环境工程学《大气污染治理工程》习题集汇总.doc

'《大气污染治理工程》习题解54 前言《54 第一章概论1.1计算干洁空气中N2、O2、Ar和CO2气体质量百分数。解：由表1-1查得干洁空气中各气体的体积百分数如下：N2O2ArCO278.0820.950.930.03以N2为以例，计算其质量百分数已知N2分子量为28.016，干洁空气平均分子量为28.966，N2的质量百分数：N2%=同理得：N2O2ArCO2体积百分数（%）78.0820.950.930.03质量百分数（%）75.5223.141.280.04561.2根据我国的《环境空气质量标准》求SO2、NO2、CO三种污染物二级标准日平均质量浓度限值的体积分数。解：由表1—6查得三种污染物二级标准（日平均质量浓度）为：SO2NO2COCm(mg/m3)0.150.08（2012）4.00以SO2为例计算体积分数Cv==0.053×10-6=0.053×10-4%同理得：SO2NO2CO体积百分数（%）0.053×10-4%0.0389×10-4%3.20×10-4%1.3CCl4气体和空气混合成体积百分数为1.5×10-2%的混合气体，在管道中流量为10m3/s，试确定。（1）CCl4在混合气体中的质量浓度Cm（单位g/m3）和浓度C′（单位mg/mol）。（2）每天流经管道的CCl4质量是多少kg解：已知1.5×10-2%=1.5×10-4（1）Cm′=Cm=1.5×10-4×154×10-3=2.31×10-5kg/mol54 （2）已知：1d=86400s每天流经管道的CCl4质量：1.03×10×10-3×86400=889.92kg/d1.4成人每次吸入的空气量平均为500cm3，假如每分钟呼吸15次，空气颗粒物的质量浓度为200μg/m3。试计算每小时沉积于肺泡上的颗粒物质量。已知颗粒物在肺泡上的沉积系数为0.12。解：成人每次吸入空气量：500cm3=5.0×10-4m3每小时吸入空气量：5.0×10-4m3×15×60=0.45m3/h每小时吸入颗粒物量：0.45×200=90μg/h沉积在肺泡上颗粒物量：90×0.12=10.8μg/h1.5地处平原的某城市远郊区的工厂烟囱有效高度50m，若烟尘排放控制系数Pe=27t/（m2·h），求烟尘的允许排放量。若排放量为0.08t/h,试求烟囱有效高度的最小值。解：由点源烟尘排放率计算式：Qe=Pe×He2×10-6得烟尘允许排放量：Qe=27×502×10-6=0.068t/h由Qe=Pe×He×10-6得He==54m第二章燃烧与大气污染2.1已知重油元素分析结果为：C：85.5%H：11.3%O：2.0%N：0.2%S：1.0%试计算：⑴燃烧1kg重油所需的理论空气量和产生的理论烟气量；⑵干烟气中SO2的质量浓度和CO2的最大质量浓度；⑶当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量。解：⑴已知1kg重油中各成分的含量如下：质量/g摩尔数/mol（按原子数计）需氧数/molC85571.2571.25H113112.1028.25N20.14300.071（N2）S100.31250.3125O201.25-0.62554 所需理论氧气量为：71.25+28.25+0.3125-0.625=99.188mol/kg重油需要的理论空气量为：99.188×（1+3.78）=474.12mol/kg重油即：474.12×22.4/1000=10.62m3/kg重油（标态）理论空气量条件下的烟气组成（mol）为：CO2：71.25H2O：56.5SOx：0.3125N2：99.188×3.78+0.071理论烟气量为：71.25+56.5+0.3125+99.188×3.78+0.071=503.03mol/kg重油503.03×22.4×10-3=11.27m3/kg重油（标态）⑵干烟气量为：503.03-56.5=446.53mol/kg重油即：446.53×22.4×10-3=10.00m3/kg重油（标态）SO2量为：0.3125×0.97=0.3031mol/kg重油（认为S的生成物中SO2占97%）干烟气中SO2的质量浓度为：0.3031×106/446.53=678.79×=1939.40mg/m3假设C全部生成CO2，则CO2的量为71.25mol/kg重油。CO2的最大质量浓度为：⑶当空气过剩10%时，空气过剩系数α=1.1则实际的空气量为：10.62×1.1=11.682m3/kg重油实际烟气量为：54 3/kg重油2.2煤的元素分析结果（质量百分数）是：S0.6%H3.7%C79.5%N0.9%O4.7%灰分：10.6%。在空气过剩20%下完全燃烧，当忽略大气中N2生成的NO，燃料氮（1）50%被转化NO时，（2）20%被转化NO时，计算烟气中NO的质量浓度。解：（1）以1kg煤为基础，则N被50%转化为NO时质量/g摩尔数/mol需氧数/mol烟气量/molS60.18750.18750.1875H3718.59.2518.5C79566.2566.2566.25N90.64240.16060.3212O471.469-1.469则理论需氧量：0.1875+9.25+66.25+0.1606-1.469=74.38mol/kg煤理论空气量为：74.38×(1+3.78)=355.54mol/kg煤理论烟气量为：0.1875+18.5+66.25+0.3212+74.38×3.78=366.42mol/kg煤实际烟气量为：366.42+355.54×0.2=437.53mol/kg煤NO的质量浓度为：54 （2）以1kg煤为基础，当N20%被转化时质量/g摩尔数/mol（以原子数计）需氧数/mol烟气量/molS60.18750.18750.1875H37379.2518.5C79566.2566.2666.25N90.64240.064240.1285O471.469-1.469则理论需氧量为：0.1875+9.25+66.25+0.06425-1.469=74.28mol/kg煤1kg煤完全燃烧所需要的理论空气量为：74.28×(1+3.76)=353.57mol/kg煤理论烟气量为：0.1875+18.5+66.25+0.1285+74.28×3.76=364.36mol/kg煤实际烟气量为：364.36+353.57×0.2=435.07mol/kg煤NO的摩尔数为：0.6425×0.2=0.1285则NO在烟气中的质量浓度为：×2.3某锅炉燃用煤气成分体积比为：H2S0.2%、CO25%、O20.2%、CO28.5%、H213.0%、CH40.7%、N252.4%。