郝吉明第三版大气污染控制工程课后答案完整版

大气污染控制工程

课后答案

（第三版） 主编：郝吉明 马广大 王书肖

目录

第一章 概 论

第二章 燃烧与大气污染 第三章 大气污染气象学 第四章 大气扩散浓度估算模式 第五章 颗粒污染物控制技术基础 第六章 除尘装置

第七章 气态污染物控制技术基础 第八章 硫氧化物的污染控制 第九章 固定源氮氧化物污染控制 第十章 挥发性有机物污染控制 第十一章 城市机动车污染控制

1

第一章 概 论

1.1 干结空气中N2、O2、Ar和CO2气体所占的质量百分数是多少？ 解：按1mol干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故nN2=0.781mol，nO2=0.209mol，nAr=0.00934mol，nCO2=0.00033mol。质量百分数为

0.781?28.010.209?32.00?100%?75.51%，O2%??100%?23.08%；

28.97?128.97?10.00934?39.94Ar%??100%?1.29%，

28.97?10.00033?44.01CO2%??100%?0.05%。

28.97?1N2%?1.2 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：

SO2：0.15mg/m3，NO2：0.12mg/m3，CO：4.00mg/m3。按标准状态下1m3

1?103?44.643mol。干空气计算，其摩尔数为故三种污染物体积百分数22.4分别为：

2

0.15?10?30.12?10?3?0.052ppm，NO2：?0.058ppm SO2：

64?44.64346?44.6434.00?10?3?3.20ppm。 CO：

28?44.6431.3 CCl4气体与空气混合成体积分数为1.50×10－4的混合气体，在管道中流动的流量为10m3N、/s，试确定：1）CCl4在混合气体中的质量浓度?（g/m3N）和摩尔浓度c（mol/m3N）；2）每天流经管道的CCl4质量是多少千克？

1.50?10?4?1543?1.031g/mN解：1）?（g/m）? ?322.4?103N

1.50?10?4?33?6.70?10mol/m c（mol/mN）?N。 ?322.4?103

2）每天流经管道的CCl4质量为1.031×10×3600×24×10－3kg=891kg 1.4 成人每次吸入的空气量平均为500cm3，假若每分钟呼吸15次，空气中颗粒物的浓度为200?g/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：每小时沉积量200×（500×15×60×10－6）×0.12?g=10.8?g 1.5 设人体肺中的气体含CO为2.2×10－4，平均含氧量为19.5%。如果这种浓度保持不变，求COHb浓度最终将达到饱和水平的百分率。 解：由《大气污染控制工程》P14 （1－1），取M=210

p?COHb2.2?10?4?M?210??0.2369， O2HbpO219.5?10?2COHb饱和度?CO?COHb/O2HbCOHb0.2369???19.15%

COHb?O2Hb1?COHb/O2Hb1?0.23691.6 设人体内有4800mL血液，每100mL血液中含20mL氧。从事重体

3

力劳动的人的呼吸量为4.2L/min，受污染空气中所含CO的浓度为10

－4

。如果血液中CO水平最初为：1）0%；2）2%，计算血液达到7%的

CO饱和度需要多少分钟。设吸入肺中的CO全被血液吸收。

4800?20?960mL。不同CO百分含量对应CO的量为： 100960960?2%?19.59mL，7%：?7%?72.26mL 2%：98?r.26?172.0min； 1）最初CO水平为0%时 t??434.2?10?1072.26?19.59?125.4min 2）最初CO水平为2%时 t?4.2?10?4?103解：含氧总量为

1.7 粉尘密度1400kg/m3，平均粒径1.4?m，在大气中的浓度为0.2mg/m3，对光的折射率为2.2，计算大气的最大能见度。 解：由《大气污染控制工程》P18 （1－2），最大能见度为

Lv?2.6?pdpK??2.6?1400?1.4?11581.8m。

2.2?0.2

4

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；

5

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（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+1.25=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。

0.3125?100%?0.07%， 446.4971.25?100%?15.96%。 空气燃烧时CO2存在最大浓度

446.49SO2百分比浓度为

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%；H3.2%；

6

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。 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）为式为

