大气污染控制工程第三版课后习题答案18章全.docx
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大气污染控制工程第三版课后习题答案18章全
大气污染控制工程课后作业习题解答
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
;
。
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。
故三种污染物体积百分数分别为：
SO2:
，NO2：
CO:
。
1.3解:
1）（g/m3N）
c（mol/m3N）。
2）每天流经管道的CCl4质量为1.031×10×3600×24×10－3kg=891kg
1。
4解：
每小时沉积量200×（500×15×60×10－6）×0。
12=10.8
1.5解：
由《大气污染控制工程》P14（1－1），取M=210
，
COHb饱和度
1。
6解：
含氧总量为。
不同CO百分含量对应CO的量为：
2%：
，7％：
1）最初CO水平为0％时；
2）最初CO水平为2％时。
1.7解:
由《大气污染控制工程》P18（1－2），最大能见度为
.
第二章燃烧与大气污染
2.1解：
1kg燃油含：
重量（g）摩尔数（g）需氧数（g）
C85571.2571。
25
H113－2。
555。
2527。
625
S100。
31250.3125
H2O22。
51.250
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，H2O55.25+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=11.27m3N/kg重油。
2）干烟气量为502。
99－56.50=446。
49mol/kg重油。
SO2百分比浓度为，
空气燃烧时CO2存在最大浓度。
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。
33m3N/kg重油。
2。
2解:
相对于碳元素作如下计算：
％（质量）mol/100g煤mol/mol碳
C65.75.4751
H3。
23。
20.584
S1。
70。
0530.010
O2。
30.0720.013
灰分18.13。
306g/mol碳
水分9。
01.644g/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。
燃烧方程式为
n=1+0.584/4+0.010－0。
013/2=1.1495
1）理论空气量；
SO2在湿烟气中的浓度为
2）产生灰分的量为
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
灰分浓度为mg/m3=2。
12×104mg/m3
3）需石灰石/t煤
2.3解:
按燃烧1kg煤计算
重量（g）摩尔数（mol）需氧数（mol）
C79566.2566.25
H31.12515.56257。
78
S60。
18750.1875
H2O52.8752.940
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CO266.25mol，SO20.1875mol,H2O15.5625+2.94=18.50mol
N2
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。
2。
4解:
取1mol煤气计算
H2S0。
002mol耗氧量0。
003mol
CO20。
05mol0
CO0。
285mol0。
143mol
H2（0.13—0.004）mol0。
063mol
CH40。
007mol0。
014mol
共需O20.003+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，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.
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
2）在测定状态下，气体的摩尔体积为
;
取1m3烟气进行计算,则SO2120×10－6m3，排放浓度为
。
3）。
4）.
2。
6解:
按1kg煤进行计算
重量（g）摩尔数（mol）需氧数（mol）
C75863。
1763。
17
H40.7520.37510.19
S160.50.5
H2O83.254.6250
需氧63.17+10。
19+0.5=73。
86mol
设干空气中N2:
O2体积比为3。
78:
1,则干空气量为73。
86×4。
78×1。
2=423.66mol，
含水423。
66×0.0116=4.91mol。
烟气中：
CO263.17mol；SO20。
5mol；H2O4。
91+4。
625+20。
375=29.91mol；
N2：
73.86×3.78=279.19mol；过剩干空气0。
2×73.86×4.78=70。
61mol。
实际烟气量为63.17+0.5+29。
91+279。
19+70。
61=443。
38mol
其中CO2;SO2；
H2O；N2.
O2.
2.7解：
SO2含量为0.11％，估计约1/60的SO2转化为SO3，则SO3含量
，即PH2SO4=1.83×10－5，lgPH2SO4=-4.737.
查图2－7得煤烟气酸露点约为134摄氏度。
2.8解:
以1kg油燃烧计算，
C860g71。
67mol；
H140g70mol，耗氧35mol。
设生成COxmol，耗氧0.5xmol，则生成CO2（71.67－x）mol，耗氧（71.67－x）mol.
烟气中O2量.