空气含湿量为12g/m3(标态)，α=1.2时，试求实际所需空气量和燃烧时产生的实际烟气量。解：以1kmol煤气计，则（2分）摩尔数/mol需氧量/mol烟气量/LmolH2S234CO25005054 O22.0-20CO285142.5285H213065130CH471414+7=21N252405241）由上表可知理论需氧量为：3-2+142.5+65+14=223.5mol/kmol煤气=222.5L/（m3煤气）（2分）理论干空气量：222.5×(1+3.78)=1063.55L/（m3煤气）（2分）实际空气量：1063.55（2分）2）理论干烟气量：4+50+285+130+21+524+223.5×3.78=1855.05L/m3（2分）实际烟气量：1855.05+(1295.315-1063.55)=2086.815L/m3煤气（2分）2.4烟道气各组分的体积分数为：CO211%、O28%、CO2%、SO20.012%、颗粒物的质量浓度为30.0g/m3（测定状态下），烟道气流量在93310Pa和443K条件下为566.37m3/min，水汽体积分数为8%。试计算：（1）过量空气的百分数；（2）SO2排放的质量浓度（单位：mg/m3），（3）在标准状态下（1.013×105Pa和273K），干烟气的体积；（4）在标准状态下颗粒物的质量浓度。解：（1）由已知条件可得N2的体积含量为：100%-11%-8%-2%-0.012%=79%所以过量空气百分数为：由式2.22：α=1+=50%（2）在P=93310Pa，T=443K下，SO2的排放浓度为：0.012%×106×=195mg/m354 （3）在标态下干烟气的体积为：5663.37×(1-8%)×（4）在标态下颗粒物的浓度为：2.5某燃油锅炉尾气，NO排放标准为287.5mg/m3，若燃油的分子式为C10H20Nx，在50%过剩空气条件下完全燃烧，燃料中的氮50%转化为NO，不计大气中N2转变生成的NO。计算在不超过排放标准情况下，燃料油中氮的最高质量分数。解：以1molC10H20Nx燃烧为基础，则需氧量（mol）：10+理论空气量（mol）：4.76×实际空气量（mol）:1.5×4.76×在理论空气量下产生的理论烟气体积为：CO2：10mol，H2O：10mol、NO：，N2：3.76×∴理论烟气量（mol）为：10+10+实际烟气量（mol）为：（76.4+1.69x）+0.5×=112.1+2.285xNO的浓度：∴x≤0.048即燃料油中N的最大允许含量为：2.6某燃油锅炉每小时耗油4.8t，油的低位发热量Q1=40614kJ/kg，α=1.3，安装有省油器△α=0.15，求该锅炉每小时排放的烟气量。解：（1）由式2.14计算理论空气量54 （2）由式2.24求每kg油燃烧产生的烟气量=1.11×=15.38（m3/kg）（标态）（3）每小时产生的烟气量15.38×4800=73824m3/h（标态）第三章污染气象学基础知识3.1在高塔下测得下列气温资料，试计算各层大气的气温直减率：r1.5-10、r10-30、r30-50、r30-50、r1.5-50，并判断各层大气稳定度。高度Z/m1.5103050气温T/K298297.8297.5297.3解：已知r=-△T/△Zrd=0.98K/100m以r1.5-10为例计算r1.5-10=-(297.8-298)/(10-1.5)=0.0235K/m=2.35K/100m因为r1.5-10>rd，所以大气不稳定总的计算结果及判断列于下表。r1.5-10r10-30r30-50r1.5-30r1.5-502.351.51.01.751.44不稳定不稳定中性不稳定不稳定3.2某石油精炼厂自平均有效源高60m处排放的SO2质量为80g/s，有效源高处的平均风速为6m/s，试估算冬季阴天正下风方向距烟囱500m处地面上的SO2浓度。解：根据题设条件，由表3-8查得稳定度级别为D，由表3-9查得σy=35.3mσz=18.1mC（x,0,0,H）===2.73×10-5g/m3=2.73×10-2mg/m33.3据估计，某燃烧着的垃圾堆以3g/s的速率排放氮氧化物。在风速为7m/s54 的阴天夜里，源的正下风方向3km处的平均浓度是多少？假设这个垃圾堆是一个无有效源高的地面点源。解：根据题设条件，由表3—8查得，稳定度级别为D，由表3—9查得σy=173mσz=79.1mC（3000,0,0,0）==9.97×10mg/m33.4在阴天情况下，风向与公路垂直，平均风速为4m/s，最大交通量为8000辆/h，车辆平均速度为63km/h，每辆车排放CO量为2×10-2g/s，试求距公路下风向300m处的CO浓度。解：由于公路两侧污染物浓度基本处于稳定状况，故此，可以认为汽车尾气污染是无限线源污染。由表3—8查得稳定度级别为D。由表3—9查得σz=12.1m求线源排放强度Q：Q=[车流量/平均流速]×单位时间排污量=[8000/（63×1000）]×2×10-2=2.54×10-3(g/m.s)由于风向与公路垂直，且公路可视为无限长线源，故可按下式计算：C（x,y,0,H）=取汽车尾气排放有效源高H=0.4m，则：C（300,0,0;0.4）==4.19×10-5g/m3=4.19×10-2mg/m33.5某电厂烟囱有效源高为150m，SO2的排放量为151g/s，在夏季睛朗的下午，地面风速为4m/s。由于上部锋面逆温将使垂直混合限制在1.5km以内，1.2km高度的平均风速为5m/s。试估算正下风3km和11km处的SO2浓度。解：夏季晴朗的下午，太阳辐射为强辐射。在地面风速为4m/s时，由表3—8查得大气稳定度为B级，由式3.61有：σz=（D-H）/2.15=（1500-150）/2.15=628m由表3—9查得XD=4.95km．