CH0.584S0.010O0.013?n(O2?3.78N2)?CO2?0.292H2O?0.010SO2?3.78nN2

100?18.26g/molC。燃烧方程5.475n=1+0.584/4+0.010－0.013/2=1.1495 1）理论空气量SO2

1.1495?(1?3.78)?1000?22.4?10?3m3/kg?6.74m3/kg；

18.26在湿烟气中的浓度为

7

0.0101.6441?0.292?0.010?3.78?1.1495?18?100%?0.174%

2）产生灰分的量为18.1?1000?80%?144.8g/kg 100 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

144.8343

?103mg/m=2.12×10mg/m6.8261000?1.7%?1.7?403）需石灰石32.00?103.21kg/t煤

35%灰分浓度为

2.3 煤的元素分析结果如下S0.6%；H3.7%；C79.5%；N0.9%；O4.7%；灰分10.6%。在空气过剩20%条件下完全燃烧。计算烟气中SO2的浓度。 解：按燃烧1kg煤计算

重量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（mol） C 795 66.25 66.25 H 31.125 15.5625 7.78 S 6 0.1875 0.1875 H2O 52.875 2.94 0 设干空气中N2：O2体积比为3.78：1，

所需理论空气量为4.78×（66.25+7.78+0.1875）=354.76mol/kg煤。 理论烟气量

CO2 66.25mol，SO2 0.1875mol，H2O

15.5625+2.94=18.50mol

N23.78?354.76?280.54mol4.78

总计66.25+`8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤

实际烟气量365.48+0.2×354.76=436.43mol/kg煤，SO2浓度为

8

0.1875?100%?0.043%。 436.432.4 某锅炉燃用煤气的成分如下：H2S0.2%；CO25%；O20.2%；CO28.5%；H213.0%；CH40.7%；N252.4%；空气含湿量为12g/m3N，??1.2，试求实际需要的空气量和燃烧时产生的实际烟气量。 解：取1mol煤气计算

H2S 0.002mol 耗氧量 0.003mol CO2 0.05mol 0 CO 0.285mol 0.143mol H2 （0.13-0.004）mol 0.063mol CH4 0.007mol 0.014mol

共需O2 0.003+0.143+0.063+0.014=0.223mol。设干空气中N2：O2体积比为3.78：1，则理论干空气量为0.223×（3.78+1）=1.066mol。取??1.2，则实际干空气 1.2×1.066mol=1.279mol。

空气含湿量为12g/m3N，即含H2O0.67mol/ m3N，14.94L/ m3N。故H2O体积分数为1.493%。故实际空气量为

1.279?1.298mol。

1?1.493%烟气量SO2：0.002mol，CO2：0.285+0.007+0.05=0.342mol，N2：0.223×

3.78+0.524=1.367mol

，

H2O0.002+0.126+0.014+1.298

×

1.493%+0.004=0.201mol

故实际烟气量 0.002+0.342+1.367+0.201+0.2×1.066=2.125mol 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5663.37m3/min，水气含量8%（体积）。

9

试计算：1）过量空气百分比；2）SO2的排放浓度（?g/m3）；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。

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

8?0.5?2?100%?50.5%

0.264?78.99?(8?0.5?2)2）在测定状态下，气体的摩尔体积为

V2?P1V1T2101325?22.4?443???39.46L/mol； T1P2273?700?133.322取1m3烟气进行计算，则SO2120×10－6m3，排放浓度为

120?10?6?(1?8%)?64?0.179g/m3。 ?339.46?1022.43?(1?8%)?2957mN/min。 39.4639.463?52.85g/mN4）30.0?。 22.43）5663.37?2.6 煤炭的元素分析按重量百分比表示，结果如下：氢5.0%；碳75.8%；氮1.5%；硫1.6%；氧7.4%；灰8.7%，燃烧条件为空气过量20%，空气的湿度为0.0116molH2O/mol干空气，并假定完全燃烧，试计算烟气的组成。 解：按1kg煤进行计算

重量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（mol） C 758 63.17 63.17 H 40.75 20.375 10.19 S 16 0.5 0.5

