《環(huán)境工程學(xué)》課程作業(yè)及答案.doc

第一次作業(yè)1. 根據(jù)我國(guó)的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，求出SO2、NO2、CO三種污染物日平均濃度限值的體積分?jǐn)?shù)。解：由我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)查得三種污染物日平均濃度限值如下：SO2：0.15mg/m3，NO2：0.12mg/m3，CO：4.00mg/m3。按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3干空氣計(jì)算，其摩爾數(shù)為。故三種污染物體積百分?jǐn)?shù)分別為：SO2：，NO2：CO：。2. CCl4氣體與空氣混合成體積分?jǐn)?shù)為1.50104的混合氣體，在管道中流動(dòng)的流量為10m3N、/s，試確定：1）CCl4在混合氣體中的質(zhì)量濃度（g/m3N）和摩爾濃度c（mol/m3N）；2）每天流經(jīng)管道的CCl4質(zhì)量是多少千克？解：1）（g/m3N） c（mol/m3N）。2）每天流經(jīng)管道的CCl4質(zhì)量為1.03110360024103kg=891kg3.已知重油元素分析結(jié)果如下：C：85.5% H：11.3% O：2.0% N：0.2% S：1.0%，試計(jì)算：1）燃油1kg所需理論空氣量和產(chǎn)生的理論煙氣量； 2）干煙氣中SO2的濃度和CO2的最大濃度； 3）當(dāng)空氣的過(guò)剩量為10%時(shí)，所需的空氣量及產(chǎn)生的煙氣量。解：1kg燃油含：重量（g） 摩爾數(shù)（g） 需氧數(shù)（g）C 855 71.25 71.25H 1132.5 55.25 27.625S 10 0.3125 0.3125H2O 22.5 1.25 0N元素忽略。1）理論需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg設(shè)干空氣O2：N2體積比為1：3.78，則理論空氣量99.18754.78=474.12mol/kg重油。即474.1222.4/1000=10.62m3N/kg重油。煙氣組成為CO271.25mol，H2O 55.25+11.25=56.50mol，SO20.1325mol，N23.7899.1875=374.93mol。理論煙氣量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.9922.4/1000=11.27 m3N/kg重油。2）干煙氣量為502.9956.50=446.49mol/kg重油。SO2百分比濃度為，空氣燃燒時(shí)CO2存在最大濃度。3）過(guò)?？諝鉃?0%時(shí)，所需空氣量為1.110.62=11.68m3N/kg重油，產(chǎn)生煙氣量為11.267+0.110.62=12.33 m3N/kg重油。4. 普通煤的元素分析如下：C65.7%；灰分18.1%；S1.7%；H3.2%；水分9.0%；O2.3%。（含N量不計(jì)）1）計(jì)算燃煤1kg所需要的理論空氣量和SO2在煙氣中的濃度（以體積分?jǐn)?shù)計(jì)）；2）假定煙塵的排放因子為80%，計(jì)算煙氣中灰分的濃度（以mg/m3表示）；3）假定用硫化床燃燒技術(shù)加石灰石脫硫。石灰石中含Ca35%。當(dāng)Ca/S為1.7（摩爾比）時(shí)，計(jì)算燃煤1t需加石灰石的量。解：相對(duì)于碳元素作如下計(jì)算：%（質(zhì)量） mol/100g煤 mol/mol碳C 65.7 5.475 1H 3.2 3.2 0.584S 1.7 0.053 0.010O 2.3 0.072 0.013灰分 18.1 3.306g/mol碳水分 9.0 1.644g/mol碳故煤的組成為CH0.584S0.010O0.013，燃料的摩爾質(zhì)量（包括灰分和水分）為。燃燒方程式為n=1+0.584/4+0.0100.013/2=1.14951）理論空氣量；SO2在濕煙氣中的濃度為2）產(chǎn)生灰分的量為 煙氣量（1+0.292+0.010+3.781.1495+1.644/18）1000/18.2622.4103=6.826m3/kg灰分濃度為mg/m3=2.12104mg/m33）需石灰石/t煤5.干煙道氣的組成為：CO211%（體積），O28%，CO2%，SO2120106（體積分?jǐn)?shù)），顆粒物30.0g/m3（在測(cè)定狀態(tài)下），煙道氣流流量在700mmHg和443K條件下為5663.37m3/min，水氣含量8%（體積）。試計(jì)算：1）過(guò)量空氣百分比；2）SO2的排放濃度（）；3）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（1atm和273K），干煙道體積；4）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下顆粒物的濃度。解：1）N2%=111%8%2%0.012%=78.99%由大氣污染控制工程P46 （211）空氣過(guò)剩2）在測(cè)定狀態(tài)下，氣體的摩爾體積為；取1m3煙氣進(jìn)行計(jì)算，則SO2120106m3，排放濃度為。