一、
试分析汽车发动机排气污染物CO、HC、NOx的生成机理，影响因素及相互关系。
(1) CO：是燃油不完全的中间产物，当氧气不充足时会产生CO，混合气浓度大及混合气不均匀都会使排气中的CO增加。燃料分子RH（R代表碳氢基）在燃烧过程中生成CO大致经历如下步骤：
\[\ce{RH -> R -> RO2 -> RCHC -> RCO -> CO}\]CO的生成量主要受空燃比、空气和燃料的混合程度、内壁的淬灭效应等的影响，燃烧终了时的CO浓度一般取决于燃气温度。
(2) HC：燃料中未燃烧的物质，由于混合气不均匀、燃料室壁冷等原因造成部分燃油未来得及燃烧就被排出去。
一般来自于燃料的不完全燃烧、壁面淬熄效应（温度较低的燃烧室壁面对火焰的迅速冷却）以及壁面油膜和积碳的吸附（未燃烧的HC在进气压缩时被壁面油膜或积碳吸附，在排气膨胀时释放出来）。
(3) NOx包含NO和NO2，其中大部分是NO，少部分为NO2。
有三种NO的产生途径，分别是热力型NO（影响因素有温度、O2浓度和停留时间）、瞬时NO（由碳氢化合物裂解出的CH和CH2等与N2反应，生成HCN和NH等中间产物，并经过生成CN和N的反应，最后生成NO）和燃料型NO（燃料中的氮化合物分解后生成HCN和NH3等中间产物，并逐步生成NO）。
NO2主要来源于NO与O2反应。
(3) 影响因素：
空燃比：稀薄燃烧条件下发动机燃烧效率高，生成的HC和CO浓度低，富燃时燃烧不完全，生成的HC和CO较多。过浓或过稀的空燃比都会降低燃烧速度和燃烧温度，使NO的生成量都有所下降。
点火提前角：对CO的生成量影响不大。但对HC和NOx的影响较大。随着点火提前角的增加，HC和NOx生成物都会急剧增加。其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关，当点火提前角增大到一定值后，由于燃烧时间过短，HC和NOx生成值便有所下降，油油耗增大、工作不稳。
发动机转速及工况的影响：由于NOx是高温燃烧时的生成物，当发动机的转速和负荷提高时，使气缸的燃烧温度升高。NOx生成量随之增大，CO和HC的生成量稍有增加。但影响较小。碳颗粒和影响因素主要有空燃比、发动机的温度、转速和负荷以及燃烧室的形状。燃油的雾化情况等。发动机的温度、转速和负荷以及燃烧室的形状，燃油的雾化情况等。空燃比过浓，温度过低，均不利于燃油的雾化和燃烧，使碳微粒生成量增加；发动机转速和负荷增大，使燃烧温度提高。有利于完全燃烧，使碳微粒的生成量减少。
二、
Deutsch公式建立在哪些假定基础上，分析其实际应用价值。并分析理论驱进速度与实际驱进速度的区别与联系。
(1) 假定基础：除尘器中气流为紊流状态；在垂直于集尘表面的任一横截面上粒子浓度和气流分布是均匀的；粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程；忽略电风、气流分布不均匀、被捕集粒子重新进入气流等影响。
（PPT上八条假定：
- 立刻荷电（全部）。
- 捕集层（δ厚），层内层流，主核心区为紊流。
- δ定义：从集尘极表面到气流水平速度等于v0的点之间的距离。
- 在捕集层内粒子是以其驱进速度ω穿过气流运动，ω值不受气流速度影响，并决定于空间场强E。
- 气流紊流核心区，气流速度均匀，并等于平均气速v0。
- 因紊流和扩散力使中心核心区横向粒子浓度分布均匀，在这一区内驱进速度ω的影响被忽略，假定是径向混合。
- 粒子充分分散，相互斥力可忽略。
- 不存在干扰因素，如粒子返流、气流不均、反电晕等。）
(2) 实际应用价值：概括了分级除尘效率与集尘板面积、气休流量和颗粒驱进速度之间的关系，指明了提高电除尘器捕集效率的途径，因而在除尘器性能分析和设计中被广泛采用。
(3) 理论驱进速度与实际驱进速度：荷电粒子在电场力的作用下，向集尘极运动时，电场力与空气阻力很快就达到平衡，并向集尘极作等速运动，此时，粒子的驱进速度为：
\[\omega = \cfrac {QE_{\text{p}}}{3\pi\mu d_{\text{p}}}\]当颗粒直径为2-50 μm时，ω与颗粒直径成正比。然而在实际应用中，并不存在层流的理想条件。因此，理论驱进速度大于实际驱进速度。对于工业电除尘器，实际驱进速度一般在0.2-2 m/s的范围内，颗粒物粒径在0.1-0.5 μm的范围内。
