【正文】 ol。故NOx濃度為（體積分數(shù)）。 %CO12%H2O、75%N2和5%O2。假如僅考慮N2與O2生成NO的反應(yīng)，分別計算下列溫度條件下NO的平衡濃度。1）1200K；2）1500K；3）2000K。解：1）1200K下，Kp=10－7。設(shè)有xN2轉(zhuǎn)化為NO，則解得x=；故NO平衡濃度為（體積分數(shù)）2）1500K時，同理 解得x=，故NO平衡濃度為（體積分數(shù)）3）2000K時， 解得x=。 假定煤的元素組成以重量百分比計為：，，，其余的為灰分。當空氣過剩系數(shù)20%條件下燃燒時，假定燃燒為完全燃燒。如果不考慮熱力型NOx的生成，若燃料中氮1）20%，2）50%，轉(zhuǎn)化為NO，試求煙氣中NO的濃度。解：考慮1kg燃煤含氫37g，碳759g，硫9g，氮9g，氧47g。，含H2O 。因此需O2 2392－47=2281g 。若空氣過剩20%，=，N2 ++9/28=。即若不考慮N轉(zhuǎn)化，，。1）N2轉(zhuǎn)化率20%，則NO濃度為（體積分數(shù)）2）N2轉(zhuǎn)化率50%，則NO濃度為（體積分數(shù)） 基于第二節(jié)給出的動力學(xué)方程，對于t=、估算[NO]/[NO]e的比值，假定M=70，C=。試問M=70所對應(yīng)的溫度是多少？以K表示。解：按《大氣污染控制工程》P361（9－13） 將M=70，C=當t= ，解得Y=；當t= ，解得Y=；當t= ，解得Y=。由，取P=1atm，將M=70代入得T=2409K。 對于M=50和M=30重復(fù)上面的計算。]解：M=50M=30 對于反應(yīng)N2+O2－2NO，平衡常數(shù)可表示為：。根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，可以得到kf=91014exp[－13500/(RT)]和kb=1013exp[－91600/(RT)]。按表9－3中的溫度，計算平衡常數(shù)K，并與表中的數(shù)據(jù)比較。解： （R=）。將所給溫度代入公式計算K值，列表如下：T（K）30010001200150020002500Kp（計算值）10－3110－910－710－510－410－3Kp（表中值）10－3010－910－710－510－410－3 計算組成為95%N2和5%O2的煙氣達到平衡時，原子態(tài)O的濃度。假定平衡時的溫度為1）2000K；2）2200K；3）2400K。解：假設(shè)O濃度很小，平衡時O2的濃度仍可近似認為5％。利用O2分解的平衡反應(yīng)式及《大氣污染控制工程》P360（9－11）式求解：。因反應(yīng)前后分子個數(shù)不同，平衡常數(shù)有量綱，公式中濃度單位為mol/m3，即1）2000K時，Kp,o=10－4，平衡時故2）2200K時，Kp,o=10－3，平衡時故3）2400K時，Kp,o=10－3，平衡時故 典型的大型燃煤工業(yè)鍋爐氮氧化物排放系數(shù)為8kg/t。假定煤的組成與習(xí)題9－4相同，煙氣中氧濃度為6%，試計算煙氣中NOx的濃度。解：取1kg煤計算，排放NOx約8g，在常規(guī)燃燒溫度下，近似認為NO2濃度很小，NOx均以NO存在。1kg煤中，含C759g，H37g，N9g，S9g，O47g。充分燃燒后，。需O22333－47=2286g。引入N2。燃燒本身過程中產(chǎn)生N2。，。由題意，空氣過剩，設(shè)過剩空氣量為xmol，則，由此解得x=。故NOx濃度為（體積分數(shù)）。 燃油鍋爐的NOx排放標準為23010－6（體積分數(shù)），假定油的化學(xué)組成C10H20Nx，當空氣過剩50%時發(fā)生完全燃燒。當燃料中50%的氮轉(zhuǎn)化為NOx，忽略熱力型NOx時，為滿足排放標準，氮在油中的最大含量為多少？解：燃燒1mol C10H20Nx，產(chǎn)生10molCO2，10molH2O，需O215mol。空氣過剩50%，=。由題意，解得x=因此氮在油中的最大含量為。 欲從燃燒煙氣中用氨去除NOx，假定實際的反應(yīng)為反應(yīng)（9－17）和（9－18），煙氣中NO占NOx總量的90%，其余的為NO2。