大气污染控制工程课后完整答案

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1、大气污染控制工程作业集第一章干洁空气的平均分子量为28.966，在标准状态下（273.15K ，101325Pa）密度为1.293 kg / m3 。1、血红蛋白暴露于CO 和 O2 两种气体混合物中所产生的COHb 和 O2 Hb 的平衡浓度可用如下方程表示：COHbM pcoO2Hbpo2式中： pco 、 po2 吸入气体中CO 和O2的分压；M 常数，在人的血液范围中为200250。例：受污染的空气中CO 浓度为 10010 6 ，如果吸入人体肺中的CO 全部被血液吸收，试估算人体血液中 COHb 的饱和浓度。解：设人体肺部气体中氧的含量与环境空气中氧含量相同，即为 21%，取 M=2

2、10 ，则有COHbpco2 1 0100 1600. 1Mpo2 11 02O2Hb2即血液中CO与O2之比为1:10，则血液中CO的饱和度为：COHbCOHb / O2 Hb0.1COO2 Hb 1COHb / O2Hb0.091 9.1%COHb1 0.1这一值略为偏低，是因为吸入空气中的氧被停留在肺中的气体所稀释的缘故。2、假设光衰减只是由于微粒散射造成的，微粒为尺寸相同的球体，且分布均匀，则能见度可按如下近似方程估算： L2.6pd p (m)K式中：视线方向上的颗粒浓度，mg / m3；p 颗粒的密度，kg / m3；d p 颗粒直径，m ；K 散射率，即受颗粒作用的波阵面积与颗粒

3、面积之比。K 值一般在 1.72.5 左右变化。根据范德赫尔斯提出的数据，不吸收光的球体散射率实测数据表明，在空气相对湿度超过70%时，按上式计算可能产生较大误差。因为天然的气溶胶微粒及很多大气污染物都是吸湿的， 在相对湿度70%80% 的范围内开始潮解或发生吸湿反应， 从而使颗粒粒径增大。例：大气中悬浮颗粒物的平均粒径为1.0m ，密度为 2500 kg / m3 ，如果散射率K=2 ，能见度为8000m时颗粒物的浓度是多少？2.6 p d p2.62500 1.03解：20.406mg / mKL8000这是城市大气中颗粒物浓度的典型值。当大气能见度低于8000m 时，主要机场飞机的起降率

4、则必须减少。3、空气污染指数的计算方法污染物的分指数I k ，可由其实测浓度值k ，按照分段线性方程计算。对于第k 种污染物的第 j 个转折点（ k , j ， I k , j）的分指数值I k , j 和相应浓度值k, j ，可查“空气浓度指数分级浓度限值”表确定。当第 k 种污染物浓度为k , jkk, j(I k, j 1I k, j ) I k, jkk, j 1 时，则其分指数为 I kk , j 1k , j式中： I k 第 k 种污染物的污染分指数；k 第 k 种污染物平均浓度的监测值，mg / mN 3 ；I k, j 第 k 种污染物 j 转折点的污染分指数值；I k, j

5、1 第 k 种污染物 j+1 转折点的污染分指数值；第 j 转折点上 k 种污染物的浓度限值（对应于 I k, j）， mg m/3k , jN ；k , j1 第 j+1 转折点上 k 种污染物的浓度限值（对应于I k, j 1 ）， mg m/ N3 。污染指数的计算结果只保留整数，小数点后的数值全部进位。各种污染物的污染分指数都计算出以后，取最大者为该区域或城市的空气污染指数 API ，则该种污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物。 API1。空气过剩系数 a，即 aVa04、空燃比（ AF ）空燃比定义为单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，可由燃烧方程式直接求得。例如，甲烷在理论空气量

6、下的完全燃烧：CH 4 +2O2 7.56N2CO22H 2O 7.56N2空燃比： AF = 2 32+7.5628 =17.21165、若已知燃料中氢和水的含量，低位发热量qL 可由高位发热量 qH 减去水蒸气的凝结热而求得。若发热量以 kJ / kg 表示，则=-25（9WW）qL qHWH式中： WH 、 WW 燃料中氢和水分的质量百分数。6、烟气体积计算在理论空气质量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积，以V fg0表示。烟气成分主要是CO2、SO2、N2 和水蒸气。 通常把烟气中除了水蒸气以外的部分称为干烟气，把包括水蒸气在内的烟气称为湿烟气。所以理论烟气体积等于干烟气

