Question

烟囱高40米，口径2米，烟速10m/s，温度127度，SO2排放量50g/s，风速4m/s，气温27度，求地面最大浓度

某化工厂烟囱高度40米，出口直径2米，出口烟气速度为10m/s，温度127摄氏度，排烟中二氧化硫的排放量为50g/s，烟囱出口处风速为4m/s，大气温度为27摄氏度，若要求地面最大浓度不超过卫生标准——一次最高允许浓度为0.5mg/m³，实际地面最大落地浓度值会超过卫生标准吗？若超过应采取什么措施？（假设σz=σy）

Answer 1

根据题意，我们需要计算出烟气在烟囱出口处的浓度，以及在地面上的浓度，并判断地面最大浓度是否超过卫生标准。
首先，根据烟气在烟囱内的流动特性，可以计算出烟气在烟囱出口处的流量Q：
Q = πr²v = π(1²)m²/s = πm²/s
其中，r为烟囱出口半径，v为烟气速度。
然后，根据烟气的物理性质和热力学公式，可以计算出烟气的密度ρ和动力粘度μ：
ρ = P/(RT) = (1.01325×10⁵)/(287(127+273)) = 0.810kg/m³
μ = μ0*(T/T0)^(3/2)*(T0+S)/(T+S) = 2.05×10^(-5)Pa·s
其中，P为大气压强，R为气体常数，T为烟气温度，μ0为20℃下空气的动力粘度，T0为20℃，S为Sutherland常数，对于空气取为110.4K。
接下来，根据烟气在烟囱出口处的流量Q和密度ρ，可以计算出烟气在单位时间内排放的质量m：
m = Qρ = π0.02²100.81 = 0.102kg/s
再根据二氧化硫的摩尔质量和质量分数，可以计算出烟气中二氧化硫的摩尔流量N：
N = m/MS = 50/64(10^-3) = 0.78125mol/s
其中，M为二氧化硫的摩尔质量，S为烟气中二氧化硫的质量分数，根据假设σz=σy，可以认为烟气的纵向和横向扩散系数相等，取为σz=σy=0.16m。
接下来，根据烟气在大气中的扩散模型，可以计算出烟气在地面上的浓度C：
C = N/(2πσzσy*u)exp(-(z-H)^2/(2σz^2))
其中，u为风速，H为烟囱高度，z为地面高度。
代入数据可得：
C = 0.78125/(2π0.16²4)exp(-(0-40)^2/(20.16^2)) = 0.00047mg/m³
因此，实际地面最大落地浓度值不会超过卫生标准，地面最大浓度为0.