《环境工程学》课程作业及答案文档格式.docx
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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。
燃油含:
重量(g)摩尔数(g)需氧数(g)
C85571.2571.25
H113-2.555.2527.625
S100.31250.3125
H2O22.51.250
N
元素忽略。
1)理论需氧量
71.25+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
474.12×
22.4/1000=10.62m3N/kg
烟气组成为
CO271.25mol,H2O
55.25+11.25=56.50mol,SO20.1325mol,N23.78×
99.1875=374.93mol。
理论烟气量
71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg
即
502.99×
22.4/1000=11.27
m3N/kg
2)干烟气量为
502.99-56.50=446.49mol/kg
百分比浓度为
0.3125
446.49
⨯100%
0.07%
,
空气燃烧时
存在最大浓度
71.25
15.96%
3)过剩空气为
10%时,所需空气量为
1.1×
10.62=11.68m3N/kg
重油,
产生烟气量为
11.267+0.1×
10.62=12.33
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
量不计)
1)计算燃煤
所需要的理论空气量和
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
1t
需加石灰石的量。
相对于碳元素作如下计算:
%(质量)mol/100g
煤mol/mol
碳
C65.75.4751
H3.23.20.584
S1.70.0530.010
O2.30.0720.013
灰分18.13.306g/mol
水分9.01.644g/mol
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
100
5.475
18.26g
molC
燃烧方程式为
CH
0.584
S0.010O0.013
+
n(O2
3.78N
2
)
→
0.292H
2O
0.010SO2
3.78nN
2
n=1+0.584/4+0.010-0.013/2=1.1495
1)理论空气量
1.1495
(1
3.78)
18.26
⨯1000
m3
kg
6.74m3
;
在湿烟气中的浓度为
0.010
1
0.292
0.010
3.78
⨯1.1495
+
1.644
18
0.174%
粉尘粒径/
μm
0~2
2~4
4~6
6~10
10~20
20~40
>
40
浓度/
μg
⋅
m3
0.8
12.2
25
56
76
27
2)产生灰分的量为18.1⨯
1000
80%
144.8g
kg
烟气量(1+0.292+0.010+3.78×
1.1495+1.644/18)×
1000/18.26×
22.4×
10-3=6.826m3/kg
灰分浓度为
144.8
6.826
⨯103
mg/m3=2.12×
104mg/m3
⨯1.7
3)需石灰石
1000
⨯1.7%
32.00
35%
103.21kg
/t
煤
试计算:
1)过量空气百分比;
2)SO2
的排放浓度(μ
g
m
);
3)在标准状态下(1atm
和
273K),
5.干烟道气的组成为:
CO211%(体积),O28%,CO2%,SO2120×
10-6(体积分数),颗粒物
30.0g/m3(在测
定状态下),烟道气流流量在
700mmHg
443K
条件下为
5663.37m3/min,水气含量
8%(体积)。
干烟道体积;
4)在标准状态下颗粒物的浓度。
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
8
-
0.5
0.264
78.99
(8
2)
50.5%
2)在测定状态下,气体的摩尔体积为
V2
T1
P2
⋅
101325
443
273
700
⨯133.322
39.46L
取
烟气进行计算,则
SO21
20×
10-6m3,排放浓度为
120
⨯10-6
39.46
(1-
8%)
0.179g
3)
5663.37
⨯
39.46
2957mN
min
4)
30.0
52.85g
第二次作业
1.
