任务二
1.干结空气中N2、O2、Ar和CO2气体所占的质量百分数是多少？
解：按1mol干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故nN2=0.781mol，nO2=0.209mol，nAr=0.00934mol，nCO2=0.00033mol。质量百分数为
N2%?0.781?28.010.209?32.00?100%?75.51%，O2%??100%?23.08%；
28.97?128.97?10.00934?39.940.00033?44.01Ar%??100%?1.29%，CO2%??100%?0.05%。
28.97?128.97?12、根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出SO2、NO2、CO三种污染物日平均浓
度限值的体积分数。
解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：
3333
SO2：0.15mg/m，NO2：0.12mg/m，CO：4.00mg/m。按标准状态下1m干空气计算，其摩尔
1?103?44.643mol。故三种污染物体积百分数分别为： 数为
22.40.15?10?30.12?10?3?0.052ppm，NO2：?0.058ppm SO2：
64?44.64346?44.6434.00?10?3?3.20ppm。 CO：
28?44.6433 CCl4气体与空气混合成体积分数为1.50×10的混合气体，在管道中流动的流量为10mN、/s，试确定：1）CCl4在混合气体中的质量浓度?（g/m3N）和摩尔浓度c（mol/m3N）；2）每天流经管道
的CCl4质量是多少千克？ 解：1）?（g/mN
3
－43
1.50?10?4?1543?1.031g/m）? N?322.4?101.50?10?43?6.70?10?3mol/mN）?。 ?322.4?10－3
c（mol/mN
3
2）每天流经管道的CCl4质量为1.031×10×3600×24×10kg=891kg
任务3
1 已知重油元素分析结果如下：C：85.5% H：11.3% O：2.0% N：0.2% S：1.0%，试计算：1）燃油1kg所需理论空气量和产生的理论烟气量；
2）干烟气中SO2的浓度和CO2的最大浓度；
3）当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量。 解：1kg燃油含：
重量（g） 摩尔数（g） 需氧数（g）
C 855 H
71.25 71.25
113－2.5 55.25 27.625
S 10 0.3125 0.3125 H2O 22.5 1.25 0 N元素忽略。
1）理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg
设干空气O2：N2体积比为1：3.78，则理论空气量99.1875×4.78=474.12mol/kg重油。即474.12×22.4/1000=10.62mN/kg重油。
烟气组成为CO271.25mol，H2O 55.25+11.25=56.50mol，SO20.1325mol，N23.78×99.1875=374.93mol。 理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.99×22.4/1000=11.27 mN/kg重油。 2）干烟气量为502.99－56.50=446.49mol/kg重油。
3
3
0.3125?100%?0.07%，
446.4971.25?100%?15.96%。 空气燃烧时CO存在最大浓度
446.49SO2百分比浓度为
2
3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68mN/kg重油，
产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33 mN/kg重油。
2 普通煤的元素分析如下：C65.7%；灰分18.1%；S1.7%；H3.2%；水分9.0%；O2.3%。（含N量不计） 1）计算燃煤1kg所需要的理论空气量和SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）； 2）假定烟尘的排放因子为80%，计算烟气中灰分的浓度（以mg/m表示）；
3）假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。石灰石中含Ca35%。当Ca/S为1.7（摩尔比）时，计算燃煤1t需加石灰石的量。
解：相对于碳元素作如下计算：
%（质量） mol/100g煤 mol/mol碳 C 65.7 5.475 1 H 3.2 3.2 0.584 S 1.7 0.053 0.010 O 2.3 0.072 0.013 灰分 18.1 3.306g/mol碳 水分 9.0 1.644g/mol碳
3
3
3
故煤的组成为CH0.584S0.010O0.013，
燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为
100?18.26g/molC。燃烧方程式为
5.475CH0.584S0.010O0.013?n(O2?3.78N2)?CO2?0.292H2O?0.010SO2?3.78nN2
n=1+0.584/4+0.010－0.013/2=1.1495 1）理论空气量
1.1495?(1?3.78)?1000?22.4?10?3m3/kg?6.74m3/kg；
18.26SO2在湿烟气中的浓度为
0.0101.6441?0.292?0.010?3.78?1.1495?181000?80%?144.8g/kg 100?100%?0.174%
2）产生灰分的量为18.1? 烟气量（1+0.292+0.010+3.78×1.1495+1.644/18）×1000/18.26×22.4×10=6.826m/kg 灰分浓度为
－33
144.8?103mg/m=2.12×10mg/m
6.8263
4
3
1000?1.7%?1.7?4032.003）需石灰石?103.21kg/t煤
35%3 煤的元素分析结果如下S0.6%；H3.7%；C79.5%；N0.9%；O4.7%；灰分10.6%。在空气过剩20%条件下完全燃烧。计算烟气中SO2的浓度。 解：按燃烧1kg煤计算
