9.11 欲从燃烧烟气中用氨去除NOx，假定实际的反应为反应（9－17）和（9－18），烟气中NO占NOx总量的90%，其余的为NO2。按习题9－1的三种情况，若去除90%以上的NOx，每天各需要多少吨氨？假定氨的残留量为5×10（体积分数）。

解：1）以热值为6110kcal/kg的煤为燃料，每日排放NOx量约107t，其中NO210.7t，NO96.3t。反应方程式为：

－6

4NH3?4NO?O2?4N2?6H2O 8NH3?6NO2?7N2?12H2O

44?30?x0.9?96.3?103

86?46?y0.9?10.7?103

解得x=2889kmol，y=279kmol 生成N2(2889?7?279)?3133kmol8－6

3

，H2O(612?2889??279)?4752kmol48

因此残留氨量为（3133+4752）×5×10=0.04kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量为（2889+279）×17/10=53.9t。

2）以热值为10000kcal/kg的重油为燃料，每日排放NOx量约85t，其中NO28.5t，NO76.5t。反应方程式为：

4NH3?4NO?O2?4N2?6H2O 8NH3?6NO2?7N2?12H2O

44?30?x0.9?76.5?103

86?46?y0.9?8.5?103

解得x=2295kmol，y=222kmol 生成N2(2295?7?222)?2489kmol8－6

3

，H2O(612?2295??222)?3776kmol48

因此残留氨量为（2489+3776）×5×10=0.03kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量为（2295+222）×17/10=42.8t。

3）以热值为8900kcal/m的天然气为燃料，每日排放NOx量约38.2t，其中NO23.8t，NO34.4t。反应方程式为：

3

4NH3?4NO?O2?4N2?6H2O 8NH3?6NO2?7N2?12H2O

44?30?x0.9?34.4?103

86?46?y0.9?3.8?103

解得x=1032kmol，y=99kmol 生成N2(1032?7?99)?1119kmol8－6

，H2O(612?1032??99)?1696kmol48

因此残留氨量为（1119+1696）×5×10=0.01kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量为（1032+99）×17/10=19.2t。

9.12 烟气中NOx的浓度经常以体积分数（10）表示，为了计算NOx排放总量，通常将其转化为kgNO2/GJ表示。试导出一个通用的转化公式，需引进的变量应尽可能少。若已知甲烷在10%过剩空气下燃烧时NOx的浓度为300×10，利用你导出的公式，将NOx的浓度转化为kgNO2/GJ。 解：甲烷燃烧方程式为：CH4－6

－63

?2O2?CO2?2H2O

取1mol甲烷进行计算，则理论耗氧量为2mol，生成CO21mol，H2O2mol。当空气过剩10%时，烟气中还含有

O20.2mol，N2

0.79?2.2?8.32mol0.21。故烟气总体积3+8.32+0.2=11.52mol。

－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)]kgNO/GJ -6Q?102

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。

?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?lAt?，故 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代入log???1.6798?1.0662log??0.27098(log?)2中解得??0.23。

??L?Gg0G'2F??0.2得G'??由??0.2?L?Gg0F??取75%，则G’=0.56lb/ft.s，故

2

0.23?48?0.071?32.22?0.75lb/ft?s 0.250?0.75?2.4A?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

?mRTM得

PVM1.01?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。