大气污染控制工程参考答案

《大气污染控制工程》习题参考答案

第一章 概 论

1.1 解：

按1mol 干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故n N2=0.781mol ，n O2=0.209mol ，n Ar =0.00934mol ，n CO2=0.00033mol 。质量百分数为

%51.75%100197.2801.28781.0%2=???=

N ，%08.23%100197.2800

.32209.0%2=???=O ；

%29.1%100197.2894.3900934.0%=???=Ar ，%05.0%1001

97.2801

.4400033.0%2=???=CO 。

1.2 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1m 3

干空气计算，其摩尔数为

mol 643.444

.221013

=?。故三种污染物体积百分数分别为：

SO 2：

ppm 052.0643.44641015.03=??-，NO 2：ppm 058.0643.44461012.03

=??- CO ：

ppm 20.3643

.44281000.43

=??-。

1.3 解：

1）ρ（g/m 3

N ）3

3

4/031.1104.221541050.1N m g =???=--

c （mol/m 3

N ）3

33

4/1070.610

4.221050.1N m mol ---?=??=。 2）每天流经管道的CCl 4质量为1.031×10×3600×24×10－3

kg=891kg

1.4 解：

每小时沉积量200×（500×15×60×10－6

）×0.12g μ=10.8g μ

1.5 解：

由《大气污染控制工程》P14 （1－1），取M=210

2369.0105.19102.22102

4

22=???==--∝O p p M Hb O COHb ，

COHb 饱和度%15.192369

.012369.0/1/222=+=+=+=Hb O COHb Hb O COHb Hb O COHb COHb CO ρ

1.6 解： 含氧总量为

mL 960100

20

4800=?。不同CO 百分含量对应CO 的量为：

2%：

mL 59.19%2%98960=?，7%：mL 26.72%7%

93960

=? 1）最初CO 水平为0%时 min 0.17210102.426

.7234=??=-t ；

2）最初CO 水平为2%时 min 4.12510

102.459

.1926.723

4=??-=-t 。

1.7 解：

由《大气污染控制工程》P18 （1－2），最大能见度为

m K d L p

p v 8.115812

.02.24

.114006.26.2=???=

=

ρ

ρ。

第二章 燃烧与大气污染 2.1 解： 1kg 燃油含：

重量（g ） 摩尔数（g ） 需氧数（g ）

C 855 71.25 71.25 H 113－2.5 55.25 27.625 S 10 0.3125 0.3125 H 2O 22.5 1.25 0 N 元素忽略。

1）理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg

设干空气O 2：N 2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=10.62m 3

N /kg 重油。

烟气组成为CO 271.25mol ，H 2O 55.25+11.25=56.50mol ，SO 20.1325mol ，N 23.78×99.1875=374.93mol 。

理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg 重油。即502.99×22.4/1000=11.27 m 3

N /kg 重油。

2）干烟气量为502.99－56.50=446.49mol/kg 重油。

SO 2百分比浓度为

%07.0%10049

.4463125

.0=?，

空气燃烧时CO 2存在最大浓度%96.15%10049

.44625

.71=?。

3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68m 3

N /kg 重油，

产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33 m 3

N /kg 重油。

2.2 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 1 H 3.2 3.2 0.584 S 1.7 0.053 0.010 O 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CH 0.584S 0.010O 0.013， 燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为

molC g /26.18475

.5100

=。燃烧方程式为

222222013.0010.0584.078.3010.0292.0)78.3(nN SO O H CO N O n O S CH +++→++

n=1+0.584/4+0.010－0.013/2=1.1495 1）理论空气量

kg m kg m /74.6/104.22100026

.18)

78.31(1495.1333=???+?-；

SO 2在湿烟气中的浓度为

%174.0%10018

644

.11495.178.3010.0292.01010

.0=?+

?+++

2）产生灰分的量为kg g /8.144%80100

1000

1.18=??

烟气量（1+0.292+0.010+3.78×1.1495+1.644/18）×1000/18.26×22.4×10－3

=6.826m 3

/kg

灰分浓度为

310826

.68

.144?mg/m 3=2.12×104mg/m 3

3）需石灰石kg 21.103%

3540

7.100.32%

7.11000=???/t 煤

2.3解：

按燃烧1kg 煤计算

重量（g ） 摩尔数（mol ） 需氧数（mol ） C 795 66.25 66.25 H 31.125 15.5625 7.78 S 6 0.1875 0.1875 H 2O 52.875 2.94 0 设干空气中N 2：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=18.50mol N 2

mol 54.28078

.476

.35478.3=?