7、体积和水蒸气体积之和。理论水蒸气体积，是由三部分构成的：燃料中氢燃烧后生成的水蒸气体积，燃料中所含的水蒸气体积和由供给的理论空气量带入的水蒸气体积。大多烟气可以视为理想气体。若设观测状态下（温度TS 、压力 PS ）烟气的体积为 VS 、密度为S ，在标准状态下（温度 Tn 、压力 Pn ）烟气的体积为 Vn ，密度为n ，则由理想气体状态方程式可得到标准状态pSTn下的烟气体积：Vn VSTSpn标准状态下烟气的密度：npn TS7、过剩空气校正SpSTn因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气量之和。以碳在空气中的完全燃烧为例CO23.78N2

8、CO23.78N2烟气中仅含有 CO2 和 N2 ，若空气过量，则燃烧方程式变为C （1+a）O2 （ 1+a）3.78N2CO2aO2 +（1+a）3.78N2其中 a 是过剩空气中的O2 的过剩摩尔数。根据定义，空气过剩系数：a=实际空气量 （ 1a）（ O +3.76N ）=+22 =1+a理论空气量O2 +3.76N2要计算 a，必须知道过剩氧的摩尔数。若燃烧是完全的，过剩空气中的氧仅能够以O2 的形式存在，假如燃烧产物以下标p 表示C （1+a）O2（ 1+a）3.76N2CO2 pO2 p +N2 p其中， O2 p =aO2 ，表示过剩氧量， N2 p 为实际空气量中所含的总氮量

9、。假定空气的体积组成为 20.9% O2和 79.1% N2 ，则实际空气量中所含的总氧量为20.9N2 p =0.264 N 2 p79.1理论需氧量为 0.264N2 p -O2 p ，因此空气过剩系数：O2 pa=1+0.264N2 p -O2 p假如燃烧过程产生CO ，过剩氧量必须加以校正，即从测得的过剩氧中减去氧化CO 为 CO2 所需要的氧。因此 Vf g V0 fg V（aa-1 ）式中各组分的量均为奥萨特仪所测得的各组分的百分数。例：奥萨特仪分析结果为： CO2 =10%O2=4%CO =1% ，那么 N2=85%，则4-0.5 1a=1+=1.180.264 85-（4-0.

10、5 1）考虑过剩空气校正后，实际烟气体积：Vf gV0fg V（ aa-1 ）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 所需的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。解： 1kg 燃油含：重量（ g）摩尔数（ g）需氧数（ g）C85571.2571.25H1132.555.2527.625S100.31250.3125H2O22.51.250N 元素忽略。1）理论需氧量71.25+

11、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 474.1222.4/1000=10.62m 3N /kg 重油。烟气组成为CO 271.25mol ， H2O 55.25+11.25=56.50mol ，SO20.1325mol， N 23.7899.1875=374.93mol 。理论烟气量71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg 重油。即502.9922.4/1000=11.27 m 3N /kg 重油。2）干烟气量为502.9

12、956.50=446.49mol/kg 重油。SO2 百分比浓度为 0.3125100% 0.07% ，446.4971.25空气燃烧时 CO 2 存在最大浓度100% 15.96% 。446.493）过剩空气为 10%时，所需空气量为 1.110.62=11.68m 3N /kg 重油，产生烟气量为 11.267+0.110.62=12.33 m3 N/kg 重油。2.2 普通的元素分析如下： C： 65.7%灰分18.1% S： 1.7%H： 3.2%水分： 9.0%O： 2.3% 。（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）解：相

13、对于碳元素作如下计算：%（质量）mol/100g 煤mol/mol 碳C65.75.4751H3.23.20.584S1.70.0530.010O2.30.0720.013灰分18.13.306g/mol 碳水分9.01.644g/mol 碳故煤的组成为 CH 0.584S0.010O0.013，燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为10018.26 g / molC 。燃烧方程式为5.475CH 0.584 S0.010 O0.013n(O2 3.78N 2 ) CO2 0.292H 2O0.010SO23.78nN 2n=1+0.584/4+0.010 0.013/2=1.14951）理论空气

14、量1.1495 (13.78)100022.410 3 m3 / kg 6.74m3 / kg ；18.26SO2 在湿烟气中的浓度为0.010100% 0.174%10.2920.0103.781.6441.1495182.3 煤的元素分析结果如下：S： 0.6% H ： 3.7% C： 79.5%N ：0.9%O：4.7%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。解：按燃烧 1kg 煤计算重量（ g）摩尔数（ mol）需氧数（ mol ）C79566.2566.25H31.12515.56257.78S60.18750.1875H2O52.8752.9

