根据我国的环境空气质量标准求SO2.doc

第一章 概论

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：
SO2 NO2 CO
Cm(mg/m3) 0.15 0.08 4.00
以SO2为例计算体积分数
Cv=

=0.053×10-6
=0.053×10-4%
同理得：
SO2 NO2 CO
体积百分数（%） 0.053×10-4% 0.039×10-4% 3.20×10-4%
1.3 CCl4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

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
C 855 71.25 71.25
H 113 112.10 28.25
N 2 0.143 0
S 10 0.3125 0.3125
O 20 1.25 -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：
CO2：71.25 H2O：56.5
SOx：0.3125 N2：99.188×3.76
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
2.5 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）

第三章 污染气象学基础知识

3.1 在高塔下测得下列气温资料，试计算各层大气的气温直减率：r1.5-10、r10-30、r30-50、r30-50、r1.5-50，并判断各层大气稳定度。
高度Z/m
1.5
10
30
50
气温T/K
298
297.8
297.5
297.3
解：已知r=-△T/△Z rd=0.98K/100m
以r1.5-10为例计算
r1.5-10=-(297.8-298)/(10-1.5)=0.0235K/m=2.35K/100m
因为r1.5-10>rd ，所以大气不稳定
总的计算结果及判断列于下表。
r1.5-10
r10-30
r30-50
r1.5-30
r1.5-50
2.35
1.5
1.0
1.75
1.44
不稳定
不稳定
中性
不稳定
不稳定
3.2 某石油精炼厂自平均有效源高60m处排放的SO2质量为80g/s，有效源高处的平均风速为6m/s，试估算冬季阴天正下风方向距烟囱500m处地面上的SO2浓度。
解：根据题设条件，由表3-8查得稳定度级别为D，由表3-9查得
σy=35.3m σz=18.1m
C（x,0,0,H）=
=
=2.73×10-5g/m3
=2.73×10-2mg/m3
3.3 据估计，某燃烧着的垃圾堆以3g/s的速率排放氮氧化物。在风速为7m/s的阴天夜里，源的正下风方向3km处的平均浓度是多少？假设这个垃圾堆是一个无有效源高的地面点源。
解：根据题设条件， 由表3—8查得，稳定度级别为D，由表3—9
查得σy=173m σz=79.1m
C（3000,0,0,0）=

=9.97×10
mg/m3
3.6 某厂烟囱有源高为150m，SO2排放量为151g/s。夜间及上午地面风速为4m/s，夜间云量3/10，若清晨烟流全部发生熏烟现象，试估算下风向16km处的地面轴线浓度。
解：夜间ū=4m/s，云量=3/10时，由表3—8查得稳定度级别为E级，由E级和X=16km查表3—9得σy=544m σz=100m则求得：
Lf=H+2σz=150+2×100=350m
σyf=σy+H/8=544+150/8=563m

=0.046mg/m3
3.7 某城市火电厂的烟囱高100m，出口内径5m。出口烟气流速12.7m/s，温度100℃，流量250m3/s。烟囱出口处的平均风速4m/s，大气温度20℃，试确定烟气抬升高度及有效高度。
解：（取Pa=1013.3hPa）
=0.35×1013.3×250×80/373.15
=19008.7kJ/s
由表3—6取城市远郊区n0=0.332，n1=3/5，n2=2/5
ū
=0.332×19008.73/5×1002/5/4
=193.3m
∴ H=Hs+△H
=100+193.3
=293.3m
第四章 除尘技术基础

4.3 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、质量中位径、粒数中位径、算术平均直径及体积表面积平均直径。

