O20.2mol，N2
0.79?2.2?8.32mol。故烟气总体积3+8.32+0.2=11.52mol。 0.21－6
－4
其中，NOx量折合成NO2为：46×11.52×300×10=1.59×10kg。 甲烷燃烧热值为802.3kJ/mol，故浓度转化结果为：
1.59?10?4kgNO2/GJ?0.198kgNO2/GJ?6802.3?10通用公式的推导：
。
假设燃料组成为CxHyOzNmSt（适用于大部分燃料），空气过剩系数为?，燃料的热值Q（kJ/mol）。 燃烧方程为CxHyOzNmSt?(x?t?yz11?)O2?xCO2?yH2O?tSO2?mN2，故 4222取1mol燃料进行计算，则产生CO2xmol，H2Oy/2mol，SO2tmol，N2m/2mol。耗氧
（x+t+y/4-z/2）mol，考虑空气过剩系数，引入氮气3.76?（x+t+y/4-z/2）mol，剩余O2 （?－1）（x+t+y/4-z/2）mol。因此烟气总体积为
(x+y/2+t+m/2)+ 3.76?（x+t+y/4-z/2）+（?－1）（x+t+y/4-z/2）mol。 若产生NOx（以NO2计）浓度为F，则生成NO2质量为
0.046F[(x+y/2+t+m/2)+ 3.76?（x+t+y/4-z/2）+（?－1）（x+t+y/4-z/2）]kg 因此浓度转化结果为
0.046F[(x+y/2+t+m/2)+( 4.76??1)(x+t+y/4-z/2)]Q?10-6将x=1，y=4，z=0，m=0，t=0，Q=802.3kJ/mol，?燃烧时的结果为0.197 kgNO2/GJ，与计算结果吻合。
kgNO2/GJ
?1.1，F=300×10
－6
代入上式可得题目所给甲烷
第十章 挥发性有机物污染控制
10.1 查阅有关资料，绘制CO2蒸汽压随温度变化曲线，接合CO2物理变化特征对曲线进行分析说明。 解：见《大气污染控制工程》P379 图10－1。
10.2 估算在40C时，苯和甲苯的混合液体在密闭容器中同空气达到平衡时，顶空气体中苯和甲苯的摩尔分数。已知混合液中苯和甲苯的摩尔分数分别为30%和70%。 解：由Antoine方程lgP。
?A?B可分别计算得到40t?C。
C时
苯的蒸汽压P1=0.241atm；甲苯的蒸汽压P2=0.078atm。
因此
y苯?x苯。
P1P0.241?0.3??0.0723，y甲苯?x甲苯2?0.0546。 P1P3
10.3 计算20C时，置于一金属平板上1mm厚的润滑油蒸发完毕所需要的时间。已知润滑油的密度为1g/cm，分子量为400g/mol，蒸汽压约为1.333×10Pa，蒸发速率为(0.5－4
molp)。
m2?sP解：列式A?0.5p?lA，故 t?PM1.0?103?1.0?10?31.01?105t?2??2??s?120Y ?3?4Mp400?101.333?10?lP10.4 利用溶剂吸收法处理甲苯废气。已知甲苯浓度为10000mg/m，气体在标准状态下的流量为20000m/h，处理后甲苯浓度为150mg/m，试选择合适的吸收剂，计算吸收剂的用量、吸收塔的高度和塔径。 解：取温度为100F=310.8K
进口甲苯浓度：1m气体中含1000mg，则体积为
3o
3
33
10000?10?3310.8?0.0224??2.772?10?3m3，即浓度为2772ppm。
92273同理可计算出口甲苯浓度为41.6ppm。
《Air Pollution Control Engineering》P366 Example10.14选择C14H30作吸收剂，但本题出口甲苯浓度过低，分压41.6×10atm，小于C14H30 100F时分压47×10ppm，因此不能选择C14H30，而应该选择蒸汽压更低的吸收剂，此处选择C16H34，在100F下蒸汽压约 10×10atm，分子量M=226。
o
－6
－6
o
－6
xtoluenePy*1atm*??y?14.3y*，取x ptoluene0.07atmibottom
=0.8x=0.8×14.3×0.002772=0.032，
因此
Lyib?yit2772?41.6???0.085。 Gxib?xit0.032?03
又G=20000m/h=784.3kmol/h=13.93lb/s=28.8lbmol/min。
故L=0.085G=0.085×28.8=2.45lbmol/min，即吸收剂用量251.2kg/min。 由CRC Handbook of Chemistry查得100F下，C16H34 ?L o
?48lbm/ft2，??2.4cp，??0.75。
??L'?G0.5LML?G0.52260.0710.5()?()?0.085??()?0.008； G'?LGMG?L9248??1.6798?1.0662log??0.27098(log?)2中解得??0.23。
代入log?