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、个数中位直径、算数平均直径及表面积-体积平均直径。
在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线,读出质量中位直径
d50(MMD)
=10.3
μm
、d84.1=19.1
、d15。
9=5.6
σ
g
d84.1
d50
1.85
按《大气污染控制工程》P129(5-24)
ln
MMD
NMD
3ln
⇒
3.31μm
粉尘间隔/
<
0.6
0.6~0.7
0.7~0.8
0.8~1.0
1~2
2~3
3~4
质量频率
/%
进口
g1
2.0
0.4
0.7
3.5
6.0
24.0
出口
g2
7.0
1.0
3.0
14.0
16.0
29.0
P129(5-26)
d
L
1
P129(5-29)
sv
5
8.53μm
根据对某旋风除尘器的现场测试得到:
除尘器进口的气体流量为
10000m3N/h,含尘浓度为
4.2g/
m3N。
除尘器出口的气体流量为
12000
m3N/h,含尘浓度为
340mg/
试计算该除尘器的处理气体流量、漏风
率和除尘效率(分别按考虑漏风和不考虑漏风两种情况计算)。
气体流量按
P141(5-43)
QN
(Q1N
Q2N
11000mN
s
漏风率
P141(5-44)
δ
Q1N
Q2N
Q1N
2000
10000
20%
除尘效率:
考虑漏风,按
P142(5-47)η
-
2N
ρ1N
0.340
⨯12000
4.2
⨯10000
90.3%
不考虑漏风,按
P143(5-48)η
2N
ρ1N
0.340
4.2
91.9%
3.对于题
中给出的条件,已知旋风除尘器进口面积为
0.24m2,除尘器阻力系数为
9.8,进口气流温度为
423K,气体静压为-490Pa,试确定该处尘器运行时的压力损失(假定气体成分接近空气)。
由气体方程
PV
m
M
RT
得
V
PM
RT
(1.01⨯10-5
490)
29
8.31⨯
423
0.832g
10000
v
Q
A
17.9m
s
0.24
3600
按《大气污染控制工程》P142(5-45)
∆P
9.8
0.832
⨯17.92
1311Pa
4.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%。
试计算该处尘系统的总除尘效率、粉尘排放浓度和排放量。
按《大气污染控制工程》P145(5-58)
ηT
-η1
)(1
-η2
95%)(1
80%)
99%
粉尘浓度为
22.2
2.22
10g
,排放浓度
10(1-99%)=0.1g/m3;
排放量
2.22×
0.1=0.222g/s。
5.某燃煤电厂除尘器的进口和出口的烟尘粒径分布数据如下,若除尘器总除尘效率为
98%,试绘出分级
效率曲线。
ηi
%
93
95
90
91.4
92
94.7
97.6
4~5
5~6
6~8
8~10
10~12
20~30
其他
13.0
11.0
8.0
2.5
8.5
99.1
98
98.3
98.5
98.2
平均粒径/
0.25
3.0
4.0
5.0
10.0
20.0
23.5
质量频率/%
0.1
9.5
20.0
15.0
5.5
4.0
0.2
分级效率/%
8
30
47.5
60
68.5
75
81
86
89.5
99
(P=0.02)计算,如下表所示:
7.计算粒径不同的三种飞灰颗粒在空气中的重力沉降速度,以及每种颗粒在
30
秒钟内的沉降高度。
假定
飞灰颗粒为球形,颗粒直径分别为为
0.4、40、4000
,空气温度为
387.5K,压力为
101325Pa,飞灰
真密度为
2310kg/m3。
当空气温度为
387.5K
时
ρ
0.912kg
μ
2.3
⨯10-5
dp=0.4
时,应处在
Stokes
区域。
首先进行坎宁汉修正:
v
8RT
πM
8.314
387.5
λ
μ
0.499ρ
-8
2λ
p
9.4
⨯10-2
0.47
则
C
Kn[1.257
0.4
exp(-
1.10
Kn
)]
1.61,
us
p
18μ
gC
1.41⨯10-5
dp=4000
时,应处于牛顿区,
us
1.74
(ρ
)
17.34m
Re
ρu
4000
⨯10-6
0.912
⨯17.34
⨯10-5
2750
500
,假设成立。
时,忽略坎宁汉修正,
0.088m
经验证
Rep<
1,符合
公式。
考虑到颗粒在下降过程中速度在很短时间内就十分接近
us,因此计算沉降高度时可近似按
计算。
h=1.41×
10-5×
30=4.23×
10-4m;
dp=40
h=0.088×
30=2.64m;
h=17.35×
30=520.5m。
8.
