大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)(陸建剛)(第二版)
本書是作者在多年教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上編寫而成的實(shí)驗(yàn)教材。書中介紹了現(xiàn)代新型儀器、裝置和測(cè)量方法等,內(nèi)容包括基本知識(shí)、基本操作、基本技術(shù)、性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)、大氣固態(tài)污染物實(shí)驗(yàn)、大氣氣態(tài)污染物實(shí)驗(yàn)等,共56個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在新技術(shù)開發(fā)、探索性研究型實(shí)驗(yàn)上具有一定的新穎性。此外,考慮到各個(gè)院校在安排教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)的差異性,實(shí)驗(yàn)設(shè)立了可根據(jù)自身?xiàng)l件、選擇性開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
本書可作為高等院校環(huán)境工程及其相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)用書,也可供從事環(huán)境科學(xué)研究及管理的人員參考。
適讀人群 :本書可作為高等院校環(huán)境工程及其相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)用書,也可供從事環(huán)境科學(xué)研究及管理的人員參考。
《大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)》于2014年入選“十二五”普通高等教育國(guó)家本科規(guī)劃教材。書中所選實(shí)驗(yàn)具有全面典型的特色,同時(shí)新增近期大氣污染控制工程領(lǐng)域的仿真實(shí)驗(yàn)和細(xì)顆粒物PM10/PM2.5的分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù),具有很大的實(shí)踐指導(dǎo)意義。
陸建剛,南京信息工程學(xué)院,教授,1987年畢業(yè)于山東大學(xué)化學(xué)系,2006年獲得南京理工大學(xué)環(huán)境工程博士學(xué)位,南京信息工程大學(xué)校環(huán)境工程學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人。參加工作以來(lái)一直從事大氣污染控制科學(xué)研究。參加、承擔(dān)和主持國(guó)家和省部級(jí)科研項(xiàng)目10多項(xiàng),參加和承擔(dān)工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目10多項(xiàng),近期發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇,其中SCI收錄10余篇,EI收錄20多篇,參加國(guó)際和國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議16次,發(fā)表15篇會(huì)議論文,獲得各類獎(jiǎng)項(xiàng)10項(xiàng)。
參加本教材建設(shè)的教師共6位,均具有研究生學(xué)歷以及環(huán)境工程專長(zhǎng)和專業(yè)背景,其中教授3名,副教授1名,講師2名。其中1人專業(yè)背景為大氣化學(xué);3位教師有國(guó)外工作和考察學(xué)習(xí)的經(jīng)歷,所有教師都有合作研究或考察學(xué)習(xí)的經(jīng)歷。
緒論1
一、大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)的目的和要求1
二、大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法1
三、大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定3
四、大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)規(guī)則4
五、學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則5
六、實(shí)驗(yàn)室意外事故的處理5
第一章基本知識(shí)、基本操作、基本技術(shù)6
一、實(shí)驗(yàn)室常用儀器6
二、實(shí)驗(yàn)基本操作及其過(guò)程10
三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理和表達(dá)21
四、實(shí)驗(yàn)誤差及其處理22
五、實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)28
六、Flash實(shí)驗(yàn)教程的概念、功能、使用和意義等基礎(chǔ)介紹31
七、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程教程32
第二章性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)33
實(shí)驗(yàn)一系統(tǒng)的壓力和真空度的測(cè)定33
實(shí)驗(yàn)二煙氣參數(shù)(溫度、壓力、含濕量、密度、流速及流量)的測(cè)定36
實(shí)驗(yàn)三軸流風(fēng)機(jī)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)40
實(shí)驗(yàn)四文丘里及孔板流量計(jì)流量系數(shù)的測(cè)定42
實(shí)驗(yàn)五虛擬仿真實(shí)驗(yàn)——填料塔凈化二氧化硫性能實(shí)驗(yàn)46
第三章固態(tài)污染物控制實(shí)驗(yàn)51
實(shí)驗(yàn)六區(qū)域環(huán)境空氣中總懸浮顆粒物的測(cè)定51
實(shí)驗(yàn)七大氣環(huán)境中懸浮顆粒物PM10和PM25的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)53
