环境工程原理知识点总结

.........第II篇思考题第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么？去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？它们的技术原理是什么？简述土壤污染治理的技术体系。简述废物资源化的技术体系。阐述环境净化与污染控制技术原理体系。一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1．什么是换算因数？英尺和米的换算因素是多少？2．什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？3．质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的应用实例。4．大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。5．平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少？第二节质量衡算进行质量衡算的三个要素是什么？简述稳态系统和非稳态系统的特征。质量衡算的基本关系是什么？以全部组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有什么特征？对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示？第三节能量衡算1．物质的总能量由哪几部分组成？系统内部能量的变化与环境的关系如何？2．什么是封闭系统和开放系统？3．简述热量衡算方程的涵义。4．对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现？5．对于不对外做功的开放系统，系统能量能量变化率可如何表示？第三章流体流动第一节管流系统的衡算方程1．用圆管道输送水，流量增加1倍，若流速不变或管径不变，则管径或流速如何变化？2．当布水孔板的开孔率为30％时，流过布水孔的流速增加多少？3．拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化和外界能量之间的关系，试简述这种关系，并说明该方程的适用条件。4．在管流系统中，机械能的损耗转变为什么形式的能量？其宏观的表现形式是什么？5．对于实际流体，流动过程中若无外功加入，则流体将向哪个方向流动？6．如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率？第二节流体流动的内摩擦力简述层流和湍流的流态特征。什么是“内摩擦力”？简述不同流态流体中“内摩擦力”的产生机理。流体流动时产生阻力的根本原因是什么？4．什么情况下可用牛顿黏性定律计算剪切应力？牛顿型流体有哪些？5．简述温度和压力对液体和气体黏度的影响。第三节边界层理论1.什么是流动边界层？边界层理论的要点是什么？2．简述湍流边界层内的流态，以及流速分布和阻力特征。3．边界层厚度是如何定义的？简述影响平壁边界层厚度的因素，并比较下列几组介质沿平壁面流动时，哪个边界层厚度较大：污水和污泥；水和油；流速大和流速小的同种流体。为什么管道进口段附近的摩擦系数最大？简述边界层分离的条件和过程。当逆压梯度相同时，层流边界层和湍流边界层分离点的相对位置如何?请解释其原因。第四节流体流动的阻力损失1．简述运动中的物体受到阻力的原因。流线型物体运动时是否存在形体阻力？2．简述流态对流动阻力的影响。3．分析物体表面的粗糙度对流动阻力的影响，举应用实例说明。4.不可压缩流体在水平直管中稳态流动，试分析以下情况下，管内压力差如何变化：管径增加一倍；流量增加一倍；管长增加一倍。5．试比较圆管中层流和湍流流动的速度分布特征。6．试分析圆管湍流流动的雷诺数和管道相对粗糙度对摩擦系数的影响。第五节管路计算管路设计中选择流速通常需要考虑哪些因素?简单管路具有哪些特点？分支管路具有哪些特点？并联管路具有哪些特点？分析管路系统中某一局部阻力变化时，其上下游流量和压力的变化。第六节流体测量简述测速管的工作原理和使用时的注意事项。分析孔板流量计和文丘里流量计的相同点和不同点。使用转子流量计时读数为什么需要换算？测定气体的流量计能否用来测量液体？简述转子流量计的安装要求。第四章热量传递第一节热量传递的方式什么是热传导？什么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和自然对流传热的实例。简述辐射传热的过程及其特点试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空气处于流动状态。若冬季和夏季的室温均为18℃，人对冷暖的感觉是否相同？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？第二节热传导1.简述傅立叶定律的意义和适用条件。2．分析导温系数和导热系数的涵义及影响因素。3．为什么多孔材料具有保温性能？保温材料为什么需要防潮？4．当平壁面的导热系数随温度变化时，若分别按变量和平均导热系数计算，导热热通量和平壁内的温度分布有何差异。5.若采用两种导热系数不同的材料为管道保温，试分析应如何布置效果最好。第三节对流传热1．简述影响对流传热的因素。2．简述对流传热的机理、传热阻力的分布及强化传热的措施。3．为什么流体层流流动时其传热过程较静止时增强？4．传热边界层的范围如何确定？试分析传热边界层与流动边界层的关系。5.试分析影响对流传热系数的因素。6．分析圆直管内湍流流动的对流传热系数与流量和管径的关系，若要提高对流传热系数，采取哪种措施最有效？