3）。4）。第二次作業(yè)1. 已知某粉塵粒徑分布數(shù)據(jù)（見(jiàn)下表），1）判斷該粉塵的粒徑分布是否符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布；2）如果符合，求其幾何標(biāo)準(zhǔn)差、質(zhì)量中位直徑、個(gè)數(shù)中位直徑、算數(shù)平均直徑及表面積體積平均直徑。粉塵粒徑/0224466101020204040濃度/0.812.2255676273解：在對(duì)數(shù)概率坐標(biāo)紙上作出對(duì)數(shù)正態(tài)分布的質(zhì)量累積頻率分布曲線，讀出質(zhì)量中位直徑d50（MMD）=10.3、d84.1=19.1、d15。9=5.6。按大氣污染控制工程P129（524）；P129（526）；P129（529）。2. 根據(jù)對(duì)某旋風(fēng)除塵器的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到：除塵器進(jìn)口的氣體流量為10000m3N/h，含塵濃度為4.2g/ m3N。除塵器出口的氣體流量為12000 m3N/h，含塵濃度為340mg/ m3N。試計(jì)算該除塵器的處理氣體流量、漏風(fēng)率和除塵效率（分別按考慮漏風(fēng)和不考慮漏風(fēng)兩種情況計(jì)算）。解：氣體流量按P141（543）；漏風(fēng)率P141（544）；除塵效率：考慮漏風(fēng)，按P142（547）不考慮漏風(fēng)，按P143（548）3.對(duì)于題2中給出的條件，已知旋風(fēng)除塵器進(jìn)口面積為0.24m2，除塵器阻力系數(shù)為9.8，進(jìn)口氣流溫度為423K，氣體靜壓為490Pa，試確定該處塵器運(yùn)行時(shí)的壓力損失（假定氣體成分接近空氣）。解：由氣體方程得按大氣污染控制工程P142（545）。4. 有一兩級(jí)除塵系統(tǒng)，已知系統(tǒng)的流量為2.22m3/s，工藝設(shè)備產(chǎn)生粉塵量為22.2g/s，各級(jí)除塵效率分別為80%和95%。試計(jì)算該處塵系統(tǒng)的總除塵效率、粉塵排放濃度和排放量。解：按大氣污染控制工程P145（558）粉塵濃度為，排放濃度10（199%）=0.1g/m3；排放量2.220.1=0.222g/s。5. 某燃煤電廠除塵器的進(jìn)口和出口的煙塵粒徑分布數(shù)據(jù)如下，若除塵器總除塵效率為98%，試?yán)L出分級(jí)效率曲線。粉塵間隔/0.60.60.70.70.80.81.0122334質(zhì)量頻率 /%進(jìn)口g12.00.40.40.73.56.024.0出口g27.01.02.03.014.016.029.0粉塵間隔/45566881010122030質(zhì)量頻率 /%進(jìn)口g113.02.02.03.011.08.0出口g26.02.02.02.58.57.0解：按大氣污染控制工程P144（552）（P=0.02）計(jì)算，如下表所示：粉塵間隔/23.5質(zhì)量頻率/%0.10.49.520.020.015.011.08.55.55.54.00.80.2分級(jí)效率/%83047.56068.575818689.5959899100解：按大氣污染控制工程P144（554）。7.計(jì)算粒徑不同的三種飛灰顆粒在空氣中的重力沉降速度，以及每種顆粒在30秒鐘內(nèi)的沉降高度。假定飛灰顆粒為球形，顆粒直徑分別為為0.4、40、4000，空氣溫度為387.5K，壓力為101325Pa，飛灰真密度為2310kg/m3。解：當(dāng)空氣溫度為387.5K時(shí)。當(dāng)dp=0.4時(shí)，應(yīng)處在Stokes區(qū)域。首先進(jìn)行坎寧漢修正：，。則，。當(dāng)dp=4000時(shí)，應(yīng)處于牛頓區(qū)，。，假設(shè)成立。當(dāng)dp=0.4時(shí)，忽略坎寧漢修正，。經(jīng)驗(yàn)證Rep500，假設(shè)成立。5. 直徑為1.09的單分散相氣溶膠通過(guò)一重力沉降室，該沉降室寬20cm，長(zhǎng)50cm，共18層，層間距0.124cm，氣體流速是8.61L/min，并觀測(cè)到其操作效率為64.9%。問(wèn)需要設(shè)置多少層可能得到80%的操作效率。解：按層流考慮，根據(jù)大氣污染控制工程P163（65），因此需要設(shè)置23層。6. 有一沉降室長(zhǎng)7.0m，高12m，氣速30cm/s，空氣溫度300K，塵粒密度2.5g/cm3，空氣粘度0.067kg/(kg.h)，求該沉降室能100%捕集的最小粒徑。解：，符合層流區(qū)假設(shè)。7.氣溶膠含有粒徑為0.63和0.83的粒子（質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等），以3.61L/min的流量通過(guò)多層沉降室。給出下列數(shù)據(jù)，運(yùn)用斯托克斯定律和坎寧漢校正系數(shù)計(jì)算沉降效率。L=50cm，W=20cm，h=0.129cm，n=19層。解：設(shè)空氣溫度為298K，首先進(jìn)行坎寧漢修正：，。故。用同樣方法計(jì)算可得0.83粒子的分級(jí)效率為0.864。因此總效率 8.