大气污染控制工程作业习题解答(整理)

作业习题解答
第二章燃烧与大气污染
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。

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普通煤的元素分析如下：C65.7%；灰分18.1%；S1.7%；H
3.2%；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。

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
2.5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566
3.37m3/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。

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SO2120×10－6m3，排放浓度为。

3）。

4）。

2.9解：
（1）102.23t, (2)42.178t, 3.25t.
第四章大气扩散浓度估算模式
4.3某污染源排出SO2量为80g/s，有效源高为60m，烟囱出口处平均风速为6m/s。

在当时的气象条件下，正下风方向500m处的，试求正下风方向500m处SO2的地面浓度。

4.3解：
由《大气污染控制工程》P88（4－9）得
4.4在题4.3所给的条件下，当时的天气是阴天，试计算下风向x=500m、y=50m处SO2的地面浓度和地面最大浓度。

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某一工业锅炉烟囱高30m，直径0.6m，烟气出口速度为20m/s，烟气温度为405K，大气温度为293K，烟囱出口处风速4m/s，SO2排放量为10mg/s。

试计算中性大气条件下SO2的地面最大浓度和出现的位置。

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。

4.9某烧结厂烧结机的SO2的排放量为180g/s，在冬季下午出现下沉逆温，逆温层底高度为360m，地面平均风速为3m/s，混和层内的平均风速为3.5m/s。

烟囱有效高度为200m。

试计算正下风方向2km和6km处SO2的地面浓度。

4.9解：
设大气稳定度为C级。

当x=2km时，x D<x<2x D，按x= x D和x=2x D时浓度值内插计算。

x= x D时，，代入《大气污染控制工程》P88 （4－9）得
x= 2x D时，，代入P101 （4－36）得
；
通过内插求解
当x=6km>2x D时，，
计算结果表明，在x D<=x<=2x D范围内，浓度随距离增大而升高。

4.10某硫酸厂尾气烟囱高50m，SO2排放量为100g/s。

夜间和上午地面风速为3m/s，夜间云量为3/10。

当烟流全部发生熏烟现象时，确定下风方向12km处SO2的地面浓度。

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，。

，。

作业习题解答
第五章颗粒污染物控制技术基础
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）。

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）
5.7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。

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。

5.9解：。

5.15某种粉尘真密度为2700kg/ m3，气体介质（近于空气）温度为433K，压力为101325Pa，试计算粒径为10和500的尘粒在离心力作用下的末端沉降速度。

已知离心力场中颗粒的旋转半径为200mm，该处的气流切向速度为16m/s。

5.15解：
在给定条件下。

当d p=10，粉尘颗粒处于Stokes区域：。

d p=500，粉尘颗粒处于牛顿区：。

因此。

经验证，Re p=1307>500，假设成立。

第六章除尘装置
已知气体粘度2×10-5Pa·s，颗粒比重2.9，旋风除尘器气体入口速度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3m，入口面积76cm2。

解：由μ=2×10-5Pa·s查附录6，空气温度T=273+60=333K。

由涡流指数公式：
=1-
=1-0.434×1.05
=0.54
已知：D=3m，取排气管直径d e=1.5m，取内、外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7 d e。

由式：=常数
15×常数 =
则=26.4m/s
旋风除尘器气体入口速度15m/s，入口面积76cm2，处理气量为0.114m3/s。

r0和h0分别为交界圆柱面的半径和高度。

气体在旋风除尘器内的有效旋转圈数为N e=5次，排气管下缘至锥顶的高度h0=5×为2.58m =0.7×1.5/2=0.525m。

取h i=3D=3×0.3=0.9m
, =,
令=2.9×103kg/m3，， =, =, W=0.76m，Vc=15m/s，代入上式得d c=11.78。

由式
令=50%，N=5，Vc=15m/s，=2.9×103kg/m3，W=0.76m，，代入上式得d c=11.78。

计算各粒径粉尘分级效率，由此得总效率
取h i=3D=3×0.3=0.9m
∴
=0.198×10-4
=0.198×10-4m
=19.8µm
由雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率
=
以为例，则
=1-0.905
=9.5%
其他类推：
dρ: 1 5 20 20 30 40 50 60 >60
ηi/% 9.5 24.6 35.9 50.2 59.7 66.5 71.8 75.9 >75.9
g i/% 3 20 15 20 16 10 6 3 7
∴η总=Σg iηi=48.7%
答：旋风除尘器的分割粒径d c=19.8μm，总效率为48.7%。