實(shí)驗(yàn)八粉塵樣品的分取及安息角的測(cè)定55
實(shí)驗(yàn)九煙氣含塵濃度的測(cè)定57
實(shí)驗(yàn)十粉塵真密度的測(cè)定(真空法)60
實(shí)驗(yàn)十一光學(xué)法測(cè)定粉塵粒徑62
實(shí)驗(yàn)十二移液管法測(cè)定粉塵粒徑分布65
實(shí)驗(yàn)十三沖擊法測(cè)定粉塵粒徑分布70
實(shí)驗(yàn)十四粉塵比電阻的測(cè)定75
實(shí)驗(yàn)十五旋風(fēng)除塵器性能的測(cè)定77
實(shí)驗(yàn)十六袋式除塵器性能的測(cè)定81
實(shí)驗(yàn)十七濕式文丘里除塵器性能的測(cè)定85
實(shí)驗(yàn)十八電除塵器除塵效率的測(cè)定90
實(shí)驗(yàn)十九電除塵器伏安特性測(cè)定93
實(shí)驗(yàn)二十交通源顆粒物排放因子的測(cè)定95
第四章氣態(tài)污染物控制實(shí)驗(yàn)98
實(shí)驗(yàn)二十一奧氏氣體分析儀測(cè)定煙氣組分(CO2、CO、O2、N2)98
實(shí)驗(yàn)二十二填料塔反應(yīng)器回收煙氣中CO2101
實(shí)驗(yàn)二十三膜吸收法捕集煙氣中CO2104
實(shí)驗(yàn)二十四濕壁柱吸收空氣中CO2109
實(shí)驗(yàn)二十五鼓泡反應(yīng)器吸收空氣中CO2112
實(shí)驗(yàn)二十六大氣環(huán)境中SO2濃度的測(cè)定116
實(shí)驗(yàn)二十七大氣環(huán)境中氮氧化物濃度的測(cè)定119
實(shí)驗(yàn)二十八煙氣中二氧化硫污染物的凈化122
實(shí)驗(yàn)二十九吸收法凈化煙氣中氮氧化物126
實(shí)驗(yàn)三十吸附法凈化氣體中的氮氧化物131
實(shí)驗(yàn)三十一活性炭吸附含苯有機(jī)廢氣135
實(shí)驗(yàn)三十二高濃度有機(jī)廢氣的凈化(冷凝法)138
實(shí)驗(yàn)三十三高濃度有機(jī)廢氣的凈化(冷凝吸收組合法)141
實(shí)驗(yàn)三十四還原法處理煙氣中氮氧化物143
實(shí)驗(yàn)三十五催化燃燒法凈化廢氣中有機(jī)污染物146
實(shí)驗(yàn)三十六室內(nèi)空氣污染物甲醛含量的測(cè)定(分光光度法)149
實(shí)驗(yàn)三十七室內(nèi)空氣污染物甲醛含量的測(cè)定(離子色譜法)152
實(shí)驗(yàn)三十八空氣中污染物苯系物含量的測(cè)定154
實(shí)驗(yàn)三十九空氣中污染物氨含量的測(cè)定157
實(shí)驗(yàn)四十機(jī)動(dòng)車尾氣污染物的檢測(cè)159
實(shí)驗(yàn)四十一餐飲業(yè)煙氣油煙凈化器性能測(cè)定162
實(shí)驗(yàn)四十二濕法煙氣脫硫(氧化鎂法)166
實(shí)驗(yàn)四十三生物質(zhì)型煤成型實(shí)驗(yàn)169
實(shí)驗(yàn)四十四生物質(zhì)型煤燃燒過(guò)程脫硫?qū)嶒?yàn)172
實(shí)驗(yàn)四十五催化轉(zhuǎn)化法去除汽車尾氣中氮氧化物176
實(shí)驗(yàn)四十六光催化氧化法凈化VOCs179
實(shí)驗(yàn)四十七生物洗滌降解法凈化VOCs183
實(shí)驗(yàn)四十八脈沖電暈等離子體法脫除煙氣中SO2和NOx187
實(shí)驗(yàn)四十九室內(nèi)空氣總VOCs的快速測(cè)定實(shí)驗(yàn)190
實(shí)驗(yàn)五十等離子體法凈化室內(nèi)空氣實(shí)驗(yàn)192
實(shí)驗(yàn)五十一膜基冷凝法捕集低濃度VOCs實(shí)驗(yàn)194
實(shí)驗(yàn)五十二膜法凈化惡臭氣體實(shí)驗(yàn)197
實(shí)驗(yàn)五十三膜吸收法凈化煙氣中NO2實(shí)驗(yàn)200
實(shí)驗(yàn)五十四膜基離子液體捕集煙氣中SO2實(shí)驗(yàn)201
實(shí)驗(yàn)五十五煙氣中硫氮氧化物協(xié)同凈化實(shí)驗(yàn)203
實(shí)驗(yàn)五十六吸收與吸附聯(lián)合法凈化實(shí)驗(yàn)206
附錄209
參考文獻(xiàn)228
六 Flash實(shí)驗(yàn)教程的概念、功能、使用和意義等基礎(chǔ)介紹。
1、Flash概念
Flash是美國(guó)Macromedia公司創(chuàng)建的一種二維矢量動(dòng)畫設(shè)計(jì)軟件(Macromedia Flash,簡(jiǎn)稱為Flash,后被Adobe公司合并,稱為Adobe Flash),是一款集動(dòng)畫創(chuàng)作與應(yīng)用程序開發(fā)于一身的創(chuàng)作軟件,該軟件以流式控制技術(shù)和矢量技術(shù)為核心,用于網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫的交互性設(shè)計(jì),可以包含豐富的視頻、聲音、圖形和動(dòng)畫。通常包括Macromedia Flash,用于設(shè)計(jì)和編輯Flash文檔,以及Adobe FlashPlayer,用于播放Flash文檔。
Flash軟件基本特征:
(1) 互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)的矢量動(dòng)畫設(shè)計(jì)和流式播放,具有存儲(chǔ)空間小、下載迅速、邊播放邊下載等特點(diǎn);
(2) “富因特網(wǎng)應(yīng)用”(RIA)概念的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)之一;
(3) 獨(dú)特的影片檔案格式(SWF);
(4) 音樂、動(dòng)畫、聲效,交互方式融合在一起。
通常應(yīng)用Flash創(chuàng)作內(nèi)容時(shí),需要在Flash文檔文件中工作。Flash文檔四個(gè)組成部分:
(1) 舞臺(tái) 舞臺(tái)是顯示圖形、視頻、按鈕等內(nèi)容的位置區(qū)域;
(2) 時(shí)間軸 時(shí)間軸用于組織和控制文檔內(nèi)容在一定時(shí)間內(nèi)播放的圖層數(shù)和幀數(shù),即用來(lái)通知Flash顯示圖形和其它項(xiàng)目元素的時(shí)間,或者指定舞臺(tái)上各圖形的分層順序;
(3) 庫(kù)面板 庫(kù)面板是Flash顯示Flash文檔中的媒體元素列表的位置;
(4) Action scipt Action scipt代碼用于向文檔中的媒體元素添加交互式內(nèi)容。
