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1、大气污染控制工程作业习题解答第一章概论1.1 干结空气中N2、02、Ar和C02气体所占的质量百分数是多少？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。1.3 CCI4气体与空气混合成体积分数为1.5OX1（4的混合气体，在管道中流动的流量为IOm3N./s试确定：1）CCLl在混合气体中的质量浓度/（g/rrN）和摩尔浓度C（mol/m3N）；2）每天流经管道的Ccl4质量是多少千克？14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200A?/m3,试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。已知该
2、颗粒物在肺泡中的沉降系数为012。1.5 设人体肺中的气体含CO为2.2X10F,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。1.6 设人体内有480OmL血液，每IoOmL血液中含20mL氧。从事重体力劳动的人的呼吸量为4.2Lmin,受污染空气中所含Co的浓度为IO一、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。1.7粉尘密度1400kg,平均粒径1.4%,在大气中的浓度为0.2mg,对光的折射率为2.2,计算大气的最大能见度。1.1 解：按Imol干空气计算，空气中各组分
3、摩尔比即体积比，故N2=0.781mol,o2=0.209mol,Ar=0.00934molnco2=0.00033molo质量百分数为N2%0.78128.0128.971100% =75.51%,0.20932.0028.97x1100%=23.08%；0.00934x39.9428.971100%=1.29%,CO2% =0.00Q3344.0128.971100%= 0.05%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：SO2：0.15mgm3,NO2：0.12mgm3,CO：4.00mgm3按标准状态下lm3干空气计算，其摩尔数为上W-=44.643m
4、H。故三种污染物体积百分数分别为:22.4SO2:0.15x10764x44.643=0.052ppm, NO?：0.12x10-346x 44.643=0.058ppmCO：4.00x10-32844.643=3.20PPzno1.3 解：、C/ W、1.5010-4154 ，/ 31) P (gm3N) =； = 1.031 mN22.4103c (molm3N)=X 、= 6.70 x 10地/ / 息 22.4x10-32)每天流经管道的 CCI4质量为 1.031 X 10X3600X24XlOrkg=89Ikg1.4 解：每小时沉积量 200X (500156010 6) X0.1
5、2H=Io.8阕1.5 解：由大气污染控制工程P14(1-1),取M=210COHbO2Hb=m = 210xPo22.2x10419.5102=0.2369,COHb饱和度夕=COHbCOHbZO2Hb 0,2369COHb +O2Hb + COHb O2Hh i + 0.2369=19.15%1.6解:含氧总量为480x20= 960山。不同co百分含量对应co的量为: 1002%：-2% = 19.59wL, 7%： 7% = 72.26L98%93%1)最初 Co 水平为 0%时 t =工4r = 172.0min;4.210410372 26-19 592)最初 Co 水平为 2%时
6、 t =/ = 125.4min o4.21041031.7解：由大气污染控制工程P18 (1-2),最大能见度为26p,d pKP2.6x IMO x 1.42.2 0.2=11581.8z o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Ikg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%；02.3%。（含N量不计）1
7、）计算燃媒Ikg所需要的理论空气量和SO?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mgn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It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%；04.7%；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12gnN,=1.2,
8、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%,SO2120IO-6（体积分数），颗粒物30.0gm3（在测定状态下）,烟道气流流量在70OmmHg和443K条件下为5663.37nmin,水气含量8%（体积）。试计算：1）过量空气百分比：2）SCh的排放浓度（NgIm3）；3）在标准状态下（Iatm和273K）,干烟道体积；4）在标准状态下颗粒物的浓度。2.6 燥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O.Oll6mo