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，SO 2浓度为

%043.0%10043

.4361875

.0=?。

2.4解：

取1mol 煤气计算

H 2S 0.002mol 耗氧量 0.003mol CO 2 0.05mol 0

CO 0.285mol 0.143mol H 2 （0.13-0.004）mol 0.063mol CH 4 0.007mol 0.014mol

共需O 2 0.003+0.143+0.063+0.014=0.223mol 。设干空气中N 2：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2.1=α，则实际干空气 1.2×1.066mol=1.279mol 。

空气含湿量为12g/m 3N ，即含H 2O0.67mol/ m 3N ，14.94L/ m 3

N 。故H 2O 体积分数为1.493%。故实际空气量为

mol 298.1%

493.11279

.1=-。

烟气量SO 2：0.002mol ，CO 2：0.285+0.007+0.05=0.342mol ，N 2：0.223×3.78+0.524=1.367mol ，H 2O0.002+0.126+0.014+1.298×1.493%+0.004=0.201mol

故实际烟气量 0.002+0.342+1.367+0.201+0.2×1.066=2.125mol

2.5 解：

1）N 2%=1－11%－8%－2%－0.012%=78.99% 由《大气污染控制工程》P46 （2－11） 空气过剩

%5.50%100)

25.08(99.78264.02

5.08=??--??-

2）在测定状态下，气体的摩尔体积为

mol L P T T V P V /46.39322

.133700273443

4.22101325221112=????=?=

； 取1m 3

烟气进行计算，则SO 2120×10－6m 3

，排放浓度为

6

33

12010(18%)640.179/39.4610

g m --??-?=?。 3）3

22.45663.37(18%)2957/min 39.46N m ?

?-=。 4）3

/85.5222.4

39.460.03N

m g =?。

2.6解：

按1kg 煤进行计算

重量（g ） 摩尔数（mol ） 需氧数（mol ） C 758 63.17 63.17 H 40.75 20.375 10.19 S 16 0.5 0.5 H 2O 83.25 4.625 0 需氧63.17+10.19+0.5=73.86mol

设干空气中N 2：O 2体积比为3.78：1，则干空气量为73.86×4.78×1.2=423.66mol ， 含水423.66×0.0116=4.91mol 。

烟气中：CO 2 63.17mol ；SO 2 0.5mol ；H 2O 4.91+4.625+20.375=29.91mol ；

N 2：73.86×3.78=279.19mol ；过剩干空气0.2×73.86×4.78=70.61mol 。

实际烟气量为63.17+0.5+29.91+279.19+70.61=443.38mol 其中CO 2

%25.14%10038.44317.63=?；SO 2 %11.0%10038.4435

.0=?；

H 2O %74.6%10038.44391.29=?； N 2 %55.75%10038.44361.7079.019.279=??+。

O 2 %33.3%10038

.443209.061.70=??。

2.7解：

SO 2含量为0.11%，估计约1/60的SO 2转化为SO 3，则SO 3含量

51083.160

1

%11.0-?=?

，即P H2SO4=1.83×10－5，lg P H2SO4=-4.737。 查图2－7得煤烟气酸露点约为134摄氏度。

2.8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CO 2 （71.67－x ）mol ，耗氧（71.67－x ）mol 。

烟气中O 2量

6

10600%5.1-?x

。 总氧量 x x x x

5.2467.10635)67.71(5.010

600%5.16

+=+-++?-，干空气中N 2：O 2体积比为3.78：1，则含N 2 3.78×（106.67+24.5x ）。根据干烟气量可列出如下方程：

6

610

600)5.2467.106(78.367.7110600%5.1--?=+++?x

x x ，解得x=0.306 故CO 2%：

%99.13%10010600306.0306

.067.716

=??--；

N 2%：

%62.84%10010600306.0)

67.106306.05.24(78.36

=??+?-

由《大气污染控制工程》P46 （2－11） 空气过剩系数07.1)

06.05.05.1(62.84264.006

.05.05.11=?--??-+=α

第三章 大气污染气象学

3.1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：

dP g dZ ρ=-? （1）

将空气视为理想气体，即有

m PV RT M =

可写为 m PM

V RT

ρ==

（2） 将（2）式带入（1），并整理，得到以下方程：

dP gM dZ P RT

=- 假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 gM

P Z C RT =-

+ 即 2211

ln ()P gM Z Z P RT =-

-（3） 假设山脚下的气温为10。

C ，带入（3）式得：

5009.80.029

ln

10008.314283Z ?=-?? 得 5.7Z km ?= 即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km 。