按習(xí)題9－1的三種情況，若去除90%以上的NOx，每天各需要多少噸氨？假定氨的殘留量為510－6（體積分數(shù)）。解：1）以熱值為6110kcal/kg的煤為燃料，每日排放NOx量約107t。反應(yīng)方程式為： 解得x=2889kmol，y=279kmol生成N2，H2O因此殘留氨量為（3133+4752）510－6=，可忽略。故每天消耗氨的量為（2889+279）17/103=。2）以熱值為10000kcal/kg的重油為燃料，每日排放NOx量約85t。反應(yīng)方程式為： 解得x=2295kmol，y=222kmol生成N2，H2O因此殘留氨量為（2489+3776）510－6=，可忽略。故每天消耗氨的量為（2295+222）17/103=。3）以熱值為8900kcal/m3的天然氣為燃料，。反應(yīng)方程式為： 解得x=1032kmol，y=99kmol生成N2，H2O因此殘留氨量為（1119+1696）510－6=，可忽略。故每天消耗氨的量為（1032+99）17/103=。 煙氣中NOx的濃度經(jīng)常以體積分數(shù)（10－6）表示，為了計算NOx排放總量，通常將其轉(zhuǎn)化為kgNO2/GJ表示。試導(dǎo)出一個通用的轉(zhuǎn)化公式，需引進的變量應(yīng)盡可能少。若已知甲烷在10%過剩空氣下燃燒時NOx的濃度為30010－6，利用你導(dǎo)出的公式，將NOx的濃度轉(zhuǎn)化為kgNO2/GJ。解：甲烷燃燒方程式為：取1mol甲烷進行計算，則理論耗氧量為2mol，生成CO21mol，H2O2mol。當空氣過剩10%時，N2。故煙氣總體積3++=。其中，NOx量折合成NO2為：4630010－6=10－4kg。，故濃度轉(zhuǎn)化結(jié)果為：。通用公式的推導(dǎo)：假設(shè)燃料組成為CxHyOzNmSt（適用于大部分燃料），空氣過剩系數(shù)為，燃料的熱值Q（kJ/mol）。燃燒方程為，故取1mol燃料進行計算，則產(chǎn)生CO2xmol，H2Oy/2mol，SO2tmol，N2m/2mol。耗氧（x+t+y/4z/2）mol，考慮空氣過剩系數(shù)，（x+t+y/4z/2）mol，剩余O2（－1）（x+t+y/4z/2）mol。因此煙氣總體積為(x+y/2+t+m/2)+ （x+t+y/4z/2）+（－1）（x+t+y/4z/2）mol。若產(chǎn)生NOx（以NO2計）濃度為F，則生成NO2質(zhì)量為[(x+y/2+t+m/2)+ （x+t+y/4z/2）+（－1）（x+t+y/4z/2）]kg因此濃度轉(zhuǎn)化結(jié)果為kgNO2/GJ將x=1，y=4，z=0，m=0，t=0，Q=，F(xiàn)=30010－ kgNO2/GJ，與計算結(jié)果吻合。第十章 揮發(fā)性有機物污染控制 查閱有關(guān)資料，繪制CO2蒸汽壓隨溫度變化曲線，接合CO2物理變化特征對曲線進行分析說明。解：見《大氣污染控制工程》P379 圖10－1。 估算在40。C時，苯和甲苯的混合液體在密閉容器中同空氣達到平衡時，頂空氣體中苯和甲苯的摩爾分數(shù)。已知混合液中苯和甲苯的摩爾分數(shù)分別為30%和70%。解：由Antoine方程可分別計算得到40。C時苯的蒸汽壓P1=；甲苯的蒸汽壓P2=。因此。 計算20。C時，置于一金屬平板上1mm厚的潤滑油蒸發(fā)完畢所需要的時間。已知潤滑油的密度為1g/cm3，分子量為400g/mol，10－4Pa，蒸發(fā)速率為。解：列式，故 利用溶劑吸收法處理甲苯廢氣。已知甲苯濃度為10000mg/m3，氣體在標準狀態(tài)下的流量為20000m3/h，處理后甲苯濃度為150mg/m3，試選擇合適的吸收劑，計算吸收劑的用量、吸收塔的高度和塔徑。解：取溫度為100oF=進口甲苯濃度：1m3氣體中含1000mg，則體積為，即濃度為2772ppm。《Air Pollution Control Engineering》P366 ，但本題出口甲苯濃度過低，10－6atm，小于C14H30 100oF時分壓4710－6ppm，因此不能選擇C14H30，而應(yīng)該選擇蒸汽壓更低的吸收劑，此處選擇C16H34，在100 oF下蒸汽壓約 1010－6atm，分子量M=226。，取xi bottom===，因此。