总氧量,干空气中N2：
O2体积比为3.78:
1，则含N23。
78×（106.67+24。
5x）。
根据干烟气量可列出如下方程：
，解得x=0.306
故CO2%：
；
N2％：
由《大气污染控制工程》P46（2－11）
空气过剩系数
第三章大气污染气象学
3。
1解：
由气体静力学方程式，大气中气压随高度的变化可用下式描述：
（1）
将空气视为理想气体，即有
可写为
（2）
将
（2）式带入
（1）,并整理，得到以下方程：
假定在一定范围内温度T的变化很小，可以忽略.对上式进行积分得：
即（3）
假设山脚下的气温为10。
C，带入（3）式得：
得
即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km。
3.2解：
，不稳定
，不稳定
，不稳定
，不稳定
，不稳定。
3.3解:
，
3.4解：
由《大气污染控制工程》P80（3－23），，取对数得
设,，由实测数据得
x
0.301
0。
477
0.602
0.699
y
0.0669
0。
1139
0。
1461
0。
1761
由excel进行直线拟合，取截距为0,直线方程为：
y=0.2442x
故m＝0.2442。
3。
5解:
，
，
.
稳定度D,m=0.15
。
稳定度F,m=0。
25
，
，
风速廓线图略.
3。
6解:
1）根据《AirPollutionControlEngineering》可得高度与压强的关系为
将g=9。
81m/s2、M=0。
029kg、R=8。
31J/（mol。
K）代入上式得。
当t=11。
0。
C，气压为1023hPa；当t=9.8。
C，气压为1012hPa，
故P=（1023+1012）/2=1018Pa，T=（11.0+9。
8）/2=10.4。
C=283.4K，dP=1012—1023=－11Pa。
因此，z=119m.
同理可计算其他测定位置高度，结果列表如下：
测定位置
2
3
4
5
6
7
8
9
10
气温/。
C
9.8
12.0
14。
0
15。
0
13。
0
13.0
12。
6
1.6
0。
8
气压/hPa
1012
1000
988
969
909
878
850
725
700
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
2）图略
3），不稳定;
逆温；
逆温；
，逆温；
稳定;
，稳定；
，稳定；
稳定。
3.7解：
，故，逆温；
，故，稳定;
故,不稳定；
，故，不稳定；
，故，不稳定；
，故逆温。
3.8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，代入已知数据（温度T取两高度处的平均值）即
，由此解得P2=961hPa。
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：
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
2
3
4
5
6
地面温度/.C
21.1
21.1
15.6
25.0
30。
0
25。
0
高度/m
458
763
580
2000
500
700
相应温度/。
C
26.7
15。
6
8。
9
5。
0
20.0
28.0
位温梯度/
K/100m
2。
22
0.27
－0.17
－0。
02
－1。
02
1。
42
3.9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，设地面压强为P1，代入数据得到：
，解得P1=1023hPa。
因此
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
地面温度/.C
21.1
21.1
15.6
25。
0
30.0
25.0
高度/m
458
763
580
2000
500
700
相应温度/。
C
26.7
15。
6
8。
9
5.0
20。
0
28.0
地面压强/hPa
1023
1012
1002
1040
1006
1007
地面位温/。
C
292。
2
293。
1
288。
4
294。
7
302。
5
297。
4
3.10略.
第四章大气扩散浓度估算模式
4。
1解：
吹南风时以风向为x轴,y轴指向峭壁,原点为点源在地面上的投影。
若不存在峭壁,则有
现存在峭壁，可考虑为实源与虚源在所关心点贡献之和.
实源
虚源
因此+
=
刮北风时，坐标系建立不变,则结果仍为上式。
4.2解：
霍兰德公式
.
布里格斯公式
且x〈=10Hs。
此时.
按国家标准GB/T13201－91中公式计算，
因QH〉=2100kW，Ts－Ta〉=130K>35K。
（发电厂位于城市近郊，取n=1。
303，n1=1/3，n2=2/3）
4.3解：
由《大气污染控制工程》P88（4－9）得
4.4解：
阴天稳定度等级为D级,利用《大气污染控制工程》P95表4－4查得x=500m时。
将数据代入式4－8得
。
4.5解：
由霍兰德公式求得
，烟囱有效高度为。
由《大气污染控制工程》P89（4－10）、（4－11）
时，。
取稳定度为D级，由表4－4查得与之相应的x=745.6m。
此时。
代入上式。
4。
6解：
由《大气污染控制工程》P98（4－31）
（当,q=0。
3）
4.7解：
有限长线源。
首先判断大气稳定度，确定扩散参数。
中纬度地区晴朗秋天下午4：
00，太阳高度角30～35。
左右，属于弱太阳辐射；查表4—3，当风速等于3m/s时，稳定度等级为C，则400m处。
其次判断3分钟时污染物是否到达受体点。
因为测量时间小于0。
5h，所以不必考虑采样时间对扩散参数的影响.3分钟时，污染物到达的距离,说明已经到达受体点。
有限长线源
距离线源下风向4m处，P1=－75/43.3=－1。
732,P2=75/43。
3=1.732；.代入上式得
。
端点下风向P1=0，P2=150/43.3=3.46，代入上式得
4。
8解：
设大气稳定度为C级，.
