大气课后习题

作业习题解答

第一章 概 论

1.1 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

N2%?Ar%?0.781?28.0128.97?10.00934?39.9428.97?1?100%?75.51%，O2%?0.209?32.0028.97?10.00033?44.0128.97?1?100%?23.08%；

?100%?0.05%。

?100%?1.29%，CO2%?

1.2 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干空气计算，其摩尔数为

1?1022.43?44.643mol。故三种污染物体积百分数分别为：

SO2：

0.15?10?364?44.6434.00?10?3?0.052ppm，NO2：

0.12?10?346?44.643?0.058ppm

CO：

28?44.643?3.20ppm。

1.3 解： 1）?（g/mN）?3

1.50?10?4?154?322.4?10?1.031g/mN

3 c（mol/mN）?3

1.50?1022.4?10?4?3?6.70?10?3mol/mN。

32）每天流经管道的CCl4质量为1.031×10×3600×24×10－3kg=891kg

1.4 解：

－6

每小时沉积量200×（500×15×60×10）×0.12?g=10.8?g

1.5 解：

由《大气污染控制工程》P14 （1－1），取M=210

COHbO2Hb?Mp?pO2?210?2.2?1019.5?10?4?2?0.2369，

COHb饱和度?CO? 1.6 解： 含氧总量为2%：

96098%COHbCOHb?O2Hb?COHb/O2Hb1?COHb/O2Hb?0.23691?0.2369?19.15%

4800?20100?960mL。不同CO百分含量对应CO的量为：

96093%?4?2%?19.59mL，7%：?7%?72.26mL

?172.0min； ?125.4min。

1）最初CO水平为0%时 t?2）最初CO水平为2%时 t?72.264.2?10?1072.26?19.594.2?10?43?103

1.7 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?1.42.2?0.2?11581.8m。

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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

2.5 干烟道气的组成为：CO211%（体积），O28%，CO2%，SO2120×10（体积分数），颗

3

粒物30.0g/m（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）。 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。

2.6 煤炭的元素分析按重量百分比表示，结果如下：氢50%；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。

2.7 运用教材图2－7和上题的计算结果，估算煤烟气的酸露点。

2.8 燃料油的重量组成为：C86%，H14%。在干空气下燃烧，烟气分析结果（基于干烟气）为：O21.5%；CO600×10－6（体积分数）。试计算燃烧过程的空气过剩系数。

－6

第三章 大气污染气象学

3.1 一登山运动员在山脚处测得气压为1000 hPa，登山到达某高度后又测得气压为500 hPa，试问登山运动员从山脚向上爬了多少米？

3.2 在铁塔上观测的气温资料如下表所示，试计算各层大气的气温直减率：?1.5?10，?10?30，?30?50，?1.5?30，?1.5?50，并判断各层大气稳定度。

高度 Z/m 气温 T/K 1.5 298 10 297.8 30 297.5 50 297.3

3.3 在气压为400 hPa处，气块温度为230K。若气块绝热下降到气压为600 hPa处，气块温度变为多少？

3.4 试用下列实测数据计算这一层大气的幂指数m值。 高度 Z/m 风速u/m.s－1

3.5 某市郊区地面10m高处的风速为2m/s，估算50m、100m、200m、300m、400m高度处在稳定度为B、D、F时的风速，并以高度为纵坐标，风速为横坐标作出风速廓线图。

3.6 一个在30m高度释放的探空气球，释放时记录的温度为11.0。C，气压为1023 hPa。释

10 3.0 20 3.5 30 3.9 40 4.2 50 4.5

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。 测定位置 气温/。C 气压/hPa

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 高度/m 1 458 2 21.1 763 15.6 3 15.6 580 8.9 4 25.0 2000 5.0 5 30.0 500 20.0 6 25.0 700 28.0 地面温度/。C 21.1 相应温度/。C 26.7 2 9.8 1012 3 12.0 1000 4 14.0 988 5 15.0 969 6 13.0 909 7 13.0 878 8 12.6 850 9 1.6 725 10 0.8 700

3.8 确定题3.7中所给的每种条件下的位温梯度。

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。

3.10 在某一地区地面气温为18。C，而该月正常最高地表温度为30。C，在700m高度处测得气温为1）15。C；2）20。C。试确定两种情况下的最大混合层厚度。

