5.84×10-8

4.0 mg/m3=4.0×22.4/28=3.20ppm=3.2×10-6

1.8在某市中心区的道路两侧监测点测定的大气污染物浓度分别为：

CO 5.2×10-6（1小时值的日平均值）

NO2 0.03×10-6（1小时值的日平均值）

SO2 2.3×10-6（1小时值的日平均值）

TSP 0.15 mg/m3（1小时值的日平均值）

PM10 0.035 mg/m3（1小时值的日平均值）

O3 0.03×10-6（1小时值的日平均值）

试问哪些大气污染物超过我国颁布的《环境空气质量标准》（GB3095-96）中规定的二级标准。

解：

第二章 燃烧与大气污染 习题P48

2.1 已知重油元素质量分数分析结果为：C：82.3%，H：10.3%，O：2.2%，N：0.4%，S：4.8%，试计算：①燃烧1kg所需的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（以体积分数计）；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：①理论空气量可由式（2-2）得到：

Va0 =8.881ωc,y+3.329ωs,y+26.457ωH,y-3.333ωo,y

=（8.881×82.3%+3.329×4.8%+26.457×10.3%-3.333×2.2%）m3N/(kg燃料)

=10.121 m3N/(kg燃料)

理论烟气量可由式（2-7）得到：

Vf0=1.866ωc,y+11.111ωH,y+0.699ωs,y+0.79 Va0+0.799ωN,y

=（1.866×0.823+11.111×0.103+0.699×0.048+0.79×10.121+0.799×0.004）m3N/(kg燃料)

=10.713 m3N/(kg燃料)

Vdf0=10.713－11.111×0.103=9.569 m3N/(kg燃料)

②干烟气中SO2的浓度和CO2的最大浓度：

φSO2 =(0.699×0.048/9.569) ×100%=0.36%

重油中碳与理论空气中的氧完全燃烧时，则烟气中的CO2浓度最大，因此：

φCO2，max=(1.866×0.823/9.569) ×100%=16.1%

③10%过剩空气下燃烧：α=1.1

Va=1.1×10.121 m3N/(kg燃料)=11.133 m3N/(kg燃料)

Vf=（10.713+1.0161×0.1×10.121）=11.741 m3N/(kg燃料)

2.2 普通煤的各成分质量分数分析为：C：65.7%，灰分：18.1%，S：1.7%，H：3.2%，水分：9.0%，O：2.3%，含N量不计。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）。

解：①理论空气量由式（2-2）得到：

Va0 =8.881ωc,y+3.329ωs,y+26.457ωH,y－3.333ωo,y

=（8.881×0.657+3.329×0.017+26.457×0.032－3.333×0.023）m3N/(kg燃料)

=6.662 m3N/(kg燃料)

②SO2在烟气中的浓度：（忽略空气中的湿含量）(含N量不计)

理论湿烟气量为：Vf0=1.866ωc,y+11.111ωH,y+1.24（Va0ρa+ωH,y ）+0.699ωs,y+0.79 Va0+0.799ωN,y =1.866×0.657+11.111×0.032+1.24×0.09+0.699×0.017+0.79×6.662

=6.696 m3N/(kg燃料)

m SO2 =1×1.7%×2=0.034kg

V烟气=6.696 m3N/(kg燃料) ×1kg=6.696 m3

SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）=0.699×0.0174/6.696=0.00182=0.182%

SO2在烟气中的浓度（不以体积分数计）C= m SO2/ V烟气=0.034/6.696=0.00508 kg/ m3=5080 mg/ m3

第三章 大气污染控制的基础知识 习题P78

3.3某烟气脱硫系统的烟气处理量为100000 m3N/h，烟气中含SO2为4500mg/ m3N。新鲜石灰中CaO含量为96%，系统在钙硫比为1.2的情况下，欲使尾气中SO2下降到650 mg/ m3N，试计算石灰的消耗量。