9、lH2Omol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27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%,HI4%0在干空气下燃烧，烟气分析结果（基于干烟气）为：O25%;CO600XI0F（体积分数）。试计算燃烧过程的空气过剩系数。2.1解：Ikg燃油含:重量（g）摩尔数（g）需氧数（g）C85571.2571.25H113-2.555.2527.625S100.31250.3125H2O22.51.250N元素忽略。1）理论需氧量71.25+27.625+0.3125=99.1875molkg设干空气O2：N2体积比为1:3.78,则理论空气
10、量99.1875X4.78=474.12molkg重油。即474.1222.4/1000=10.62m3N/kg重油。烟气组成为CO271.25mol,H2O55.25+11.25=56.50mol,SO20.1325mol，N23.78X99.1875=374.93molo理论烟气量71.25+56.50+03125+374.93=502.99molkg重油。即502.9922.4/1000=11.27m3Nkg重油。2）干烟气量为502.99-56.50=446.49molkg重油。03125SO2百分比浓度为Xlo0%=0.07%,446.497125空气燃烧时CCh存在最大浓度上二XI
11、O0%=15.96%o446.493）过剩空气为10%时，所需空气量为LIXIo.62=11.68m3wkg重油，产生烟气量为ll.267+O.lIO.62=12.33m3kg重油。2.2解：相对于碳元素作如下计算:%（质量）mol100g煤5.475mol/mol碳IC65.7H3.23.20.584S1.70.0530.010O2.30.0720.013灰分18.13.306gmol碳水分9.01.644gmol碳故煤的组成为CHo.584So.OloOo.OI3,燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为、黑=18.26gmHC0燃烧方程式为CZZ0584S0010O0013+/?（O2+3.7
12、8/V2）CO2+0.29272O+0.010SO2+3.78z?/V2n=1+0.584/4+0.010-0.013/2=1.14951）理论空气量u495xq+3.78）.022.4103th3=614向Ikg；18.26SO2在湿烟气中的浓度为W100%=0.174%1644181+0,292+0.010+3.78x1.1495+-2)产生灰分的量为18.1XUSX80%=144.8gAg烟气量(l+0.292+0.010+3.781.1495+1.644/18)X1000/18.2622.4103=6.826m3kg灰分浓度为I44*X103mgm3=2.12104mgm36.8261
13、0001.7%,rm1.7403)需石灰石一32.0、5,=103.2Mgt煤2.3解：按燃烧Ikg煤计算重量(g)摩尔数(mol)需氧数(mol)C79566.2566.25H31.12515.56257.78S60.18750.1875H2O52.8752.940设干空气中N2：O?体积比为3.78：1,所需理论空气量为4.78X(66.25+7.78+0.1875)=354.76molkg煤。理论烟气量CO26625mol,SO20.1875mol,H2O15.5625+2.94=18.50molN2-二一=28O54mH4.78总计66.25+8.50+0.1875+280.54=36
14、5.48molkg煤实际烟气量365.48+0.2X354.76=436.43molkg煤，SO?浓度为0%=0.043%。2.4解：取Imol煤气计算H2S0.002mol耗氧量0.003molCO20.05mol0CO0.285mol0.143molH2(0.13-0.004)moi0.063molCH40.007mol0.014molO20.003+0.143+0.063+0.014=0,223moL设干空气中N?：Oz体积比为3.78：I,则理论干空气量为0.223(3.78+1)=1.066molo取a=1.2,则实际干空气1.2X1.066mol=l.279molo空气含湿量为12
15、gN,即含H2O0.67mol/m,14.94LnN。故H2O体积分数为1.493%。1279故实际空气量为=1.298，%Ho1-1.493%烟气量SO2:0.002mol,CO2:0.2850.007+0.05=0.342mol,N2:0.223X3.78+0.524=1.367mol,H200.002+0.l26+0.014+1.298X1.493%+0.004=0.201mol故实际烟气量0.002+0.342+1.367+0.201+0.21.066=2.125mol2.5解：1)N2%=l-11%-8%-2%-0.012%=78.99%由大气污染控制工程P46(2-11)空气过剩8
16、0.5x20.264 78.99-(8-0.52)XloO%= 50.5%2)在测定状态下，气体的摩尔体积为P1V1T2 _ 101325 22.4 4432 - 2 273x700x133.322=39.46LZmol；取In?烟气进行计算，则SCM20106m排放浓度为120x10-67(l-8%)64= 0.17n3o39.46 1036224。3) 566337xx(1-8%) = 2957欣/min。4) 30.0X些 = 52.85g/%。重量(g)摩尔数(mol)需氧数(mol)C75863.1763.17H40.7520.37510.19S160.50.5H2O83.254.6
17、2502.6解：按Ikg燥进行计算需氧63.17+10.19+0.5=73.86mol设干空气中N2： Ch体积比为3.78： 1,则干空气量为7386X478X1.2=423.66mol, 含水 423.66 0.0116=4.91 moU烟气中：CO2 63.17moh SO2 0.5mol; H2O 4.91 +4.625+20.375=29.91 mol：N2: 73.86 3.78=279.19mol;过剩干空气 0.2 X 73.86X4.78=70.6ImO1。实际烟气量为 63.17+0.5+29.91+279.19+70.61 =443.38mol其中CChH2OO26317