当X=3km2XD时，地面轴线浓度==6.2×10-mg/m33.6某厂烟囱有源高为150m，SO2排放量为151g/s。夜间及上午地面风速为4m/s，夜间云量3/10，若清晨烟流全部发生熏烟现象，试估算下风向16km处的地面轴线浓度。解：夜间ū=4m/s，云量=3/10时，由表3—8查得稳定度级别为E级，由E级和X=16km查表3—9得σy=544mσz=100m则求得：Lf=H+2σz=150+2×100=350mσyf=σy+H/8=544+150/8=563m=0.046mg/m33.7某城市火电厂的烟囱高100m，出口内径5m。出口烟气流速12.7m/s，温度100℃，流量250m3/s。烟囱出口处的平均风速4m/s，大气温度20℃，试确定烟气抬升高度及有效高度。解：（取Pa=1013.3hPa）=0.35×1013.3×250×80/373.15=19008.7kJ/s由表3—6取城市远郊区n0=0.332，n1=3/5，n2=2/5ū54 =0.332×19008.73/5×1002/5/4=193.3m∴H=Hs+△H=100+193.3=293.3m3.8一工厂建在平原郊区，其所在地坐标为310N、1040E。该厂生产中产生的SO2废气都通过高110m、出口内径为2m的烟囱排放。废气量为4×105m3/h（烟囱出口状态），烟气出口温度150℃，SO2排放量为400kg/h，在1993年7月11日北京时间13时，当地气温状况是气温35℃，云量2/2，地面风速3m/s，试求此时距烟囱3000m的轴线浓度和该厂造成的SO2最大地面浓度及产生距离。解：确定大气稳定度：由表3—10查得δ=21o，由式3.90得h0=arcsin[sin31o·sin21o+cos31o·cos21o·cos(15×13+104-300)]=79o53′根据ho及云量2/2查表3—11得辐射等级+3，又根据辐射等级及地面风速查3—12得稳定度B。校正风速：由表3—5得B类稳定度下风指数m=0.15，再由指数公式得由表3—9查得3km处：σy=395mσz=363m按式Q=400kg/h=111.1g/s由式3.75Qh=0.35×Pa×Qv×=0.35×1.013×103×(4×105/3600)×=13970kJ.s-1由表3—6取no=0.332,n1=3/5，n2=2/5由式7.74ū=0.332×139703/5×1102/5/4.3=155.4mH=Hs+△H=110+155.4=265.4m54 =4.4×10-5g/m3=4.4×10-2mg/m3由式3.34σz=由表3—9，取xcmax=1650mσy=230m由式3.33==7.0×10-5g/s=7.0×10-2mg/s第四章除尘技术基础4.1对某一粉尘进行实验测定，得如下数据粒径范围0～55～1010～1515～2020～2525～30质量/g92866121174198粒径范围/μm30～3535～4040～4550～5555～60质量/g174174121289试回答：（1）该粉尘的粒径分布属于哪一种？（2）绘出该粉尘频数分布、频率密度分布、筛上、筛下累计分布曲线。（3）在图上标出该粉尘的粒径平均数，众径和中位径位置及数值。解：（1）该粉尘的粒径分布接近正态分布。（2）频率分布：以粒径0～5为例求：m总=9+28+66+121+174+198+174+174+121+28+9=1102gg0-5=△m/mo×100%=9/1102×100%=0.8%f0-5=g/dp=0.8%/554 =0.16%·µm-1由G=ΣgGo-5=0.8%G0-10=3.3%而R=100-G∴RO-5=99.2%Ro-10=96.7%总计算结果如下：粒径间隔/μm组中点/μm组间隔/μmg/%q/%μm－1R/%G/%0-52.550.80.1699.20.85-107.552.50.596.73.310-1512.556.01.290.79.315-2017.5511.02.279.720.320-2522.5515.83.1663.936.125-3027.5518.03.645.954.130-3532.5515.83.1630.169.935-4037.5515.83.1614.385.740-4542.5511.02.23.396.750-5552.552.50.50.899.255-6057.550.80.160100以表上数据作图54 注：系列1-频率分布，%μm-1系列2—筛上累计分布，%系列3—筛下累计分布，%（3）由图得：，，4.2某粉尘的粒径分布如下：组数粒径范围/μm质量/g组中点/μm12345670～3.53.5～5.55.5～7.57.5～10.7510.75～1919～2727～430.7500.6751.5002.1001.4250.6000.451.754.56.59.12514.87523.0035.00（1）试求出该粉尘的频数分布，频率密度分布及筛上累计分布R。（2）试问该粉尘粒径分布遵从哪一种类型分布（正态分布、对数一概率正态分布、罗辛—拉姆勒分布），并将上述计算结果用图线绘于相应的坐标纸上。54 解：以0～3.5μm为例计算由题给条件mo=Σ△M=7.5gg0-3.5=m0-3.5/m0×100%=0.750/7.5=10%f0～3.5=g0～3.5/△dp=10%/3.5=2.9%·µm-1计算结果如下：粒径范围/μm组中点/μm质量/gg/(%)f/%.µm-1R(%)LndpLg100/R0～3.51.750.7500.102.9900.562.053.5～5.54.50.6750.094.5811.502.095.5～7.56.51.5000.2010.0611.872.217.5～10.759.1252.1000.288.6332.222.4810.75～1914.8751.4250.192.3142.702.8519～2723.000.6000.081.00.63.143.2227～4335.000.450.060.38003.56（2）符合罗辛—拉姆勒分布4.3已知某粉尘粒径分布数据（见下表）(P1585.3)（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、质量中位径、粒数中位径、算术平均直径及体积表面积平均直径。