又G=20000m3/h=。故L===。由CRC Handbook of Chemistry查得100 oF下，C16H34 。；代入中解得。由取75%，則G’=，故。傳質(zhì)單元數(shù)H/P=，HG/PL=，1－HG/PL=。代入上式解得N=。 采用活性碳吸附法處理含苯廢氣。廢氣排放條件為298K、1atm，廢氣量20000m3/h，10－3，%。（苯）/kg（活性炭），活性炭的密度為580kg/m3，操作周期為吸附4小時，再生3小時，備用1小時。試計算活性炭的用量。解：廢氣中苯的含量y1=2000010－3=60m3/h，由氣體方程得。根據(jù)去除要求，實際去除量為m’=%=則一個周期所需活性炭量為，體積 利用冷凝—生物過濾法處理含丁酮和甲苯混合廢氣。廢氣排放條件為388K、1atm、廢氣量20000m3/h，要求丁酮回收率大于80%，甲苯和丁酮出口體積分數(shù)分別小于3105和1104，出口氣體中的相對濕度為80%，出口溫度低于40。C，冷凝介質(zhì)為工業(yè)用水，入口溫度為25。C，出口為32。C，阻力為150mmH2O/m。比選設(shè)計直接冷凝—生物過濾工藝和間接冷凝—生物過濾工藝，要求投資和運行費用最少。 丙烷充分燃燒時，要供入的空氣量為理論量的125%，反應(yīng)式為：。問燃燒100mol丙烷需要多少摩爾空氣？解：實際需O2 5100=625mol，空氣量625/=2976mol。第十一章 城市機動車污染控制 設(shè)某汽車行駛速度為80km/h時，4缸發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為2000r/min，已知該條件下汽車的油耗為8L/100km，請計算每次燃燒過程噴入發(fā)動機氣缸的汽油量。解：汽車行駛100km耗時若發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2000r/min，則1min內(nèi)噴油1000次。故每次噴入氣缸油量單缸噴入。 在冬季CO超標地區(qū)，要求汽油中有一定的含氧量，假設(shè)全部添加MTBE（CH3OC4H9）；要達到汽油中（C8H17）%的含氧要求，需要添加多少百分比的MTBE？；含氧汽油的理論空燃比是多少？解：設(shè)MTBE添加質(zhì)量x，C8H17含量為y，則 解得。設(shè)燃料100g，由 解得n1= 解得n2=+=，=。32+=1442g，則空燃比AF=。 發(fā)動機燃燒過程如圖11－29所示，請計算汽缸內(nèi)燃燒前，燃燒剛開始時，以及燃燒全部完成后的氣體溫度。已知：汽油發(fā)動機的壓縮比為7，在理論空燃比下工作，轉(zhuǎn)速為2000r/min，燃燒過程為上止點前后各15。C區(qū)間。解：燃燒前取溫度為293K，由開始燃燒時，按《Air Pollution Control Engineering》P486 ：通常取85%的升高溫度，則T3=T2+2016=2352K燃燒完成 同樣取85%，則T4=T2+2559=2813K。 試解釋污染物形成與空燃比關(guān)系圖（圖11－5）中NOx為何成圓拱狀？解：NOx在高溫時易生成，而理論空燃比附近燃燒充分，溫度較高，因此NOx產(chǎn)生量最大。 1）（大約在上止點TDC之后90度）；2）實際排氣溫度比上述計算值要低，在怠速情況下，雖然其空燃比與滿負荷時基本相同，但排氣溫度卻低很多，為什么? 解：怠速時可燃混合氣處于空氣過剩系數(shù)小于1的狀態(tài)，殘余廢氣系數(shù)較大；發(fā)動機轉(zhuǎn)速低，氣缸壓縮比小，燃燒很不充分，易形成失火；壁面淬熄效應(yīng)對火焰迅速冷卻，因此造成溫度下降。 由燃油蒸發(fā)控制裝置控制的兩個HC排放源是：1）燃油泵和化油器；2）化油器和空氣濾清器；3）空氣濾清器和燃油箱；4）燃油箱和化油器。解：4）燃油箱和化油器 （《大氣污染控制工程》P448） 在汽油噴射系統(tǒng)中，汽油噴進空氣是在：1）各燃燒室；2）進氣歧管；3）化油器；4）排氣管。解：2）進氣歧管（《大氣污染控制工程》P442） 減少發(fā)動機燃燒室表面積可以：1）減少廢氣中HC含量；2）增加廢氣中HC含量；3）減少廢氣中NOx的含量；4）以上都不是。解：1）減少廢氣中HC含量