7．流体由直管流入短管和弯管，其对流传热系数将如何变化？为什么？8．什么情况下保温层厚度增加反而会使热损失加大？保温层的临界直径由什么决定？9．间壁传热热阻包括哪几部分？若冷热流体分别为气体和液体，要强化换热过程，需在哪一侧采取措施？10．什么是传热效率和传热单元数？第四节辐射传热1．分析热辐射对固体、液体和气体的作用特点。2．比较黑体和灰体的特性及其辐射能力的差异。3.温度对热辐射和辐射传热的影响。4．分析物体辐射能力和吸收能力的关系。5．简述气体发射和吸收辐射能的特征，分析温室效应产生的机理。第五节换热器简述换热器的类型。什么是间壁式换热器，主要包括哪几种类型？列管式换热器式最常用的换热器，说明什么是管程、壳程，并分析当气体和液体换热时，气体宜通入哪一侧？4．简述增加传热面积的方法。5．试分析提高间壁式换热器传热系数的途径。第五章质量传递第一节环境工程中的传质工程简述环境工程中常见的传质过程及其应用领域？第二节质量传递的基本原理什么是分子扩散和涡流扩散？简述费克定律的物理意义和适用条件。简述温度、压力对气体和液体分子扩散系数的影响。对于双组分气体物系，当总压和温度提高1倍时，分子扩散系数将如何变化？分析湍流流动中组分的传质机理。第三节分子传质1．什么是总体流动？分析总体流动和分子扩散的关系。2．在双组分混合气体的单向分子扩散中，组分A的宏观运动速度和扩散速度的关系？3．单向扩散中扩散组分总扩散通量的构成及表达式。简述漂移因子的涵义。分析双组分混合气体中,当N=0、N=-N及N=-2N时，总体流动对组分传质速率的影响。 B B A B A第四节对流传质1.简述对流传质的机理和传质阻力的分布。2．传质边界层的范围如何确定？试分析传质边界层与流动边界层的关系。3．为什么流体层流流动时其传质速率较静止时增大？4．虚拟膜层的涵义是什么？试比较对流传质速率方程和费克定律的异同。5．比较对流传热和对流传质的区别。为什么对流传质存在两种情况？6.简述影响对流传质速率的因素和强化传质的措施。第六章沉降第一节沉降分离的基本概念简述沉降分离的原理、类型和各类型的主要特征。简要说明环境工程领域涉及哪些沉降分离的过程，并说明其沉降类型和作用力。颗粒的几何特性如何影响颗粒在流体中受到的阻力？不同流态区，颗粒受到的流体阻力不同的原因是什么？颗粒和流体的哪些性质会影响到颗粒所受到的流体阻力，怎么影响？第二节重力沉降简要分析颗粒在重力沉降过程中的受力情况。层流区颗粒的重力沉降速度主要受哪些因素影响？影响层流区和紊流区颗粒沉降速度的因素有何不同，原因何在？流体温度对颗粒沉降的主要影响是什么？列出你所知道的环境工程领域的重力沉降过程。分析说明决定重力沉降室除尘能力的主要因素是什么？通过重力沉降过程可以测定颗粒和流体的哪些物性参数，请你设计一些的测定方法。第三节离心沉降简要分析颗粒在离心沉降过程中的受力情况。比较离心沉降和重力沉降的主要区别。同一颗粒的重力沉降和离心沉降速度的关系怎样？简要说明旋风分离器的主要分离性能指标。标准旋风分离器各部位尺寸关系是什么？旋风分离器和旋流分离器特点有何不同？离心沉降机和旋流分离器的主要区别是什么。在环境工程领域有哪些离心沉降过程。第四节其它沉降电沉降过程中颗粒受力情况如何，沉降速度与哪些因素有关。简述电除尘器的组成和原理。电除尘器的优点是什么。惯性沉降的作用原理是什么，主要受哪些因素的影响。惯性沉降应用的优缺点是什么。环境工程领域有哪些电除尘和惯性除尘过程。第七章过滤第一节过滤操作的基本概念过滤过程在环境工程领域有哪些应用。环境工程领域中的过滤过程，使用的过滤介质主要有哪些？过滤的主要类型有哪些？表面过滤和深层过滤得主要区别是什么？第二节表面过滤的基本理论表面过滤得过滤阻力由哪些部分组成？表面过滤速度与推动力和阻力的关系，如何表示？过滤常数与哪些因素有关？恒压过滤和恒速过滤的主要区别是什么？如何通过实验测定过滤常数、过滤介质的比当量过滤体积和压缩指数？洗涤过程和过滤过程有什么关系？间歇式过滤机和连续式过滤机的相同点和不同点是什么？第三节深层过滤的基本理论混合颗粒和颗粒床层有哪些主要的几何特性？。混合颗粒的平均粒径和颗粒床层的当量直径如何定义？流体通过颗粒床层的实际流速与哪些因素有关，与空床流速是什么关系？深层过滤速度与推动力和阻力的关系，如何表示？悬浮颗粒在床层中的运动包括哪些主要行为？流体在深层过滤中的水头损失如何变化，主要存在哪些变化情况？如何防止滤料表层的堵塞，为什么？第八章吸收第一节吸收的基本概念简述吸收的基本原理和过程。吸收的主要类型是什么？环境工程领域有哪些吸收过程。环境工程领域吸收的特点是什么？第二节物理吸收亨利定律有哪些表达形式，意义如何？如何通过平衡曲线判断传质方向，其物理意义何在？举例说明如何改变平衡条件来实现传质极限的改变。吸收过程的基本步骤是什么？双膜理论的基本论点是什么？吸收速率与传质推动力和传质阻力的关系，有哪些表达形式？吸收的传质阻力有哪几个部分组成，如何表示，关系如何？简要说明气体性质对传质阻力的不同影响，并举例说明。第三节化学吸收化学吸收与物理吸收的主要区别是什么？化学反应对吸收过程有哪些影响？如何联系化学吸收的气液平衡和反应平衡？如何解释化学吸收中传质速率的增加？化学反应速率的不同如何影响化学吸收？化学吸收的适用范围是什么？第四节吸收设备的主要工艺计算吸收塔两相流动的方式各有什么优缺点？板式塔和填料塔的主要区别是什么？画图说明并流和逆流操作线和平衡线的不同。最小吸收剂如何确定，吸收剂用量选择遵循什么原则？总体积传质系数的物理意义是什么？传质单元的意义是什么，传质单元数和传质单元高度与哪些因素有关。吸收过程计算的基本关系式有哪些？第九章吸附第一节吸附分离操作的基本概念吸附分离的基本原理。简要说明吸附根据不同的分类方法可以分为哪些类型。吸附在环境工程领域有哪些应用，举例说明。