三、
某厂90 m3烧结机尾电除尘实测结果入口含尘Cin = 26.8 g/m3，出口含尘Cout = 0.133 g/m3，气流量Q = 44.3 m3/s。该除尘器断面积F = 40 m2，集尘板总面积A = 1982 m2。用上述数据设计一个新的用于130 m2烧结机尾电除尘器，要求除尘效率达到99.8%，其烟气量为70.0 m3/s。
计算原电除尘器的除尘效率和有效趋近速度：
\[\eta = 1 - \cfrac {\rho_2}{\rho_1} = 1 - \cfrac {0.133}{26.8} = 99.5\%\] \[\omega_{\text{e}} = -\cfrac {Q}{A}\ln(1 - \eta) = -\cfrac {44.4}{1982} \ln(1 - 0.995)~\pu{m/s} = \pu{0.119 m/s}\]除尘器横断面风速（电厂风速）为：
\[v = \cfrac {Q}{F} = \cfrac {44.4}{40}~\pu{m/s} = \pu{1.11 m/s}\]新建电除尘器集尘板总面积为：
\[A = -\cfrac {\ln(1 - \eta)}{\omega_{\text{e}}}Q = -\cfrac {\ln(1 - 0.998)}{0.119} \times 70.0~\pu{m2} = \pu{3660 m2}\]可以按照标准选择SHWB60型，那么集尘板总面积为3743 m2，有效断面积为63.3 m2，则除尘器的断面风速为
\[v = \cfrac {Q}{F} = \cfrac {70.0}{63.3}~\pu{m/s} = \pu{1.1 m/s}\]在0.7-1.3 m/s范围之内，选型合适。
四、
有一布袋除尘器，过滤面积1000 m2，处理空气量为10 m3/s，含尘浓度0.001 kg/m3，假定K1 = 2000 N s/m3，K2 = 2500 s-1，如果ΔP = 2000 N/m2时必须清灰，试求清灰周期。
由Q = 10 m3/s，A = 1000 m2，得到：
\[v_0 = \cfrac {Q}{A} = \cfrac {10}{1000}~\pu{m/s} = \pu{0.01 m/s}\]根据公式ΔPf = K1v0 + K2cv02t，得到：
\[t = \cfrac {\Delta p - K_1v_0}{K_2cv_0^2} = \cfrac {2000 - 2000 \times 0.01}{2500 \times 0.001 \times 0.01^2}~\pu{s} = \pu{7.92E6 s} = \pu{91.67 d}\]五、
试从化学吸收理论角度分析提高湿式脱硫工艺效率的主要途径。
化学吸收法即使用二氧化硫与液相中的吸收剂反应，降低其浓度，增加气液两相的浓度差，进而增加吸收推动力，化学吸收的吸收速率不仅与二氧化硫在膜中扩散速率有关，还与反应速率有关。
利用碱液吸收SO2，使固体吸收剂与被吸收组分产生化学反应。化学吸收过程中，被吸收的气体与吸收液发生化学反应，有效地降低了溶液表面上的被吸收气体的分压。增加吸收过程的推动力，即提高吸收效率又降低被吸收气体的液相分压。
湿式脱硫利用碱性吸收液吸收烟气中的二氧化硫，目前应用最广泛的有石灰石/石灰法脱硫。调节系统运行因素加强对二氧化硫的吸收速率，如钙硫比、气流速度、吸收塔结构等。
pH值的影响：低pH值有利于石灰石的溶解和CaSO3、1/2H2O的氧化，而高pH值则有利于SO2的吸收。因此，选择合适的pH值，是保证系统良好运行的关键因素之一。
液气比：提高液气比相当于增大了吸收塔内的喷淋密度，使液气间的接触面积增大，脱硫效率也将增大。但在实际工程中发现，提高液气比将使浆液循环泵的流量增大，从而增加设备的投资和能耗。同时，高气液比还会使吸收塔内压力损失增大，增大风机能耗。
烟气流速：提高烟气流速可提高气液两相的湍动，降低烟气与液滴间的膜厚度，减小气膜传质阻力，提高传质效果。另外，喷淋液滴的下降速度将相对降低，使单位体积内持液量增大，增大了传质面积，增加了脱硫效率。但气速增加，又会使气液接触时间缩短，脱硫效率可能降低。