粒径间
隔/μm
0～2
2～4
4～6
6～10
10～20
20～40
>40
质量
△m/g
0.8
12.2
25
56
76
27
3
解：（1）以0～2μm为例计算：
mo=Σ△m
=200g
g0-2=△m/m0×100%
=0.8/200×100%
=0.4%
f0-2/△dp=0.4%/2
=0.2%·μm-1
ln
=0
计算结果列表如下：
粒径间隔/μm
组中点/μm
g(%)
f%μm-1
lndp
G(%)
R(%)
0～2
1
0.4
0.2
0
0.4
99.6
2～4
3
6.1
3.1
1.10
6.5
93.5
4～6
5
12.5
6.3
1.61
19.0
81.0
6～10
8
28
7.0
2.08
47.0
53.0
10～20
15
38
3.8
2.71
85.0
15.0
20～40
30
13.5
0.68
3.40
98.5
1.5
>40

1.5

100

（2）根据数据作图得出符合对数正态分布
由图知：dp(R=84.1%)=3.7μm, d50=8.6μm
dp(R=15.9%)=20.1μm

几何标准差

d50=d50′exp(31n2σg)，所以d′50=3.9μm
d1=d50′exp(0.5ln
σg)=3.9exp(0.5ln
2.36)=5.6μm
 dvs=d′exp(2.51n2σ)
= 3.9exp(2.5ln22.36)
=7.2μm
4.4 对于题4.3中的粉尘，已知真密度为1900kg/m3，粒子卡门形状系数为0.65，填充空隙率为0.7。试确定其比表面积（分别以质量、净体积和堆积体积表示）。
解：真实体积：α=
=

堆积体积：α=

3
质量体积：αm=

=6.7×103cm2/g
4.5 试计算下列条件下，球形粉尘粒子在静止空气中的沉降阻力：
（1）；
（2）；
（3）；
解：由题给空气温度，查附录6，当t=20℃时，μ=1.81×10-5pa.s，
ρ=1.20kg/m3,t=100℃时，µ=2.1g×10-5pa.s，ρ=0.947kg/m3
（1）若雷诺数Rep≤1，在斯托克斯区
由式4.26，us=

由式4.12，Rep=dp ﹒ρ﹒u/μ
=

假设正确。由式4.14

=2.59×10-9(N)
（2）当dp=40µm时
由4.26 us=

Rep=
=

=3.27×10-10(N)
(3)当dp=1.0μm时
由式4.27，us=
=
=3.1×10-5m/s
其中由式4.18计算C=1+kn
ū =
=
=516.4m/s

=
=8.93×10-8m
=8.93×10-2µm
kn=2λ/dρ
=2×8.93/1.0
=0.179
C=1+0.179
=1.225

=
=1.35×10-4<1
∴
=
=5.2×10-15(N)
4.7 有一两级除尘系统，已知系统的流量为2.22m3/s，工艺设备产生粉尘量为22.2g/s，各级除尘效率分别为80%和95%。试计算该除尘系统的总除尘效率、粉尘排放浓度和排放量。
解：η=1-（1-η1）（1-η2）
=1-（1-80%）（1-95%）
=99%
已知：C1N=22.2/2.22
=10g/m3
代入式η=
99%=
∴排放浓度C2N=0.1g/m3
排放量为：S2=C2N·Q
=0.1×2.22
=0.222g/s
第五章 机械式除尘器
5.1 在298K的空气中NaOH飞沫用重力沉降室收集。其大小为宽914cm，高457cm，长1219cm。空气的体积流量为1.2m3/s。计算能被100%捕集的最小雾滴的直径。假设雾滴的比重为1.21。
解：在298K和1atm下，干空气粘度μ=1.81×10-5Pa·s。能被100%
捕集的最小雾滴的直径为：

=
=17.19×10-6m
=17.19µm
5.2 一直径为10.9µm的单分散相气溶胶通过一重力沉降室，宽20cm，长50cm，共18层，层间距0.124cm，气体流速是8.61L/min，并观测到其操作效率为64.9%。问需要设置多少层才能得到80%的操作效率。
解：多层沉降室的除尘效率公式为：
η=
则
即
n′+1=22.42
∴ n′=21.2 取n′=22
即需设置22层隔板才能得到80%的操作效率。
5.3 有一沉降室长7.0m，高1.2m，气速30cm/s，空气温度300K，尘粒密度2.5g/cm3 ,空气粘度0.067kg/(m·h)，求该沉降室能100%捕集的最小粒径。
解：该沉降室能100%捕集的最小粒径为：

