大气污染控制工程教学大纲-中国人民大学环境学院

《大气污染控制工程》教学大纲一、课程及教师基本信息课程名称（中/英文）大气污染控制工程AirPollutionControlEngineering课程编号21013920学分3课程性质专业必修授课对象高年级本科生先修课程要求环境科学与工程导论，画法几何与工程制图，物理化学等课程任课教师信息姓名常化振职称副教授办公时间及地点：工作日8:00-17:00，环境学院办公电话、邮箱地址：无，[e-mail]助教信息姓名助教办公（答疑或辅导）时间邮箱地址课程教学目标本课程结合大气污染控制工程实验、课程设计及毕业设计（论文）等其它教学环节，为学生进行大气污染控制工程设计、科研及技术管理打下必要的基础。课程简介大气污染控制工程是高等学校环境工程专业的一门主干专业课。本课程主要讨论大气污染控制的基本理论、各种控制方法的过程分析及典型控制设备的工艺设计计算，并培养学生分析和解决大气污染控制工程问题的能力。结合大气污染控制工程实验及毕业设计（论文）等其它教学环节，为学生进行大气污染控制工程设计、科研及技术管理打下必要的基础。考核方式平时考核(包括实验)（60%）考核类型课堂表现及作业课程实验课程报告占总考核比例（%）202020期末考核（40%）闭卷考试学习要求了解主要大气污染物及其发生源，环境空气质量标准和综合防治措施；掌握有关除尘技术的基本理论，具有选用除尘设备、设计除尘系统的能力；掌握气态污染物控制的基本原理及其方法，能进行一般气态污染物控制系统的设计和典型设备的工艺计算；了解大气扩散的基本原理，初步学会估算大气污染物浓度和烟囱高度。注1：平时考核（%）＝课程作业（%）+研讨交流（%）+期中考核（%）；2：平时考核应占总成绩的40-70%。二、教学进度及基本内容教学进度安排教学周章节名称讲授内容及掌握程度研究型学习要求学习内容学习时间（小时）第1周第一章绪论第二章燃烧过程中污染物形成机理第一章：大气污染、污染物、来源及其危害第二章：1．燃料的性质2．燃料燃烧过程第2周第二章燃烧过程中污染物形成机理3.烟气体积及污染物排放量计算4.燃烧过程中硫氧化物的形成5.燃烧过程中氮氧化物的形成6.燃烧过程中颗粒污染物的形成7.燃烧过程中其它污染物的形成课程作业2第3周第三章大气污染气象学1.大气圈结构与气象要素2.大气的热力过程3.大气的运动和风第4周第四章大气污染物扩散模式1．湍流扩散的基本理论2．高斯扩散模式3．污染物浓度的估算方法4．特殊气象条件下的扩散模式5．城市及山区的扩散模式6．烟囱高度的设计课程作业2第5周第五章颗粒污染物控制技术基础1．粉尘的粒径及粒径分布2．粉尘的物理性质3．净化装置的性能4．颗粒捕集理论基础第6周第六章颗粒物污染控制技术1．机械式除尘器2．电除尘器第7周第六章颗粒物污染控制技术3．湿式除尘器4．过滤式除尘器5．除尘器的选择与发展课程作业2第8周第七章气态污染物控制技术基础1．吸收法2．吸附法3．催化法文献综述2第9周第八章硫氧化物污染控制1．硫循环和硫排放2．燃烧前和燃烧中脱硫技术与工艺3．燃烧后烟气脱硫技术及其研究进展4．燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价5．中国控制酸雨和二氧化硫污染的政策课程作业2第10周第九章氮氧化物污染控制1．氮氧化物性质及来源2．燃烧过程中氮氧化物的形成机理3．低氮氧化物燃烧技术4．烟气脱硝技术课程作业2第11周第十章挥发性有机化合物污染控制1．蒸气压及蒸发;2．VOCs污染预防;3．VOCs污染控制方法和工艺课程作业2第12周第十一章城市机动车污染控制1．城市交通趋势与机动车污染状况；2．内燃机污染物形成机理；3．机动车排放控制技术评；价；4．城市机动车排放污染控制综合规划第13周第十二章大气污染与全球气候全球气候变化与大气污染第14周课程教学实验第15周课程教学实验第16周习题及讨论课习题答疑及课程研讨交流第17周课程考试注：1.