第二节吸附剂常用的吸附剂有哪些？吸附剂的主要特性是什么？简述一下几种吸附剂的制备、结构和应用特性：活性炭、活性炭纤维、炭分子筛、硅胶、活性氧化铝和沸石分子筛。第三节吸附平衡环境条件如何影响吸附平衡？Freundlich方程的形式和适用范围。Langmuir方程的基本假设是什么？Langmuir方程的形式和适用范围。BET方程的物理意义是什么？如何表示吸附剂对不同吸附质的选择性？简要说明液体吸附的吸附等温式形式和适用范围。第四节吸附动力学吸附过程的基本步骤是什么？吸附过程可能的控制步骤是什么？第五节吸附操作与吸附穿透曲线常见的吸附分离设备和操作方式有哪些？接触过滤吸附中，单级吸附、多级吸附和多级逆流吸附的平衡线和操作线关系如何，画示意图说明。接触过滤多级逆流吸附最小吸附剂如何确定，画示意图说明。固定床吸附中，床层可以分为几个区域，各区域的特点是什么？简述固定床吸附从开始到完全失去吸附能力的变化过程。画出穿透曲线的示意图，并在图中标出穿透点、终点、剩余吸附量和饱和吸附量。第十章其他分离过程第一节离子交换影响离子交换树脂选择性的因素有哪些？离子交换反应有哪些主要类型？离子交换过程的主要步骤是什么，可能的控制步骤是什么？如何判断离子交换速度的控制步骤？离子交换速度的影响因素有哪些？第二节萃取萃取分离的原理和特点是什么？萃取分离在环境工程领域有哪些应用。说明三角形相图中各区域点的意义。三角形相图中如果包含溶解度曲线和联结线，说明各区域点的意义（稀释剂和萃取剂完全不互溶）？三角形相图中包含溶解度曲线，说明哪些区域是均相，哪些是多相，相的组成如何（稀释剂和萃取剂完全不互溶）？萃取剂的选择原则是什么？画图说明单级萃取、多级错流萃取和多级逆流萃取分配曲线和操作线的不同关系？萃取剂用量的确定有哪些考虑？第三节膜分离简述膜分离过程的类型和特点。膜组件有哪些主要形式？决定膜分离渗透性的主要因素有哪些？膜分离的选择性可以用哪些参数表示？多孔模型和溶解-扩散模型的基本假设是什么，分别涉及到哪些膜和物性参数？渗透现象是如何发生的，实现反渗透的条件是什么？反渗透和纳滤机理有哪些基本理论？浓差极化现象是如何发生的，对膜分离过程有何影响？说明凝胶层的形成过程以及对膜分离的影响。说明电渗析中浓差极化的形成过程以及极限电流密度的出现和影响。第十一章反应动力学基础第一节反应器和反应操作反应器的一般特性主要指哪几个方面？反应器研究开发的主要任务是什么？什么是间歇操作、连续操作和半连续操作？它们一般各有哪些主要特点？什么是空间时间和空间速度？它们所表达的物理意义分别是什么？一般情况下，反应器内的流体流动状态会对反应结果产生影响，为什么？根据反应物料的流动与混和状态，反应器可分为哪些类型。反应器设计的基本内容包括哪几个方面？它通常使用哪几类基本方程？第二节反应的计量关系什么是膨胀因子？膨胀因子为1的反应体系，反应后系统的物质的量将如何变化？若是膨胀因子为0.5的反应体系，则如何变化？什么是简单反应和复杂反应？可逆反应属于哪一类反应？为什么？什么是均相内反应和界面反应？对于连续反应器，某一关键组分的转化率的一般定义是什么？对于实际规模的化学反应器，影响某一关键组分的转化率的主要因素是什么？第三节反应动力学若将反应速率的定义写成－rA＝－dCA/dt，该定义式成立的条件是什么？说明理由。气－固相反应的反应速率有哪几种表达方式？气－液相反应哪？什么是反应级数？它的大小能否反映反应速率的大小？为什么？对于某一化学反应，它的速率常数是否与反应物的浓度有关？催化剂能否改变速率常数的大小？零级不可逆单一反应有哪些主要特点？一级不可逆单一反应有哪些主要特点？二级不可逆单一反应有哪些主要特点？对于可逆单一反应，反应物的浓度能减少到零吗？为什么？在平行反应中，什么是主反应？什么是副反应和副产物？（9）对于串联反应，其中间产物的浓度随反应时间如何变化？在实际操作中能否将中间产物的浓度控制到最大值？如何控制？第十二章反应动力学的解析方法第一节动力学实验及实验数据的解析方法动力学实验的主要目的有哪些？用槽式反应器进行动力学实验有哪些优点？对反应器进行物料衡算时，一般应注意哪些问题？对于全混流槽式反应器和推流式反应器，分别如何选择物料衡算单元，为什么？第二节间歇反应器的解析在环境工程研究中，进行液相反应速率方程的实验测定时，常采用间歇反应器，为什么？简述利用间歇反应器进行动力学实验的一般步骤。试用流程图表达间歇动力学实验数据的积分解析法。试用流程图表达间歇动力学实验数据的微分解析法。如何利用半衰期确定反应级数？第三节连续反应器的解析在稳态状态下，槽式连续反应器内的组分组成和转化率随时间变化吗？为什么？试用流程图表达利用槽式连续反应器进行动力学实验的一般步骤。试用流程图表达利用积分平推流反应器进行动力学实验的一般步骤。试用流程图表达利用微分反应器进行动力学实验的一般步骤。什么是积分反应器和微分反应器？它们用于动力学实验时，各有什么特点？第十三章均相化学反应器第一节间歇与半间歇反应器对于一个实际规模的均相连续反应器，影响反应物转化率的主要因素有哪些？间歇反应器的一般操作方式是什么？你能举出哪些间歇反应器的例子？半间歇反应器有哪几种操作方式？半间歇反应器与间歇反应器相比有哪些异同点？对于半间歇反应器，转化率是如何定义的？第二节完全混合流反应器全混流连续反应器的一般操作方式是什么？你能举出哪些间歇反应器的例子？与间歇反应器相比，对于同一反应，在同样的反应条件下，达到同样的转化率，所需全混流连续反应器的体积有何不同？为什么？对于一简单不可逆反应，在反应器总有效体积和反应条件不变的条件下，随着全混流反应器的级数的增加，反应物的转化率如何变化？为什么？转化率的极限值是什么？简述多级全混流反应器的解析计算法。简述多级全混流反应器的图解计算法。