15、40设干空气中 N 2 ：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 CO2 66.25mol ，SO2 0.1875mol ，H2O 15.5625+2.94=18.50molN23.78354.76280.54mol4.78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 0.1875100%0.043% 。436.432.5干烟道气的组成为：CO2 11%（体积），

16、O2 8%， CO 2% ,SO212010 6(体积分数 ) ，颗粒物30.0 g / m3（在测定状态下） ，烟道气流流量在700mmHg 和 443K条件下为 5663.37 m3 / min ，水汽含量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 ），干烟道气的体积；（ 4）在标准状态下颗粒物的浓度。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80.52100% 50.5%78.99(80.50.2642)2）在测定状态下，气体

17、的摩尔体积为P1V1 T2101325 22.4 443V239.46L / mol ；T1 P2273 700 133.322取 1m 3 烟气进行计算，则SO216m3，排放浓度为20 1012010 6(18%)64339.4610 30.179 g / m。3） 5663.3722.4(18%)2957 mN3/ min 。39.464） 30.039.4652.85 g / mN3。22.42.8 燃料油的重量组成为：C：86%H： 14%。在干空气下燃烧，烟气分析结果（基于干烟气）为：O：1.5%CO ：60010 6 （体积分数）。试计算燃烧过程的空气过剩系数。解：以 1kg 油

18、燃烧计算，C860g71.67mol ；H140g70mol，耗氧 35mol 。设生成 CO x mol ，耗氧 0.5x mol ，则生成 CO 2（71.67x ） mol，耗氧（ 71.67x） mol 。烟气中 O2 量1.5% x。60010 6总氧量1.5% x0.5x (71.67 x)35 106.67 24.5x ，干空气中 N2：O2 体积比为 3.78：60010 61，则含 N 2 3.78（ 106.67+24.5x ）。根据干烟气量可列出如下方程：1.5% x71.67 3.78(106.67 24.5x)x60010610600，解得 x=0.3066故 CO7

19、1.670.306100%13.99% ；2%：0.30660010 63.78(24.50.306106.67)100% 84.62%N2%：0.30660010 6由大气污染控制工程P46 （2 11）空气过剩系数11.50.50.061.070.26484.62(1.50.50.06)第三章1、绝对湿度：在 1 m3 湿空气中含有的水汽质量（kg）。由理想气体气体状态方程可得到：WpW( W 空 气 的 绝 对 湿 度 ， kg / m3 ， 湿 空 气 ； RW 水 汽 的 气 体 常 数 ，RW TRW =461.4 J / (kg K ) ； pW 水汽分压， Pa)2、相对湿度：

20、 空气的绝对湿度W 与同温度下饱和空气的绝对湿度V 之比，即WpW（ pV 饱和空气的水汽分压，Pa）pVV3、含湿量： 湿空气中 1kg 干空气所包含的水汽质量（kg），也称比湿。即 dWd式中： d空气中的含湿量，kg（水汽） /kg（干空气）； d 干空气密度， kg / m3。4、由理想气体状态方程及上面三式可将含湿量表示成：Rd pWRdpWRdpV=0.622pv（ p湿空气的总压力； pd 干空dRW p pWRW ppvRW pdpVp气分压， pd + pW = p ） 干空气的气体常数Rd =287.0 J / ( kg K )5、工程中的空气含湿量：d0dNd0.804p

21、w0.804pvpdppv6、水汽体积分数：pwpVd0dNdywp0.804d00.804dNdp7、风速 u3.02F 3（ u 单位： km/h；F 表示风力等级）8、国外云量1.25=我国云量9、大气热力过程的微分方程：dQC pdTRT dPP3.1 一登山运动员在山脚处测得气压为1000hPa，登山到达某高度后又测得气压为500hPa，试问登山运动员从山脚向上爬了多少米？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：dPgdZ（ 1）将空气视为理想气体，即有PVm RT可写为mPM （2）MVR T将（ 2）式带入（ 1），并整理，得到以下方程：dPgM dZPRT假

22、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：ln PgM Z C 即ln P2gM ( Z2 Z1) （3）RTP1RT假设山脚下的气温为10。 C，带入（ 3）式得：5009.80.029lnZ10008.314283得 Z 5.7km即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km 。3.3在气压为 400hPa 处，气块温度为 230K 。若气块绝热下降到气压为600hPa 处，气块温度变为多少？解： T1( P1 ) 0.288，T0P0T1T0( P1 )0.288230(600)0. 288258.49KP04003.7 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