掌握程度指学生应掌握教师讲授内容的程度，分为“熟练掌握、熟悉、了解”等；2.学习内容包括课前阅读、课程作业、课后复习、文献综述、课下实验、课程论文等；3.在教学过程中，“教学进度及基本内容”可以根据实际情况有小幅度调整。三、推荐教材及阅读文献（包括按章节提供必读文献和参考文献）郝吉明、马广大、王书肖主编，《大气污染控制工程（第三版）》，高等教育出版社，2002郝吉明主编，《大气污染控制工程例题与习题集》，高等教育出版社，2003NoelDeNevers,《AirPollutionControlEngineering》,McGRAW-HILLInternationalEditions，清华大学出版社，2000课程负责人（签字）：基层教学组织（教研室）负责人（签字）：学院（系）、部主管领导（签字）：学院（系）、部（盖章）_________年____月____日《大气污染控制工程》实验教学部分教学大纲一、课程基本信息课程名称（中文）大气污染控制工程（英文）AirPollutionControlEngineering课程编号21013920课程性质专业必修先修课程环境科学与工程导论，画法几何与工程制图，物理化学等课程授课对象高年级本科生总学分（课时）3学分其中：理论教学课时2学分其中：实验教学课时1学分课程简介大气污染控制工程是高等学校环境工程专业的一门主干专业课。本课程主要讨论大气污染控制的基本理论、各种控制方法的过程分析及典型控制设备的工艺设计计算，并培养学生分析和解决大气污染控制工程问题的能力。结合大气污染控制工程实验及毕业设计（论文）等其它教学环节，为学生进行大气污染控制工程设计、科研及技术管理打下必要的基础。教学目标本课程结合大气污染控制工程实验、课程设计及毕业设计（论文）等其它教学环节，为学生进行大气污染控制工程设计、科研及技术管理打下必要的基础。二、教师基本信息教师信息姓名常化振职称副教授办公时间及地点工作日8:00-17:00，环境学院办公电话、邮箱地址无，[e-mail]助教信息姓名秦萱助教办公（答疑或辅导）时间第十五、十六周邮箱地址三、实验项目序号实验项目名称实验场所实验周次实验课时分组人数实验一SCR催化剂制备理工楼909144-实验二催化转化法去除氮氧化物理工楼909145-实验三袋式除尘器性能测定实验理工楼909154-四、实验安排实验一SCR催化剂制备一、实验目的：深入了解SCR催化转化研究领域，加深对催化剂制备的认识，掌握相关的实验方法与技能。二、实验步骤：1.称取一定量的仲钨酸胺和偏钒酸胺加入40mL去离子水中，加少量草酸促进溶解，适当加热促进溶解，至其完全溶解，制备一系列的不同钒、钨质量比的V-W溶液。2．将TiO2（P25型）浸渍于活性组分溶液中，搅拌1h后，缓慢加热搅拌至浆糊状，3.置于烘箱中，在110度下干燥过夜。4.最后于马弗炉上500度焙烧4h，自然冷却至室温。5.研磨制得40-60目的V2O5-WO3/TiO2粉末。三、实验数据记录实验二催化转化法去除氮氧化物一、实验意义和目的随着我国烟气和机动车尾气排放标准日益严格，对烟/尾气中的主要污染物氮氧化物(NOx)在富氧条件下的排放控制变得越来越紧迫，而其中最有效易行的就是选择性催化还原法（SCR）——通过在SCR装置或催化转化器将NOx转化为无害的氮气。通过本实验的学习，不但可以深入了解该研究领域，更可加深对课程中催化转化法去除污染物相关章节的理解，并掌握相关的实验方法与技能。二、实验原理在催化剂的作用下，烟气/汽车尾气中的氮氧化物被外加的氨气还原剂选择性还原，总的反应方程式为4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O本试验以钢瓶气为气源，以高纯氮气为平衡气，模拟烟气/汽车尾气中一氧化氮（NO）和氧气（O2）浓度，并设定其流量，在不同温度下，通过测量催化剂反应器进出口气流中NOx的浓度，评价催化剂对NOx的去除效率。