大气污染控制工程郝吉明第三版课后答案郝吉明

[Na]－[S]=[Na]－[SO2.H2O]－[HSO3]－[SO3]

=[OH]－[H]+[SO3]+2[CO3]+[HCO3]－[SO2.H2O]

－

+

2－

2－

－

+

－

2－

Ks2[HSO3?]Ks2Ks1KhsPso2[SO]???[H][H?]22?3Ks2[HSO3?]Kc2Kc1KhcPco2，[CO]???[H][H?]22?3，

[HCO3?]?代入得

Kc1KhcPco2[H?]。

10?142.1?10?132?6.55?10?201.2?10?9??4 [Na]?[S]??[H]????8.166?10??2?2?[H][H][H][H]代入不同的[H]浓度，可得pH在4～5时[Na]－[S]接近于0。因此脱硫最佳pH值4～5。 8.7 根据表8－5中所列的石灰石湿法烟气脱硫的典型操作条件，试计算： 1）脱硫液每循环经过一次洗涤塔，单位体积脱硫液中溶解了多少摩尔的SO2；

2）如果脱硫液进入洗涤塔时的pH为5，则其流出洗涤塔时的pH为多少。假定浆滴在洗涤塔中的停留时间较短（通常为3～4s），CaCO3尚未发生反应。

解：工况条件：液气比9.0L/m，Ca/S=1.2，并假设SO2吸收率为90%。因此，单位体积（1.0L）通过烟气1/9m，可吸收SO2

3

3

+

11000??4.0?10?3?90%?0.018mol922.4－8－5

。

取温度T=373K，则Khs=0.147，Ks1=0.0035，Ks2=2.4×10。 进水PSO2=4.0×10atm，[SO2.H2O]=PSO2.Khs=5.88×10， [HSO]=Ks1[SO2.H2O]/[H]=0.0206，[SO3

－

－3

+

2－

－4

Ks2[HSO3?]?5]=； ?4.94?10?[H]－4

则反应后[S]’=[SO2.H2O]+[HSO3]+[SO3]+0.018=0.0387 此时PSO2’=4.0×10atm，[SO2.H2O]’=5.88×10且

???4?3??[HSO3]'[H]'?5.88?10?3.5?10 ?2????8??[SO3]'[H]'?[HSO3]'?2.4?10－3

2－

物料守恒得 [SO2.H2O]’+[HSO3]’+[SO3]’ =0.0387 由上述方程可解得[H]=5.4×10，pH=4.27

+

－5

－2－

第九章 固定源氮氧化物污染控制

9.1 某座1000MW的火电站热效率为38%，基于排放系数，计算下述三种情况NOx的排放量（t/d）： 1）以热值为6110kcal/kg的煤为燃料；2）以热值为10000kcal/kg的重油为燃料； 3）以热值为8900kcal/m的天然气为燃料。

解：1）设每天需燃煤Mt，则有M.6110×10×10×4.18×38%=1000×10×24×3600 解得M=8.9×10t。取NOx平均排放系数12kg/t煤，则每日排放NOx量约为

3

3

3

6

3

8.9?103?12?107t；

1032）同理M.10000×10×10×4.18×38%=1000×10×24×3600，M=5439t。

取重油密度为0.8×10kg/m，折合体积约为6800m，去排放系数12.5kg/m，则每日排放NOx约为

3

3

3

3

3

3

6

6800?12.5?85.0t

1033）8900×10×4.18×38%V=1000×10×24×3600，解得V=6.1×10m。

3

6

6

3

6.1?106?6.25?38.2t。 每日排放NOx量约为

103?1039.2 大型燃煤工业锅炉的NOx排放系数可取为8kg/t，试计算排烟中NOx的浓度。假定烟气中O2的浓度为6%，煤的组成见例2－2。

解：取1kg煤计算，排放NOx约8g，在常规燃烧温度下，近似认为NO2浓度很小，NOx均以NO存在。 1kg煤中，含C772g，H52g，N12g，S26g，O59g，灰分为79g。充分燃烧后，生成CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol。需O22504－59=2445g，约76.4mol。 引入N2

0.79?76.4?287.4mol0.21。燃烧本身过程中产生N2(12?14?8)/28?0.3mol30。

即在O2恰好耗尽时烟气含CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol，N2287.7mol。 由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol，则故NOx浓度为

0.21x?0.06，由此解得x=152mol。

379.1?x0.267?5.0?10?4（体积分数）。

379.1?1529.3 气体的初始组成以体积计为8.0%CO2、12%H2O、75%N2和5%O2。假如仅考虑N2与O2生成NO的反应，分别计算下列温度条件下NO的平衡浓度。 1）1200K；2）1500K；3）2000K。

－7

解：1）1200K下，Kp=2.8×10

(2x)2。设有xN转化为NO，则?2.8?10?7

(75?x)(5?x)2

解得x=0.00512；故NO平衡浓度为

2?0.00512?1.02?10?4（体积分数）

100(2x)22）1500K时，同理?1.1?10?5 解得x=0.032，故NO平衡浓度为

(75?x)(5?x)0.032?2?6.4?10?4（体积分数）

100(2x)23）2000K时，?4.0?10?4 解得x=0.190，故NO平衡浓度为0.0038。

(75?x)(5?x)9.4 假定煤的元素组成以重量百分比计为：氢3.7，碳75.9，硫0.9，氮0.9，氧4.7，其余的为灰分。当空气过剩系数20%条件下燃烧时，假定燃烧为完全燃烧。如果不考虑热力型NOx的生成，若燃料中氮1）20%，2）50%，转化为NO，试求烟气中NO的浓度。