粒径间隔/μm0～22～44～66～1010～2020～40>40质量△m/g0.812.2255676273解：（1）以0～2μm为例计算：mo=Σ△m=200gg0-2=△m/m0×100%=0.8/200×100%=0.4%q0-2=g0-2/△dp=0.4%/254 =0.2%·μm-1ln=0计算结果列表如下：粒径间隔/μm组中点/μmg%q%μm-1lndpG%R%0～210.40.200.499.62～436.13.11.106.593.54～6512.56.31.6119.081.06～108287.02.0847.053.010～2015383.82.7185.015.020～403013.50.683.4098.51.5>401.5100（2）根据数据作图得出符合对数正态分布由图知：dp(R=84.1%)=3.7μm,d50=8.6μmdp(R=15.9%)=20.1μm几何标准差d50=d50′exp(31n2σg)，所以d′50=3.9μmd1=d50′exp(0.5lnσg)=3.9exp(0.5ln2.36)=5.6μmdvs=d′exp(2.51n2σ)=3.9exp(2.5ln22.36)=7.2μm4.4对于题4.3中的粉尘，已知真密度为1900kg/m3，粒子卡门形状系数为0.65，填充空隙率为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）。(P1585.4)54 解：真实体积：α==堆积体积：α=3质量体积：αm==6.7×103cm2/g4.5试计算下列条件下，球形粉尘粒子在静止空气中的沉降阻力：（1）；（2）；（3）；解：由题给空气温度，查附录6，当t=20℃时，μ=1.81×10-5pa.s，ρ=1.20kg/m3,t=100℃时，µ=2.1g×10-5pa.s，ρ=0.947kg/m3（1）若雷诺数Rep≤1，在斯托克斯区由式4.26，us=由式4.12，Rep=dp﹒ρ﹒u/μ=假设正确。由式4.14=2.59×10-9(N)（2）当dp=40µm时由4.26us=Rep=54 ==3.27×10-10(N)(3)当dp=1.0μm时由式4.27，us===3.1×10-5m/s其中由式4.18计算C=1+knū===516.4m/s==8.93×10-8m=8.93×10-2µmkn=2λ/dρ=2×8.93/1.0=0.179C=1+0.179=1.225==1.35×10-4<1∴==5.2×10-15(N)4.6对某厂的旋风除尘器进行现场测试得到：除尘进口气体流量为10000m3/h，含尘浓度为4.2g/m3，除尘器出口的气体流量为12000m3/h，含尘浓度为340mg/m3，试计算该除尘器的处理气体流量、漏风率和除尘效率（分别按考虑漏风率和不考虑漏风两种情况计算）。(P1585.5)解：考虑漏风：已知：Q进=10000m3/hC进=4.2g/m3Q出=12000m3/hC出=0.34g/m354 处理气体流量：Q处理=（Q进+Q处）/2=（10000+12000）/2=11000m3/h漏风率：p=（Q1N-Q2N）/Q1N×100%=（10000-12000）/10000×100%=-20%漏风系数K=Q2N/Q1N=12000/10000=1.2考虑漏风时除尘效率：η=（1-C2N/C1NK）×100%==90.3%考虑不漏风：η=（1-C2N/C1N）×100%=（1-0.34/4.2）×100%=91.9%4.7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%。试计算该除尘系统的总除尘效率、粉尘排放浓度和排放量。解：η=1-（1-η1）（1-η2）(P1595.7)=1-（1-80%）（1-95%）=99%已知：C1N=22.2/2.22=10g/m3代入式η=99%=∴排放浓度C2N=0.1g/m3排放量为：S2=C2N·Q=0.1×2.22=0.222g/s4.8某燃煤电厂电除尘器的进口和出口的烟尘粒径分布数据如下，若电除尘的总除尘效率为98%，试确定分级效率曲线。P1595.8粒径间隔/(μm)<0.60.6～0.70.7～0.80.8～1.01～22～33～454 质量频率（%）进口g1i2.00.40.40.73.56.024.0出口g2i7.01.02.03.014.016.029.0粒径间隔/（μm）质量频率（%）4～55～66～88～1010～2020～30进口g1i13.02.02.03.011.08.0出口g2i6.02.02.02.58.57.0解：通过效率P=1-η=2%以0.6～0.7μm为例计算：ηi=1-P=1-2%×1.0/0.4=95%计算结果列表如下：（分级效率曲线图略）粒径（µm）<0.60.6～0.70.7～0.80.8～1.01～22～33～44～5分级效率/%93959591.49294.797.699.1粒径µm5～66～88～1010～2020～30分级效率/%989898.398.598.34.9某种粉尘的粒径分布和分级效率数据如下，试确定总除尘效率。平均粒径/μm0.251.02.03.04.05.06.07.08.01014.020.023.5质量频率%0.10.49.520.020.015.011.09.55.55.54.00.80.2分级效率%83047.56068.575818689.5959899100解：以粒径0.25μm为例计算：（g1iη1）=0.1%×8=0.008计算结果列表如下：粒径0.251.02.03.04.05.06.07.08.010.014.020.023.5g1iη10.0080.124.51251213.711.258.917.314.92255.2253.920.7920.20所以：η=Σg1iη1=72.87%第五章机械式除尘器5.1在298K的空气中NaOH飞沫用重力沉降室收集。其大小为宽914cm，高457cm，长1219cm。空气的体积流量为1.2m3/s。计算能被100%捕集的最小雾滴的直径。假设雾滴的比重为1.21。54 解：在298K和1atm下，干空气粘度μ=1.81×10-5Pa·s。