通过改变气体总流量改变反应的空速（GHSV，气体量与催化剂样品量之比，h-1），通过调节NO的进气量改变其入口浓度，评价催化剂在不同空速、不同NO入口浓度条件下的活性。三、实验装置、流程和仪器本实验采用自行设计和加工的固定床反应器实验系统。利用高压钢瓶气N2、NO、O2、NH3模拟汽车尾气，反应器进出口的NOx浓度由尾气分析仪测定。本实验采用的催化剂为自制SCR催化剂。实验装置见下图所示：四、实验方法和步骤（一）催化剂的制备制备方法采用浸渍法，具体参数略。（二）催化剂活性评价1．称取催化剂样品约200mg，装填于反应器中。2．连接实验系统气路，检查气密性。3．调节质量流量计设置各气体流量，使总流量约为200mL/min，NO浓度约为500ppm，NH3约为500ppm，O2约为5%，设置气路为旁通（气体不经过反应器），测量并记录不经催化转化的NOx浓度，即入口浓度。4．切换气路使气体通过反应器，设定反应器初始温度为150C。5．待温度稳定后测定NOx浓度，待其稳定后记录数值，即为NOx的出口浓度；6．以5C/min的速率将反应器温度升至450C，每隔20C记录一次数据，到达指定温度后实验结束，关闭NO、O2和NH3，降温。7．关闭气瓶及仪器，关闭系统电源，整理实验室。（三）空速对催化转化效率的影响在催化剂活性最高的两个温度下，通过改变总气量改变反应空速，测定催化剂的活性，每个流量下待出口浓度稳定后记数。流量设定为200mL/min，400mL/min，600mL/min，800mL/min。五、实验数据记录参考以下表格对每一部分的实验结果进行记录。催化剂制备实验日期：记录人：催化剂：制得催化剂重量(g)：前驱体称取重量(g)最终组成及比例实验步骤：1称量种类及质量2溶解溶液种类去离子水体积（mL）操作顺序及现象3浸渍搅拌时间（h）转速（r/min）加热时长（min）4烘干及焙烧烘干温度及时间焙烧温度及时间升温速率（oC/min）对转化效率影响实验部分实验日期：记录人：催化剂：重量(mg)：气体N2NOO2NH3流量(mL/min)浓度——空速：温度（℃）150170190210230250NOX出口浓度(ppm)转化效率(%)温度（℃）270290310330350370NOX出口浓度(ppm)转化效率(%)温度（℃）390410430450NOX出口浓度(ppm)转化效率(%)六、实验结果分析与讨论1．作效率～温度、效率～空速曲线。2．计算最佳条件下催化剂的活性，对实验条件下的催化剂去除氮氧化物的性能进行评价。3．思考催化反应动力学及反应机理，设计实验方案。4．实验中存在的问题及尚需改进的地方实验二、袋式除尘器性能测定实验一、实验目的1.深入理解布袋除尘器的构造及运行机理、过程。2.掌握除尘器性能测定的主要内容和方法，并对影响除尘器性能的主要因素有较全面的了解。二、实验原理一、袋式除尘器袋式除尘器是采用纤维织物作为滤料的过滤式除尘器。气流通过布袋的孔隙时，粉尘被捕集于其上，沉积在滤料上的粉尘可在机械振动作用下从布袋表面除去。二、采用位置选择实验中通风管直径比较小，可认为在管内气流速度均匀分布，测量时选取管道中心作为采样点。三、除尘器阻力的测定使用U型管压力计测定六、除尘效率计算tvVVmSQSQSii/%100100式中：So为除尘器出口颗粒物浓度，g/m3；Si为除尘器入口颗粒物浓度，g/m3；Qo为除尘器出口气体流量，m3/s；Qi为除尘器入口气体流量，m3/s；m为滤筒采集粉尘质量，gV为采样体积，m3；v为气体流速，m/s；t为采样时间，s；三、实验装置和仪器一、实验装置示意图：二、实验仪器粉尘添加设备1套分析天平1台四、实验方法与步骤1.接通电源，启动风机和发尘装置，使实验系统运行达到稳定。2.除尘器阻力的测定，在采样的同时，可以由U型压差计读出压降。3.改变烟道入口调节阀开启程度为1/2，重复上述步骤。五、实验记录表1除尘实验记录表调节阀开启程度动压粉尘浓度除尘器阻力ABC袋式除尘器袋式除尘器全开1/2五、考核方式考察。六、使用教材及参考书目无。课程负责人（签字