第三节平推流反应器对于一个实际规模的反应器，在什么条件下可视为平推流反应器？对于不可逆液相反应，利用间歇反应器和理想平推流反应器进行反应操作时的基本方程有何异同？简要分析其理由。与间歇反应器相比，对于同一反应，在同样的反应条件下，达到同样的转化率，所需平推流反应器的体积相同。如何解释这种现象？循环反应器有哪几种典型的操作方式？对于在平推流反应内进行的不可逆液相反应，如果将出口处的反应物料器一部分返回到反应器，反应物的转化率将如何变化？如何解释这种变化？第十四章非均相化学反应器第一节固相催化反应器催化反应有哪些基本特征？固体催化剂的一般组成是什么？载体在固体催化剂中起什么作用？固相催化反应过程一般可概括为哪些步骤？固相催化反应有哪些基本特点？固相催化反应的本征动力学过程包括哪些步骤？在进行本征动力学速率方程的实验测定中，如何消除外扩散和内扩散的影响？分别如何确定实验条件？催化剂有效系数的基本定义什么？它有哪些用途？催化西勒（Thiele）模数的物理意义是什么？具体说明西勒（Thiele）模数的大小如何影响催化剂的有效系数？简述影响球形催化剂有效系数的主要因素及其产生的影响。什么是流化床反应器？与固定床反应器相比，它有哪些优缺点？第二节气液相反应器气－液相反应过程一般可概括为哪些步骤？气－液相反应的本征反应速率方程是什么涵义？气－液相瞬间反应的基本特点是什么？气－液相瞬间反应的增强系数有何物理意义？什么是界面反应？气－液相快速反应的基本特点是什么？根据气－液相拟一级快速反应的宏观速率方程，简述提高反应速率的措施。什么是八田数？它有何物理意义？气－液相拟一级快速反应的增强系数具有什么物理意义？气－液慢速反应的基本特点是什么？气液相反应的宏观速率方程根据本征反应速率的快慢有不同的表达形式，为什么？第十五章微生物反应器第一节微生物与微生物反应为什么说微生物反应类似于化学反应中的自催化反应？微生物反应一般可分为哪几类反应？微生物反应中的基质有哪些作用？微生物反应的产物有哪几类？有机物的微生物分解反应中产生的能量有哪些用途？第二节微生物反应的计量关系什么是计量学限制性基质？什么是生长速率限制性基质？细胞产率系数有哪些用途？细胞产率系数有哪几种？它们取值范围各是什么？什么是有效电子？如何计算？什么是代谢产物的产率系数？第三节微生物反应动力学什么是微生物的比生长速率？Monod方程中的最大比生长速率和饱和系数各表达什么意义？与富营养细胞相比，贫营养细胞的饱和系数有何特点？基质消耗速率方程中的维持系数有什么物理意义？影响以微生物膜表面积为基准的基质消耗速率的主要因素（主要指与微生物膜和基质本身特性有直接关系的主要因素，不包括温度、pH等环境条件）有哪些？试比较固体催化剂的有效系数与微生物膜的有效系数的定义有何不同？第四节微生物反应器的操作与设计微生物的间歇培养生长曲线可分为哪几个阶段？什么是最大收获量？微生物的半连续培养的操作方式有何特点？在微生物的半连续培养中，反应器内基质浓度会出现先增加后减少的现象。为什么出现这种现象？什么是稀释率？微生物的连续培养系统（没有细胞循环系统）中，稀释率的最大值是什么？在微生物的连续培养系统中，能否控制微生物的比生长速率？如何实现？什么是微生物连续培养中的“洗脱现象”？为什么会出现这种现象？细胞循环反应器可以在大于微生物比生长速率的条件下稳定运行，为什么？

第III篇综合练习题一、环境工程原理基础1．1简答题1．写出下列物理量的量纲粘度μ；（2）扩散系数D。答：（1）粘度μ的量纲：[]ML1t1扩散系数D的量纲：[D]M2t12．简述等分子反向扩散和单向扩散过程及传质通量的区别。答：单向扩散时存在流体的总体流动，因此扩散组分的传质通量增加。3．边界层分离的条件是什么？层流边界层和湍流边界层哪个更容易发生边界层分离？为什么？答：粘性作用和存在逆压梯度是流动分离的两个必要条件层流边界层更容易发生分离。原因：层流边界层中近壁处速度随y的增长缓慢，逆压梯度更容易阻滞靠近壁面的低速流体质点。4．水在圆形直管中呈层流流动。若流量不变，说明在下列情况下，摩擦阻力的变化情况：（1）管长增加一倍；（2）管径增加一倍。lu2答：hmf d264层流时：Re管长增加一倍时，阻力损失增加一倍；管径增加一倍时，阻力损失减小为原来的1/16。5．试写出几种主要的强化间壁式换热器传热效果的具体措施。答：根据传热基本方程，可通过增加传热面积、增大传热系数和推动力来强化传热。具体措施包括：（1）采用小直径管、异形表面、加装翅片等；（2）改变两侧流体相互流向，提高蒸汽的压强可以提高蒸汽的温度，增加管壳式换热器的壳程数；（3）提高流体的速度，增强流体的扰动，采用短管换热器，防止结垢和及时清除污垢等。6．网球的粗糙表面有利于减少运动阻力，试解释原因。答：运动阻力包括摩擦阻力和形体阻力。由于球面面积较小，网球运动速度较快，形体阻力占主要地位。表面粗糙可以使边界层湍流化，使边界层分离点后移，减少形体阻力，从而减少运动阻力。7．水在光滑圆形直管中流动，分析以下情况下因摩擦阻力而产生的压降的变化情况：水在管中呈层流流动，流量不变，管长增加一倍或管径增加一倍；水作湍流流动，管长及管径不变，流量增加一倍，摩擦系数为0.3164Re。lu2答：压降pmf d264层流时，，管长增加一倍时，压降增加一倍；管径增加一倍时，压降减小为原来Re的1/16。湍流时，0.3164Re，流量增加一倍时，压降增加，为原来的5.19（或2（2＋1/4））倍。8．某热水管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，若保温材料厚度相同，为了达到较好的保温效果，应将哪种材料放在内层，试解释原因。答：应将导热系数小的材料放在内层。