Flash已經(jīng)逐漸成為網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫的標(biāo)準(zhǔn)和一種新興的技術(shù)發(fā)展方向。
2、Flash基本功能
Flash有三大基本功能,是Flash動(dòng)畫設(shè)計(jì)體系中重要、基礎(chǔ)、緊密相連的邏輯功能,包括: 繪圖、編輯圖形和補(bǔ)間動(dòng)畫和遮罩。Flash擁有多種繪圖工具,可以在不同的繪制模式下工作。Flash提供的3種繪制模式,基本繪制模式創(chuàng)建矩形和橢圓簡(jiǎn)單形狀,在默認(rèn)情況下,F(xiàn)lash使用合并繪制模式,也可以啟用對(duì)象繪制模式。編輯圖形是怎樣使用元件來(lái)組織圖形元素,這也是Flash動(dòng)畫的一個(gè)巨大特點(diǎn)。Flash中的每幅圖形都開始于一種形狀,形狀由兩個(gè)部分組成,填充(fill)和筆觸(stroke),前者是形狀里面的部分,后者是形狀的輪廓線。補(bǔ)間動(dòng)畫是整個(gè)Flash動(dòng)畫設(shè)計(jì)的核心,也是Flash動(dòng)畫的大優(yōu)點(diǎn),包括動(dòng)畫補(bǔ)間和形狀補(bǔ)間兩種形式。使用Macromedia Flash 中的諸多功能,可以創(chuàng)建多種類型的應(yīng)用程序。
3、Flash在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用
Flash可以化靜為動(dòng)、化虛為實(shí)、化抽象為直觀,能夠拓展實(shí)驗(yàn)的時(shí)空界限 ,形象的展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程和裝置運(yùn)行的細(xì)節(jié),提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣、效率和主動(dòng)性。避免了時(shí)間、空間、課堂教學(xué)條件的限制,學(xué)生可以不去實(shí)驗(yàn)室實(shí)地觀察,只要在電教多媒體系統(tǒng)上可將書本知識(shí)化靜為動(dòng)、化虛為實(shí)、化抽象為直觀,并具有信息量大、傳遞方便、現(xiàn)象鮮明、直觀、簡(jiǎn)潔明了等特點(diǎn),F(xiàn)lash在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供支撐,在理工科類實(shí)驗(yàn)中得到了廣泛應(yīng)用。
七 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程教程
隨著虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)日益成熟,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在教育領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值開始被人們認(rèn)識(shí)和廣泛接受,該技術(shù)可以輔助高校科研工作,同時(shí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面也獲得了快速發(fā)展,其具有利用率高,易維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn),近年來(lái),國(guó)內(nèi)高校都根據(jù)自身科研和教學(xué)的需求建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室,目前已有100個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。
1、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)基本特征
虛擬仿真(Virtual,Reality,Simulation)技術(shù),是用一個(gè)系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真本質(zhì)上是一種可創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界(Virtual World)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),此種虛擬世界由計(jì)算機(jī)生成,可以是現(xiàn)實(shí)世界的再現(xiàn),亦可以是構(gòu)想中的世界,實(shí)驗(yàn)者可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行自然的交互。
虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)(又稱VR)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上營(yíng)造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境,實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣,完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,獲得的實(shí)驗(yàn)效果等價(jià)于甚至優(yōu)于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的效果。虛擬實(shí)驗(yàn)建立在一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境(平臺(tái)仿真)之上,注重的是實(shí)驗(yàn)操作的交互性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的仿真性。虛擬實(shí)驗(yàn)是一種動(dòng)態(tài)體驗(yàn),其能夠完成現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的效果。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行岣呓?jīng)費(fèi)、場(chǎng)地、器材等方面的利用效率,虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)“時(shí)、空”的限制,實(shí)驗(yàn)者可以隨時(shí)隨地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室,操作儀器,進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn),有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室完成,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與應(yīng)用將會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革產(chǎn)生變革性的影響。