解：在系统中，SO2与CaO发生化学反应：

SO2+CaO+1/2O2=CaSO4

64 56

1.2x G石灰·0.96

设需要石灰为G石灰（kg/h），对SO2作物料衡算：

（1） 进入系统的SO2流率：4500mg/ m3N×10-3×100000 m3N/h=450 kg/h

（2） 流出系统的SO2流率：650mg/ m3N×10-3×100000 m3N/h=65 kg/h

（3） 系统中无SO2生成

（4） 系统中SO2的消耗等于SO2与CaO的反应量。按钙硫比为1.2计算，SO2的消耗量为：

64×0.96×G石灰(1.2×56) kg/h

（5） 稳态过程，GA=0，则按式（3-8）可得：

[450－64×0.96×G石灰(1.2×56)] kg/h=65 kg/h

G石灰=421.1 kg/h

3.9将两台除尘装置串联在一起净化烟气中的粉尘，其第一级除尘效率为η=91.9%，第二级除尘效率为η=82%，问改两级串联除尘系统的总除尘效率为多少？

解：根据（3-63）可得：

ηT=[1－(1－η1)(1－η2)]= [1－(1－91.9%)(1－82%)]=98.542%

第四章 颗粒物污染物的去除 习题 P128

4.15 除尘器系统的处理烟气量为10000 m3/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，除尘器的压力损失不超过1200 pa，烟气性质近似于空气。试确定：

①过滤速度；②粉尘负荷；③除尘器的压力损失；④最大清灰周期；⑤滤袋面积；⑥滤袋尺寸（长度和直径）和滤袋条数。

解：本题为简单的设计题，部分参数需要自己选定：

由p122中，取①过滤速度为 2 m/min，由p119中，取②粉尘负荷为0.2 kg/m2，粉尘层比电阻α=5 ×1010 m/kg，清洁滤料的阻力系数为0.5×107m-1，气体粘度查书本后面表格得：393k时的空气粘度2.33 ·10-6kg·s/m2。

③除尘器的压力损失

△P=△Pc+△Pf=1200+（0.5×107+5 ×1010×0.2）×2.33 ·10-6×2/60=1200+782=1982 pa

④最大清灰周期 按实际情况确定。

⑤滤袋面积 A=Q/u=10000 m3/h / 2 m/min=83.3 m2

⑥滤袋尺寸（长度和直径）和滤袋条数。

滤袋长度取4 m，直径取200 mm，则每个滤袋的面积为：A=πdl＝π×4×0.2＝2.512 m2

滤袋条数 n＝83.3/2.512＝33.16 最后取n等于34个。

第五章 吸收法净化气态污染物 习题 P162

5.1试求303k，氢气的分压为2×104Pa时氢气在水中的溶解度。yizhi氢气在水中的亨利系数EH2=7.39×107Pa。

解： xA=PA/EA=2×104/7.39×107=2.71×10-4（摩尔分率）

溶解度是指一定温度下,100克溶剂中达到饱和时所能溶解的溶质的克数。

假设100克水中，则水的摩尔数为5.556mol，那么溶质氢气的摩尔数为0.0015 mol，

氢气的溶解度为：0.0015 mol×2g/ mol=0.003 g

5.7 已知某低浓度气体溶质被吸收时，平衡关系服从亨利定律，气膜吸收系数kG=2.74×10-7 kmol/（m2·s·kPa），液膜吸收系数kL=6.94×10-5 m/s，亨利系数H=1.5kmol/（m3·kPa）。试求吸收总系数KG，并分析该吸收过程的控制因素。

解：1/KG=1/kG+1/（kL·H）=3.66×106

KG=2.73×10-7 kmol/（m2·s·kPa）

气相传质阻力：1/kG=3.6×106

液相传质阻力：1/（kL·H）=9.6×103

液相传质阻力远远大于气相传质阻力，该吸收过程为气膜控制步骤。

第六章 吸附法净化气态污染物 习题 P196

6.6 在直径为D=1.4m的立式吸附器中，装有密度为ρ=220kg/m3的活性炭，炭层厚度z=1.0m，含苯废气以1.4m/min的速率通过活性炭层，废气含苯的初始浓度ρ0=39g/m3,设苯蒸气被活性炭完全吸附，活性炭对苯的平均活性为7%，解吸后苯在活性炭中的残余吸附量为0.8%，求：①每次间歇操作的时间；②每次吸附所能处理的废气量。

解：① m=ρV=220kg/ m3×π（1.4m/2）2×1.0m=338.492kg

ω2=7% ω1=0.8% ν=14m/min/60=0.233m/s

A=π（1.4m/2）=1.5386m2 ρ1=39g/m3 ρ2=0

所以τB=m(ω2－ω1)/[ νA(ρ1－ρ2)]=338.492×(7%－0.8%)×1000/(0.233×1.5386×39)

= 1501s=25min

②吸附苯的质量：G= m(ω2－ω1)= 338.492kg×(7%-0.8%)=21kg

废气总量：V=25min×14m/min×π（1.4m/2）2=538.51m3

6.8 某活性炭床被用来净化含CCl4的废气，其操作条件是：废气流量为20 m3/min,温度为25℃，压力为101.33kPa，CCl4的初始含量为900×10-6（体积分数），床深0.6m，空塔气速为0.3m/s。假定活性炭的装填密度为400kg/ m3，操作条件下的吸附容量为饱和吸附容量的40%，实验测得其饱和容量为0.523kg（CCl4）/kg(活性炭)。求：①当吸附床长宽比为2:1时，试确定长的过气截面；②计算吸附床的活性炭用量；③试确定吸附床穿透前能够连续操作的时间。