第四章 大气扩散浓度估算模式

4.1 污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多。设有效源高为H，污染源到峭壁的距离为L，峭壁对烟流扩散起全反射作用。试推导吹南风时高架连续点源的扩散模式。当吹北风时，这一模式又变成何种形式？

4.2 某发电厂烟囱高度120m，内径5m，排放速度13.5m/s，烟气温度为418K。大气温度288K，大气为中性层结，源高处的平均风速为4m/s。试用霍兰德、布里格斯（x<=10Hs）、国家标准GB/T13201－91中的公式计算烟气抬升高度。

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?SO2的地面浓度。

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。

4.5 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

y?35.3m,?z?18.1m，试求正下风方向500m处

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。

－33

4.6 地面源正下风方向一点上，测得3分钟平均浓度为3.4×10g/m，试估计该点两小时的平均浓度是多少？假设大气稳定度为B级。

4.7 一条燃烧着的农业荒地可看作有限长线源，其长为150m，据估计有机物的总排放量为90g/s。当时风速为3m/s，风向垂直于该线源。试确定线源中心的下风距离400m处，风吹3到15分钟时有机物的浓度。假设当时是晴朗的秋天下午4：00。试问正对该线源的一个端点的下风浓度是多少？

4.8 某市在环境质量评价中，划分面源单元为1000m×1000m，其中一个单元的SO2排放量为10g/s，当时的风速为3m/s，风向为南风。平均有效源高为15m。试用虚拟点源的面源扩散模式计算这一单元北面的邻近单元中心处SO2的地面浓度。

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。

4.10 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。

4.11 某污染源SO2排放量为80g/s，烟气流量为265m3/s，烟气温度为418K，大气温度为293K。这一地区的SO2本底浓度为0.05mg/m3，设?z/?y?0.5，u10?3m/s，m=0.25，试按《环

境空气质量标准》的二级标准来设计烟囱的高度和出口直径。

4.12 试证明高架连续点源在出现地面最大浓度的距离上，烟流中心线上的浓度与地面浓度之比值等于1.38。

第五章 颗粒污染物控制技术基础

5.1 根据以往的分析知道，由破碎过程产生的粉尘的粒径分布符合对数正态分布，为此在对该粉尘进行粒径分布测定时只取了四组数据（见下表），试确定：1）几何平均直径和几何标准差；2）绘制频率密度分布曲线。 粉尘粒径dp/?m 0～10 10～20 20～40 >40 质量频率g/% 36.9 19.1 18.0 26.0

5.2 根据下列四种污染源排放的烟尘的对数正态分布数据，在对数概率坐标纸上绘出它们的筛下累积频率曲线。

污染源 平炉 飞灰 水泥窑 化铁炉

质量中位直径

0.36 6.8 16.5 60.0

集合标准差

2.14 4.54 2.35 17.65

5.3 已知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、算数平均直径及表面积－体积平均直径。 粉尘粒径/?m 浓度/?g?m3 0～2 0.8 2～4 12.2 4～6 25 6～10 56 10～20 76 20～40 27 >40 3

5.4 对于题5.3中的粉尘，已知真密度为1900kg/m3，填充空隙率0.7，试确定其比表面积（分别以质量、净体积和堆积体积表示）。

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

333

为4.2g/ mN。除尘器出口的气体流量为12000 mN/h，含尘浓度为340mg/ mN。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）。

5.6 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）。

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。

5.8 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 0.6~0.7 0.7~0.8 0.8~1.0 1~2 2~3 3~4 质量频率 /% 进口g1 出口g2 2.0 7.0 4~5 13.0 6.0 0.4 1.0 5~6 2.0 2.0 0.4 2.0 6~8 2.0 2.0 0.7 3.0 8~10 3.0 2.5 3.5 14.0 10~12 11.0 8.5 6.0 16.0 20~30 8.0 7.0 24.0 29.0 粉尘间隔/?m 质量频率 /%

进口g1 出口g2 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/?m 0.25 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 10.0 14.0 20.0 >23.5 质量频率/% 分级效率/%

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

0.1 8 0.4 30 9.5 20.0 20.0 15.0 11.0 8.5 68.5 75 81 86 5.5 5.5 4.0 98 0.8 99 0.2 100 47.5 60 89.5 95

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/m。

3

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/cm）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。