18、100% = 14.25%; SO2443.3829 91: 100% = 6.74% ； N2 - 443.3870.61xQ.209x1(x)0/o = 3 33%o443.380,5X100% = 0.11%;443.38279190797061o75,55%0443.382.7解：SO2含量为0.11%,估计约1/60的SO2转化为SO3,则SO3含量0.11%-=1.83105,即Ph2SO4=L83X1(5,lgph2sq4=-4.737o60查图2-7得煤烟气酸露点约为134摄氏度。2.8解：以Ikg油燃烧计算，C860g7l.67mol;H140g70mol,耗氧35mol.设
19、生成CoXmoL耗氧0.5XmO1,则生成CO2d,不稳定z10-1.5Xr297.5-297.80,SC丁/10-30=onm-=15K100m九，不稳/kz30-10Vz一ZT- -5O-3O-5O 3O-L5-I.5- z.V/ y/2973-2975=LOK/100,九,不稳定50-302975-298=1.75K/1OOwd,不稳定30-1.52973298=1.44K/1OOw,不稳定。50-1.5ZL=(A)o288T=(-)0288=230()288=258.49,0P04003.4解：-77l7由大气污染控制工程P80(3-23),w=w1(-)m,取对数得Ig2=mlg(二
20、)ZlM1Z设lg=y,lg(4)=x,由实测数据得w1ZlX0.3010.4770.6020.699y0.06690.11390.14610.1761由excel进行直线拟合，取截距为0,直线方程为：y=0.2442x故m=0.244203.5解:L)06=2x(指)07=2.24ms,互=%(合)07=2x(笔)7=2.35ms马严7=2x(迎)7=2.47ms,G=需(无严，=2x(您严?=2.54msZ01040Z010稳定度D,m=0.15u.=M0(-)l5=2()015=2.55m/s，=w0(-)0-15=2(22-j0,5=2.82m/s,0Z01020Z0104严，=2(0
21、)=33ms,w4=w0(-)015=2(-)015=3.33ms201010。5=2x(暨严$=3.48m/5。10稳定度F,m=0.25I= Z(纣$ZO2()02r,=2.99m/s，u2=w0(-)025=2(-)02r,=3.56ms=2(399)25 _ 4.23/H/S , M4 104。25=2、(迎)025=4.68机/51()0.25=2x()025 =5.03ms101020Z010风速廓线图略。3.6解：1)根据AirPollutionControlEngineering可得高度与压强的关系为=-dzdP将g=9.81m/s2、M=O.029kg、R=8.31J(moL
22、K)代入上式得dz=-29.211-7。当t=11.0C,气压为1023hPa；当t=9.8C,气压为IoChPa,故P=(1023+1012)/2=1018Pa,T=(11.0+9.8)/2=10.4C=283.4K,dP=1012-1023=-1lPa(-J1因此dz=29.21283.4a=89根，z=l19m。1018同理可计算其他测定位置高度，结果列表如下：测定位置2345678910气温/C9.812.014.015.013.013.012.61.60.8气压ZhPa10121000988969909878850725700高度差/m899910116353629027112992
23、81高度/m119218319482101813071578287731582）图略AT11-Q83)%2=必=-=1.35K100y,/,不稳定;z-89Z=-98-12=-222K10070,逆温;z2.3-99AT17-14-=-=-1.98K100t20,逆温;z.4-10174-5= 一 7/ =24-514-15-=-o.6ixrooo,逆温;-163r5-6A7；615-13-536=0.37K100wrf,稳定;-7JZ6-7/7-8T7-813-12.62z7-8-271=0.15K100wj,稳定;-9小12.6 -1.6A-9-1299=0.85K100md,稳定;9-o
24、=-7-o_ 1.6 0.8A29-IO-281=O.28T1OOw0,故为=-G0,逆温;G、=2=6-21.1=一O720小故y,=G2=0.72K/100根九，不稳定;3z358033G4=5,025,=-IKZlOO故/4=G4=lK100md,不稳定;z42(XX)q=AZL=如期=-2K100机，故外=-G=2K100机九，不稳定;z55(X)=空=28.0-25.0=O4?/00加0,故y“g”。逆温。z67)663.8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In殳一如PiRT(Z2-Z1),代入己知数据(温度T取两高度处的平均
25、值)即9.80.02910138.314x297458,由此解得 P2=96IhPao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:6地面=T地面(詈产=294.1(黑严8=293K,d=T1(l)0288=299.7(理严88=303.16K,16961293-303故位温梯度=2.18K/10Om0-458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123456地面温度C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相应温度/C26.715.68.95.020.028.0位温梯度/K100m2.220.