能被100%捕集的最小雾滴的直径为：==17.19×10-6m=17.19µm5.2一直径为10.9µm的单分散相气溶胶通过一重力沉降室，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%。问需要设置多少层才能得到80%的操作效率。解：多层沉降室的除尘效率公式为：η=则即n′+1=22.42∴n′=21.2取n′=22即需设置22层隔板才能得到80%的操作效率。5.3有一沉降室长7.0m，高1.2m，气速30cm/s，空气温度300K，尘粒密度2.5g/cm3,空气粘度0.067kg/(m·h)，求该沉降室能100%捕集的最小粒径。解：该沉降室能100%捕集的最小粒径为：==2.65×10-5m=26.5μm5.4温度为200℃，压力为0.101MPa的含尘气体通过一旋风除尘器，筒体直径为D，筒长度L=2D，锥体高度H=2D，进口宽度b=1/5D，进口高度h=3/5D，尘粒密度为2000kg/m3。若旋风除尘器筒体直径为0.65m，进口气速为21m/s。试求（1）气体处理量（标态）；（2）气体通过旋风除尘器的压力损失；（3）尘粒的临界粒径。（1）气体处理量为=54 =1.06m3/s标准状态下的气体处理量为：==0.61m3/s（2）阻力系数===7.2由附录查得200℃时气体密度为0.746kg/m3，则压力损失==1184Pa（3）查附录6200℃干空气粘度μ=2.6×10-5Pa·s==6.65μm5.5一气溶胶含有粒径为0.63μm和0.83μm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肯宁汉校正系数计算沉降效率。L=50cm，=1.05g/cm3，W=20cm，hi=0.129cm，μ=1.82×10-4g/cm·s，n=19层解：μ=1.82×10-4g/cm·s=1.82×10-4×10-3kg/10-2m·s=1.82×10-5Pa·s∵气溶胶粒径分别为0.63μm,0.83μm，均<1.0μm∴应用肯宁汉修正系数修正（近似公式）54 C=1+0.165/dp，则C1=1+0.165/0.63=1.26C2=1+0.165/0.83=1.20粒子的沉降速度公式为：则=1.57×10-5m/s=15.7μm/s=2.60×10-5m/s=26.0μm/s沉降室的分级效率为：==52.2%==86.4%5.6试确定旋风除尘器的分割粒径和总效率，给定粉尘的粒径分布如下：平均粒径dp/μm15102030405060>60重量百分数（%）32015201610637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0.3m，入口面积76cm2。解：由μ=2×10-5Pa·s查附录6，空气温度T=273+60=333K。由郝书式（5—10）：=1-=1-0.434×1.05=0.5454 已知：D=0.3m，取d排=0.15m由式（5—9）：=常数15×常数=则=26.4m/s由本书式5.18取hi=3D=3×0.3=0.9m∴=0.198×10-4=0.198×10-4m=19.8µm由郝书式（5—17）=以为例，则=1-0.905=9.5%其他类推：dρ:15202030405060>60ηi/%9.524.635.950.259.766.571.875.9>75.9gi/%32015201610637∴η总=Σgiηi=48.7%答：旋风除尘器的分割粒径dc=19.8μm，总效率为48.7%。5.7某旋风除尘器处理含有4.5g/m3灰尘的气流（μG=2.5×10-5PaS），其除尘总效率为90%。粉尘分析试验得到下列结果：粒径范围/μm捕集粉尘的重量百分数逸出粉尘的重量百分数54 0～50.576.05～101.412.910～151.94.515～202.12.120～252.11.525～302.00.730～352.00.535～402.00.440～452.00.3>4584.014.0（1）作出分级效率曲线：（2）确定分割粒径。解：（1）=计算结果如下粒径μm0～55～1010～1515～2020～2525～3030～3535～4040～45>45ηI(%)0.0560.490.790.900.930.960.970.980.980.98依上图画出分级效率曲线如下：（2）由图得dc=7.6μm5.8某旋风除尘器的阻力系数ξ=9.8，进口速度15m/s，试计算标准状态下的压力损失。解：由附录6查得标态下气体密度ρ=1.293kg/m3==1425.5Pa54 第六章湿式除尘器6.1对于粉尘颗粒在液滴上捕集，一个近似的表达式为：其中M是碰撞数N1的平方根。R=dp/dD。对于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（1）10μm；(2)5.0μm的粉尘在直径为50，100，500μm的液滴上捕集效率。解：以dp=10μm，dD=50μm为例计算R=dp/dD=10/50=0.2因为颗粒粒径大于5μm，所以C可忽略斯托克斯准数：S1===736.6NI=St/2=736.6/2=368.3M=（Nt）1/2=(368.3)1/2=19.2==49.7%计算结果列表如下：dpdD501005001049.7%57.5%90%5.050.01%64.4%96.8%6.2一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83m/s，粉尘密度0.7g/cm3，烟气粘度2.23×10-5Pa·s。利用约翰斯顿方程，取校正系数0.2，忽略Cc,，计算除尘器效率。烟气中的粉尘粒度分布如下：dp/μm重量百分数/（%）<0.10.0154 0.1～0.50.210.5～1.00.781.0～5.013.05.0～10.016.010.0～15.012.015.0～20.08.0>20.050.0解：压力损失△P=-1.01×10-1uf2(QL/QG)=-1.02×10-1（8300）2（1.36×10-3）=9463PaP==expPage:29=exp==0.9966由η=1-P得η=1-0.9966=0.0034%计算结果列表如下：dp<0.10.1-0.50.5-1.01.0-5.05.0-1010-1515-20>20.0g1i%0.010.210.7813.016.012.08.050.0分级效率%0.342.9316.9794.90100100100100g1iηi0.34×10-40.6×10-40.1312.3416.012.08.050.0η=Σηig1i=98.47%6.3水以液气比1.2L/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ρp=1.78g/cm3，平均粒径dP=1.2µm，f取0.22。