解：考虑1kg燃煤含氢37g，碳759g，硫9g，氮9g，氧47g。烟气中含CO263.25mol，含H2O 18.5mol，含SO20.28mol。因此需O2 2392－47=2281g 约71.3mol，则引入N2268.2mol。

若空气过剩20%，则烟气中O2为0.2×71.3=14.26mol，N2 268.2+53.6+9/28=322.1mol。

即若不考虑N转化，则烟气中含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，O214.26mol，N2322.1mol。

0.2?9/14?3.1?10?4（体积分数）

418.40.5?9/14?7.7?10?4（体积分数） 2）N转化率50%，则NO浓度为

418.41）N2转化率20%，则NO浓度为

2

9.5 基于第二节给出的动力学方程，对于t=0.01、0.04和0.1s，估算[NO]/[NO]e的比值，假定M=70，C=0.5。试问M=70所对应的温度是多少？以K表示。 解：按《大气污染控制工程》P361（9－13）(1?Y) 将M=70，C=0.5代入 当t=0.01s时 (1?Y)当t=0.04s时 (1?Y)当t=0.1s时 (1?Y)由M1.5C?1(1?Y)C?1?exp(?Mt)

(1?Y)?0.5?e?0.7，解得Y=0.313； (1?Y)?0.5?e?2.8，解得Y=0.811；

1.51.5(1?Y)?0.5?e?7，解得Y=0.988。

58400)，取P=1atm，将M=70代入得T=2409K。 T?5.7?1015T?1P1/2exp(?9.6 对于M=50和M=30重复上面的计算。]

?t?0.01s,(1?Y)1.5(1?Y)?0.5?e?0.5,Y?0.232?1.5?0.5解：M=50?t?0.04s,(1?Y)(1?Y)?e?2.0,Y?0.686

?t?0.1s,(1?Y)1.5(1?Y)?0.5?e?5,Y?0.955?

?t?0.01s,(1?Y)1.5(1?Y)?0.5?e?0.3,Y?0.144?1.5?0.5M=30?t?0.04s,(1?Y)(1?Y)?e?1.2,Y?0.487

?t?0.1s,(1?Y)1.5(1?Y)?0.5?e?3,Y?0.824?

9.7 对于反应N2+O2－>2NO，平衡常数可表示为：K14

?[NO]2/[N2][O2]?kf/kb。根据现有的数据，

13

可以得到kf=9×10exp[－13500/(RT)]和kb=4.1×10exp[－91600/(RT)]。按表9－3中的温度，计算平衡常数K，并与表中的数据比较。

9?101443400exp(?) （R=1.987cal/mol.K）解：K?。将所给温度代入公式计算K值，列表如下： 13RT4.1?10T（K） 300 －31 1000 7.0×107.5×10－9 1200 2.7×102.8×10－7 1500 1.0×101.1×10－5 2000 4.0×104.0×10－4 2500 3.5×103.5×10－3 Kp（计算值） 5.3×10Kp（表中值） 10－30 －9 －7 －5 －4 －3 9.8 计算组成为95%N2和5%O2的烟气达到平衡时，原子态O的浓度。假定平衡时的温度为1）2000K；2）2200K；3）2400K。

解：假设O浓度很小，平衡时O2的浓度仍可近似认为5％。利用O2分解的平衡反应式O2/2[O2]1eKP,O?2O及《大气

污染控制工程》P360（9－11）式求解：[Oe]?量纲，公式中浓度单位为mol/m，即 1）2000K时，Kp,o=6.63×10，平衡时[O2]e－4

3

(RT)1/2。因反应前后分子个数不同，平衡常数有

?0.05?0.305mol/m3

0.0224?2000/273故[Oe]?/2[O2]1eKP,O(RT)1/2?－3

0.305?6.63?10?48.314?2000??2.84?10－6mol/m3

2）2200K时，Kp,o=2.68×10，平衡时[O2]e/2[O2]1eKP,O0.05?0.277mol/m3

0.0224?2200/273故[Oe]?(RT)1/2?－3

0.277?2.68?10?38.314?2200??1.04?10－5mol/m3

3）2400K时，Kp,o=8.60×10，，平衡时[O2]e/2[O2]1eKP,O0.05?0.254mol/m3

0.024?2400/273故[Oe]?(RT)1/2?0.254?8.60?10?38.314?2400?3.07?10－5mol/m3

9.9 典型的大型燃煤工业锅炉氮氧化物排放系数为8kg/t。假定煤的组成与习题9－4相同，烟气中氧浓度为6%，试计算烟气中NOx的浓度。

解：取1kg煤计算，排放NOx约8g，在常规燃烧温度下，近似认为NO2浓度很小，NOx均以NO存在。 1kg煤中，含C759g，H37g，N9g，S9g，O47g。充分燃烧后，生成CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol。需O22333－47=2286g，约71.4mol。 引入N2

0.79?71.4?268.8mol0.21。燃烧本身过程中产生N2(9?14?8)/28?0.19mol。 30即在O2恰好耗尽时烟气含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol，N2269.0mol。 由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol，则

0.21x?0.06，由此解得x=140.5mol。

351.3?x