证明过程：设 1 2 r rTT lnr2lnr3当在内层，有Q1 22L(TT)/12 1 1 R 1 2 1 2 r r TT lnr2lnr3 当 在内层，有Q1 22L(TT)/12 2 2 R 1 2 2 1 为比较QQ的大小，将上两式相除，可得Q/Q1，因此应将放在内层。 1 2 1 2 29．转子流量计在安装和使用中应注意什么？答：安装转子流量计时应注意：转子流量计必须垂直安装,若倾斜度1度将造成0.8％的误差。转子流量计必须安装在垂直管路上，且流体流动的方向必须由下往上。使用时应注意：测量流体和环境条件是否与出厂时标定的相同，如不同，需对读数进行校正流体在管内流动时，同时发生传热或传质过程。当流速增加致使流态发生变化时，对流动和传递过程产生什么影响？当流体流过弯管时，与直管有什么不同？答：流动转化为湍流后，流动阻力增加，传热或传质阻力减少。流体流过弯管时，由于离心力的作用，扰动加剧，使阻力损失增加，传递系数增大，传递过程被强化。c c c c流体中组分A的含量为A,0，与平壁面接触，壁面上组分A的含量为A,i，且A,0>A,i。试绘制当流体分别为静止、沿壁面层流流动和湍流流动时，组分A在壁面法向上的浓度分布示意图。 CA0CA0CA0cA,iLCA0CA0CA0答：图15-1综合练习题1.1(11)图答案见上图。 T TTT设冬天室内的温度为1，室外温度为2，1>2。在两温度保持不变的情况下，试绘制下列三种情况下从室内空气到室外大气温度分布示意图。室外平静无风，不考虑辐射传热；室外冷空气以一定流速流过砖墙表面；除了室外刮风外，还考虑砖墙与四周环境的辐射传热。室内1室外TT 2 1室外T室内T1室外T1室外T流体沿平壁面流动时，同时发生传质过程。当流速增加致使流动状态由层流变为湍流时，试分析流动边界层厚度的变化，以及对流动阻力和传质阻力产生的影响。答：边界层厚度与流速有关，流速增加，边界层厚度减少。流动由层流变成湍流，速度梯度变大，摩擦力增加，流动阻力增加；边界层厚度减少，而传质阻力主要集中在边界层，湍流加大了液体的对流，浓度梯度增大，传质阻力减少。流体沿壁面流动时，有时会出现边界层分离的现象。试论述边界层分离的条件；流动状态对边界层分离和流动阻力的影响。答：（1）边界层分离的条件：流体具有粘滞性，产生逆压梯度，将靠近界面的慢流体的速度阻滞为零，即可发生边界层分离。（2）层流边界层速度变化较湍流小，慢速流体更容易被阻滞。所以，湍流边界层分离比层流延后。由于湍流边界层分离延后，分离点下移，尾流区较小，所以其形体阻力小。15.有一个套管换热器，内管外侧装有翅片，用水冷却空气，空气和水各应走哪里（管内和壳间）？试解释原因。答：装有翅片的目的一方面是为了加大接触面积；另一方面是为了破坏边界层形成以提高对流传热系T数。由总传热速率方程可以看到： Q1 b 1AAA 11 m 22要提高传热器的传热效果，应当提高限制步骤的传热效果。因此，在用水冷却空气的换热过程中，空气对流传热慢，是制约因素。所以，翅片应放在空气一侧，即空气走壳间，水走管内。16．燃烧废气中含有SO，欲采用吸收法去除。根据你所学的知识，分析提高去除效率的方法。2DpNAB(pp) 答：吸收法可近似认为单向扩散，ARTLp A,i A,o。由上式可知，为了提高吸收效率，可B,m以增加SO的浓度（浓缩尾气），换用高效的吸收液（碱液等）；同时即使更换新的吸收液；增大吸收液与2SO的接触面积（雾状喷淋）；适当增加温度和压强，以加快碱液对SO的吸收速率。2 21．2某城市生活污水采用完全混合曝气法处理，水量为3×104m3/d，BOD浓度为200mg/L，要求稳5态运行时，出水BOD浓度达到一级排放标准，即30mg/L，曝气池中有机物的降解遵循一级反应，反应速5率为（反应速率常数0.1d-1）。 r0.1c确定曝气池的有效容积；若曝气池中污泥浓度为2000mg/L，回流污泥浓度为4000mg/L，求沉淀池的污泥回流比R。 V,X Q,c Q,ce曝曝气池沉淀池0rXR,解：（1）以曝气池和沉淀池为衡算系统，以BOD污泥回为衡算流对象，由物料衡算方程得：5dqqrVVoV eV dtd系统稳态运行，＝0；代入相应数值得：dt V Vr0.1 0 e q eq V VV200mg/L30mg/L0.1d130mg/LqV170V 0.1d130000m3/d17104m330（2）以曝气池为衡算系统，以污泥为衡算对象。由衡算方程，得XRqX(1R)q r V V4000mg/LR3104m3/d2000mg/L(1R)3104m3/d2000 R(1R)0.5(1R) 4000R1100%1．3一直径为2m的贮槽中装有质量分数为0.1的氨水，因疏忽没有加盖，则氨以分子扩散形式挥发。假定扩散通过一层厚度为5mm的静止空气层。在101KN/m2、20℃下，氨的分子扩散系数为1.8×10－5m2/s，计算12小时中氨的挥发损失量。计算中不考虑氨水浓度的变化，氨在时的相平衡关系为p269x(KN/m2)。解：氨在水中的摩尔分数为： x/M 0.1/17x m氨 氨 ＝0.105x/Mx/M 0.1/170.9/18 m氨 氨 m水 水由题中的相平衡关系算出氨在液面上的分压p＝269×0.105=28.2KN/m2A,i氨在空气中的分压为p＝0A,0空气的分压：在水面上：ppp101.328.273.1KN/m2B,i A,i在空气中：ppp101.30101.3KN/m2B,0 A,0空气的对数平均分压为： pp 101.373.1 pB,0 B,i 85.5KN/m2B.mln(p/p)ln(101.3/73.1) B,0 B,i因此，氨在空气中的扩散速率为： DP 0.064101.3N(pp)(28.20) ARTZpB,m A,i A,08.314 0.175kmol/m2h2.975kg/m2h水槽的表面积为A0.785223.14m212小时氨的挥发损失量为：G＝2.975×3.14×24=224.4kg/d1．