1、大气污染控制工程课后答案（第三版） 主编：郝吉明 马广大 王书肖目录第一章 概 论第二章 燃烧与大气污染第三章 大气污染气象学第四章 大气扩散浓度估算模式第五章 颗粒污染物控制技术基础第六章 除尘装置第七章 气态污染物控制技术基础第八章 硫氧化物的污染控制第九章 固定源氮氧化物污染控制第十章 挥发性有机物污染控制第十一章 城市机动车污染控制第一章 概 论1.1 干结空气中 N2、O 2、Ar 和 CO2气体所占的质量百分数是多少？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，n O2=0.209mol，n Ar=0.00934mol，n CO2=0.00
2、033mol。质量百分数为， ；%51.70197.80%2 %08.23197.28032 O，94.3Ar 5.4C。1.2 根据我国的环境空气质量标准的二级标准，求出 SO2、NO 2、CO 三种污染物日平均浓度限值的体积分数。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/m 3，NO2：0.12mg/m 3，CO：4.00mg/m 3。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：mol64.210SO2： ，NO 2：p05.3.5 pm058.643.10CO： 。m.64.8101.3 CCl4气体与空气混合
3、成体积分数为 1.50104 的混合气体，在管道中流动的流量为 10m3N、 /s，试确定：1）CCl 4在混合气体中的质量浓度 （g/m 3N）和摩尔浓度 c（mol/m 3N） ；2）每天流经管道的 CCl4质量是多少千克？解：1） （g/m 3N）334/01.1.250Nmgc（mol/m 3N） 。3334/7.6. ol2）每天流经管道的 CCl4质量为 1.03110360024103 kg=891kg1.4 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 200 /m3，g试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。已知该颗粒物在肺泡中的沉降
4、系数为 0.12。解：每小时沉积量 200（500156010 6 ）0.12 =10.8g1.5 设人体肺中的气体含 CO 为 2.2104 ，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。解：由大气污染控制工程P14 （11） ，取 M=210，2369.015.920422 OpMHbCCOHb 饱和度 %15.9236.01/22 HbOCHbC1.6 设人体内有 4800mL 血液，每 100mL 血液中含 20mL 氧。从事重体力劳动的人的呼吸量为 4.2L/min，受污染空气中所含 CO 的浓度为 104 。如果血液中 CO 水平最
5、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。解：含氧总量为 。不同 CO 百分含量对应 CO 的量为：mL96012482%： ，7%：5.%960 mL26.7%31）最初 CO 水平为 0%时 ；in0102.474t2）最初 CO 水平为 2%时 4.59.631.7 粉尘密度 1400kg/m3，平均粒径 1.4 ，在大气中的浓度为 0.2mg/m3，对光的折射率为 2.2，计算大气的最大能见度。解：由大气污染控制工程P18 （12） ，最大能见度为。mKdLpv 8.152.046. 第二章 燃烧与大气污染2.1 已知重油
6、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）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）理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg设干空气 O2：N 2体积比为 1：3.78，
7、则理论空气量 99.18754.78=474.12mol/kg 重油。即474.1222.4/1000=10.62m3N/kg 重油。烟气组成为 CO271.25mol，H 2O 55.25+1.25=56.50mol，SO 20.1325mol，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 m3N/kg 重油。2）干烟气量为 502.9956.50=446.49mol/kg 重油。SO2百分比浓度为 ，%07.149.6350空气燃烧时 CO2存
8、在最大浓度 。96.15.23）过剩空气为 10%时，所需空气量为 1.110.62=11.68m3N/kg 重油，产生烟气量为 11.267+0.110.62=12.33 m3N/kg 重油。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%；O2.3%。 （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） ；2）假定烟尘的排放因子为 80%，计算烟气中灰分的浓度（以 mg/m3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