=
=2.65×10-5m
=26.5μm
5.5 一气溶胶含有粒径为0.63μm和0.83μm的粒子（质量分数相等），以3.61L/min的流量通过多层沉降室，给出下列数据，运用斯托克斯定律和肯宁汉校正系数计算沉降效率。L=50cm，=1.05g/cm3，W=20cm，hi=0.129cm，μ=1.82×10-4g/cm·s，n=19层
解：μ=1.82×10-4g/cm·s
=1.82×10-4×10-3kg/10-2m·s
=1.82×10-5Pa·s
∵气溶胶粒径分别为0.63μm,0.83μm，均<1.0μm
∴应用肯宁汉修正系数修正（近似公式）
C=1+0.165/dp，则
C1=1+0.165/0.63=1.26
C2=1+0.165/0.83=1.20
粒子的沉降速度公式为：
则

=1.57×10-5m/s
=15.7μm/s

=2.60×10-5m/s
=26.0μm/s
沉降室的分级效率为：

=
=52.2%

=
=86.4%
5.7 某旋风除尘器处理含有4.5g/m3灰尘的气流（μG=2.5×10-5PaS），其除尘总效率为90%。粉尘分析试验得到下列结果：

粒径范围/μm
捕集粉尘的重量百分数
逸出粉尘的重量百分数
0～5
0.5
76.0
5～10
1.4
12.9
10～15
1.9
4.5
15～20
2.1
2.1
20～25
2.1
1.5
25～30
2.0
0.7
30～35
2.0
0.5
35～40
2.0
0.4
40～45
2.0
0.3
>45
84.0
14.0
（1）作出分级效率曲线：
（2）确定分割粒径。
解：（1）
=计算结果如下
粒径μm 0～5 5～10 10～15 15～20 20～25 25～30 30～35 35～40 40～45 >45
ηI(%) 0.056 0.49 0.79 0.90 0.93 0.96 0.97 0.98 0.98 0.98
依上图画出分级效率曲线如下：

（2）由图得dc=7.6μm
5.8 某旋风除尘器的阻力系数ξ=9.8，进口速度15m/s，试计算标准状态下的压力损失。
解：由附录6查得标态下气体密度ρ=1.293kg/m3

=
=1425.5Pa

第六章 湿式除尘器

6.1 对于粉尘颗粒在液滴上捕集，一个近似的表达式为：

其中M是碰撞数N1的平方根。R=dp/dD。对于2g/cm3的粉尘，相对于液滴运动的初速度为30m/s，流体温度为297K，试计算粒径（1）10
μm；(2)5.0μm的粉尘在直径为50，100，500μm的液滴上捕集效率。
解：以dp=10μm，dD=50μm为例计算
R= dp/dD
=10/50
=0.2
因为颗粒粒径大于5μm，所以C可忽略
斯托克斯准数：S1=
=
=736.6
NI = St/2
= 736.6/2
= 368.3
M = （Nt）1/2
= (368.3)1/2
= 19.2

=
=49.7%
计算结果列表如下：

dp

dD
50 100 500
10
49.7% 57.5% 90%
5.0
50.01% 64.4% 96.8%
6.3 水以液气比1.2L/m3的速率进入文丘里管，喉管气速116m/s，气体粘度为1.845×10-5Pa·S，颗粒密度ρp=1.78g/cm3，平均粒径dP=1.2µm，f取0.22。求文丘里管的压力损失和穿透率。
解：△P=-1.01×10-1uf2（QL/QF）