重量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（mol） C 795 66.25 66.25 H 31.125 15.5625 7.78 S 6 0.1875 0.1875 H2O 52.875 2.94 0 设干空气中N2：O2体积比为3.78：1，
所需理论空气量为4.78×（66.25+7.78+0.1875）=354.76mol/kg煤。 理论烟气量CO2 66.25mol，SO2 0.1875mol，H2O 15.5625+2.94=18.50mol N2
3.78?354.76?280.54mol4.78
总计66.25+`8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤
实际烟气量365.48+0.2×354.76=436.43mol/kg煤，SO2浓度为
0.1875?100%?0.043%。
436.434 某锅炉燃用煤气的成分如下：H2S0.2%；CO25%；O20.2%；CO28.5%；H213.0%；CH40.7%；N252.4%；空气含湿量为
12g/mN，??1.2，试求实际需要的空气量和燃烧时产生的实际烟气量。
3
解：取1mol煤气计算
H2S 0.002mol 耗氧量 0.003mol CO2 0.05mol 0 CO 0.285mol 0.143mol H2 （0.13-0.004）mol 0.063mol CH4 0.007mol 0.014mol
共需O2 0.003+0.143+0.063+0.014=0.223mol。设干空气中N2：O2体积比为3.78：1，则理论干空气量为0.223×（3.78+1）=1.066mol。取?空气含湿量为12g/mN，即含数为1.493%。故实际空气量为
3
?1.2，则实际干空气 1.2×1.066mol=1.279mol。
3
3
H2O0.67mol/ mN，14.94L/ mN。故
。
H2O体积分
1.279?1.298mol1?1.493%烟气量SO2：0.002mol，CO2：0.285+0.007+0.05=0.342mol，N2
：
0.223
×
3.78+0.524=1.367mol
，
H2O0.002+0.126+0.014+1.298×1.493%+0.004=0.201mol 故实际烟气量 0.002+0.342+1.367+0.201+0.2×1.066=2.125mol
任务4
1 一登山运动员在山脚处测得气压为1000 hPa，登山到达某高度后又测得气压为500 hPa，试问登山运动员从山脚向上爬了多少米？
解：由气体静力学方程式，大气中气压随高度的变化可用下式描述：
dP??g??dZ （1）
将空气视为理想气体，即有
PV?mRTM 可写为 ??mPM?VRT （2）
将（2）式带入（1），并整理，得到以下方程：
dPgM??dZPRT
假定在一定范围内温度T的变化很小，可以忽略。对上式进行积分得：
lnP??gMPgMZ?C 即 ln2??(Z2?Z1)（3） RTPRT1。
假设山脚下的气温为10C，带入（3）式得：
5009.8?0.029???Z10008.314?283得?Z?5.7km ln
即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km。
2、在气压为400 hPa处，气块温度为230K。若气块绝热下降到气压为600 hPa处，气块温度变为多少？ 解：
T1P?(1)0.288， T0P0P10.2886000.288)?230()?258.49K P04001 。T1?T0(3、用测得的地面气温和一定高度的气温数据，按平均温度梯度对大气稳定度进行分类。 测定编号 地面温度/C 高度/m 相应温度/C 解：G1。2 21.1 763 15.6 3 15.6 580 8.9 4 25.0 2000 5.0 5 30.0 500 20.0 6 25.0 700 28.0 21.1 458 26.7 ??T126.7?21.1??1.22K/100m?0，故?1??G1?0，逆温； ?z1458G2??T215.6?21.1???0.72K/100m，故?2??G2?0.72K/100m??d，稳定； ?z2763?T38.9?15.6???1.16K/100m，故?3??G3?1.16K/100m??d，不稳定； ?z3580G3?
G4??T45.0?25.0???1K/100m，故?4??G4?1K/100m??d，不稳定； ?z42000?T520.0?30.0???2K/100m，故?5??G5?2K/100m??d，不稳定； ?z5500?T628.0?25.0??0.43K/100m?0，故?6??G6?0逆温。 ?z6700G5?G6?4、 确定题3中所给的每种条件下的位温梯度。
解：以第一组数据为例进行计算：假设地面大气压强为1013hPa，则由习题3.1推导得到的公式
lnP2gM??(Z2?Z1)，代入已知数据（温度T取两高度处的平均值）即 PRT1P29.8?0.029＝－?458，由此解得P=961hPa。 10138.314?2972
ln由《大气污染控制工程》P72 （3－15）可分别计算地面处位温和给定高度处位温：
?地面?T地面(10000.28810000.288)?294.1()?293K， P地面1013?1?T1(10000.28810000.288)?299.7()?303.16K， P1961293?303?2.18K/100m
0?4581 。故位温梯度=
同理可计算得到其他数据的位温梯度，结果列表如下： 测定编号 地面温度/C 高度/m 相应温度/C 位温梯度/ K/100m 。2 21.1 763 15.6 3 15.6 580 8.9 4 25.0 2000 5.0 5 30.0 500 20.0 6 25.0 700 28.0 21.1 458 26.7 2.22 0.27 －0.17 －0.02 －1.02 1.42 5、假如题4中各种高度处的气压相应为970、925、935、820、950、930 hPa，确定地面上的位温。 解：以第一组数据为例进行计算，由习题3.1推导得到的公式lnP2gM??(Z2?Z1)，设地面压强为PRT11
P1，代入数据得到：ln9709.8?0.029＝－?458，解得P=1023hPa。因此 P18.314?297?地面?T地面(10000.28810000.288)?294.1()?292.2K P地面1023同理可计算得到其他数据的地面位温，结果列表如下：