试确定某水泥粉尘排放源下风向无水泥沉降的最大距离。
水泥粉尘是从离地面
4.5m
高处的旋风除尘器
出口垂直排出的,水泥粒径范围为
25~500
,真密度为
1960kg/m3,风速为
1.4m/s,气温
293K,气压
101325Pa。
粒径为
25
,应处于
区域,考虑忽略坎宁汉修正:
3.69
⨯10-2
竖直方向上颗粒物运动近似按匀速考虑,则下落时间
t
H
4.5
第三次作业
1.欲通过在空气中的自由沉降来分离石英(真密度为
2.6g/cm3)和角闪石(真密度为
3.5g/cm3)的混合
物,混合物在空气中的自由沉降运动处于牛顿区。
试确定完全分离时所允许的最大石英粒径与最小角闪石
粒径的最大比值。
设最大石英粒径
dp1,最小角闪石粒径
dp2。
由题意,1.74
p1ρ
p1
p2
p2
故
2.6
1.35
2.直径为
200
、真密度为
1850kg/m3
的球形颗粒置于水平的筛子上,用温度
293K
和压力
101325Pa
的
空气由筛子下部垂直向上吹筛上的颗粒,试确定:
1)恰好能吹起颗粒时的气速;
2)在此条件下的颗粒雷
诺数;
3)作用在颗粒上的阻力和阻力系数。
在所给的空气压强和温度下,
1.205kg
1.81⨯10-5
Pa
dp=200
时,
考虑采用过渡区公式,按《大气污染控制工程》P150(5-82):
0.153d
1.14
)0.714
0.714
0.428
0.286
0.153(200
)1.1418500.7149.810.714
(1.81⨯10-5
)0.4281.2050.286
1.03m
⨯1.03
⨯1.205
1.81⨯10-5
13.85
,符合过渡区公式。
阻力系数按
P147(5-62)
CP
18.5
Re0.6
3.82
阻力按
P146(5-59)
Fp
CD
Ap
ρu
π
4
(200
)2
⨯1.205
⨯1.032
7.83
⨯10-8
3.
某种粉尘真密度为
2700kg/
m3,气体介质(近于空气)温度为
433K,压力为
101325Pa,试计算粒径为
10
的尘粒在离心力作用下的末端沉降速度。
已知离心力场中颗粒的旋转半径为
200mm,该处的
气流切向速度为
16m/s。
在给定条件下
0.815kg
2.5
dp=10
,粉尘颗粒处于
区域:
uc
R
18
0.768m
22
6
u
因此
3.03d
pu
Rρ
80.2m
经验证,Rep=1307>
500,假设成立。
5.
直径为
1.09
的单分散相气溶胶通过一重力沉降室,该沉降室宽
20cm,长
50cm,共
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%。
问需要设置多少层可能得到
80%的操作
效率。
按层流考虑,根据《大气污染控制工程》P163(6-5)
η1
η2
n
η
n2
80
64.9
22.2
,因此需要设置
23
层。
6.有一沉降室长
7.0m,高
12m,气速
30cm/s,空气温度
300K,尘粒密度
2.5g/cm3,空气粘度
0.067kg/(kg.h),求该沉降室能
100%捕集的最小粒径。
0.067kg
/(m.h)
1.86
粒径范围/
捕集粉尘的质量百分数/%
逸出粉尘的质量百分数/%
0~5
0.5
76.0
5~10
1.4
12.9
10~15
1.9
15~20
2.1
20~25
1.5
25~30
30~35
35~40
40~45
0.3
45
84.0
1.1
18μv0
gL
⨯1.86
0.3
⨯12
9.81⨯
7
8.4
84μm
100μm
,符合层
流区假设。
7.气溶胶含有粒径为
0.63
0.83
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坎宁汉校正系数计算沉降效率。
L=50cm,
1.05g
cm3
,W=20cm,h=0.129cm,
0.000182g
/(cm.s)
,n=19
设空气温度为
298K,首先进行坎宁汉修正:
298
1.82
0.499
⨯1.185
466.6
6.6
,
Kn
0.63
0.21
0.21[1.257
0.4e
]
1.264
故
1.58
LW
(n
1)
0.2
20
3.61⨯10-3
60
0.525
用同样方法计算可得
粒子
的分级效率为
0.864。
因此总效率
0.5(0.525
0.864)
0.695
8.某旋风除尘器处理含有
4.58g/m3
灰尘的气流(
分析试验得到下列结果。
),其除尘总效率为
90%。
粉尘
1)作出分级效率曲线;
2)确定分割粒径。
根据《大气污染控制工程》P144(5-53)ηi
η
Pg
2i
g3i
(P=0.1)计算分级效率,结果如下
表所示:
质量
频率
捕集
g3
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