6.8欲设计一个用于取样的旋风分离器，希望在入口气速为20m/s时，其空气动力学分割直径为1。

1）估算该旋风分离器的筒体外径；2）估算通过该旋风分离器的气体流量。

6.8解：
因，故＝1000；
由题意，当。

取，N=10，代入上式
，解得W i=5.5。

根据一般旋风除尘器的尺寸要求，D0=4W i=2.2cm；H＝2 W i=1.1cm。

气体流量Q=A.V=H.W.V c=1.21×10－3m3/s
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
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
d p=3.5，
d p=8.0，
d p=13.0，
故
2），则=0.42g/m3>0.1g/m3。

不满足环保规定和使用者需要。

6.19 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，d p=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，D T=272mm。

取喉管长度300mm，通气管直径D1=544mm。

，，则
，
（取D2=600mm）。

6.27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。

6.27解：
1）过滤气速估计为v F=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。

第七章气态污染物控制技术基础
7.3用乙醇胺（MEA）溶液吸收H2S气体，气体压力为20atm，其中含0.1%H2S（体积）。

吸收剂中含0.25mol/m3的游离MEA。

吸收在293K进行。

反应可视为如下的瞬时不可逆反应：。

已知：k Al a=108h－1，k Ag a=216mol/m3.h.atm，D Al=5.4×10－6m2/h，D Bl=3.6×10－6m2/h。

试求单位时间的吸收速度。

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在吸收塔内用清水吸收混合气中的SO2，气体流量为5000m3N/h，其中SO2占5%，要求SO2的回收率为95%，气、液逆流接触，在塔的操作条件下，SO2在两相间的平衡关系近似为Y*=26.7X，试求：
1）若用水量为最小用水量的1.5倍，用水量应为多少？
2）在上述条件下，用图解法求所需的传质单元数。

7.4解：
G B=5000×0.95=4750m3N/h。

Y1=0.053，；。

因此用水量L s=25.4G B×1.5=1.81×105m3N/h。

由图解法可解得传质单元数为5.6。

7.5某吸收塔用来去除空气中的丙酮，吸收剂为清水。

入口气体流量为10m3/min，丙酮含量为11%（摩尔），要求出口气体中丙酮的含量不大于2%（摩尔）。

在吸收塔操作条件下，丙酮－水的平衡曲线（1atm和299.6K）可表示为。

1）试求水的用量，假设用水量取为最小用水量1.75倍；
2）假设气相传质单元高度（以m计）。

其中G和L分别为气、液相的流量（以kg/m2.h表示），试计算所需要的高度。

7.5解：
G B=10×0.89=8.9m3/min，Y1=0.124，Y2=0.02。

作出最小用水时的操作线，x max=0.068。

故，L s=1.53×1.75×8.9=23.8m3/min。

图解法可解得传质单元数为3.1。

H y=2.39×3.1=7.4m。

7.10在直径为1m的立式吸附器中，装有1m高的某种活性炭，填充密度为230kg/m3，当
吸附CHCl3与空气混合气时，通过气速为20m/min，CHCl3的初始浓度为30g/m3，设CHCl3蒸汽完全被吸附，已知活性炭对CHCl3的静活性为26.29%，解吸后炭层对CHCl3的残留活性为1.29%，求吸附操作时间及每一周期对混合气体的处理能力。

7.10解：
，。

7.12利用活性炭吸附处理脱脂生产中排放的废气，排气条件为294K，1.38×105Pa，废气量25400m3/h。

废气中含有体积分数为0.02的三氯乙烯，要求回收率99.5%。

已知采用的活性炭的吸附容量为28kg三氯乙烯/100kg活性炭，活性炭的密度为577kg/m3，其操作周期为4h，加热和解读2h，备用1h，试确定活性炭的用量和吸附塔尺寸。

7.12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。

7.20把处理量为250mol/min的某一污染物引入催化反应器，要求达到74%的转化率。

假设采用长6.1m，直径3.8cm的管式反应器，求所需要催化剂的质量和所需要的反应管数目。

假定反应速度可表示为：R A=－0.15（1－x A）mol/（kg催化剂.min）。

催化剂堆积密度为580kg/m3。

7.20解：
反应管转化率为x A时，反应速度为R A=－0.15（1－x A）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。

作业习题解答
第八章硫氧化物的污染控制
第8章 1，2，3
8.1某新建电厂的设计用煤为：硫含量3%，热值26535kJ/kg。

为达到目前中国火电厂的排放标准，采用的SO2排放控制措施至少要达到多少的脱硫效率？
8.1解：
要达到火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011中广东新建电厂锅炉二氧化硫的排放标准
100mg/m3。