9、 1t需加石灰石的量。解：相对于碳元素作如下计算：%（质量） 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molCg/26.18475.022222013.584.0 78.301.9)( nNSOHONnCH n=1+0.584/4+0.0100.013/2=1.14951）理论空气量 ；kg
10、mkg/74.6/104.226.18)73(495. 33SO2在湿烟气中的浓度为 %1.08.95.780. 2）产生灰分的量为 kg/.14%1.8烟气量（1+0.292+0.010+3.781.1495+1.644/18）1000/18.2622.410 3 =6.826m3/kg灰分浓度为 mg/m3=2.12104mg/m306.43）需石灰石 /t 煤kg21.057.1.22.3 煤的元素分析结果如下 S0.6%；H3.7%；C79.5%；N0.9%；O4.7%；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）
11、摩尔数（mol） 需氧数（mol）C 795 66.25 66.25H 31.125 15.5625 7.78S 6 0.1875 0.1875H2O 52.875 2.94 0设干空气中 N2：O 2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=18.50molN2 mol54.2807.4638总计 66.25+8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg 煤实际烟气量 365.48+0.2354.7
12、6=436.43mol/kg 煤，SO 2浓度为 。%043.143.687502.4 某锅炉燃用煤气的成分如下：H 2S0.2%；CO 25%；O 20.2%；CO28.5%；H 213.0%；CH 40.7%；N 252.4%；空气含湿量为 12g/m3N， ，试求实际需要的空气量和燃烧时产生的实际烟气量。.1解：取 1mol 煤气计算H2S 0.002mol 耗氧量 0.003molCO2 0.05mol 0CO 0.285mol 0.143molH2 （0.13-0.004）mol 0.063molCH4 0.007mol 0.014mol共需 O2 0.003+0.143+0.063
13、+0.014=0.223mol。设干空气中 N2：O 2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 1.21.066mol=1.279mol。2.1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 。ol98.1%4.17烟气量SO2：0.002mol，CO 2：0.285+0.007+0.05=0.342mol，N 2：0.2233.78+0.524=1.367mol，H 2O0.002+0.126+0.014+1.2981.493%
14、+0.004=0.201mol故实际烟气量 0.002+0.342+1.367+0.201+0.21.066=2.125mol2.5 干烟道气的组成为：CO 211%（体积） ，O 28%，CO2%，SO 2120106 （体积分数） ，颗粒物 30.0g/m3（在测定状态下） ，烟道气流流量在 700mmHg 和 443K 条件下为 5663.37m3/min，水气含量 8%（体积） 。试计算：1）过量空气百分比；2）SO 2的排放浓度（ ） ；3）在标准状态下（1atm 和 273K） ，/mg干烟道体积；4）在标准状态下颗粒物的浓度。解：1）N 2%=111%8%2%0.012%=78.
15、99%由大气污染控制工程P46 （211）空气过剩 %5.01)25.08(9.764.02）在测定状态下，气体的摩尔体积为；molLPTV/46.39.1231取 1m3烟气进行计算，则 SO21 20106 m3，排放浓度为。6 3320(8%)40.79/9.41g3） 。3.57125/inN4） 。3/8.52.460. mg2.6 煤炭的元素分析按重量百分比表示，结果如下：氢 5.0%；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 0.0116molH2O/mol 干空气，并假定完全燃烧，试计算烟气的组成。解：按 1
16、kg 煤进行计算重量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（mol）C 758 63.17 63.17H 40.75 20.375 10.19S 16 0.5 0.5H2O 83.25 4.625 0需氧 63.17+10.19+0.5=73.86mol设干空气中 N2：O 2体积比为 3.78：1，则干空气量为 73.864.781.2=423.66mol，含水 423.660.0116=4.91mol。烟气中：CO 2 63.17mol；SO 2 0.5mol；H 2O 4.91+4.625+20.375=29.91mol；N2：73.863.78=279.19mol；过剩干空气 0.273.8
17、64.78=70.61mol。实际烟气量为 63.17+0.5+29.91+279.19+70.61=443.38mol其中 CO2 ；SO 2 ；%5.14038.4176 %1.038.450H2O ； N 2 。%74.61038.49 %5.71038.46.7901. O2 。3.72.7 运用教材图 27 和上题的计算结果，估算煤烟气的酸露点。解：SO 2含量为 0.11%，估计约 1/60 的 SO2转化为 SO3，则 SO3含量，即 PH2SO4=1.83105 ，lg P H2SO4=-4.737。51083.6%1.0查图 27 得煤烟气酸露点约为 134 摄氏度。2.8