=-1.01×10-1（11600）2×1.2×10-3
=-1630.9Pa
由6-8式得P=exp

=exp
=1.5%

第七章 袋式除尘器

7.1 袋式除尘器处理烟气量为3600m3/h，过滤面积为1000m2，初始浓度为8g/m3，捕集效率为99%，已知清洁滤布阻力系数ξ=6×107/m，烟气粘度µ=1.84×10-5Pa·s，要求滤袋压力损失不超过1300Pa，集尘层的平均阻力系数α=8×108m/kg，试确定清灰周期和清灰后的压力损失。
解：（1）过滤速度：μf=Q/60A
=3600/(60×1000)
=0.06m/min
清洁滤袋的压力损失：△Po=ξoμuf
=6×107×1.84×10-5×0.06
=66.24Pa
∴ △Pd=1300-66
=1234Pa
由式7.11得 t =
=
= 2910.8min
即清灰周期为2910.8min，显然不合理。
（2）取过滤面积为100m2，则
uf = Q/60A
=3600/(60×100)
=0.6m/min
清洁滤袋的压力损失：
△Po=ξoμuf
=6×107×1.84×10-5×0.6
=662.4Pa
∴△Pd=1300-662.4
=637.6Pa
由式7.11得 t =
=
=15min
7.3 用袋式除尘器净化含尘浓度为12g/m3的烟气，已知烟尘的比表面平均径dp=0.5μm，烟尘密度=3g/cm3，过滤速度uf=1m/min，利用短纤维滤布，当过滤时间为23min时，烟尘负荷增至m=0.2kg/m2，求此时集尘层的阻力损失及平均捕集效率。
解：△Pd=
=Page: 21

=2741Pa
通过除尘器23min后的粉尘若全部被捕集，则：
m′=Ciuft=12×10-3×1×23=0.276kg/m2
而实际烟尘负荷m=0.2kg/m2
=
7.4 用袋式除尘器处理含尘烟气。过滤面积A=2000m2,处理气量Q=3000m3/min，烟气含尘浓度Co=10g/m3，除尘效率η=99%。已知清洁滤布的阻力系数ξo=4×107/m，清洁滤布的阻力损失△Po=100Pa。在过滤20min时，集尘层的平均阻力系数=2×109m/kg，求此时带有烟尘滤布的总阻力损失。
解：过滤速度：uf = Q/A
= 3000/2000
= 1.5m/min
= 0.025m/s
∵△Po=ξoμuf
∴μ=
=
=10×10-5Pa·s
由△Pd=αμuCit
=2×109×10×10-5（0.025）2×10×10-3×99%×60×20
=1485Pa
△P=△Po+△Pd
=1585Pa
=1272/(60×2)
第十章 吸附法净化气态污染物

10.1 常压和30℃下，用活性炭吸附回收某厂废气中的丙酮蒸气，废气中丙酮含量为11.6%（体积计），若其吸附等温线符合朗格缪尔方程（A=0.80，B=0.25×10-3）试求：（1）活性炭的饱和吸附量；（2）若废气量为1000m3/h（操作状态），要吸附其中丙酮的99%需要多少kg活性炭？（3）用饱和蒸气脱附，直至离开的气流中丙酮含量降至0.16%(体积计)，丙酮的回收率是多少？
解：①由题意，其朗格缪尔方程式为：

=
则活性炭的饱和吸附量为0.8g丙酮/g活性炭
②需要吸附的丙酮量为

=4.62×58
=268kg/h
活性炭需要量为：
③丙酮入气含量为11.6%，出口含量为1.6%，
则其回收率为
=98.6%
10.2 在308K等温条件下，总压Po=1.013×105Pa，用活性炭吸附含有丙酮蒸气（空气中）的吸附平衡实验数据如下：
对比压力P/Po
0.015
0.04
0.05
0.10
0.20
0.30
0.40
0.60
0.85
吸附容量[g(丙酮)/g（炭）]
0.235
0.41
0.47
0.57
0.67
0.71
0.74
0.77
0.80
试绘出等温吸附线，并判断等温吸附类型。可用那种理论解释？并求出描述该吸附过程数学方程中的A、B值。
解：平衡实验数据如下：
P/103Pa 1.52 4.05 5.07 10.13 20.26 30.39 40.52 60.78 86.11
XT 0.235 0.41 0.47 0.57 0.67 0.71 0.74 0.77 0.80
依题所给平衡数据，绘出等温吸附线。