某旋風(fēng)除塵器處理含有4.58g/m3灰塵的氣流（），其除塵總效率為90%。粉塵分析試驗(yàn)得到下列結(jié)果。粒徑范圍/捕集粉塵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/%逸出粉塵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/%050.576.05101.412.910151.94.515202.12.120252.11.525302.00.730352.00.535402.00.440452.00.34584.01.11）作出分級(jí)效率曲線；2）確定分割粒徑。解：根據(jù)大氣污染控制工程P144（553）（P=0.1）計(jì)算分級(jí)效率，結(jié)果如下表所示：粉塵間隔/05510101515202025253030353540404545質(zhì)量頻率 /%捕集g30.51.41.92.12.12.02.02.02.084.0出口g276.012.94.52.11.50.70.50.40.31.15.59 49.41 79.17 90.00 92.65 96.26 97.30 97.83 98.36 99.85 據(jù)此可作出分級(jí)效率曲線。由上表可見(jiàn)，510去除效率為49.41。因此在工程誤差允許范圍內(nèi)，dc=7.5。9. 含塵氣流用旋風(fēng)除塵器凈化，含塵粒子的粒徑分布可用對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)表示，且Dm=20，。在實(shí)際操作條件下該旋風(fēng)除塵器的分割直徑為5，試基于顆粒質(zhì)量濃度計(jì)算該除塵器的總除塵效率。解：按大氣污染控制工程P170（618）；。dg=20，代入上式，利用Matlab積分可得。10. 利用一高壓電除塵器捕集煙氣中的粉塵，已知該電除塵器由四塊集塵板組成，板高和板長(zhǎng)均為366cm，板間距24.4cm，煙氣體積流量2m3/s；操作壓力為1atm，設(shè)粉塵粒子的驅(qū)進(jìn)速度為12.2cm/s。試確定：1）當(dāng)煙氣的流速均勻分布時(shí)的除塵效率；2）當(dāng)供入某一通道的煙氣為煙氣總量的50%，而其他兩個(gè)各供入25%時(shí)的除塵效率（參考圖627）。解：1）Q=2/3=0.667 m3/s，S=3.662=13.4m2，。2），查圖627得Fv=1.75故。11.板間距為25cm的板式電除塵器的分割直徑為0.9，使用者希望總效率不小于98%，有關(guān)法規(guī)規(guī)定排氣中含塵量不得超過(guò)0.1g/m3。假定電除塵器入口處粉塵濃度為30g/m3，且粒徑分布如下：質(zhì)量百分比范圍/%02020404060608080100平均粒徑/3.58.013.019.045.0并假定德意希方程的形式為，其中捕集效率；K經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；d顆粒直徑。試確定：1）該除塵器效率能否等于或大于98%；2）出口處煙氣中塵濃度能否滿足環(huán)保規(guī)定；3）能否滿足使用者需要。解：1）由題意dp=3.5，dp=8.0，dp=13.0，故2），則=0.42g/m30.1g/m3。不滿足環(huán)保規(guī)定和使用者需要。12.對(duì)于粉塵顆粒在液滴上的捕集，一個(gè)近似的表達(dá)式為。其中M是碰撞數(shù)的平方根，R=dp/dD，對(duì)于密度為2g/cm3的粉塵，相對(duì)于液滴運(yùn)動(dòng)的初速度為30m/s，流體溫度為297K，試計(jì)算粒徑為1）10；2）50的粉塵在直徑為50、100、500的液滴上的捕集效率。解：1）粉塵粒徑dp=10當(dāng)液滴直徑為50時(shí)，R=0.2；碰撞數(shù)，。由給出計(jì)算公式可得同理可得液滴直徑為100、500時(shí)捕集效率為42.6、10.1%。2）dp=50用同樣方法計(jì)算可得顆粒在直徑為50、100、500的液滴上捕集效率分別為0、10.2%、25.0。13. 一個(gè)文丘里洗滌器用來(lái)凈化含塵氣體。操作條件如下：L=1.36L/m3，喉管氣速為83m/s，粉塵密度為0.7g/cm3方程，煙氣粘度為2.23105Pa.s，取校正系數(shù)0.2，忽略Cc，計(jì)算除塵器效率。煙氣中粉塵的粒度分布如下：粒徑/質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/%20.050.0解：按大氣污染控制工程P211（653）由（655）粒徑小于0.1所占質(zhì)量百分比太小，可忽略；粒徑大于20.0，除塵效率約為1；因此故。6.21 直徑為2mm的雨滴以其終末沉降速度穿過(guò)300m厚的大氣近地層，大氣中含有粒徑為3的球形顆粒，顆粒的質(zhì)量濃度為80。1）每個(gè)雨滴下降過(guò)程中可以捕集多少顆粒？2）由于捕集這些顆粒，雨滴的質(zhì)量增加了百分之幾？解：由Air Pollution Control EngineeringP300 9.48式 。通過(guò)P293 Figure 9.18讀取。取，雨滴Db=2mm，處于牛頓區(qū)，利用大氣污染控制工程P150（583）。因此，。從Figure 9.18讀出=0.11（Cyli