18、燃料油的重量组成为：C86%，H14%。在干空气下燃烧，烟气分析结果（基于干烟气）为：O21.5%；CO60010 6 （体积分数） 。试计算燃烧过程的空气过剩系数。解：以 1kg 油燃烧计算，C 860g 71.67mol； H 140g 70mol，耗氧 35mol。设生成 CO x mol，耗氧 0.5x mol，则生成 CO2 （71.67x）mol，耗氧（71.67x）mol。烟气中 O2量 。610%5.总氧量 ，干空气中 N2：O 2体积比为x5.2467.1035)67.1(. 3.78：1，则含 N2 3.78（106.67+24.5x） 。根据干烟气量可列出如下方程：，解得
19、 x=0.30666 ).24.0(8.37.05. xx故 CO2%： ；%9.11.6N2%： 62.840063.)7.54(78.6由大气污染控制工程P46 （211）空气过剩系数 07.1)6.50.1(62.84.1第三章 大气污染气象学3.1 一登山运动员在山脚处测得气压为 1000 hPa，登山到达某高度后又测得气压为 500 hPa，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：（1）dPgZ将空气视为理想气体，即有可写为 （2）mVRTMmPMVRT将（2）式带入（1） ，并整理，得到以下方程：dPgZ假定在一定范围内温度
20、T 的变化很小，可以忽略。对上式进行积分得：即 （3）lnCR2211ln()PgZRT假设山脚下的气温为 10。 C，带入（3）式得：509.80l142Z得 7Zkm即登山运动员从山脚向上爬了约 5.7km。3.2 在铁塔上观测的气温资料如下表所示，试计算各层大气的气温直减率： ， ， ，105.350， ，并判断各层大气稳定度。305.150.1高度 Z/m 1.5 10 30 50气温 T/K 298 297.8 297.5 297.3解： ，不稳定dmKzT 10/35.2.109827105.，不稳定353，不稳定dz /.50，不稳定mKT1075.1029873.1，不稳定。d
21、z /4.5350.3.3 在气压为 400 hPa 处，气块温度为 230K。若气块绝热下降到气压为 600 hPa 处，气块温度变为多少？解： ，28.010)(PTKPT49.258)406(23)(.8.011 3.4 试用下列实测数据计算这一层大气的幂指数 m 值。高度 Z/m 10 20 30 40 50风速 u/m.s1 3.0 3.5 3.9 4.2 4.5解：由大气污染控制工程P80 （323） ， ，取对数得mZu)(1)lg(l11Zu设 ， ，由实测数据得yu1lgxZ)l(1x 0.301 0.477 0.602 0.699y 0.0669 0.1139 0.1461
22、 0.1761由 excel 进行直线拟合，取截距为 0，直线方程为：y=0.2442x故 m0.2442。3.5 某市郊区地面 10m 高处的风速为 2m/s，估算 50m、100m、200m、300m、400m 高度处在稳定度为B、D、F 时的风速，并以高度为纵坐标，风速为横坐标作出风速廓线图。解： ，0.70.7115()2()24/Zums0.70.7221()()235/Zums，0.70.733()()/0.70.7443()()4/。0.70.7554()2()259/1Zums稳定度 D，m=0.15，sZ/.)0()(15.15.01 smZu/82.)10(2)(5.15.
23、022 ，mu/3.)2()(15.15.033 sZ/.)()(15.015.044。mu/48.3)(2)(15.015.05 稳定度 F，m=0.25，sZ/9.2)10()(5.25.011 smZu/56.3)10(2)(2.5.022 ，smZu/23.4)10(2)(5.5.033 /68.)()(25.25.044 smZu/03.)1()(25.25.05 风速廓线图略。3.6 一个在 30m 高度释放的探空气球，释放时记录的温度为 11.0。 C，气压为 1023 hPa。释放后陆续发回相应的气温和气压记录如下表所给。1）估算每一组数据发出的高度；2）以高度为纵坐标，以气温
24、为横坐标，作出气温廓线图；3）判断各层大气的稳定情况。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解：1）根据Air Pollution Control Engineering可得高度与压强的关系为 dzRTgMP将 g=9.81m/s2、M=0.029kg、R=8.31J/(mol.K)代入上式得 。dz21.9当 t=11.0。 C，气压为 1023 hPa；当 t=9.8。 C，气压为 1012 hPa
25、，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。mdz894.2310.9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；dmKzT 10/35.891221，逆温；/.93232 ，逆温；01/8.1044343 mKzT，逆温；/6.55454
