《大气污染治理工程》习题集.docx

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《大气污染治理工程》习题集

《大气污染治理工程》习题解

编者：

蒲恩奇

任爱玲

前言

《大气污染治理工程》是环境工程专业的主干专业课之一。

这本教材共分十三章，可分成六大部分。

第一部分介绍大气组成、大气环境质量标准及当代主要大气环境问题；第二部分介绍燃料、燃烧及计算；第三部分介绍大气污染气象学的基本知识，着重阐述了污染物在大气中扩散的基本理论，还阐述了厂址选择及烟囱高度设计；第四部分介绍了除尘技术基础知识及各种除尘器除尘机理、性能特点及设计选型等知识；第五部分介绍了吸收法、吸附法和催化转化法治理气态污染物的原理和典型工艺流程；第六部分介绍集气罩与净化系统的选择和设计。

为了配合《大气污染治理工程》的教学，为学习使用此教材的师生提供一个参考。

我们特意编写了这本《大气污染治理工程习题解》，对各章的习题作了解答。

由于水平有限，时间仓促，书中难免有错误，敬请各位老师和同学批评指正。

王宜明等老师做了部分工作，提供了有关习题的解法。

九五届环境学院的李丽霞、佟魏同学进行了演算。

特此说明，以示射意。

蒲恩奇

2000.2.8

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：

N2O2ArCO2

78.0820.950.930.03

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（%）75.5223.141.280.0456

1.2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：

SO2NO2CO

Cm（mg/m3）0.150.084.00

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%0.039×10-4%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/mol

（2）已知：

1d=86400s

每天流经管道的CCl4质量：

1.03×10×10-3×86400=889.92kg/d

1.4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/h

1.5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/mol

C85571.2571.25

H113112.1028.25

N20.1430

S100.31250.3125

O201.25-0.625

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+3.7）

=472.13mol/kg重油

即：

472.13×22.4/1000

=10.58m3/kg重油（标态）

理论空气量条件下的烟气组成（mol）为：

CO2：

71.25H2O：

56.5

SOx：

0.3125N2：

99.188×3.76

理论烟气量为：

71.25+56.5+0.3125+99.188×3.76

=501.01mol/kg重油

501.01×22.4×10-3

=11.22m3/kg重油

⑵干烟气量为：

501.01-56.5

=444.51mol/kg重油

即：

444.51×22.4×10-3

=9.96m3/kg重油。

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：

0.3031×10-6/444.51

=681.87×

=1948mg/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：

10.58×1.1=11.64m3/kg重油

实际烟气量为：

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/mol

S60.18750.18750.1875

H3718.59.2518.5

C79566.2566.2566.25

N90.64240.16060.3212

O471.469-1.469

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+3.76）

=354.05mol/kg煤

理论烟气量为：

0.1875+18.5+66.25+0.3212+74.38×3.76

=364.93mol/kg煤

实际烟气量为：

364.93+354.05×0.2

=435.74mol/kg煤

NO的质量浓度为：

（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/mol

S60.18750.18750.1875

H37379.2518.5

C79566.2566.2666.25

N90.64240.064240.1285

O471.469-1.469

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

摩尔数/mol需氧量/mol烟气量/Lmol

H2S244+2=6

CO250050

O22.0-20

CO285142.5285

H213065130

CH471414+7=21

N25240

524

1）由上表可知理论需氧量为：

4-2+142.5+65+14=223.5mol/kmol煤气

=223.5L/（m3煤气）

理论干空气量：

223.5×（1+3.76）

=1063.86L/（m3煤气）

实际空气量：

1063.86

2）理论干烟气量：

6+50+285+130+21+524+223.5×3.76

=1856.4L/m3

实际烟气量：

1856.4+（1296.1-1063.86）

=2088.64L/m3煤气

=2.09m3/m3煤气

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/m3

（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+2.285x

NO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

（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）