23、对大气稳定度进行分类。测定编号地面温度 /高度 /m相应温度 /CC12345621.121.115.625.030.025.0458763580200050070026.715.68.95.020.028.0T1 26.7 21.1/1000 ，故，逆温；G11.221G10解：z1458G2T215.621.1G20.72K / 100md ，稳定；z20.72K /100m ，故2763G3T38.915.6G31.16K / 100md ，不稳定；z31.16K / 100m ，故3580G4T45.025.0G41K / 100md ，不稳定；z41K / 100m ，故42000G

24、5T520.030.0G52K /100md ，不稳定；z52K / 100m ，故5500G6T628.025.00 ，故G60 逆温。z60.43K /100m6700第四章4.1 污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多（见图）。设有效源高为H ，污染源到峭壁的距离为L ，峭壁对烟流扩散其全反射作用。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？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 (x, y, z, H )Qexp(y 2)exp( zH ) 2exp( zH ) 22 u yz2 y22 z22 z2

25、现存在峭壁，可考虑为实源与虚源在所关心点贡献之和。Qexp(y 2(z H ) 2exp( z H ) 2实源1u2 )exp22222yz2 yzz虚源2Qexp( 2Ly)2 exp( zH)2exp( zH )22 u yz2 y22 z22 z2因此Qy 2( z H )2( z H )2 +2u yzexp(2 y2 )exp2z2exp2z2Qexp( 2Ly) 2 exp( zH)2exp( zH )22 u yz2 y22 z22 z2Qexp(y 2(2L y)2(z H ) 2exp(z H )2=2 )exp2exp22222 u y z2 y2yzz刮北风时，坐标系建立

26、不变，则结果仍为上式。4.2 某发电厂烟囱高度120m，内径 5m，排烟速度13.5m/s，烟气温度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( x10H S ) 、国家标准 GB/T 13201 91 的公式计算烟气抬升高度。解：霍兰德公式HvsD (1.52.7 TsTa D)13.55 (1.52.7 4182885)96.16m。uTs4418布里格斯公式QH2.7TsTavsD22.7418288229521kW 21000kW9.6 103Ts9.610 313.5 54180.362QH1/ 3 x 2 / 3 u129521

27、1 / 34 1 x2 / 32.80 x2 / 3 。且 x=2100kW ， Ts Ta=130K35K 。H n Q n1H n2u14 1244.93m1.303 295211 / 3 1202 / 30 Hs（发电厂位于城市近郊，取n=1.303 ，n1=1/3， n2=2/3 ）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 10 3 g / m3 ，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。解： y2y1( 2) qy1 (2)0.33.02 y1 （当 1h2 100h ，q=0.3）10.05QH213.4 10310 3 g / m3exp(2

28、)1.12u y 2z2z3.023.024.8 某市在环境质量评价中，划分面源单元为1000m1000 m ,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解：设大气稳定度为C 级，1000232.56m,156.98m。y0z04.32.15ymm 。当 x=1.0km ，( x, y,0, H )u( yQexp1 y2H 2z0 ) 2y0 )( zz0 )2 ( yy 0 ) 2( z3(99.110exp1152 4.57 10 5 g / m3232.56)(61.46.98)2(61.46.98)2散

29、模式计算这一单元北面的邻近单元中心处SO2 的地面浓度。金磊给的题目是假设大气稳定度为B 级，则W1000232.56m,15y04.3z06.98m 。4.32.15y151 ,z109。当 x=1.0km ，( x, y,0, H )u( yQexp1 y2H 2z0 ) 2y0 )( zz0 )2 ( yy 0 ) 2( z3(151106.98)exp 11522 2.4 10 5 g / m3232.56)(1092(1096.98)第五章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

30、数中位直径、算术平均直径及表面积体积平均直径。粒径间隔 / m0224466101020204040浓度 / g m 30.812.2255676273解：设取 1m3的粉尘，则依题意得粒径间隔 /m0224466101020204040浓度 /g m 30.812.2255676273质量分数0.4%6.1%12.5%28.0%38.0%13.5%1.5%质量 /g0.812.2255676273筛下累积频率 F/%0.46.519.047.085.098.5100由此可得对数正态分布的累积频率分布曲线，曲线为直线，说明符合对数正态分布。所以d84.1 /md50/md15.9 / m质量分布19.7610.795.504d84.1119.7611.89d50（MMD） =10.79m所以g() 2()2d15.95.504