3%硫含量的煤烟气中SO2体积分数取0.3%。

则每立方M烟气中含SO2；
因此脱硫效率为。

8.4一冶炼厂尾气采用二级催化转化制酸工艺回收SO2。

尾气中含SO2为7.8%、O2为
10.8%、N2为81.4%（体积）。

如果第一级的SO2回收效率为98%，总的回收效率为99.7%。

计算：
1）第二级工艺的回收效率为多少？
2）如果第二级催化床操作温度为420。

C，催化转化反应的平衡常数K=300，反应平衡时SO2的转化率为多少？其中，。

8.4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
8.8石灰石（CaCO3）法洗涤脱硫采用喷雾塔设计，如果喷嘴产生雾滴的平均直径为3mm，假定操作按表8－5的典型工况进行，试计算：
1）液滴相对与塔壁的沉降速度是多少？
2）如果气体进口温度为180。

C，离开塔顶时下降到55。

C，计算雾滴的水分蒸发率？假定雾滴可近似视为水滴。

3）脱硫液每经过一次喷雾塔，有多少分率的CaCO3发生了反应？
8.8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。

第九章固定源氮氧化物污染控制
9.1某座1000MW的火电站热效率为38%，基于排放系数，计算下述三种情况NO x的排放量（t/d）：
1）以热值为25662 kJ/kg的煤为燃料；2）以热值为42000kJ/kg 10000kcal/kg的重油为燃料；
3）以热值为37380kJ/kg 8900kcal/m3的天然气为燃料。

9.1解：
1）设每天需燃煤Mt，则有M×25662×103×103×38%=1000×106×24×3600
解得M=8.8576×103t。

取NOx平均排放系数12kg/t煤，则每日排放NOx量约为
；
2）同理M×42000×103×103×38%=1000×106×24×3600，M=5413.1t。

取重油密度为0.8×103kg/m3，折合体积约为6766.4m3，去排放系数12.5kg/m3，则每日排放NOx约为
3）37380×103×38%V=1000×106×24×3600，解得V=6.07×106m3。

每日排放NOx量约为。

9.4假定煤的元素组成以重量百分比计为：氢3.7，碳75.9，硫0.9，氮0.9，氧4.7，其余的为灰分。

当空气过剩系数20%条件下燃烧时，假定燃烧为完全燃烧。

如果不考虑热力型
NO x的生成，若燃料中氮1）20%，2）50%，转化为NO，试求烟气中NO的浓度。

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）
9.10燃油锅炉的NO x排放标准为230×10－6（体积分数），假定油的化学组成C10H20N x，当空气过剩50%时发生完全燃烧。

当燃料中50%的氮转化为NO x，忽略热力型NO x时，为满足排放标准，氮在油中的最大含量为多少？
9.10解：
燃烧1mol C10H20N x，产生10molCO2，10molH2O，需O215mol，引入N2量15×3.78=56.7mol。

空气过剩50%，则总氮气量为56.7×1.5=85.05mol，O2量为7.5mol。

由题意，，
102.55×2.3×10-4=0.5x(1-2.3×10-4)
解得x=0.0472
因此氮在油中的最大含量为。

9.11欲从燃烧烟气中用氨去除NO x，假定实际的反应为反应（9－17）和（9－18），烟气中NO占NOx总量的90%，其余的为NO2。

按习题9－1的三种情况，若去除90%以上的NO x，每天各需要多少吨氨？假定氨的残留量为5×10－6（体积分数）。

9.11解：
1）以热值为6110kcal/kg的煤为燃料，每日排放NO x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NO x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NO x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。

9.13
第十章挥发性有机物污染控制
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计算20。

C时，置于一金属平板上1mm厚的润滑油蒸发完毕所需要的时间。

已知润滑油的密度为1g/cm3，分子量为400g/mol，蒸汽压约为1.333×10－4Pa，蒸发速率为。

10.3解：
列式，故
10.4利用溶剂吸收法处理甲苯废气。

已知甲苯浓度为10000mg/m3，气体在标准状态下的流量为20000m3/h，处理后甲苯浓度为150mg/m3，试选择合适的吸收剂，计算吸收剂的用量、吸收塔的高度和塔径。

10.4解：
取温度为100o F=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 100o F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100o F下蒸汽压约10×10－6atm，分子量M=226。

，取x ibottom=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 o F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采用活性碳吸附法处理含苯废气。

废气排放条件为298K、1atm，废气量20000m3/h，废气中含有苯的体积分数为 3.0×10－3，要求回收率为99.5%。

已知活性炭的吸附容量为0.18kg（苯）/kg（活性炭），活性炭的密度为580kg/m3，操作周期为吸附4小时，再生3小时，备用1小时。

试计算活性炭的用量。

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
10.8。