求文丘里管的压力损失和穿透率。解：△P=-1.01×10-1uf2（QL/QF）54 =-1.01×10-1（11600）2×1.2×10-3=-1630.9Pa由6-8式得P=exp=exp=1.5%6.4设计一带有旋风分离器的文丘里管洗涤器，用来处理锅炉在106Pa和510.8K的条件下排出的烟气，其流量为71m3/s，要求压降为1493.5Pa以达到要求的处理率。估算洗涤器的尺寸。解：取QL/QG=1.2L/m3=1.2×10-3m3/m3由式6.9△P=-1.01×10-2ufuf===111.0×102cm/s=111.0m/s设喉管为园形，直径为DT，则QG=uF·Fo==0.9m根据喉管直径DT=0.9m及其他有关知识确定喉管长度等尺寸。54 第七章袋式除尘器7.1袋式除尘器处理烟气量为3600m3/h，过滤面积为1000m2，初始浓度为8g/m3，捕集效率为99%，已知清洁滤布阻力系数ξ=6×107/m，烟气粘度µ=1.84×10-5Pa·s，要求滤袋压力损失不超过1300Pa，集尘层的平均阻力系数α=8×108m/kg，试确定清灰周期和清灰后的压力损失。解：（1）过滤速度：μf=Q/60A=3600/(60×1000)=0.06m/min清洁滤袋的压力损失：△Po=ξoμuf=6×107×1.84×10-5×0.06=66.24Pa∴△Pd=1300-66=1234Pat===2910.8min即清灰周期为2910.8min，显然不合理。（2）取过滤面积为100m2，则uf=Q/60A=3600/(60×100)=0.6m/min清洁滤袋的压力损失：△Po=ξoμuf=6×107×1.84×10-5×0.6=662.4Pa∴△Pd=1300-662.4=637.6Pa由式7.11得t===15min7.2袋式除尘器处理常温含石灰石的气体量为1000m3/h，初始含尘浓度9g/m354 ，捕集效率99%，清洁滤布的阻力损失为120Pa，粉尘层的平均阻力系数为4×108m/kg，气体性质近似为空气，滤袋压力损失不超过1600Pa，采用脉冲喷吹清灰，试确定：（1）过滤速度，（2）粉尘负菏，（3）最大清灰周期，（4）滤袋面积，（5）滤袋尺寸（直径和长度）和滤袋条数n。解：因为采用脉冲清灰，uf取3m/min=0.05m/s∵△P≤1600Pa又△Po=120Pa∴△Pd=1600-120=1480Pa由式△Pd=αμuCit得t===9085.3S（2）粉尘负荷m=Ciuft=9×10-3×0.05×9085.3×99%=4.0kg/m2（3）最大清灰周期：由式7.11可知，当△Pd一定时，uf反比于t。∴uf取最小值时存在最大清灰周期即uf=2m/min=0.033m/stmax===20857s（4）滤袋面积：A===55.6m2（5）滤袋尺寸及条数：取直径200mm，长4.5m的滤袋，则单只袋子面积为：A===2.86m2滤袋条数：n=7.3用袋式除尘器净化含尘浓度为12g/m3的烟气，已知烟尘的比表面平均径dp=0.5μm，烟尘密度=3g/cm3，过滤速度uf=1m/min，利用短纤维滤布，当过滤时间为23min时，烟尘负荷增至m=0.2kg/m2，求此时集尘层的阻力损失及平均捕集效率。54 解：△Pd==Page:33=2741Pa通过除尘器23min后的粉尘若全部被捕集，则：m′=Ciuft=12×10-3×1×23=0.276kg/m2而实际烟尘负荷m=0.2kg/m2=7.4用袋式除尘器处理含尘烟气。过滤面积A=2000m2,处理气量Q=3000m3/min，烟气含尘浓度Co=10g/m3，除尘效率η=99%。已知清洁滤布的阻力系数ξo=4×107/m，清洁滤布的阻力损失△Po=100Pa。在过滤20min时，集尘层的平均阻力系数=2×109m/kg，求此时带有烟尘滤布的总阻力损失。解：过滤速度：uf=Q/A=3000/2000=1.5m/min=0.025m/s∵△Po=ξoμuf∴μ===10×10-5Pa·s由△Pd=αμuCit=2×109×10×10-5（0.025）2×10×10-3×99%×60×20=1485Pa△P=△Po+△Pd=1585Pa7.5某厂拟选涤沦绒布滤料，逆气流反吹清灰除尘器净化含尘烟气。处理量为1200m3/h（标态），初始浓度为6.2g/m3，除尘器的工作温度为393K，烟气性质近于空气。试确定（1）过滤速度，（2）过滤负荷，（3）除尘器的压力损失，（4）滤袋面积，（5）需要滤袋数目，（6）清灰制度。解：（1）因为采用逆气流反吹清灰，uf取2m/min（2）正常工作状况下，过滤负荷取0.2kg/m2（3）查附录6，T=393K时，μ=2.285×10-5Pa·S取阻力系数α=2×108m/kg，则△Pd=αμufCit=2×108×2.285×10-5×2×6.2×10-3×1654 =906.7Pa（4）工作条件下的气量：Q=393/273×Q标=393/273×1200=1272m3/h过滤面积：A=Q/60uf=1272/(60×2)=14.4m2（5）需要滤袋数目n；采用直径为200mm，长4.5m的滤袋。单只滤袋面积为2.86m2。n=A/a=14.4/2.86=5（6）清灰周期：由式m=Ciuftt===16min第八章电除尘器8.1某厂正在运行的电除尘器的电晕线半径为1mm，集尘圆管直径为200mm，运行时空气压力为1.0×105Pa，温度为150℃。试计算该除尘器的起始电晕场强和起始电晕电压。