26、27-0.17-0.02-1.021.423.9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ln&=-迎(Z,-4)，设地面P1RT-1970o029压强为P”代入数据得到：In-=-X458,解得Pl=IO23hPa.因此P18.314297地面=T地面(譬严=2%.喘严=2922K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123456地面温度/C21.121.115.625.030.025.0高度/m458763580200050()70()相应温度/C26.715.68.95.020.028.0地面压强ZhPa102310121002104010061007地面
27、位温/C292.2293.1288.4294.7302.5297.43.10解答待求。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13.5ms,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4ms,试用霍兰德、布里格斯(x国家标准GB/T1320191中的公式计算烟气抬升高度。4.3 某污染源排出SO2量为80gs,有效源高为60m,烟囱出口处平
28、均风速为6ms在当时的气象条件下，正下风方向50Om处的b=35.3肛=18.1相，试求正下风方向50Om处yiSCh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20ms,烟气温度为405K,大气温度为293K,烟囱出口处风速4ms,SO2排放量为Iomgs试计算中性大气条件下SO2的地面最大浓度和出现的位置。4.6 地面源正下风方向一点上，测得3分钟平均浓度为34Xl(f3gm3,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。4.9
29、某烧结厂烧结机的SO2的排放量为180gs,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3ms,混和层内的平均风速为3.5ms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。4.11 某污染源SO2排放量为80gs,烟气流量为265ns,烟气温度为418K,大气温度为293K。这一地区的SC)2本底浓度为。05mgn?,设二/。丫=0.5,w10=3ms,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。4.1 解：吹南风时以
30、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P。，Xz,H)=ex(-)exp-+ex-2uyz2y2z2z现存在峭壁，可考虑P为实源与虚源在所关心点贡献之和。5IHQ/V、(Z-H)2.(N+)?实源自=-=ex(-)exp,+ex,2uyz242b；2:hQr(2Z/y)2(zH)-、(z+f)虚源Pi=-exp-21ex-J+ex-k-2u.2t2:2:因此)=-2一ex(-)ex-+ex-)+2uz2cr；2b；2,Q(2Ly)1f(z/)(z+H)ex-c；exP-o21+ex-k-2uyz2bj2b；2:Qf/y、r(2jLy)(z/)r(z/)1=-1e
31、x(-)+ex-expv2+exo2uv,2cr；2J2;2: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.vsDz1_-T-Tx13.551uCr418-288H=-(1.5+2.7-D)=(1.5+2.75)=96.16机。UTx4418布里格斯公式QH=-274-工02=_22_x418-288n552=29521ZW21000AWh9.6103TxS9.6x10-3418且x=2100kW,Ts-Ta=130K35Kw卜乃x6x35.3xl8.112x35.32218.124.5 解:由霍兰德公式求得”=(15+2.7%。)=竿。.5+2.7,3，。.6)=5.84
32、，烟囱有效高度为“=s+/=30+5.84=35.84o由大气污染控制工程P89由一大)、(4-11)=)生时,uHevH35.84 F二F=25.34ah0取稳定度为D级，由表44查得与之相应的x=745.6m此时=50.1%代入上式L%4%842广错-I/。4.6 解：由大气污染控制工程P98(4-31)CrY2=*(&尸=CT=3.02b(当1C400m,说明己经到达受体点。有限长线源P(X,0,0,H)=&exp(一竺),-exp(-)JP2mc2b；Jq22距离线源下风向4m处，Pi=-75/43.3=-1.732,P2=7543.3=l.732；90Ql=g/Qns)=0.6g/(
33、mS)。代入上式得20.6rl.7321P2,夕(400,0,0,0)=,-I,exp()dp=5.52mg/trr,。3x26.5j-,73222端点下风向P=0,P2=I50/43.3=3.46,代入上式得20.6f3.461P2p(400,0,O,O)=-=-r=()dp=3.0mgIm326.5j而24.8 解：设大气稳定度为C级，y0=峭=232.56见o.。=6.98m。当x=1.0km,v=99m,=6Amo由大气污染控制工程P106(449)JzP(X,y,0,)=-=exp-H-uy+o)(b二+r0)2(v+j0)-(,+.0)10r1152c_ia,5.exp-=4.5710g/3(99.1+232.56)(61.4+6.98)2(61.4+6.98)24.9 解：设大气稳定度为C级。G=360200=74.42/w=xd=1226.5W2.152.15当x=2km时，xdx2xD 时，Cy = 474 m , p1802 3.5 360