烟气温度：吸收塔温度降低时，吸收液面上的SO2的平衡分压也降低，有助于气液传质，脱硫效率增加。但温度过低会使H2SO3与CaCO3或Ca(OH)2间的反应速度降低，石灰石的溶解速度降低不利于吸收过程。
钙硫比：钙硫比增大，注入吸收塔内吸收剂的量也相应增大，引起浆液pH值上升，可增大中和反应的速率，增加反应的表面积，使SO2吸收量增加，提高脱硫效率。
吸收剂原料：高纯度的吸收剂将有利于产生优质脱硫石膏。粒度越小，单位体积的表面积越大，利用率相对较高，有利于脱硫。过高的吸收剂纯度和过细的粒度会导致吸收剂制备价格上升，使系统运行成本增加。
石膏过饱和度：当超过某一相对饱和度值后，石膏晶体就会在悬浊液内已经存在的石膏晶体上生长。当相对饱和度达到某一更高值时，就会形成晶核，同时石膏晶体会在其它物质表面上生长，导致吸收塔浆液池表明结垢。此外，晶体还会覆盖未反应的石灰石颗粒表面，造成反应剂使用效率下降。
烟尘：飞灰在一定程度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触，降低了石灰石中Ca2+的溶解速度，同时飞灰中不断溶出的一些重金属，如Hg、Mg、Cd、Zn等离子会抑制Ca2+与HSO3-的反应。如果因除尘、除灰设备故障，引起浆液中的粉尘、重金属杂质过多，则会影响石灰石的溶解，导致浆液pH值降低，脱硫效率下降。
液滴直径：液滴直径减小，气液接触面积增大，有利于脱硫反应的进行；但减小液滴尺寸势必增大浆液循环系统的阻力，如增大循环泵压头，将使系统的投资运行费用增加。
含氧量：随着烟气中O2含量的增加，CaSO4·2H2O的形成加快，脱硫率也呈上升趋势。当原烟气中氧含量一定时，可人为往吸收塔浆液中增加氧气，所以多投运氧化风机可以提高脱硫率。
气热交换器的漏风：会导致干净烟气被污染，影响最终的脱硫效果。通常气热交换器热原烟气泄漏到冷净烟气中的量占中流量的3~5%。
六、
某排气系统中SO2的浓度YSO2 = 50 g/m3，在吸收塔中用水吸收SO2，吸收塔在t = 20 ℃，P = 1 atm工况下工作，求水中可能达到的SO2最大浓度。
排气系统中SO2的比摩尔浓度为：
\[y = \cfrac {c}{1-c} = \cfrac {22.4 \times 10^{-3} \times 50 / 64}{1 - 22.4 \times 10^{-3} \times 50 / 64} = \pu{0.0178 kmol}~\ce{SO2}/\text{kmol 空气}\]查得20 ℃，总压101.325 kPa条件下SO2在水中的亨利系数为E = 3550 kPa，于是其相平衡系数为
\[m = \cfrac {E}{P} = \cfrac {3550}{101.325} = 35.04\]那么水中可能达到的SO2最大浓度为：
\[x^* = \cfrac {y}{m} = \cfrac {0.0175}{35.04} = \pu{5.08E-4 kmol}~\ce{SO2}/\text{kmol 水}\]七、
Estimate the combustion gas composition and quantity and concentrations of uncontrolled emissions anticipated from new 150-MW pulverized coal and cyclone-type boilers and assume the fuel is bituminous coal with the analysis given as following:
- (1) the ultimate analysis 79.90% carbon, 4.85% hydrogen, 0.69% Sulphur, 1.30% nitrogen, 6.5% ash, 6.7% oxygen.
- (2) 15% excess air, T = 170℃.
- (3) for 100 MW, 340000 N·m3/h for flue gas quantity.