4将水从贮水池输送到处理构筑物中，原有一条管路，直径为500mm。为增加输水量，在该管旁增加一条新管，管径为250mm。两管均为水平敷设，长度相等，为1000m，流动处于阻力平方区，摩擦系数为0.02。当两管的出水端单独接入构筑物和合并后接入构筑物时，两管中的流量比为多少？当两管长度为10m时，流量比为多少？解：（1）管长为1000m时，阻力损失主要为沿程损失，局部损失可以忽略。两管单独接入构筑物或合并后接入构筑物时，两管的水力损失应相等lu2lu2有：1122 1d2 2d2 1 2即：q:q():()v1v2 11 22其中，＝＝0.02；l＝l＝1000m；d:d＝500:2501 2 1 2 1 2所以，q:q425.6 v1 v2（2）管长为10m时，沿程阻力损失和局部阻力损失均要考虑。当两管单独接入构筑物时，两管的水力损失分别为：（注：以下两式中删除了分母中的g） u2 lu2 u2 u2 u2 u2 u2大管： 1 1 111.010.410.511.91h f1 12 1d2 22 2 2 2 21 hu2 lu2 u2 u2 u2 u2 u2小管： 22 221.020.820.522.32f2 12 2d2 22 2 2 2 22两管水力损失相等，hh f1 f22.3故u:u1 2 1.9ud所以q:q1(1)24.4v1 v2ud 2 2当两管合并后接入构筑物时，忽略交汇点处水力损失： u2 lu2 u2 u2 u2大管：h11 11.010.411.41f1 12 1d2 2 2 21小管：hu22l2u221.0u220.8u221.8u22f2 12 2d2 2 2 22两管水力损失相等，hh f1 f29故u:u2 7ud所以q:q1(1)24.5v1 v2ud21．5有一外径为150mm的钢管，为减少热损失，今在管外包以两层绝热层。已知两种绝热材料的热传导系数之比为1：2，两种绝热层厚度都为30mm。试比较两种绝热材料不同顺序放置时的热损失。设两种情况下内外温度不变。解：设两种绝热材料的导热系数为：＝1：2 1 2当导热系数的材料放在内层时：1 T T T TLdd Qb b b b b(1d2md1m)2（1） 1 R 12 1 2 1m1 2m2AALdLd 1m1 2m2 1 m1 2 m2其中， dd 60d1 0210178.6m1 d ln1 ln d 1500 dd 60d2 1270239.0m2 d ln2 ln d 2101将d，d代入式（1）得（注：式（2）和（4）最后一项的分母中增加了λ）m1 m2 1 TLdd TLdd Q 12178.6m12m2239.0 1b2656.6m1m2（2） 1 b 1 1 1当导热系数的材料放在内层时：2 T T T TLdd Qb bb b b(1d2md1m)2（3） 2 R 12 1 2 2m1 1m2AALdLd 2m1 1m2 2 m1 1 m2向式（3）代入d，d得m1 m2 TLdd TLdd Q 12178.6m1m2239.0 1b2596.2m1m2（4） 2 b 2 1 1 1比较式（2）和（4）可以看到QQ 1 2即把导热系数较小的绝热材料放在内层可以减少热损失。1.6某一双池塘系统如图所示。上游流量为10×104m3/d，其中有机物浓度为20mg/L。第一个池塘的容积为5.0×104m3，第二个池塘的容积为3.0×104m3。有一股流量为1×104m3/d的污水进入第一个池塘，有机物浓度为120mg/L。有机物降解符合一级反应动力学，降解速率常数为0.30d－1。不考虑蒸发、渗漏或降雨等因素，假设每一个池塘都呈完全混合状态，求稳定状态下每个池塘出水的有机物浓度。解：以第一个池塘为衡算系统，在稳定状态下，由物料衡算方程得：qqVk(qq) V00 V1 1 1 V0 V1 110104m3/d20mg/L1104m3/d120mg/L0.3d15104m3/dC11104m3/dC 1 1C=25.6mg/L1以第二个池塘为衡算系统，在稳定状态下，由物料衡算方程得：(qq)Vk(qq) V0 V1 1 2 2 V0 V1 211104m3/d25.6mg/L0.3d13104m3/dC11104m3/dC 2 2C=23.7mg/L21.7现有一传热面积为3m2、由Φ25×2.5mm的管子组成的列管式换热器，拟用初温为30℃的水将某液体由200℃冷却到100℃，水走管内。已知水和液体的定压比热容分别为4.18kJ/(kg.·K)和2.0kJ/(kg.·K)，冷侧和热侧的对流传热系数分别为2000W/（m2·K）和250W/（m2·K）。当水和液体的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h时，通过计算说明该换热器是否满足要求；若不满足，可通过什么方法解决（定性分析）？（两流体呈逆向流动，忽略管壁热阻和污垢热阻）解：用30℃的水将某液体由200℃冷却到100℃时，由热量衡算方程，有cqTcqTp水m水水p液m液液4.181000T＝2.0120010066.7KW水T57.4，故水的最终温度为T3057.487.4℃水 2水逆向传热时的平均温差为TTT＝1 289.8℃m Tln1T2传热阻力为 1 11 1 11R＝()() A 20002503 1 2该换热器在此时能够传递的热量为 T 89.8 Q＝m 59.9KW<66.7KW R 0.0015因此，该换热器无法满足要求。解决的方法：在无法改变水温的情况下，增加水的流量，从而增大平均温差；增加换热器数量或换用换热面积较大的换热器；在换热器内部安装翅片，热流体走管外，增大热侧对流传热系数，从而增大总传热系数，并增大传热面积。