3.2解：

d m K z T γγ>=---=??-

=-100/35.25.110298

8.297105.1，不稳定 d m K z T γγ>=---=??-=-100/5.110

308.2975.29730

10，不稳定

d m K z T γγ>=---=??-=-100/0.130505

.2973.2975030，不稳定 d m K z T γγ>=---=??-=-100/75.15.1302985.297305.1，不稳定

d m K z T γγ>=---=??-=-100/44.15

.1502983.29750

5.1，不稳定。

3.3解：

288.00101)(P P

T T =， K P P T T 49.258)400

600(230)(

288

.0288.00101=== 3.4解：

由《大气污染控制工程》P80 （3－23），m Z Z u u )(

11=，取对数得)lg(lg 11

Z Z

m u u = 设y u u

=1

lg

，x Z Z =)lg(1，由实测数据得

由excel 进行直线拟合，取截距为0，直线方程为：y=0.2442x

故m ＝0.2442。

3.5 解：

0.070.07110050(

)2() 2.24/10Z u u m s Z ==?=，0.070.07

2200100()2() 2.35/10Z u u m s Z ==?= 0.070.073300200(

)2() 2.47/10Z u u m s Z ==?=，0.070.07

4400300()2() 2.54/10Z u u m s Z ==?= 0.070.07

5500400(

)2() 2.59/10

Z u u m s Z ==?=。 稳定度D ，m=0.15

s m Z Z u u /55.2)1050(2)(

15.015.00101=?==，s m Z Z u u /82.2)10100(2)(15

.015.00202=?== s m Z Z u u /13.3)10200(2)(

15.015.00303=?==，s m Z Z u u /33.3)10300(2)(15

.015.00404=?== s m Z Z u u /48.3)10

400(2)(

15

.015.00505=?==。 稳定度F ，m=0.25

s m Z Z u u /99.2)1050(2)(

25.025.00101=?==，s m Z Z u u /56.3)10

100(2)(25

.025.00202=?==

s m Z Z u u /23.4)10200(2)(

25.025.00303=?==，s m Z Z u u /68.4)10300(2)(25

.025.00404=?== s m Z Z u u /03.5)10

400(2)(

25

.025.00505=?== 风速廓线图略。

3.6解：

1）根据《Air Pollution Control Engineering 》可得高度与压强的关系为dz RT

gM P dP -= 将g=9.81m/s 2

、M=0.029kg 、R=8.31J/(mol.K)代入上式得T P

dP

dz 21

.29-=。 当t=11.0。

C ，气压为1023 hPa ；当t=9.8。

C ，气压为1012 hPa ，

故P=（1023+1012）/2=1018Pa ，T=（11.0+9.8）/2=10.4。

C=283.4K ，dP=1012-1023=－11Pa 。 因此m m dz 894.2831018

11

21

.29=--=，z=119m 。 同理可计算其他测定位置高度，结果列表如下：

2）图略 3）d m K z T γγ>=---=??-

=---100/35.189

8

.911212121，不稳定； 0100/22.299128.9323232<-=---=??-

=---m K z T γ，逆温； 0100/98.110114

12434343<-=---=??-

=---m K z T γ，逆温； 0100/61.016315

14545454<-=---=??-

=---m K z T γ，逆温； d m K z T γγ<=---=??-

=---100/37.053613

15656565，稳定； 0290

13

13767676=---=??-

=---z T γ d m K z T γγ<=---=??-

=---100/15.02716

.1213878787，稳定； d m K z T γγ<=---=??-

=---100/85.01299

6

.16.12989898，稳定；

d m K z T γγ<=---=??-

=---100/28.0281

8

.06.1109109109，稳定。

3.7解：

0100/22.1458

1.217.26111>=-=??=

m K z T G ，故011<-=G γ，逆温； m K z T G 100/72.07631

.216.15222-=-=??=

，故d m K G γγ<=-=100/72.022，稳定； m K z T G 100/16.15806

.159.8333-=-=??=

，故d m K G γγ>=-=100/16.133，不稳定； m K z T G 100/120000

.250.5444-=-=??=

，故d m K G γγ>=-=100/144，不稳定； m K z T G 100/25000

.300.20555-=-=??=

，故d m K G γγ>=-=100/255，不稳定； 0100/43.0700

