大气污染控制工程课后习题答案(蒋文举版)

大气污染控制工程课后习题答案（蒋文举版）
第一章概论习题P18
1.5废气流量为1000m3N/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：①SO2的浓度=1.6×102×64/22.4=457mg/m3
②457mg/m3×1000m3N/s×3600×24=39484.8kg/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200ug/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=450000cm3=0.45m3
0.45m3×200ug/m3×0.12=10.8ug
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、4.0mg/m3 0.15mg/m3=0.15×22.4/64=0.0525ppm=5.25×10-8
0.12mg/m3=0.12×22.4/46=0.0584ppm=5.84×10-8
4.0mg/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）
NO20.03×10-6（1小时值的日平均值）
SO2 2.3×10-6（1小时值的日平均值）
TSP0.15mg/m3（1小时值的日平均值）
PM100.035mg/m3（1小时值的日平均值）
O30.03×10-6（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：
指标1小时平均值换算mg/m3标准mg/m3是否达标
CO 5.2×10-6 6.510.0达标
NO20.03×10-60.0620.24达标
SO2 2.3×10-6 6.570.50未达标
TSP0.15mg/m30.150.3*3=0.9达标
PM100.035mg/m30.0350.15*3=0.45达标
O30.03×10-60.0640.20达标
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：
V a0=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)
=10.121m3N/(kg燃料)
理论烟气量可由式（2-7）得到：
V f0=1.866ωc,y+11.111ωH,y+0.699ωs,y+0.79Va0+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) =10.713m3N/(kg燃料)
V df0=10.713－11.111×0.103=9.569m3N/(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
V a=1.1×10.121m3N/(kg燃料)=11.133m3N/(kg燃料)
V f=（10.713+1.0161×0.1×10.121）=11.741m3N/(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)
=6.662m3N/(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：V f0=1.866ωc,y+11.111ωH,y+1.24（V a0ρa+ωH,y）+0.699ωs,y+0.79 V a0+0.799ωN,y=1.866×0.657+11.111×0.032+1.24×0.09+0.699×0.017+0.79×6.662
=6.696m3N/(kg燃料)
m SO2=1×1.7%×2=0.034kg
V烟气=6.696m3N/(kg燃料)×1kg=6.696m3
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=0.00508kg/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100000m3N/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650mg/ 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
6456
1.2x G石灰·0.96
（kg/h），对SO2作物料衡算：
设需要石灰为G
石灰
（1）进入系统的SO2流率：4500mg/m3N×10-3×100000m3N/h=450kg/h
（2）流出系统的SO2流率：650mg/m3N×10-3×100000m3N/h=65kg/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，G A=0，则按式（3-8）可得：
[450－64×0.96×G石灰(1.2×56)]kg/h=65kg/h
G石灰=421.1kg/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，除尘器的压力损失不超过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2m/min，由p119中，取②粉尘负荷为0.2kg/m2，粉尘层
比电阻α=5×1010m/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=△P c+△P f=1200+（0.5×107+5×1010×0.2）×2.33·10-6×2/60=1200+782=1982pa
④最大清灰周期按实际情况确定。

⑤滤袋面积A=Q/u=10000m3/h/2m/min=83.3m2
⑥滤袋尺寸（长度和直径）和滤袋条数。

滤袋长度取4m，直径取200mm，则每个滤袋的面积为：A=πdl＝π×4×0.2＝2.512m2
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E H2=7.39×107Pa。

解：x A=P A/E A=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0.0015mol，氢气的溶解度为：0.0015mol×2g/mol=0.003g
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k G=2.74×10-7kmol/（m2·s·kPa），液膜吸收系数k L=
6.94×10-5m/s，亨利系数H=1.5kmol/（m3·kPa）。

试求吸收总系数K G，并分析该吸收过程的控制因素。

解：1/K G=1/k G+1/（k L·H）=3.66×106
K G=2.73×10-7kmol/（m2·s·kPa）
气相传质阻力：1/k G=3.6×106
液相传质阻力：1/（k L·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：①m=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）=1.5386m2ρ1=39g/m3ρ2=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20m3/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：①A=Q/V=20m3/min/(60×0.3m/s)=1.11m2
设长宽比2x，则宽为x，
2x2=1.11求得x=0.74m2x=1.48m
m3×0.6m×0.74m×1.48m=262.8kg
②m
活性炭=400kg/
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%=0.209kg（CCl4）/kg(活性炭)
能够吸附CCl4的量为：0.209kg（CCl4）/kg(活性炭)×262.8kg=54.93kg
M(CCl4)=154g/mol
C=900×10-6×154/（22.4×10-3）=6.2g/m3
t=54.93kg×1000/(6.2g/m3×20m3/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6500m 3N /h ，尾气中含有NOx 为0.28%，N 2为95%，H 2O 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
1.52m/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=1/9000h=0.4s
②V R =t×q v =6500/9000=0.72m 3
③截面积：6500m 3N /h÷1.52m/s=1.188m 2
D 2=4A/π→D 2π=4A 孔隙率ε为0.92
H=4V R /[(1-ε)π×D 2]=（4×0.72）/（0.08×4×1.188）=7.58m
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=46.27m 国家标准：△H=12.6m H=Hs+△H=52.6m
10.4位于郊区的某酸厂烟囱高度为70m ，其SO 2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SO 2地面浓度。

解：大气稳定度为D ，郊区，m=0.15
U=3*（70/10）0.15=4m/s
2km 处的δy =120m ；δz =50m ，代入地面轴线浓度公式
C=0.495mg/m 3
10.6位于郊区的甲乙两临近厂均排放含SO 2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SO 2废气的强度为900g/s ，烟气温度为160℃，乙厂从80m 烟囱排放SO 2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SO 2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 ，C 1=4.97mg/m 3乙厂甲厂
1.2km
5km
北风
849m
849m
甲厂：地面浓度公式：x=5849m，查图δy=300m；δz=100m，m=0.15，y=849m，C2=0.075mg/m3
C=C1+C2=5.045mg/m3。