解：空气相对密度δ=To/T×P/Po=298/423×1.0/1.013=0.70又因为除尘器正在运行，取f=0.7所以起始电晕场强Ec=3×106f(δ+0.03)=3×106×0.7×[0.7+0.03(0.70/10-3)1/2]=3.1×103kv/m起始电晕电压：Vc=3×106αf=3×106×1×10-3×0.7=14.4kv54 8.2已知某电除尘器电晕电场的特性如下：场强Eo=6×105V/m，离子迁移率Ki=2.2×10-4m2/(v·s)，气体温度T=300K，粒子的相对介电常数ε=5。离子的算术平均速度u=467m/s。试计算。（1）粒径为1µm导电粒子的饱和电荷和荷电时间常数；（2）荷电达90%时所需荷电时间；（3）说明电场荷电和扩散荷电综合作用下粒子荷电量随时间的变化，并求出dp=0.5µm粉尘粒子的荷电时间为0.1s、1.0s、10s时的荷电量。解：（1）qs===3.57×10-17C==0.01s（2）荷电达90%，即qt/qs=0.9t==0.01×0.9/(1-0.9)=0.09s（3）扩散电荷量：qp==ln=7.19×10-19ln(1+2039.4t)qs=3.57×10-1×（0.5）2=0.89×10-17Cqt=qs+qp=0.89×10-17+7.19×10-19ln(1+2039.4t)t=0.1sqt=1.23×10-17Ct=1.0sqt=1.44×10-17Ct=10sqt=1.60×10-17C8.3某板式电除尘器的平均电场强度Eo=3×106V/m，离子质量为5×10-26kg，粉尘的相对介电常数为ε=1.5，粉尘在电场中的停留时间为5S，试计算：（1）粒径为0.2μm的粉尘荷电量；54 （2）粒径为5μm的粉尘饱和荷电量；（3）上述两种粒径粉尘的驱进速度。解：ū===458m/s（1）qt==+ln=4.29×10-18+2.86×10-19ln(1+805.4t)代入t=5sqt(5)=4.29×10-18+2.86×10-19ln(1+805.4×5)=6.7×10-18C（2）qs===2.68×10-15C（3）肯宁汉修正系数C1=1+0.165/dp=1+0.165/0.2=1.825C2=1+0.165/dp=1+0.165/5=1.033ω1===1.1m/sω2==9.7m/s8.4应用一管式电除尘器捕集气体流量为0.075m3/s的烟气中的粉尘，若该除尘器的圆筒形集尘板直径D=0.3m，筒长L=3.66m，粉尘粒子的驱进速度为12.2cm/s，试确定当烟气气体均匀分布时的除尘效率。解：A=πDL54 =3.14×0.3×3.66=3.45m2η=1-exp(-Aω/Q)=1-exp(-3.45×12.2×10-2/0.075)=99.6%8.5某水泥厂预热器窑尾设置一台电除尘器，经增湿调质后的烟气量为10×104m3/h，除尘器进口浓度最高为60g/m3，要求出口浓度低于130mg/m3，试设计电除尘器。解：要求=99.8%查表8—2，ω选0.1m/s集尘极板面积A=ln==1726m2取通道宽度2b选0.30m，集尘板长度L=8.5m高度h=7由A=2nhL，则n===14.5取n=15断面风速u===0.88m/s粉尘在电场停留时间==9.7s54 第九章吸收法净化气态污染物9.1浓度为0.03（摩尔分数）的稀氨水，在30℃时氨的平衡分压为3.924kPa，氨水上方的总压为101.3kPa，其相平衡关系服从亨利定律。稀氨水密度近似取1000kg/m3，试计算亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数。解：由x=p*/E得享利系数：E=p*/x=3.942×103/0.03=1.314×105pa溶解度系数：H===0.423mol/Pa·m3因为y*=P*/P=3.942/101.3=0.039又由y*=mx得相平衡常数：m=y*/x=0.039/0.03=1.39.2试计算10℃及101.3kPa压力下，与空气接触的水中氧的最大浓度（分别以摩尔分数和g/m3表示）。解：查表得E=5.56×106kPa，摩尔分数可从式P=Ex求得，即x=P/E=1.013×105/5.56×109=0.18×10-4=1.8×10-5由附录表7和元素表查得10℃下水的密度，O2的分子量M=32，依式9.9即可求得：C===1.0×10-3mol/m39.3某吸收塔填料层高度为2.7m，在101.3kPa54 压力下，用清水逆流吸收混和气中的氨，混和气入塔流率0.03kmol/(m3s)，含氨2%（体积），清水的喷淋密度为0.018kmol(m2·s)，操作条件下亨利系数E为60kPa，体积传质系数为kya=0.1kmol/(m3·s)，试求排出气体中氨的浓度。解：因为NH3易溶于水，所以属于气相控制。可依式9.75Z=计算又PA1=0.02×101.3×103=2.026×103PaKGa=kya/p将题中所给数值代入式9.75，有2.7∴PA2=0.25Pay2=PA2/P=2.50×10-4/101.3=2.47×10-4%9.4在温度20℃，压力1.013×105Pa条件下，填料塔中用水洗涤含有8%SO2的低浓度烟气。要求净化后塔顶排气中SO2浓度降至1%，每小时净化烟气量为300m3。试计算逆流吸收过程所需最小液流量。解：在20℃，1.01×105Pa条件下查表9—2得E=0.355×104kPa。m===35.1由于低浓度气体吸收，且溶液为稀溶液，其气液关系服从亨利定律从而最小气液比为：=9213.25m3/h9.5试计算用H2SO4溶液从气相混和物中回收氨的逆流吸收塔的填料层高度。已知：气体混和物中NH3的分压进口处为5×103Pa，出口处为103pa。吸收剂中H2SO4浓度；加入时为0.6kmol/m3，排出时为0.5kmol/m3。KG=3.5×10-6kmol/(m2·h·Pa)，KL=0.05m/s，H=7.5×10-4kmol/(m3·Pa)，气体流量G=Gs=45kmol/h，总压为105Pa。