5.12 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。

5.13 欲使空气泡通过浓盐酸溶液（密度为1.64g/m3，粘度1×10－4Pa.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。

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。

5.15 某种粉尘真密度为2700kg/ m，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。

3

3

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100%捕集的最小雾滴直径。假设雾滴的比重为1.21。

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。

6.3 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。

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/cm，W=20cm，h=0.129cm，??0.000182g/(cm.s)，n=19层。

3

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/?m 0~1 1~5 5~10 10~20 20~30 30~40 40~50 50~60 质量百分数/% 3 20 15 20 16 10 6 3 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。

6.6 某旋风除尘器处理含有4.58g/m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 0~5 5~10 10~15 15~20 20~25 25~30 30~35 35~40 40~45 >45 捕集粉尘的质量百分数/% 0.5 1.4 1.9 2.1 2.1 2.0 2.0 2.0 2.0 84.0 逸出粉尘的质量百分数/% 76.0 12.9 4.5 2.1 1.5 0.7 0.5 0.4 0.3 1.1 3

>60 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1）作出分级效率曲线；2）确定分割粒径。

6.7 某旋风除尘器的阻力系数为9.9，进口速度15m/s，试计算标准状态下的压力损失。

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?m。

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。

6.9 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?m，??1.25。在实际操作条件下该旋风除尘器的分割直径为5?m，试基于颗粒质量浓度计算该除尘器的总除尘效率。

6.10 在气体压力下为1atm，温度为293K下运行的管式电除尘器。圆筒形集尘管直径为0.3m，

3

L=2.0m，气体流量0.075m/s。若集尘板附近的平均场强E=100kV/m，粒径为1.0?m的粉尘荷电量q=0.3×10

－15

C，计算该粉尘的驱进速度w和电除尘效率。

6.11 利用一高压电除尘器捕集烟气中的粉尘，已知该电除尘器由四块集尘板组成，板高和板长均为366cm，板间距24.4cm，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12.2cm/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6－27）。

6.12 板间距为25cm的板式电除尘器的分割直径为0.9?m，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/m。假定电除尘器入口处粉尘浓度为30g/m，且粒径分布如下： 质量百分比范围/% 平均粒径/?m 0~20 3.5 20~40 8.0 40~60 13.0 60~80 19.0 80~100 45.0 3

3

并假定德意希方程的形式为??1?e?kdp，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。

6.13 某板式电除尘器的平均电场强度为3.4kV/cm，烟气温度为423K，电场中离子浓度为108个/m3，离子质量为5×10－26kg，粉尘在电场中的停留时间为5s。试计算： 1）粒径为5?m的粉尘的饱和电荷值；2）粒径为0.2?m的粉尘的荷电量； 3）计算上述两种粒径粉尘的驱进速度。

假定：1）烟气性质近似于空气；2）粉尘的相对介电系数为1.5。

6.14 图6－49汇总了燃煤电厂用电除尘器的捕集性能。对于煤的含硫量为1%、除尘效率为99.5%的情况，试计算有效驱进速度we。

6.15 电除尘器的集尘效率为95%，某工程师推荐使用一种添加剂以降低集尘板上粉尘层的比电阻，预期可使电除尘器的有效驱进速度提高一倍。若工程师的推荐成立，试求使用该添加剂后电除尘器的集尘效率。

6.16 烟气中含有三种粒径的粒子：10?m、7?m和3?m，每种粒径粒子的质量浓度均占总浓度的1/3。假定粒子在电除尘器内的驱进速度正比于粒径，电除尘器的总除尘效率为95%，试求这三种粒径粒子的分级除尘效率。

6.17 对于粉尘颗粒在液滴上的捕集，一个近似的表达式为 ??exp[?(0.018M3

0.5?R/R?0.6R)]。其中M是碰撞数的平方根，R=dp/dD，对于密度为

22g/cm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1）10?m；2）50?m的粉尘在直径为50、100、500?m的液滴上的捕集效率。

6.18 一个文丘里洗涤器用来净化含尘气体。操作条件如下：L=1.36L/m3，喉管气速为83m/s，

3－5

粉尘密度为0.7g/cm方程，烟气粘度为2.23×10Pa.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/?m <0.1 0.1~0.5 0.5~1.0 1.0~5.0 5.0~10.0 10.0~15.0 15.0~20.0 >20.0