10

气压为1023 hPa。释放后陆续发回相应的气温和气压记录如下表所给。1）估算每一组数据发出的高度；2）以高度为纵坐标，以气温为横坐标，作出气温廓线图；3）判断各层大气的稳定情况。 测定位2 置 气温/。C 9.8 12.0 14.0 15.0 13.0 13.0 12.6 1.6 0.8 气压1012 1000 988 969 909 878 850 725 700 3 4 5 6 7 8 9 10 /hPa 解：1）根据《Air Pollution Control Engineering》可得高度与压强的关系为

dPgM??dz PRT将g=9.81m/s2、M=0.029kg、R=8.31J/(mol.K)代入上式得

dz??29.21dPT。 P当t=11.0。C，气压为1023 hPa；当t=9.8。C，气压为1012 hPa， 故P=（1023+1012）/2=1018Pa，T=（11.0+9.8）/2=10.4。C=283.4K，dP=1012-1023=－11Pa。 因此dz??29.21?11283.4m?89m，z=119m。 1018同理可计算其他测定位置高度，结果列表如下： 测定位2 置 气温/。C 9.8 12.0 14.0 15.0 13.0 13.0 12.6 1.6 0.8 气压1012 1000 988 969 909 878 850 725 700 3 4 5 6 7 8 9 10 /hPa

16

高度差/m 89 99 101 163 536 290 271 1299 281 高度/m 119 218 319 482 1018 1307 1578 2877 3158 ?T1?211?9.8???1.35K/100m??d，不稳定； ?z1?2?892）图略3）?1?2???2?3???3?4???4?5???T2?39.8?12????2.22K/100m?0，逆温； ?z2?3?99?T3?412?14????1.98K/100m?0，逆温； ?z3?4?101?T4?514?15????0.61K/100m?0，逆温； ?z4?5?163?T5?615?13???0.37K/100m??d，稳定； ?z5?6?536?T6?713?13???0 ?z6?7?290?T7?813?12.6???0.15K/100m??d，稳定； ?z7?8?271?T8?912.6?1.6???0.85K/100m??d，稳定； ?z8?9?1299?T9?101.6?0.8???0.28K/100m??d，稳定。 ?z9?10?281?5?6???6?7???7?8???8?9???9?10??3.7 用测得的地面气温和一定高度的气温数据，按平均温度梯度对大气稳定度进行分类。 测定编号 1 地面温度21.1 /。C 2 21.1 3 15.6 4 25.0 5 30.0 6 25.0 17

高度/m 458 763 15.6 580 8.9 2000 5.0 500 20.0 700 28.0 相应温度26.7 /。C 解：G1?G2??T126.7?21.1??1.22K/100m?0，故?1??G1?0，逆温； ?z1458?T215.6?21.1故?2??G2?0.72K/1稳定； ???0.72K/100m，00m??d，

?z2763G3??T38.9?15.6???1.16K/100m，故?3??G3?1.16K/100m??d，不稳?z3580定；

G4??T45.0?25.0???1K/100m，故?4??G4?1K/100m??d，不稳定； ?z42000?T520.0?30.0 ???2K/100m，故?5??G5?2K/100m??d，不稳定；

?z5500?T628.0?25.0??0.43K/100m?0，故?6??G6?0逆温。 ?z6700G5?G6?3.8 确定题3.7中所给的每种条件下的位温梯度。

解：以第一组数据为例进行计算：假设地面大气压强为1013hPa，则由习题3.1推导得到的公式lnT取两高度处的平均值）即

lnP29.8?0.029＝－?458，由此解得P2=961hPa。 10138.314?297P2gM代入已知数据（温度??(Z2?Z1)，

PRT1由《大气污染控制工程》P72 （3－15）可分别计算地面处位温和给定高度处位温：?地面?T地面(10000.28810000.288)?294.1()?293K， P地面1013 18

?1?T1(10000.28810000.288)?299.7()?303.16K， P1961293?303?2.18K/100m

0?458故位温梯度=

同理可计算得到其他数据的位温梯度，结果列表如下： 测定编号 1 地面温度21.1 /。C 高度/m 458 763 15.6 580 8.9 2000 5.0 500 20.0 700 28.0 2 21.1 3 15.6 4 25.0 5 30.0 6 25.0 相应温度26.7 /。C 位温梯度 / K/100m 2.22 0.27 －0.17 －0.02 －1.02 1.42 3.9 假如题3.7中各种高度处的气压相应为970、925、935、820、950、930 hPa，确定地面上的位温。