1.8将20℃的水以30m3/h的流量从水池送至高位水箱，已知水箱顶部压强为0.05MPa（表压），水箱水面与水池水面的高差为10m。输水管内径为80mm，长18m，管线局部阻力系数13（阀全开0.75时），摩擦系数0.012，求所需泵的功率。已知水的粘度为1×10－3Pa·s，密度为1×103kg/m3。Re0.38解：输水管中的水流流速4Qu＝1.66m/sd2输水管局部阻力损失： u2 1.662h1131.83mf112g摩擦系数： 0.75 103 0.380.012du0.0120.751030.081.660.012m输水管沿程阻力损失： lu2 181.662h10.0120.38m f2 d2g 0.0829.8所需泵的功率N(10hh)gQ12.219.830103/3600997.2W e f1 f2 m1.930℃、100kPa下，在填料塔中用水吸收混合于空气中的SO。在塔内某一点上，气相中SO的浓 2 2度为y=0.09，液相中SO的浓度为x=0.002，气相传质阻力认为集中在2mm厚的气膜中。计算稳定条件下2在该点上SO的传质速率。已知SO在空气中的分子扩散系数为5×10－5m2/s，30℃时SO水溶液的平衡关 2 2 2系为Y=26.5X。解：液相中SO的摩尔比为2 x 0.002XA,10.002 A,11x 10.002A,1在稳态条件下，气相界面SO的摩尔比为：2Y=26.5X＝26.5×0.002=0.053 A,1 A,1气相界面SO的摩尔分数为2 Y 0.053yA,10.05 A,11Y 10.053A,1气相主体中SO的浓度：0.092设y和y为惰性组分在相界面和气相主体间的摩尔分数, B,1 B,2 2 yy 0.950.91则yB,m＝B,1yB,2 0.950.93lnB,1 ln y 0.91B,2所以Dp(yy)5105100000(0.090.05) N＝AB A,1 A,2 A RTLyB,m 8.3130321030.930.043mol/(m2s)1.10一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径为583mm，保温层外表面的实测温度为48℃，空气温度为22℃。此时空气与保温层外表面的自然对流传热系数为3.43W/m2·K，保温层外表面的黑度是0.9。试求此管道每米长度的总散热量。（此时，辐射传热的角系数为1，总辐射系数为CC）12 0解：对流传热：Q AT3.430.58314822150.77W对流辐射传热： T TQ CA[(1)4(2)4]辐射 0100 10027348 27322100 100 0.95.670.5831[( )4( )4]284.5W所以： QQ＋Q 435.27W 总 对流 辐射1.11某热水管道拟采用两层保温材料进行保温，已知两种材料的导热系数分别和，>。 1 2 1 2若保温材料厚度相同，为了达到较好的保温效果，应将哪种材料放在内层，试通过计算式说明原因。解： T T T TLddb bb b b(1d2md1m)22 1 2 1m1 2m21AALdLd 1m1 2m2 1 m1 2 m2当导热系数为的材料在内层时，>，d<d，令d＝a，d＝c1 2 m1 m2 m1 m2当导热系数为的材料在内层时，>，d>d，令d＝c，d＝a1 2 m1 m2 m1 m2因为acca(ac)()0 1 2 1 2 1 2TLdd TLdd所以 12 m1m2 12 m1m2b(ac) b(ca)1 2 1 2即QQ2为了达到较好的保温效果，导热系数为的材料应放在内层21.12纯气体A通过厚度为0.01m的气膜从主体向催化剂表面扩散，在催化剂表面发生瞬时化学反应A（g）→2B（g），生成的B又反向扩散回来。已知总压力为1.013×105Pa，温度为300K，扩散系数D为1.5×10AB－5m2/s。试求A的扩散速率。 dc c解：由NDAA(NN)ABdzc A B因为N2NA所以：c1yND ln A,0A ABL1yA,i p 1yDln A,0ABLRT 1y A,i1.51051.01310511 ln 0.018.31300 100.042mol/m2s1.13一直径为20mm的球形萘粒置于压力为1.013×105Pa、温度为318K的空气中，已知该温度下萘的蒸汽压为74Pa，萘在空气中的扩散系数为6.9×10－6m2/s，萘的分子量为128，密度为1145kg/m3。试求以下两种情况下，萘球全部升华所需要的时间。萘粒置于大范围静止空气中（注：在大范围静止空气中的传质阻力相当于通过厚度为球半径的静止空气层的阻力）；空气以0.3m/s的速度流动，此时的平均对流传质系数为6.4×10－3m/s。解：（1）设任一时刻萘球的半径为r，有传质速率方程，有Dp N AB (pp) ARTLp A,i A,0B,m又根据质量衡算，有dndV NA A dtMdtdr即NA128103dt 1145dr 6.91061.013105 所以 (740)128103dt8.31318rpB,m pp 1.013105(1.01310574) 其中，pD B,0pB,i 1.013105 1.013105 B,m AB lnB,0 ln p 1.01310574B,irdr2.151011dt边界条件t＝0，r＝0.01;t=t，r＝0积分得：0.012.151011tt2.33106s645.99h6.4103（2）Nk(cc)(740)0.000179mol/m2s A c A,i A,08.31318dr又NA128103dtr 所以t 0 5.00105s138.82hN128103A二、分离过程原理2.1简答题进口气速不变，增大旋风分离器的直径，对离心力有何影响？