6.19 水以液气比12L/m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?m，f取0.22。求文丘里管洗涤器的压力损失和穿透率。

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。

6.21 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?m的球形颗粒，颗粒的质量浓度为80?g/m。 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？

6.22 以2.5mm/h的速率发生了大面积降雨，雨滴的平均直径为2mm，其捕集空气中的悬浮颗粒物的效率为0.1，若净化空气中90％的悬浮颗粒物，这场雨至少要持续多长时间？

6.23 安装一个滤袋室处理被污染的气体，试估算某些布袋破裂时粉尘的出口浓度。已知系统的操作条件：1atm，288K，进口处浓度9.15g/m3，布袋破裂前的出口浓度0.0458g/m3，被

3质量百分数/% 0.01 0.21 0.78 13.0 16.0 12.0 8.0 50.0 3

污染气体的体积流量14158m/h，布袋室数为6，每室中的布袋数100，布袋直径15cm，系统的压降1500Pa，破裂的布袋数为2。

3

6.24 某袋式除尘器在恒定的气流速度下运行30min。此期间处理烟气70.8m，系统的最初和最终的压降分别为40Pa和400Pa，假如在最终压力下过滤器再操作1小时，计算另外的气体处理量。

6.25 利用清洁滤袋进行一次实验，以测定粉尘的渗透率，气流通过清洁滤袋的压力损失为

3

250Pa，300K的气体以1.8m/min的流速通过滤袋，滤饼密度1.2g/cm，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），假如滤袋面积为100.0cm2。

?p/Pa 3

612 0.002 666 0.004 774 0.010 900 0.02 990 0.028 1062 0.034 1152 0.042 M/kg

6.26 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 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。P?exp(?7ZvsDpa9Dc?g?22)。其中：Z=在气流方向上床的长度；vs=气体的表

面流速；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；?g?气体的粘度。

1）若dpa=0.5?m，Dc=1.0mm，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。

6.28 图6－50表明滤料的粉尘负荷和表面过滤气速对过滤效率的影响。当粉尘负荷为140g/m2时，试求：

1）对于图中显示的四种过滤气速，分别求相应的过滤效率；

2）假定滤饼的孔隙滤为0.3，颗粒的真密度为2.0g/cm3，试求滤饼的厚度；

3）当烟气中含尘初始浓度为0.8g/m3时，对于图中最低部的曲线，至少应操作多长时间才能达到上述过滤效率？

第七章 气态污染物控制技术基础

7.1 某混合气体中含有2%（体积）CO2，其余为空气。混合气体的温度为30。C，总压强为500kPa。从手册中查得30。C时在水中的亨利系数E=1.88×10－5kPa，试求溶解度系数H及相平衡常数m，并计算每100g与该气体相平衡的水中溶有多少gCO2。

7.2 20。C时O2溶解于水的亨利系数为40100atm，试计算平衡时水中氧的含量。

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）。

3

吸收剂中含0.25mol/m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：H2S?CH2CHCH2NH2?HS??CH2CHCH2NH?3。

已知：kAla=108h－1，kAga=216mol/m3.h.atm，DAl=5.4×10－6m2/h，DBl=3.6×10－6m2/h。

试求单位时间的吸收速度。

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。

7.5 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y?0.33xe1.95(1?x)。 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）H0y?3.3G的流量（以kg/m2.h表示），试计算所需要的高度。

7.6 某活性炭填充固定吸附床层的活性炭颗粒直径为3mm，把浓度为0.15kg/m3的CCl4蒸汽通入床层，气体速度为5m/min，在气流通过220min后，吸附质达到床层0.1m处；505min后达到0.2m处。设床层高1m，计算吸附床最长能够操作多少分钟，而CCl4蒸汽不会逸出？

7.7 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/m，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。

7.8 在温度为323K时，测得CO2在活性炭上吸附的实验数据如下，试确定在此条件下弗罗德里希和朗格谬尔方程的诸常数。 单位吸附剂吸附的CO2体积（cm/g） 30 51 67 81 93 104 33

0.332L?0.33。其中G和L分别为气、液相

气相中CO2的分压（atm） 1 2 3 4 5 6

7.9 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

3

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

7.10 尾气中苯蒸汽的浓度为0.025kg/kg干空气，欲在298K和2atm条件下采用硅胶吸附净化。固定床保护作用时间至少要90min。设穿透点时苯的浓度为0.0025kg/kg干空气，当固

