当前位置:首页 > 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]
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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
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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
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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
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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
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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
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6800?12.5?85.0t
1033)8900×10×4.18×38%V=1000×10×24×3600,解得V=6.1×10m。
3
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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
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