解：① A=Q/V= 20 m3/min/(60×0.3m/s)=1.11m2

设长宽比2x，则宽为x，

2x2=1.11 求得x=0.74m 2x=1.48m

② m活性炭=400kg/ m3×0.6m×0.74m×1.48m=262.8kg

③假设吸附床穿透的吸附容量等于操作条件下的吸附量，则

0.523kg×40%=0.209 kg（CCl4）/kg(活性炭)

能够吸附CCl4的量为：0.209 kg（CCl4）/kg(活性炭) ×262.8kg=54.93kg

M(CCl4)=154 g/mol

C=900×10-6 ×154/（22.4 ×10-3）=6.2g/m3

t=54.93kg ×1000/(6.2 g/m3×20 m3/min)=443min

第七章 催化法净化气态污染物 习题 P222

7.6 用氨催化还原法治理硝酸车间排放含有NOx的尾气。尾气排放量为6500 m3N/h，尾气中含有NOx为0.28%，N2为95%，H2O为1.6%，使用催化剂为直径5mm球形粒子，反应器入口温度为493K，空速为9000/h，反应温度为533K，空气速度为1.52 m/s，求①催化固定床中气固相的接触时间；②催化剂床层体积；③催化剂床层高度；④催化剂床层阻力。

解：①接触时间=1/9000 h=0.4 s

②VR =t×qv=6500/9000=0.72m3

③ 截面积：6500 m3N/h÷1.52 m/s=1.188 m2

D2=4A/π →D2π=4A 孔隙率ε为0.92

H=4 VR / [(1-ε) π×D2]=（4×0.72）/（0.08×4×1.188） = 7.58 m

④ 公式见P214。

第八章 生物法净化气态污染物 习题 P244

8.1生物法净化气态污染物的基本原理是什么？

答：废气生物处理是利用微生物的生命过程把废气中的气态污染物分解转化成少害甚至无害的物质。在适宜的环境条件下，微生物不断吸收营养物质，并按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动，把废气中的污染物转化成为简单的无机物CO2和水，以及细胞物质。

8.3温度和pH对微生物生长的影响有哪些？

答：温度可以改变微生物的代谢速率，影响污染物的物理状态，是的一部分污染物发生固-液-气之间的转换，从而影响生物净化效果。

每种微生物都有不同的pH要求，大多数微生物pH的适应范围为4-10，最佳pH为6.5-7.5，一些有机物的降解会产生酸性物质，应采用添加石灰、大理石等来增加缓冲能力，调节pH。

第十章 大气扩散与污染控制 习题 P300

10.3 电厂烟囱高度为40m，内径为0.6m，排烟速度21m/s，烟气温度420k，环境温度293k，源高处的平均风速为4m/s，大气为中性层结，试用不同的抬升公式计算此情况下的有效烟囱高度。

解：霍兰德公式：△H=6.27m H=Hs+△H=46.27 m

国家标准：△H=12.6 m H=Hs+△H=52.6 m

10.4位于郊区的某酸厂烟囱高度为70m，其SO2排放量为100g/s，地面风速（按10m计算）为3m/s，大气稳定度为D，请确定下风向2km处的SO2地面浓度。

解：大气稳定度为D，郊区，m=0.15

U=3*（70/10）0.15=4 m/s

2km处的δy=120m；δz=50m，代入地面轴线浓度公式

C=0.495 mg/m3

10.6位于郊区的甲乙两临近厂均排放含SO2废气，甲厂排放点位于乙厂排放点上方向偏东45°角1.2km处，甲厂从100m烟囱排放SO2废气的强度为900g/s，烟气温度为160℃，乙厂从80m烟囱排放SO2废气的强度为800g/s，烟气温度为140℃，如地面以上100m气层盛行北风，地面风速为1.0m/s，大气稳定度为中性，环境温度为20℃，试问乙厂下风向5km处SO2的浓度是多少？

解：

乙厂：地面轴线浓度公式：m=0.15，查图δy=280m；δz=90m，C1=4.97 mg/m3

甲厂：地面浓度公式：x=5849m，查图δy=300m；δz=100m，m=0.15，y=849m，

C2=0.075 mg/m3

C=C1+C2=5.045 mg/m3

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/a868cfc680eb6294dd886c95.html