定床出口尾气中苯浓度达0.020kg/kg干空气时即认为床层已耗竭。尾气通过床层的速度为1m/s（基于床的整个横截面积），试决定所需要的床高。

已知硅胶的堆积密度为625kg/m3，平均粒径Dp=0.60cm，平均表面积a=600m2/m3。在

*1.5

上述操作条件下，吸附等温线方程为：Y=0.167X。

式中Y*=kg苯/kg干空气，X=kg苯/kg硅胶。假定气相传质单元高度 HOY?0.00237(DpG/?)0.51

7.11 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：RA=－0.15（1－xA）mol/（kg催化剂.min）。 催化剂堆积密度为580kg/m。

7.12 为减少SO2向大气环境的排放量，一管式催化反应器用来把SO2转化为SO3。其反应方程式为：2SO2+O2－>2SO3

总进气量是7264kg/d，进气温度为250。C，二氧化硫的流速是227kg/d。假设反应是绝热进行且二氧化硫的允许排放量是56.75kg/d。试计算气流的出口温度。SO2反应热是171.38kJ/mol，热容是0.20J/(g.K)。

3

第八章 硫氧化物的污染控制

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？

8.2 某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫效率为90%。电厂燃煤含硫为3.6%，含灰为7.7%。试计算：

1）如果按化学剂量比反应，脱除每kgSO2需要多少kg的CaCO3； 2）如果实际应用时CaCO3过量30%，每燃烧一吨煤需要消耗多少CaCO3；

3）脱硫污泥中含有60%的水分和40êSO4.2H2O，如果灰渣与脱硫污泥一起排放，每吨燃煤会排放多少污泥？

8.3 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，K?ySO3ySO2?(yO2)0.5。

8.4 通常电厂每千瓦机组容量运行时会排放0.00156m3/s的烟气（180。C，1atm）。石灰石烟气脱硫系统的压降约为2600Pa。试问：电厂所发电中有多少比例用于克服烟气脱硫系统的

阻力损失？假定动力消耗＝烟气流率×压降/风机效率，风机效率设为0.8。

8.5 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180C，离开塔顶时下降到55C，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？

8.6 在双碱法烟气脱硫工艺中，SO2被Na2SO3溶液吸收。溶液中的总体反应为： Na2SO3+H2O+SO2+CO2－>Na++H++OH－+HSO3－+SO32－+HCO3－+CO32－ 在333K时，CO2溶解和离解反应的平衡常数为： [CO2?H2O]PCO2[CO2?3?。

。

?Khc?0.0163M/atm，

[HCO[CO2?3]?[H]??H2O]?Kc1?10?6.35M

]?[H]?3[HCO]?Kc2?10+

?10.25M

+

溶液中钠全部以Na形式存在，即[Na]=[Na]；

溶液中含硫组分包括，[S]=[SO2.H2O]+[HSO3－]+[SO32－]。

如果烟气的SO2体积分数为2000×10，CO2的浓度为16%，试计算脱硫反应的最佳pH。

8.7 根据表8－5中所列的石灰石湿法烟气脱硫的典型操作条件，试计算：

1）脱硫液每循环经过一次洗涤塔，单位体积脱硫液中溶解了多少摩尔的SO2；

2）如果脱硫液进入洗涤塔时的pH为5，则其流出洗涤塔时的pH为多少。假定浆滴在洗涤塔中的停留时间较短（通常为3～4s），CaCO3尚未发生反应。

－6

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NOx的排放量（t/d）： 1）以热值为6110kcal/kg的煤为燃料；2）以热值为10000kcal/kg的重油为燃料； 3）以热值为8900kcal/m3的天然气为燃料。

9.2 大型燃煤工业锅炉的NOx排放系数可取为8kg/t，试计算排烟中NOx的浓度。假定烟气中O2的浓度为6%，煤的组成见例2－2。

9.3 气体的初始组成以体积计为8.0%CO2、12%H2O、75%N2和5%O2。假如仅考虑N2与O2生成NO的反应，分别计算下列温度条件下NO的平衡浓度。 1）1200K；2）1500K；3）2000K。

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NOx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。