解：以第一组数据为例进行计算，由习题3.1推导得到的公式

lnP2gM??(Z2?Z1)，设地面压强为P1，代入数据得到：PRT19709.8?0.029＝－?45，解得8P1=1023hPa。因此 P18.31?4297ln?地面?T地面(10000.28810000.288)?294.1()?292.2K P地面1023同理可计算得到其他数据的地面位温，结果列表如下： 测定编号 1

2 3 4 5 6 19

地面温度21.1 /。C 高度/m 458 21.1 15.6 25.0 30.0 25.0 763 15.6 580 8.9 2000 5.0 500 20.0 700 28.0 相应温度26.7 /。C 地面压强/hPa 地面位温/。C

1023 1012 1002 1040 1006 1007 292.2 293.1 288.4 294.7 302.5 297.4 20

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）。

3/s； 解：气体流量按P141（5－43）QN?(Q1N?Q2N)?11000mN12漏风率P141（5－44）??除尘效率：

Q1N?Q2NQ1N?100%?2000?100%?20%； 10000考虑漏风，按P142（5－47）??1??2NQ2N0.340?12000?1??90.3% ?1NQ1N4.2?10000?2N0.340?1??91.9% ?1N4.2不考虑漏风，按P143（5－48）??1?5.6 对于题5.5中给出的条件，已知旋风除尘器进口面积为0.24m2，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

PV?mRTM得

mPM(1.01?10?5?490)?29?????0.832g/L VRT8.31?423423Q273?17.9m/s v??A0.24?360010000?按《大气污染控制工程》P142（5－45）?P?9.8?0.832?17.92?1311Pa。 25.7 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。 解：按《大气污染控制工程》P145（5－58）

31

?T?1?(1??1)(1??2)?1?(1?95%)(1?80%)?99%

粉尘浓度为

22.23

g/m3?10g/m3，排放浓度10（1－99%）=0.1g/m； 2.22排放量2.22×0.1=0.222g/s。

5.8 某燃煤电厂除尘器的进口和出口的烟尘粒径分布数据如下，若除尘器总除尘效率为98%，试绘出分级效率曲线。

粉尘间隔/?m <0.6 0.6~00.7~00.8~11~2 .7 质量进口2.0 频率 g1 /% 出口7.0 g2

粉尘间隔/?m 4~5 5~6 6~8 2.0 8~10 10~12 20~30 3.0 11.0 8.0 1.0 2.0 3.0 14.0 16.0 29.0 0.4 .8 0.4 .0 0.7 3.5 6.0 24.0 2~3 3~4 质量进口13.0 2.0 频率 g1 /% 出口6.0 g2 2.0 2.0 2.5 8.5 7.0 解：按《大气污染控制工程》P144（5－52）?i?1?P计算，如下表所示： 粉尘间隔/?m <0.6 0.6~00.7~00.8~11~2 g2i（P=0.02）g1i2~3 3~4 32

.7 质量进口2.0 0.4 频率 g1 /% 出口7.0 1.0 g2 ?i/% .8 0.4 .0 0.7 3.5 6.0 24.0 2.0 3.0 14.0 16.0 29.0 93 95 90 91.4 92 94.7 97.6

粉尘间隔/?m 4~5 5~6 6~8 2.0 8~10 10~12 20~30 其他 3.0 11.0 8.0 24.0 质量进口13.0 2.0 频率 g1 /% 出口6.0 g2 ?i/% 2.0 2.0 2.5 8.5 7.0 0 99.1 98 98 98.3 98.5 98.2 100 据此可作出分级效率曲线。

5.9 某种粉尘的粒径分布和分级除尘效率数据如下，试确定总除尘效率。 平均粒径0./?m 1.2.0 9.5 3.0 204.0 205.0 156.0 117.0 8.8.0 5.5 101420>2325 0 0.4 .0 .0 .0 .5 5.5 4.0 0.8 0.2 质量频率0./% 1 .0 .0 .0 .0 5 60 68分级效率8 30 4775 81 86 8995 98 99 100 33

/% .5 .5 .5 解：按《大气污染控制工程》P144（5－54）?T???ig1i?72.86%。 5.10 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?m，空气温度为387.5K，压力为101325Pa，飞灰真密度为2310kg/m3。