2、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)、設(shè)備和要求
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室由虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)、虛擬器材庫(kù)和開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)組成,具體由五部分組成,1)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái),包括軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái);2)高性能圖像生成及處理系統(tǒng);3)立體式沉浸性的虛擬三維顯示系統(tǒng);4)虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng);5)集成應(yīng)用控制系統(tǒng)。
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)(計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng))上進(jìn)行,針對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,在對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解透徹的前提下,熟悉實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)操作過(guò)程,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要包含兩部分內(nèi)容:實(shí)驗(yàn)過(guò)程的真實(shí)模擬重現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)操作步驟過(guò)程正確性檢驗(yàn)。
第二章 性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)五 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)-填料塔凈化二氧化硫性能實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求
1、了解虛擬仿真原理和過(guò)程;
2、通過(guò)虛擬仿真了解填料塔結(jié)構(gòu)和吸收凈化有害氣體的性能,加深理解填料塔內(nèi)氣液接觸狀況及吸收過(guò)程的基本原理;
3、熟悉虛擬仿真在吸收法凈化廢氣中SO2中應(yīng)用;
4、通過(guò)虛擬仿真,觀察填料塔內(nèi)氣液接觸狀況和液泛現(xiàn)象,測(cè)定填料塔的吸收效率及壓降;
5、通過(guò)虛擬仿真,觀察氣液流速的變化對(duì)氣液接觸狀況的影響,測(cè)定填料塔化學(xué)吸收體系的體積傳質(zhì)系數(shù);
6、通過(guò)實(shí)驗(yàn)初步了解用填料塔的吸收凈化有害氣體的性能,加深理解在填料塔內(nèi)氣液
二、實(shí)驗(yàn)原理
在填料塔中,兩相接觸是連續(xù)地在填料表面上進(jìn)行,完成一定吸收任務(wù)需要一定的填料高度,填料層高度計(jì)算方法有傳質(zhì)系數(shù)法、傳質(zhì)單元法以及等板高度法?傮w積傳質(zhì)系數(shù)KYa是單位填料體積、單位時(shí)間吸收的溶質(zhì)量。它反映填料吸收塔性能的主要參數(shù),是設(shè)計(jì)填料高度的重要數(shù)據(jù)。
本實(shí)驗(yàn)采用NaOH或Na2CO3溶液吸收空氣-二氧化硫混合氣體中的SO2,吸收方式為化學(xué)吸收。通過(guò)實(shí)驗(yàn),得到以濃度差為推動(dòng)力的體積吸收系數(shù)(Kya):
(2-5-1)
式中:Q-通過(guò)填料塔的空氣量,kmol/h;
h-填料層高度,m;
A-填料塔的截面積,m2;
y1、y2-進(jìn)出填料塔氣體中SO2的比摩爾分率;
Δym-對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力。
其中:
; (2-5-2)
PA1、PA2-進(jìn)出塔氣體中SO2的分壓力,Pa;P-吸收塔氣體的平均壓力,Pa。
由于吸收反應(yīng)為快速不可逆反應(yīng),吸收液面上SO2的平衡濃度可看作為零,則對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力Δym可表示為:
(2-5-3)
由上面公式可得到以分壓差為推動(dòng)力的體積吸收系數(shù)KGa的計(jì)算公式為:
(2-5-4)
三、儀器與實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)在虛擬仿真系統(tǒng)中實(shí)施,儀器和設(shè)備見圖2-5-1和圖2-5-2。
圖2-5-1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)流程圖
圖2-5-2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)滴定
四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟
1、登錄系統(tǒng)
進(jìn)入實(shí)驗(yàn)后,會(huì)出現(xiàn)“登錄”對(duì)話框,如