9.5 基于第二节给出的动力学方程，对于t=0.01、0.04和0.1s，估算[NO]/[NO]e的比值，假定M=70，C=0.5。试问M=70所对应的温度是多少？以K表示。

9.6 对于M=50和M=30重复上面的计算。

9.7 对于反应N2+O2－>2NO，平衡常数可表示为：K?[NO]/[N2][O2]?kf/kb。根据现有的数据，可以得到kf=9×10exp[－13500/(RT)]和kb=4.1×10exp[－91600/(RT)]。按表9－3中的温度，计算平衡常数K，并与表中的数据比较。

9.8 计算组成为95%N2和5%O2的烟气达到平衡时，原子态O的浓度。假定平衡时的温度为1）2000K；2）2200K；3）2400K。

9.9 典型的大型燃煤工业锅炉氮氧化物排放系数为8kg/t。假定煤的组成与习题9－4相同，烟气中氧浓度为6%，试计算烟气中NOx的浓度。

9.10 燃油锅炉的NOx排放标准为230×10（体积分数），假定油的化学组成C10H20Nx，当空气过剩50%时发生完全燃烧。当燃料中50%的氮转化为NOx，忽略热力型NOx时，为满足排放标准，氮在油中的最大含量为多少？

9.11 欲从燃烧烟气中用氨去除NOx，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NOx，每天各需要多少吨氨？假定氨的残留量为5×10－6（体积分数）。

9.12 烟气中NOx的浓度经常以体积分数（10－6）表示，为了计算NOx排放总量，通常将其转化为kgNO2/GJ表示。试导出一个通用的转化公式，需引进的变量应尽可能少。若已知甲烷在10%过剩空气下燃烧时NOx的浓度为300×10－6，利用你导出的公式，将NOx的浓度转化为kgNO2/GJ。

－6

21413

第十章 挥发性有机物污染控制

10.1解：

见《大气污染控制工程》P379 图10－1。

10.2解：

由Antoine方程lgP?A?Bt?C可分别计算得到40C时

。

苯的蒸汽压P1=0.241atm；甲苯的蒸汽压P2=0.078atm。 因此y苯?x苯

10.3解： 列式A?0.5pPt?P1P?0.3?0.2411?0.0723，y甲苯?x甲苯P2P?0.0546。

?lAM，故

3?3t?2?lM?Pp?2?1.0?10?1.0?10400?10?3?1.01?101.333?105?4s?120Y

10.4解：

取温度为100oF=310.8K

进口甲苯浓度：1m气体中含1000mg，则体积为 10000?1092?33

?0.0224?310.8273?2.772?10?3m，即浓度为2772ppm。

3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 100oF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100 oF下蒸汽压约 10×10－6atm，分子量M=226。

xtoluene?Py*ptoluene?1atm0.07atmy?14.3y，取xi bottom=0.8x=0.8×14.3×0.002772=0.032，

**因此

LG?yib?yitxib?xit?2772?41.60.032?0?0.085。

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100F下，C16H34 ?L?48lbm/ft2，??2.4cp，

o

??0.75。??L'?G0.5LML?G0.52260.0710.5()?()?0.085??()?0.008； G'?LGMG?L92482代入log???1.6798?1.0662log??0.27098(log?)中解得??0.23。

由??G'F??20.2?L?Gg0得G'???L?Gg0F??0.2?0.23?48?0.071?32.250?0.75?2.40.2?0.75lb/ft?s

2

取75%，则G’=0.56lb/ft.s，故A??1(1?HG/PL)2

mgasG'?13.930.562D??24.9ft，

4A??5.63ft?1.72m。

传质单元数N?ln[yT(1?HG/PL)?(H/P)xB?(HG/PL)yByB(1?HG/PL)?(H/P)xB?(HG/PL)yB]

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。

h?NLKaPA?13.3?2.454?1?24.9?60?19.6ft?6m

10.5解：

废气中苯的含量y1=20000×3.0×10=60m/h，由气体方程PV?PVMRT1.01?10?60?78?108.314?2985?3－3

3

mMRT得

m???191.5kg/h。

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

10.6待求。

10.7 解：

实际需O2 1.25×5×100=625mol，空气量625/0.21=2976mol。

190.5?80.18?8468.1kg，体积V?8461.5580?14.6m

3第十一章 城市机动车污染控制

11.1 设某汽车行驶速度为80km/h时，4缸发动机的转速为2000r/min，已知该条件下汽车的油耗为8L/100km，请计算每次燃烧过程喷入发动机气缸的汽油量。