解：当空气温度为387.5K时??0.912kg/m3,??2.3?10?5。 当dp=0.4?m时，应处在Stokes区域。 首先进行坎宁汉修正：v???88RT8?8.314?387.5??532.2m/s， ?M3.142?28.97?10?32?2?9.4?10?2???9.4?10m，Kn???0.47。则

dp0.40.499?v2dp?p1.10C?1?Kn[1.257?0.4exp(?)]?1.61，us?gC?1.41?10?5m/s。

Kn18?当dp=4000?m时，应处于牛顿区，us?1.74Rep?dp?udp(?p??)?g?17.34m/s。

?4000?10?6?0.912?17.34??2750?500，假设成立。

2.3?10?52dp?p当dp=0.4?m时，忽略坎宁汉修正，us?符合Stokes公式。

18?经验证Rep<1，g?0.088m/s。

考虑到颗粒在下降过程中速度在很短时间内就十分接近us，因此计算沉降高度时可近似按us计算。

dp=0.4?m h=1.41×10－5×30=4.23×10－4m； dp=40?m h=0.088×30=2.64m；

34

dp=4000?m h=17.35×30=520.5m。

5.11 欲通过在空气中的自由沉降来分离石英（真密度为2.6g/cm3）和角闪石（真密度为3.5g/cm3）的混合物，混合物在空气中的自由沉降运动处于牛顿区。试确定完全分离时所允许的最大石英粒径与最小角闪石粒径的最大比值。

设最大石英粒径dp1，最小角闪石粒径dp2。由题意，

1.74dp1?p1??g?1.74dp2?p2?g

故

dp1dp2?p23.5??1.35。 ?p12.65.12 直径为200?m、真密度为1850kg/m3的球形颗粒置于水平的筛子上，用温度293K和压力101325Pa的空气由筛子下部垂直向上吹筛上的颗粒，试确定：1）恰好能吹起颗粒时的气速；2）在此条件下的颗粒雷诺数；3）作用在颗粒上的阻力和阻力系数。

解：在所给的空气压强和温度下，??1.205kg/m3,??1.81?10?5Pa?s。dp=200?m时，

考虑采用过渡区公式，按《大气污染控制工程》P150（5－82）：

us?.140.7140.7140.153d1gp(?p??)?0.428?0.2860.153(200?10?6)1.1418500.7149.810.714??1.03m/s

(1.81?10?5)0.4281.2050.286200?10?6?1.03?1.205Rep??13.85，符合过渡区公式。

1.81?10?5阻力系数按P147（5－62）CP?Fp?18.5?3.82。阻力按P146（5－59） 0.6Rep11?CDAp?u2??3.82?(200?10?6)2?1.205?1.032?7.83?10?8N。 2245.13 欲使空气泡通过浓盐酸溶液（密度为1.64g/m3，粘度1×10－

35

4

Pa.s），以达到干燥的目的。盐酸装在直径为10cm、高12m的圆管内，

其深度为22cm，盐酸上方的空气处于298K和101325Pa状态下。若空气的体积流量为127L/min，试计算气流能够夹带的盐酸雾滴的最大直径。

解：圆管面积A??d2?7.85?10?3m2。据此可求出空气与盐酸雾滴相对速度

Q127?10?3us???0.27m/s。考虑利用过渡区公式： ?3A7.85?10?6014us?.140.7140.7140.153d1gp(?p??)?0.428?0.286

代入相关参数??1.19kg/m3,?p?1.64?103kg/m3,??1.82?10?5Pa?s及us=0.27m/s 可解得dp=66?m。

66?10?6?1.19?0.27Rep??1.17?1，符合过渡区条件。故能被空气夹带?51.82?10的雾滴最大直径为66?m。

5.14 试确定某水泥粉尘排放源下风向无水泥沉降的最大距离。水泥粉尘是从离地面4.5m高处的旋风除尘器出口垂直排出的，水泥粒径范围为25～500?m，真密度为1960kg/m3，风速为1.4m/s，气温293K，气压为101325Pa。

解：粒径为25?m，应处于Stokes区域，考虑忽略坎宁汉修正：

us?2dp?p18?g?3.69?10?2m/s。竖直方向上颗粒物运动近似按匀速考虑，

H4.5??122s，因此L=v.t=1.4×122m=171m。 us3.69?10?236

则下落时间t?