当x=1。
0km,。
由《大气污染控制工程》P106（4－49）
4.9解：
设大气稳定度为C级。
当x=2km时,xDx=xD时，，代入《大气污染控制工程》P88（4－9）得
x=2xD时，，代入P101（4－36）得
；
通过内插求解
当x=6km>2xD时，,
计算结果表明,在xD〈=x<=2xD范围内,浓度随距离增大而升高.
4。
10解：
由所给气象条件应取稳定度为E级。
查表4－4得x=12km处,。
，
。
4。
11解：
按《大气污染控制工程》P91（4－23）
由P80（3－23）
按城市及近郊区条件，参考表4－2，取n=1。
303，n1=1/3，n2=2/3，代入P91（4－22）得
。
《环境空气质量标准》的二级标准限值为0.06mg/m3（年均）,代入P109（4－62）
＝
解得
于是Hs>=162m。
实际烟囱高度可取为170m。
烟囱出口烟气流速不应低于该高度处平均风速的1。
5倍，即uv>=1。
5×1。
687×1700.25=9。
14m/s。
但为保证烟气顺利抬升，出口流速应在20~30m/s.取uv=20m/s,则有
实际直径可取为4.0m.
4。
12解:
高架连续点源出现浓度最大距离处，烟流中心线的浓度按P88（4－7）
（由P89（4－11））
而地面轴线浓度.
因此，
得证。
第五章颗粒污染物控制技术基础
5.1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d84。
1=61。
0、d50=16.0、d15.9=4.2。
.
作图略。
5.2解：
绘图略.
5.3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（MMD）=10.3、d84。
1=19。
1、d15。
9=5.6。
。
按《大气污染控制工程》P129（5－24）;
P129（5－26）；
P129（5－29）。
5。
4解：
《大气污染控制工程》P135（5－39）按质量表示
P135（5－38）按净体积表示
P135（5－40）按堆积体积表示。
5。
5解：
气体流量按P141（5－43）；
漏风率P141（5－44）；
除尘效率：
考虑漏风，按P142（5－47）
不考虑漏风，按P143（5－48）
5。
6解:
由气体方程得
按《大气污染控制工程》P142（5－45）。
5.7解：
按《大气污染控制工程》P145（5－58）
粉尘浓度为,排放浓度10（1－99％）=0。
1g/m3；
排放量2.22×0.1=0。
222g/s.
5。
8解：
按《大气污染控制工程》P144（5－52）（P=0.02）计算，如下表所示：
粉尘间隔/
<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
2。
0
0.4
0。
4
0。
7
3。
5
6.0
24。
0
出口g2
7。
0
1.0
2。
0
3.0
14.0
16.0
29。
0
93
95
90
91.4
92
94.7
97。
6
粉尘间隔/
4～5
5~6
6~8
8～10
10～12
20～30
其他
质量频率/％
进口g1
13.0
2。
0
2。
0
3.0
11。
0
8。
0
24.0
出口g2
6.0
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解：
按《大气污染控制工程》P144（5－54）。
5。
10解：
当空气温度为387。
5K时。
当dp=0.4时,应处在Stokes区域。
首先进行坎宁汉修正：
.则
，。
当dp=4000时,应处于牛顿区，。
，假设成立。
当dp=0。
4时，忽略坎宁汉修正,.经验证Rep<1，符合Stokes公式。
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。
4h=1。
41×10－5×30=4。
23×10－4m;
dp=40h=0。
088×30=2.64m；
dp=4000h=17.35×30=520.5m.
5。
11解：
设最大石英粒径dp1,最小角闪石粒径dp2。
由题意,
故.