解：NH3与H2SO4反应方程式为：54 NH4OH+H2SO4=又已知PA1=5×103PaPA2=103PaCB1=0.5kmol/m3CB2=0.6kmol/m3G=45kmol/m3P=105Par=1/2代入式9.27有NA=（G/P）（PA1-PA2）=（L/rP1）（CB2-CB1）NA=（45/105）（5×103-103）=（2L/P1）（0.6-0.5）得L/P1=9计算临界浓度（CB）C：S=P1H/P=P1=0.013P1L/SG=9/（0.013×45）=15.4kL/（1+kG）=0.05/（3.5×10-6/7.5×10-4）=11r=PS/(rρL)PA1/L=5×103/0.026×105=1.92代入式9.77a:（GB）c===0.364kmol/m3∵(CB)C0.2，由式13—6=uo==4.3m/sx=0.3m时54 ux===0.78m/s（2）采用四周有边吸气罩C=0.75则ux===1.04m/s13.2某台上侧吸条缝罩，罩口尺寸B×L=150×800mm，距罩口距离x=350mm处吸捕速度为0.26m/s，试求该罩吸风量。解：因B/L=150/800=0.1875<0.2对于台上条缝罩有下述吸风量公式：Q=2.8uLx=2.8×0.26×0.8×0.35=0.204m3/s。13.3某铜电解槽槽面尺寸B×L=1000×2000mm，电解液温度45℃，拟采用吹吸式槽边排气罩，计算吹、吸气量。解：（1）确定吹气射流的平均末端速度=0.75×1.0=0.75m/s（2）确定吹气口高度h2h2=0.015B=0.015×1.0=0.015m=15mm（3）吹气射流初速u2=根据扁射流公式式中：α—吹气口的紊流系数，一般取α=0.2；x—计算断面至吹气口的距离（m），在本题中x=B54 =0.75=5.65m/s（4）计算吹气口的气量Q2Q2=Lhu2=2.0×0.015×5.65=0.1695m3/s（5）计算吹气射流的末端射流量Q1=1.2=0.1695×1.2=0.754m3/s（6）计算吸气口的排气量Q1Q1=1.1Q=1.1×0.754=0.83m3/s13.4如例13.4图，13.9所示除尘系统，若系统内空气平均温度为25℃，钢板管道的粗糙度为K=0.15mm，气体含尘浓度为12g/m3，选用旋风除尘器的阻力损失为1680Pa，集气罩1和8的局部阻力损失系数ξ1=0.18，ξ8=0.11，集气罩的排风量为Q1=2950m3/h，Q2=5400m3/h，进行该除尘系统管道设计，并选择排风机。解：（1）按图13.19的配置进行管段编号，且注明管段的流量与长度。（2）依最大阻损原则选取计算环路，按题意由集气罩1开始计算。（3）按图13.19系统处理的烟尘是重矿物粉尘，由表13—4可查到管内流速为u=15m/s。（4）计算管径与摩擦力损失。管取1—2气体流量为Q1=2950m3/h，由式：d=18.8可求出管径d1-2=18.8=263.6mm选用d1-2=300mm，而K=0.15mm，λ由表13—5查出为：λ=0.0167==0.056管内实际流速为u1-2==11.6m/s该管段沿程阻力损失：54 =10×0.056×=44.6Pa管段2—3管段内流量Q3=Q1+Q2=2950+5400=8350m3/hd2-3=18.8=444mm选用d2-3=450mmK=0.15λ=0.0153管内实际流速为u2-3==14.6m/s==42.9Pa管段4—5和6—7中的气体流量与管段2—3中的流量相同，故两管段的管径均与管段2—3相同，即d2-3=d2-5=d6-7=450mm，所以u4-5与u6-7均等于14.6m/s，，所以，管段8—2，因Q2=5400m2/hd8-2=18.8=357mm选择d8-2=350mm，管段内的实际流速u8-2==33.2Pa（5）计算局部阻力损失管段1—2集气罩ξ1=0.18插板阀全开ξ=0弯头：α=90oR/d=1.5由局部阻力系数表查得ξ2=0.18直流三通：α=30oF1=0.707m2F2=0.0962m2F3=0.159m2F1+F2=0.1669m2∴F1+F2>F3F2/F3=0.605Q2/Q3=5400/8350=0.647由局部阻力系数表查得ξ3=0.52=(0.12+0.18+0.52)×79.7=65.4Pa管段2—3该管段没有局部阻力损失，除尘器阻力损失为1680Pa，管段4—5，弯头两个α=90oR/d=1.5查得ξ4=ξ5=0.18。则：54 =2×0.18×126.3=45.5Pa管段6—7，渐扩管选F1/Fo=1.5α=30o查表得ξo=0.13（对应Fo的动压），把ξo变换成对应F1的动压ξ1。ξ1=ξo（F1/F2）2=0.13×(1.5)2=0.29风帽选h/Do=0.5，查表得ξ=1.30则：=（0.29+1.3）×126.3=200.8Pa管段8—2集气罩ξ8=0.11插板阀全开启ξ=0，弯头α=90oR/d=1.5ξ=0.18三通的ξ=0.18=(0.11+0.18+0.18)×144.2=67.8Pa（6）并连管路阻力平衡==44.6+65.4=110Pa33.2+67.8=101Pa==0.082即8.2%<10.6%节点压力平衡，管径选择合理。（7）除尘系统阻力损失ΔP1=44.6+42.9+21.5+64.4+1680+65.4+45.5+200.8=2165.1PaΔP2=33.2+42.9+21.5+64.4+1680+67.8+45.5+200.8=2156.1Pa为了清楚醒目，可将上述计算结果列入下表：管段编号流量/m3.h-1管长/m管径/mm流速/m.s-1λ/dm-1摩阻损失ΔP/Pa局部系数Σξ局部阻损ΔPm/Pa管段总阻损失ΔP/Pa累计阻损ΣΔP/Pa1-229501030011.60.05644.60.8265.41101102-383501045015.60.03442.942.9152.94-58350545015.60.03421.50.3645.567.0219.954 6-783501545015.60.03464.41.59200.8265.2485.1除尘器8350168016802165.18-25400535015.60.04633.20.4767.8101.02156.1（8）选择排风机Qo=Q(1+K1)=8350×1.1=9185m3/h根据计算风量与风压，由通风机样本上选择7—40—11No6C风机，当转速n=2000r/min，Q=10000m3/h，ρ=275mm水柱（2697.75Pa）配套电机为JQ72—4，20kw。复核电机功率Ne===15.1kw所选风机与电动机均能满足净化系统的要求。54'