10.2 图
由图形可知符合朗氏等温线，即可用朗氏方程式描述。
任取曲线上两点q(4.05×103、0.41)和s(40.52×103、0.74)求朗氏等温吸附方程式XT=中的A、B值。将朗氏方程变换成下列形式，并代入两点数值。
A=XT+（XT/P）（1/B）
A=0.41+(0.41/4.05×103)(1/B) ①
A=0.74+(0.74/40.52×103)(1/B) ②
解上述方程得：A=0.81 B=0.25×10-3
10.3 下表是lg活性炭在0℃及不同分压下吸附氮气毫升数（标准状态）。试按表中数据作出朗格谬尔等温吸附线，并确定活性炭吸附剂单分子层铺盖满时，所吸附氮气的体积VM及吸附系数B。
P/Pa 523.96 1730.52 3058.41 4534.28 7496.70
V/ml 0.987 3.043 5.082 7.047 10.31
解：朗氏等温吸附方程为：
=
计算式中及P的值列入下表：
P/V
530.86 568.69 601.81 643.43 727.13
P
523.96 1730.52 3058.41 4534.28 7496.70
根据以上实验数据作图得：

斜率1/Vm=0.025 截矩 1/Bvm=522.5
求得B=20900 Vm=40.09ml
10.4 某CCL4车间产生CCL4蒸汽，车间内CCL4敞露面积5m2，车间内风速0.7m/s，试求室温下CCL4蒸汽的产生量。
解：G=（5.38+4.1u）
（已知F=5m2 M=154 u=0.7m/s 且查表10—4得 A=33914
B=8.004）
解：根据log
=-
=-
=2.06
则：
CCL4蒸汽产生量：G=（5.38+4.1×0.7）×114.8×5×
=59.77kg/h
10.5 用活性氧化铝作吸附剂的固定床吸附器，床层直径1.1m，处理气量为0.245m3/s，吸附剂为柱形，直径dp3mm，柱高4.2m，填充空隙率ε为0.55，气体吸附温度为20℃，试计算气体通过吸附床压降为多少？
解：查得20℃，101.325kPa下空气密度1.2kg/m3，动力粘度为1.8×10-5Pd·S，此时气速
u==0.258m/s代入式（10.30）

=220.24
∴△P=220.24×4.2=924.99Pa

第十一章 气态污染物的催化净化

11.1 用氨催化还原法治理硝酸车间排放含有NOx的尾气。尾气排放量为13000m3/h（标态），尾气中含有NOx为0.28%、N2为95%、H2O为1.6%，使用的催化剂为ф5mm球形粒子，反应器入口温度为493K，空速为18000h-1，反应温度为533K，空气速度为1.52m/s。求：
（1）催化固定床中气固相的接触时间；
（2）催化剂床层体积；
（3）催化床床层层高；
（4）催化剂床层的阻力。
[提示：在尾气中N2的含量很高，在计算时可取用N2的物理参数直接计算。在533K时μN2=2.78×10-5Pa·s，ρN2=1.25kg/m3,ε=0.92。]
解：①接触时间tno=
=
=5.6×10-5h
②床层体积VR=
=
=0.72m3
③床层高度：由式f=
=
=2.38m2
即，得πD2=9.50m2
代入下式L=
=
=3.79m
④床层阻力雷诺准数
Rem=
=
=4272
摩擦阻力系数：
=1.79
计算压降
=
=402.75Pa
11.2 为减少SO2排放，拟用一催化剂将SO2转化为SO3。已知：进入催化器的总气量为7320kg/d，SO2的质量流速为230kg/d，进气温度为250℃。假如反应是绝热反应，并要求不大于SO2的允许排放量56.75kg/d，试计算气流出口温度为多少。SO2氧化成SO3的反应热Q是171667J/mol，废气热容是3.475J/(gK)。
解：因为反应为绝热反应所以qB=0
反应后混合气体质量：反应式为SO2+1/202=SO3
反应的SO2量：230-56.75=173.25kg/d
所以产生的SO3量：173.25×80/64=216.56kg/d
则反