环境工程学课程作业及答案.doc

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1、第一次作业1. 根据我国的?环境空气质量标准?的二级标准，求出SO2、NO2、CO三种污染物日平均浓度限值的体积分数。解：由我国?环境空气质量标准?二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：333。按标准状态下1m3干空气计算，其摩尔数为。故三种污染物体积百分数分别为：SO2：，NO2：CO：。2. CCl4104的混合气体，在管道中流动的流量为10m3N、/s，试确定：1CCl4在混合气体中的质量浓度g/m3N与摩尔浓度cmol/m3N；2每天流经管道的CCl4质量是多少千克？解：1g/m3N cmol/m3N。2每天流经管道的CCl410360024103kg=891kg3.重油元素分析结

2、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所需理论空气量与产生的理论烟气量； 2干烟气中SO2的浓度与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。解：1kg燃油含：重量g 摩尔数g 需氧数gH2O 22.5 1.25 0N元素忽略。设干空气O2：N23N/kg重油。烟气组成为CO271.25mol，H2O 55.25+11.25=56.50mol，SO20.1325mol，N299.1875=374.93mol。11.27 m3N/kg重油。2干烟气量为502.9956.50=446.49mol/kg重

3、油。SO2百分比浓度为，空气燃烧时CO2存在最大浓度。10.62=3N/kg重油，10.62=12.33 m3N/kg重油。4. 普通煤的元素分析如下：C65.7%；灰分18.1%；S1.7%；H3.2%；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与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。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灰分

4、18.1 /mol碳水分 9.0 /mol碳故煤的组成为CHSO，燃料的摩尔质量包括灰分与水分为。燃烧方程式为1理论空气量；SO2在湿烟气中的浓度为2产生灰分的量为1.1495+1.644/18103=3/kg灰分浓度为mg/m3104mg/m33需石灰石/t煤5.干烟道气的组成为：CO211%体积，O28%，CO2%，SO2120106体积分数，颗粒物/m3在测定状态下，烟道气流流量在700mmHg与443K条件下为3/min，水气含量8%体积。试计算：1过量空气百分比；2SO2的排放浓度；3在标准状态下1atm与273K，干烟道体积；4在标准状态下颗粒物的浓度。解：1N2%=111%8%2

5、%0.012%=78.99%由?大气污染控制工程?P46 211空气过剩2在测定状态下，气体的摩尔体积为取1m3烟气进展计算，那么SO2120106m3，排放浓度为3。4。第二次作业1. 某粉尘粒径分布数据见下表，1判断该粉尘的粒径分布是否符合对数正态分布；2如果符合，求其几何标准差、质量中位直径、个数中位直径、算数平均直径及外表积体积平均直径。粉尘粒径/0224466101020204040浓度/255676273解：在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线，读出质量中位直径d50、d、d15。9。按?大气污染控制工程?P129524；P129526；P129529。2. 根

6、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/ 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、漏风率与除尘效率分别按考虑漏风与不考虑漏风两种情况计算。解：气体流量按P141543；漏风率P141544；除尘效率：考虑漏风，按P142547不考虑漏风，按P1435483.对于题2中给出的条件，旋风除尘器进口面积为2，除尘器阻力系数为9.8，进口气流温度为423K，气体静压为490Pa，试确定该处尘器运行时的压力损失假定气体成分接近空气。解：由气体方程得按?大气污染控制工程?P14254

7、5。4. 有一两级除尘系统，系统的流量为3/s，工艺设备产生粉尘量为/s，各级除尘效率分别为80%与95%。试计算该处尘系统的总除尘效率、粉尘排放浓度与排放量。解：按?大气污染控制工程?P145558粉尘浓度为，排放浓度10199%=/m3；0.1=/s。5. 某燃煤电厂除尘器的进口与出口的烟尘粒径分布数据如下，假设除尘器总除尘效率为98%，试绘出分级效率曲线。粉尘间隔/122334质量频率 /%进口g1出口g2粉尘间隔/45566881010122030质量频率 /%进口g1出口g2解：按?大气污染控制工程?P144552P=0.02计算，如下表所示：粉尘间隔/122334质量频率 /%进口

8、g1出口g293959092粉尘间隔/45566881010122030其他质量频率 /%进口g1出口g209898100据此可作出分级效率曲线。6. 某种粉尘的粒径分布与分级除尘效率数据如下，试确定总除尘效率。平均粒径/质量频率/%分级效率/%83060758186959899100解：按?大气污染控制工程?P144554。7.计算粒径不同的三种飞灰颗粒在空气中的重力沉降速度，以及每种颗粒在30秒钟内的沉降高度。假定飞灰颗粒为球形，颗粒直径分别为为0.4、40、4000，空气温度为387.5K，压力为101325Pa，飞灰真密度为2310kg/m3。解：。当dp时，应处在Stokes区域。首

9、先进展坎宁汉修正：，。那么当dp=4000时，应处于牛顿区，。，假设成立。当dp时，忽略坎宁汉修正，。经历证Rep500，假设成立。5.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，气体流速是/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?P16365，因此需要设置23层。6. 有一沉降室长，高12m，气速30cm/s，空气温度300K，尘粒密度/cm3，空气粘度/(kg.h)，求该沉降室能100%捕集的最小粒径。解：，符合层流区假设。7.的粒子质量分数相等，以/min的流量通过多

10、层沉降室。给出以下数据，运用斯托克斯定律与坎宁汉校正系数计算沉降效率。L=50cm，W=20cm，h=，n=19层。解：设空气温度为298K，首先进展坎宁汉修正：。故粒子的分级效率为0.864。因此总效率 8.某旋风除尘器处理含有/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/%055101015152020252530303535404045451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?P144553P=0.1计算分级效率，结果如下表所示：粉尘间隔/055101015152020252530303

11、53540404545质量频率 /%捕集g3出口g25.59 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，510去除效率为49.41。因此在工程误差允许范围内，dc。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?P170618dg=20，代入上式，利用Matlab积分可得。10. 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

12、组成，板高与板长均为366cm，板间距，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/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627。解：1Q=2/3=0.667 m32=2，。2故。11.板间距为25cm，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/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/%02020404060608080100平均粒径/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

13、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，dp，dp，故2，那么=/m3/m3。不满足环保规定与使用者需要。12.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110；250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%。2dp=50用同样方法

14、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。13. 一个文丘里洗涤器用来净化含尘气体。操作条件如下：L=/m3，喉管气速为83m/s，粉尘密度为/cm3105Pa.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/%解：按?大气污染控制工程?P211653由655，除尘效率约为1；因此故。 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 Poll

15、ution 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?P150583。因此，=0.11Cylinder。故M=。而液滴本身104%。15. 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/min的流速通过滤袋，滤饼密度/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2。61266677490099010621152M/kg解：当T=300K时，v=1.8m/min=0.03m/

16、s。利用所给数据进展线性拟与，即，Kp1012m2。16. 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，Dc=，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，2由 可得z=。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 近似取第 17 页