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?m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。

解：在给定条件下??0.815kg/m3,??2.5?10?5Pa?s。 当dp=10?m，粉尘颗粒处于Stokes区域：

2dp?put2(1?10?6)2?2700162uc?????0.768m/s。 ?518?R0.218?2.5?10ut213dp=500?m，粉尘颗粒处于牛顿区：0.55??du??dp?p?。因此

6R2p2cuc?3.03dp?put2R??80.2m/s。经验证，Rep=1307>500，假设成立。

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

37

100%捕集的最小雾滴直径。假设雾滴的比重为1.21。 解：计算气流水平速度v0?Q1.2??2.87?10?2m/s。设粒子处于A9.14?4.57Stokes区域，取??1.82?10?5Pa?s。按《大气污染控制工程》P162（6－4）

dmin18?v0H18?1.82?10?5?2.87?10?2?4.57?6???17.2?10m?17.2?m 3?pgL1.21?10?9.81?12.19即为能被100%捕集的最小雾滴直径。

6.2 直径为1.09?m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。

解：按层流考虑，根据《大气污染控制工程》P163（6－5）

?1n1?80??n2?n12?18??22.2，因此需要设置23层。 ?2n2?164.96.3 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/(kg.h)，求该沉降室能100%捕集的最小粒径。

解：??0.067kg/(m.h)?1.86?10?5Pa?s

dmin18?v0H18?1.86?10?5?0.3?12?5???8.4?10m?84?m?100?m，符合3?pgL2.5?10?9.81?7层流区假设。

6.4 气溶胶含有粒径为0.63和0.83?m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=50cm，??1.05g/cm3，W=20cm，

38

h=0.129cm，??0.000182g/(cm.s)，n=19层。 解：设空气温度为298K，首先进行坎宁汉修正：

v?8RT8?8.314?298??466.6m/s， ?3?M3.142?28.97?102?6.6?10?21.82?10?5?8?0.21 ????6.6?10m，Kn?0.630.499?v0.499?1.185?466.6?C?1?0.21[1.257?0.4e?1.100.21]?1.264。故us?2dp?p18?gC?1.58?10?5m/s

usLW(n?1)1.58?10?5?0.5?0.2?20?i???0.525。用同样方法计算可得

Q3.61?10?3/600.83?m粒子的分级效率为0.864。 因此总效率 ?i?0.5(0.525?0.864)?0.695

6.5 试确定旋风除尘器的分割直径和总效率，给定粉尘的粒径分如下：

平均粒径范围0~1 1~5 5~10 10~220~330~440~550~60 >60 /?m 质量百分数/% 3 20 15 0 20 0 16 0 10 0 6 3 7 已知气体粘度为2×10－5，颗粒比重为2.9，旋风除尘器气体入口速度为15m/s，气体在旋风除尘器内的有效旋转圈数为5次；旋风除尘器直径为3m，入口宽度76cm。

解：按《Air Pollution Control Engineering》公式

?NVcD2?p??1?exp[?()]。

9Wi?33

令?=50%，N=5，Vc=15m/s，W=0.76m，??2?10?5Pa?s，?p=2.9×10kg/m，

39

代入上式得dc=11.78?m。

利用《大气污染控制工程》P170（6－18）?i?(dpi/dc)21?(dpi/dc)2 计算各粒

径粉尘分级效率，由此得总效率????igi?55.3%

6.6 某旋风除尘器处理含有4.58g/m3灰尘的气流（??2.5?10?5Pa?s），其除尘总效率为90%。粉尘分析试验得到下列结果。 粒径范围/?m 捕集粉尘的质量百分逸出粉尘的质量百分数/% 0~5 5~10 10~15 15~20 20~25 25~30 30~35 35~40 40~45 >45 0.5 1.4 1.9 2.1 2.1 2.0 2.0 2.0 2.0 84.0 数/% 76.0 12.9 4.5 2.1 1.5 0.7 0.5 0.4 0.3 1.1 1）作出分级效率曲线；2）确定分割粒径。

?i?解：根据《大气污染控制工程》P144（5－53）

???Pg2i/g3i（P=0.1）

计算分级效率，结果如下表所示：

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