11.2 在冬季CO超标地区，要求汽油中有一定的含氧量，假设全部添加MTBE（CH3OC4H9）；要达到汽油中（C8H17）重量比2.7%的含氧要求，需要添加多少百分比的MTBE？假设两者密度均为0.75g/cm3；含氧汽油的理论空燃比是多少？

11.3 发动机燃烧过程如图11－29所示，请计算汽缸内燃烧前，燃烧刚开始时，以及燃烧全部完成后的气体温度。已知：汽油发动机的压缩比为7，在理论空燃比下工作，转速为2000r/min，燃烧过程为上止点前后各15C区间。

11.4 试解释污染物形成与空燃比关系图（图11－5）中NOx为何成圆拱状？

11.5 1）用与11.3相似的方法估算发动机的排气温度（大约在上止点TDC之后90度）；

。

2）实际排气温度比上述计算值要低，在怠速情况下，虽然其空燃比与满负荷时基本相同，但排气温度却低很多，为什么?

11.6 由燃油蒸发控制装置控制的两个HC排放源是：1）燃油泵和化油器；2）化油器和空气滤清器；3）空气滤清器和燃油箱；4）燃油箱和化油器。

11.7 在汽油喷射系统中，汽油喷进空气是在：1）各燃烧室；2）进气歧管；3）化油器；4）排气管。

11.8 减少发动机燃烧室表面积可以：1）减少废气中HC含量；2）增加废气中HC含量；3）减少废气中NOx的含量；4）以上都不是。

第十二章 大气污染和全球气候

12.1 减少煤炭燃烧所排放的CO2的一种办法是采用第八章所介绍的吸收法净化尾气，但必须使用碱性足够强的溶液，以便于在去除SO2的同时去除CO2。

（a）大量地净化这种尾气应该选用什么反应剂？

（b）电力工业估算了这一方法的成本，发现成本非常高，由此建议通过植树造林、发展农业或其他农作物来吸收大气中CO2，该方法去除单位CO2的成本要比用化学试剂吸收CO2的成本低。请您分析这一建议的优缺点。

12.2 能被我们眼睛感觉到的可见光，是波长在0.3~0.7?m之间的电磁辐射，它刚好对应于太阳辐射强度的最大值，请您大致解释这一现象。

12.3 地球上海洋的平均深度为3.8km，大部分深海的平均温度为4。C，海水的热膨胀系数为0。但是，海洋表层1km范围内平均温度为4。C左右，这层海水的热膨胀系数为0.00012/。C。请估算，当表层1km范围内的海水温度升高1。C时海平面将上升多少？

12.4 某热电厂拟通过购买大片雨林去除空气中CO2，经计算若购买48000hm的雨林，可在40年时间里减少520万吨的CO2的排放。

（a）估算每年每亩的雨林将减少多少吨CO2的排放；

（b）假设绿化工作已完成，那么每亩每年将产出多少吨的木材（干基）？这里假设木材中炭的质量含量为50%（干基）；

（c）假设每亩地能种植400棵树，估算每年每棵树能提供多少吨的木材（干基）？

（d）热电厂发电量为800MW，如果它1年按照最大负荷的70%运行（相当于在最大负荷上运行1年中70%的工作日），它的热效率约为35%。如果它们使用例题2－2中的煤，40年中该电厂将排放多少吨CO2。

12.5 用于冰箱中压缩－膨胀过程的理想的制冷剂应具备如下的特性：在一次循环中所有温度范围内蒸汽压大小适中；在最低的压力下具有很大的蒸汽密度，凝固点低于最低温度；低的液相比热，高的气相比热；很好的液膜压缩系数。（参见有关热交换的教材）

2

（a）对最广泛使用的氟利昂12号与其他可能的替代物在上述特征方面进行比较； （b）在不可燃、无毒的替代物中，谁将可能用于家用冰箱制冷剂？

2

12.6 酸雨治理的方法之一是向湖泊投加石灰石，假如某湖泊面积为10km，每年降水量为1m（1m3/m2面积），为将pH值为4.5的酸沉降转变成与之当量的pH值为6.5的沉降，需向湖泊投加多少石灰石（CaCO3）？

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