5.12解：
在所给的空气压强和温度下,.dp=200时，
考虑采用过渡区公式,按《大气污染控制工程》P150（5－82）:
，符合过渡区公式.
阻力系数按P147（5－62）。
阻力按P146（5－59）
。
5.13解：
圆管面积.据此可求出空气与盐酸雾滴相对速度
。
考虑利用过渡区公式：
代入相关参数及us=0.27m/s
可解得dp=66。
符合过渡区条件。
故能被空气夹带的雾滴最大直径为66。
5.14解:
粒径为25,应处于Stokes区域,考虑忽略坎宁汉修正：
。
竖直方向上颗粒物运动近似按匀速考虑,则下落时间，因此L=v。
t=1.4×122m=171m。
5.15解：
在给定条件下。
当dp=10,粉尘颗粒处于Stokes区域：
。
dp=500，粉尘颗粒处于牛顿区：
。
因此
.经验证，Rep=1307>500，假设成立.
第六章除尘装置
6.1解:
计算气流水平速度。
设粒子处于Stokes区域，取。
按《大气污染控制工程》P162（6－4）
即为能被100％捕集的最小雾滴直径.
6。
2解：
按层流考虑，根据《大气污染控制工程》P163（6－5）
，因此需要设置23层。
6。
3解：
，符合层流区假设。
6.4解:
设空气温度为298K，首先进行坎宁汉修正：
，
。
故
。
用同样方法计算可得0.83粒子的分级效率为0.864。
因此总效率
6。
5解：
按《AirPollutionControlEngineering》公式。
令=50%，N=5，Vc=15m/s,=2。
9×103kg/m3，W=0。
76m,,代入上式得dc=11.78。
利用《大气污染控制工程》P170（6－18）计算各粒径粉尘分级效率，由此得总效率
6.6解：
根据《大气污染控制工程》P144（5－53）（P=0。
1）计算分级效率,结果如下表所示：
粉尘间隔/
0~5
5～10
10～15
15～20
20～25
25~30
30~35
35~40
40~45
>45
质量
频率/％
捕集g3
0。
5
1.4
1.9
2.1
2。
1
2。
0
2。
0
2.0
2.0
84。
0
出口g2
76。
0
12.9
4。
5
2。
1
1.5
0。
7
0。
5
0.4
0.3
1.1
5.59
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，5～10去除效率为49.41。
因此在工程误差允许范围内，dc=7.5.
6.7解：
据《大气污染控制工程》P169（6－13）。
6。
8解:
根据《AirPollutionControlEngineering》P258公式。
因，故＝1000；
由题意,当.取,N=10，代入上式
，解得Wi=5.5。
根据一般旋风除尘器的尺寸要求，D0=4Wi=2。
2cm；H＝2Wi=1.1cm。
气体流量Q=A.V=H.W.Vc=1。
21×10－3m3/s
6。
9解：
按《大气污染控制工程》P170（6－18）
；
。
dg=20，,
代入上式，利用Matlab积分可得.
6。
10解:
驱进速度按《大气污染控制工程》P187（6－33）
.
，Q=0.075m3/s，代入P188（6－34）
.
6.11解：
1）Q’=2/3=0.667m3/s，S=3.662=13。
4m2,。
2），查图6－27得Fv=1.75
故。
6.12解：
1）由题意
dp=3。
5，
dp=8.0，
dp=13.0，
故
2）,则=0.42g/m3〉0。
1g/m3.不满足环保规定和使用者需要。
6。
13解:
1）由《大气污染控制工程》P183（6－31）电场荷电为
扩散荷电按P184（6－32）计算，与电场荷电相比很小，可忽略。
因此饱和电荷值3.04×10－16C。
2）电场荷电为
扩散荷电与电场荷电相比很小,可忽略，故粉尘荷电量4.86×10－19C。
3）取
dp=5时，；
dp=0.2时，。
6。
14解：
查图得集气板面积约1000m3.（1000m3/min）－1.根据，
0.995=1－exp（－wi）解得wi=5.30m/min。
6.15解：
，故，
因此。
6。
16解:
设3种粒子的分级效率分别为、、，则
因此，,.
6。
17解：
1）粉尘粒径dp=10
当液滴直径为50时，R=0。
2；碰撞数，。
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