机翻：估算新的150 MW煤粉和旋风式锅炉的燃烧气体成分、数量和预计非受控排放物浓度，并假设燃料为烟煤，分析如下：
- (1) 最终分析为79.90%的碳、4.85%的氢、0.69%的硫、1.30%的氮、6.5%的灰、6.7%的氧。
- (2) 15%过量空气，T=170℃。
- (3) 对于100 MW，烟气量为340000 N·m3/h。
列表：
| 质量（g） | 相对原子质量 | 摩尔量（mol） | 归一化 | 需氧量(mol） | |
|---|---|---|---|---|---|
| C | 79.9 | 12 | 6.658333333 | 1 | 6.658333333 |
| H | 4.85 | 1 | 4.85 | 0.728410513 | 1.2125 |
| S | 0.69 | 32 | 0.0215625 | 0.003238423 | 0.0215625 |
| N | 1.3 | 14 | 0.092857143 | 0.013946004 | 0 |
| O | 6.7 | 16 | 0.41875 | 0.062891114 | -0.209375 |
| ash | 6.5 | ||||
| 求和 | 7.683020833 |
燃料组成为C6.66H4.85S0.022N0.093O0.419，或CH0.73S0.003N0.014O0.063。
燃烧后气体各组分占比：
| 摩尔量（mol） | 百分比 | 相对分子质量 | 排放量（t/h） | 排放量（g/m3） | |
|---|---|---|---|---|---|
| CO2 | 6.658333333 | 15.24% | 44 | 152.6301587 | 184.4289529 |
| H2O | 2.425 | 5.55% | 18 | 22.74083432 | 27.47863395 |
| SO2 | 0.0215625 | 0.05% | 64 | 0.718954212 | 0.868740317 |
| N2 | 33.44452013 | 76.53% | 28 | 487.8711604 | 589.5136847 |
| O2 | 1.152453125 | 2.64% | 32 | 19.21300935 | 23.21582594 |
| 求和 | 43.70186909 |
烟气量为：
\[340000 \times \cfrac {150}{100} \times {443}{273}~\pu{Nm3/h} = \pu{827582 Nm3/h}\]以CO2为例，计算烟气中的量：
\[340000 \times \cfrac {150}{100} \times 15.24\% \times \cfrac {44}{22.4 \times 10^{-3}}~\pu{t/h} = \pu{152.6 t/h}\]浓度为：
\[\cfrac {152.6}{827582}~\pu{g/m3} = \pu{184.4 g/m3}\]八、
在填料塔内用纯水吸收氨，若单位塔体积的吸收速率可用下式表示：
\[-r_A = (-r_A')a = -\cfrac{1}{V} \cdot \cfrac {\mathrm dn_A}{\mathrm dt} = K_{GA}ap_{A}\]式中，KGAa为总传质系数，试求：
- (1) 如今假定在水中加入一种酸用来帮助吸收，设为瞬时反应，说明KGAa随浓度应如何变化。将KGAa对酸浓度进行描绘，并据此估算物理吸收的各个传质系数。
- (2) 已有在25 ℃的数据如下：
| KGAa (mol/(h·L·atm)) | 300 | 310 | 335 | 350 | 370 | 380 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 酸的浓度 | 0.4 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.8 | 4.2 |
-
- 从这些数据算出对空气中的氨进行物理吸收，气膜阻力在总传质阻力内所占的百分率。
用水吸收氨属于易溶气体的吸收，主要阻力在气膜中，其经验公式为：
\[K_{GA}a = 6.07\times10^{-4}G^{0.9}W^{0.39}\]加入酸后为瞬时反应，表明KGAa随酸浓度升高而升高。
对于总传质过程，有：
\[\cfrac {1}{K_{G}} = \cfrac {1}{k_{G}} + \cfrac {1}{Hk_{L}}\]式中：随着酸浓度不断增加，HkL不断增加。kG为定值。
按(2)中给出数据，求回归方程，截距为：
\[\cfrac {1}{k_{G}} = 0.002441\]则kG = 409.61 mol/(h·L·atm)。
在酸浓度为1.0时，所占百分率为：
\[\cfrac {\cfrac {1}{k_G}}{\cfrac {1}{K_G}} = 75.68\%\]随酸浓度升高，气膜阻力占比升高。