.250.28666>=-=??=

m K z T G ，故066<-=G γ逆温。

3.8解：

以第一组数据为例进行计算：假设地面大气压强为1013hPa ，则由习题 3.1推导得到的公式

2211

ln

()P gM Z Z P RT =--，代入已知数据（温度T 取两高度处的平均值）即 458297

314.8029

.08.91013P ln

2???＝－，由此解得P 2=961hPa 。 由《大气污染控制工程》P72 （3－15）可分别计算地面处位温和给定高度处位温：

K P T 293)1013

1000(1.294)1000(

288

.0288.0===地面地面地面θ， K P T 16.303)961

1000(7.299)1000(

288.0288.0111===θ， 故位温梯度=

m K 100/18.2458

0303

293=--

3.9解：

以第一组数据为例进行计算，由习题3.1推导得到的公式2211

ln

()P gM Z Z P RT =--，设地面压强为P 1，代入数据得到：458297

314.8029

.08.9P 970ln

1???＝－，解得P 1=1023hPa 。因此 K P T 2.292)1023

1000(1.294)1000(

288

.0288.0===地面地面地面θ

3.10 解答待求

第四章 大气扩散浓度估算模式

4.1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

]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(2),,,(2

2

2222'

z z y z

y H z H z y u Q H z y x σσσσσπρ+-+---= 现存在峭壁，可考虑ρ为实源与虚源在所关心点贡献之和。

实源]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(22

2

22221z z y z y H z H z y u Q σσσσσπρ+-+---= 虚源]}2)(exp[]2)(]{exp[2)2(exp[22

2

22222z z y z y H z H z y L u Q σσσσσπρ+-+----= 因此]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(22

2

2222z

z y z y H z H z y u Q σσσσσπρ+-+---=+ ]}2)(exp[]2)(]{exp[2)2(exp[22

2

2222z z y z

y H z H z y L u Q σσσσσπ+-+---- =]}2)(exp[]2)(]}{exp[2)2(exp[)2{exp(22

2

222222z z y y z

y H z H z y L y u Q σσσσσσπ+-+----+- 刮北风时，坐标系建立不变，则结果仍为上式。

4.2解： 霍兰德公式

m D T T T u

D v H s a s s 16.96)5418

288

4187.25.1(455.13)7

.25.1(=?-?+?=-+=

?。 布里格斯公式

kW kW D v T T T Q s s a s H 210002952155.1341828841810

6.9

7.2106.97.223

2

3>=??-??=-??=

--且x<=10Hs 。此时 3/23/213/11

3

/23/180.2429521362.0362.0x x u

x Q H H =??==?--。

按国家标准GB/T13201－91中公式计算， 因Q H >=2100kW ，Ts －Ta>=130K>35K 。

m u

H Q n H n s n H 93.244412029521303.113/23/11

021

=???==?--

（发电厂位于城市近郊，取n=1.303，n 1=1/3，n 2=2/3）

4.3解：

由《大气污染控制工程》P88（4－9）得

32

2

22/0273.0)1.18260exp(1.183.35680)2exp(m mg H u Q

z z

y =?-???=-=πσσσπρ

4.4解：

阴天稳定度等级为D 级，利用《大气污染控制工程》P95表4－4查得x=500m 时m m z y 1.18,3.35==σσ。将数据代入式4－8得

3

2

222/010.0)1

.18260ex p()3.35250ex p(1.183.35680)60,0,50,500(m mg =?-?-???=πρ。

4.5解：

由霍兰德公式求得

m D T T T u

D v H s a s s 84.5)6.0405

293

4057.25.1(46.020)7

.25.1(=?-?+?=-+=

?，烟囱有效高度为m H H H s 84.3584.530=+=?+=。

由《大气污染控制工程》P89 （4－10）、（4－11）

y

z

e H u Q σσπρ2

max 2=

时，m H z 34.25284.352===σ。 取稳定度为D 级，由表4－4查得与之相应的x=745.6m 。 此时m y 1.50=σ。代入上式32

max /231.01

.5034

.2584.354102m g e μπρ=????=

。

4.6解：

由《大气污染控制工程》P98 （4－31）

13

.01121202.3)05

.02()(

y y q y y σσττσσ===（当h h 10012<≤τ，q=0.3）