??L?Gg0G'2F??0.20.23?48?0.071?32.22由??得G'???0.75lb/ft?s 0.20.2?L?Gg0F??50?0.75?2.4取75%，则G’=0.56lb/ft.s，故
2
A?mgasG'?13.93?24.9ft2，D?0.564A??5.63ft?1.72m。
传质单元数N?y(1?HG/PL)?(H/P)xB?(HG/PL)yB?1ln[T]
(1?HG/PL)yB(1?HG/PL)?(H/P)xB?(HG/PL)yBH/P=0.07/1=0.07，HG/PL=0.07/0.085=0.824，1－HG/PL=0.176。代入上式解得N=13.3。
h?NL13.3?2.45??60?19.6ft?6m
KaPA4?1?24.93
－33
10.5 采用活性碳吸附法处理含苯废气。废气排放条件为298K、1atm，废气量20000m/h，废气中含有苯的体积分数为3.0×10，要求回收率为99.5%。已知活性炭的吸附容量为0.18kg（苯）/kg（活性炭），活性炭的密度为580kg/m，操作周期为吸附4小时，再生3小时，备用1小时。试计算活性炭的用量。 解：
废气中苯的含量y1=20000×3.0×10=60m/h，由气体方程PV－3
3
?mRT得 MPVM1.01?105?60?78?10?3m???191.5kg/h。
RT8.314?298根据去除要求，实际去除量为m’=191.5×99.5%=190.5kg/h 则一个周期所需活性炭量为
190.5?88461.5?8468.1kg，体积V??14.6m3
0.185803
10.6 利用冷凝—生物过滤法处理含丁酮和甲苯混合废气。废气排放条件为388K、1atm、废气量20000m/h，废气中甲苯和丁酮体积分数分别为0.001和0.003，要求丁酮回收率大于80%，甲苯和丁酮出口体积分数分别小于3×10和1×10，出口气体中的相对湿度为80%，出口温度低于40C，冷凝介质为工业用水，入口温度为25C，出口为32C，滤料丁酮和甲苯的降解速率分别为0.3和1.2kg/m.d，阻力为150mmH2O/m。比选设计直接冷凝—生物过滤工艺和间接冷凝—生物过滤工艺，要求投资和运行费用最少。 10.7 丙烷充分燃烧时，要供入的空气量为理论量的125%，反应式为：
。
。
3
-5
-4
。
C3H8?5O2?3CO2?4H2O。问燃烧100mol丙烷需要多少摩尔空气？
解：实际需O2 1.25×5×100=625mol，空气量625/0.21=2976mol。
第十一章 城市机动车污染控制
11.1 设某汽车行驶速度为80km/h时，4缸发动机的转速为2000r/min，已知该条件下汽车的油耗为8L/100km，请计算每次燃烧过程喷入发动机气缸的汽油量。 解：汽车行驶100km耗时t?s100??1.25h v80若发动机转速为2000r/min，则1min内喷油1000次，1.25h内喷油7500次。 故每次喷入气缸油量V'?8L?1.067?10?4L
750001?5单缸喷入V?V'?2.67?10L。
43
11.2 在冬季CO超标地区，要求汽油中有一定的含氧量，假设全部添加MTBE（CH3OC4H9）；要达到汽油中（C8H17）重量比2.7%的含氧要求，需要添加多少百分比的MTBE？假设两者密度均为0.75g/cm；含氧汽油的理论空燃比是多少？
解：设MTBE添加质量x，C8H17含量为y，则
x?x16?100%?14.85%。 ?(x?y)2.7% 解得P?x?y88设燃料100g，则含C8H1785.15g，C5H12O14.85g 由C5H12O?7.5O2?5CO2?6H2O C8H17?12.25O2?8CO2?8.5H2O
887.511312.25?? 解得n=1.27mol 解得n=9.23mol
14.85n185.15n21
2
则需O21.27+9.23=10.5mol，则含N23.76×10.5=39.5mol。 空气质量10.5×32+39.5×39.5=1442g，则空燃比AF=14.42。
11.3 发动机燃烧过程如图11－29所示，请计算汽缸内燃烧前，燃烧刚开始时，以及燃烧全部完成后的气体温度。已知：汽油发动机的压缩比为7，在理论空燃比下工作，转速为2000r/min，燃烧过程为上止点前后各15C区间。
。
V1Cp?R解：燃烧前取温度为293K，由T2?T1()?293?73.5R?R?638K
V2开始燃烧时，按《Air Pollution Control Engineering》P486 13.11式：
RR?T?mfuel?hcombustionmCpcombustionproducts?1?19020?3629。F?2016K
15.88?0.33通常取85%的升高温度，则T3=T2+2016×0.85=2352K 燃烧完成 ?T?1?19020?4607。F?2559K
15.88?0.26同样取85%，则T4=T2+2559×0.85=2813K。
11.4 试解释污染物形成与空燃比关系图（图11－5）中NOx为何成圆拱状？
解：NOx在高温时易生成，而理论空燃比附近燃烧充分，温度较高，因此NOx产生量最大。
11.5 1）用与11.3相似的方法估算发动机的排气温度（大约在上止点TDC之后90度）；2）实际排气温度比上述计算值要低，在怠速情况下，虽然其空燃比与满负荷时基本相同，但排气温度却低很多，为什么?
V1Cp?R1 解：T2?T1()?2352()3.5R?R?1080K
V27怠速时可燃混合气处于空气过剩系数小于1的状态，残余废气系数较大；发动机转速低，气缸压缩比小，燃烧很不充分，易形成失火；壁面淬熄效应对火焰迅速冷却，因此造成温度下降。
11.6 由燃油蒸发控制装置控制的两个HC排放源是：1）燃油泵和化油器；2）化油器和空气滤清器；3）空气滤清器和燃油箱；4）燃油箱和化油器。
解：4）燃油箱和化油器 （《大气污染控制工程》P448）
11.7 在汽油喷射系统中，汽油喷进空气是在：1）各燃烧室；2）进气歧管；3）化油器；4）排气管。 解：2）进气歧管（《大气污染控制工程》P442）
11.8 减少发动机燃烧室表面积可以：1）减少废气中HC含量；2）增加废气中HC含量；3）减少废气中NOx的含量；4）以上都不是。 解：1）减少废气中HC含量 123456789
RR
（完整版）大气污染控制工程郝吉明第三版课后答案郝吉明