转速不变，增大离心机转鼓直径，对离心力有何影响？参考答案：对旋风分离器，离心力Fm，进口气速不变，离心力与直径成反比，所以增大直 c rm径，离心力减小。对离心机，离心力Fmr2，转速不变，离心力与直径成正比，所以增大直径，离心力增加。c在过滤过程中，滤饼层的可压缩性通常用什么参数来表示？试分析说明滤饼层为不可压缩和可压缩两种情况时，增加过滤压差对过滤速度的影响。2p1s参考答案：通常用压缩指数s来表示。由K可知，增加过滤压差，过滤速度都会增加，rc0但是滤饼层不可压缩时，过滤速度会增加得更快。试比较深层过滤和表面过滤的特点和差异。参考答案：从两者的过滤介质、过滤过程、过滤机理和应用范围加以比较。。试说明反渗透膜材质是如何影响膜的截留率的？Kp参考答案：W，可见膜材料的选择性渗透系数直接影响截留率。要实现高KpK W A效分离，K要尽可能大，K要尽可能小，也就是膜材料必须对溶剂的亲和力强，而对溶质的亲和力弱。 W A空气中含有SO和CH两种气体，其分压相同，试判断哪种污染物更易被水吸收？为什么？ 2 4参考答案：SO更容易被水吸收。因为SO在水中的溶解度系数更大，而且能够跟水结合并进一步解2 2离。采用活性炭吸附某含酚废水，当采用单级吸附饱和后，将饱和后的活性炭填充到固定床中，从顶部通入同样浓度的含酚废水，问活性炭是否还能吸附酚？为什么？参考答案：还能吸附。因为单级吸附饱和后，所对应的平衡浓度较低，通入新的废水后，液相浓度增加，活性碳又处于不饱和状态，所以还会继续吸附。2.2某水中含有颗粒直径为0.2mm的悬浮液，颗粒所占的体积分率为0.1，在9.81×103Pa的恒定压差下过滤，过滤时形成不可压缩的滤饼，空隙率为0.6，过滤介质的阻力可以忽略，试求（1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间；（2）若将此过滤时间延长一倍，可再得多少滤液。（水的粘度为1×10-3Pa·s）解：（1）首先计算形成滤饼的比阻 6 6滤饼的空隙率为0.6，颗粒的比表面积a3104m2/m3，取比例系数K5，d 0.2103 lp可得滤饼的比阻为：K12a2510.6231042 rl3 0.63 0.331010m-2又假设每得到1m3滤液形成的滤饼体积为c，则根据水的物料衡算可得10.6c1c10.1，得c0.333m3（滤饼）/m3（滤液）所以，恒压过滤的过滤常数可计算为 p 9.81103Kc0.33101011030.3338.93103m2/sr由恒压过滤方程q2Kt得tq2/K1.52/8.931032.52102s（2）若是时间延长一倍，则t5.04102s由恒压过滤方程q2Kt8.931035.041024.5所以q2.12m3所以延长一倍的时间，再得到的滤液量为2.121.50.62m32.3在310kPa的操作压力下，采用吸收法去除混合气体中的组分A，已知混合气体中A的分压为100kPa，吸收液中A的摩尔分数为0.003，以摩尔分数差为推动力的气膜和液膜传质系数分别为k3.77103ykmol/m2·s、k3.06104kmol/m2·s，亨利系数E为1.067×104kPa，试求：x组分A的传质速率；分析传质阻力，判断是否适合采取化学吸收；（3）如果采用化学吸收，传质速率提高多少。假设发生瞬时不可逆反应。解：（1）以气相分压差为推动力的气膜传质系数为3.77103k1.22105kmol/kPa·m2·s G 310以液相浓度差为推动力的液膜传质系数为3.06104k5.50106m/sL 55.655.6溶解度系数H5.21103kmol/kPa·m31.067104所以以气相分压差为推动力的气相总传质系数为 1 1 K 2.86108 G1/k1/Hk 1/1.221051/5.211035.50106 G Lkmol/kPa·m2·s传质推动力为ppp10032.0167.99kPa所以传质速率为NKp2.8610867.991.94106kmol/m2·s A G（2）传质阻力分析G总传质阻力1/K1/2.861083.50107(m2·s·kPa)/kmol其中气膜传质阻力为1/k1/1.221058.20104(m2·s·kPa)/kmol，占总阻力的0.2%G液膜传质阻力占总阻力99.8%，传质过程为液膜控制，适合采用化学吸收。（3）采用化学吸收时，忽略液相传质阻力，且认为液相中A摩尔分数为0则此时传质速率为Nkp1.221051001.22103kmol/m2·s A G比原传质速率提高627倍2.4某活性炭吸附苯酚的吸附等温试验方程式为q＝2.5C0.5，其中q为吸附容量（mg/g），C为吸附平衡溶质浓度（mg/L）。今有浓度为100mg/L、体积为200mL的苯酚溶液，问：（1）采用单级间歇操作进行处理，欲将溶液中的苯酚浓度降低到10mg/L，需要投加多少活性炭？（2）将经过单级操作的活性炭加入固定床中，持续吸附浓度为100mg/L的苯酚溶液，最多还可以吸附多少苯酚？（3）在固定床中吸附饱和的活性炭是否还可以继续吸附？解：（1）单级吸附饱和时，活性炭吸附量为q2.5100.57.9mg/g由质量衡算可得0.2100102.28g7.9所以需要2.28g活性炭固定床中的活性炭达到吸附平衡时，对应的平衡浓度为100mg/L所以活性炭吸附量为q2.51000.525mg/g所以257.92.2838.99mg，还可以吸附38.99mg苯酚（3）理论上，增加溶液中苯酚的平衡浓度，活性炭还可以继续吸附苯酚，直到达到活性炭的饱和吸附量。2.5以甲苯为萃取剂，采用萃取法处理含A废水。已知待处理的废水体积为10L,密度为1000kg/m3，废水中的A浓度为1000mg/L，萃取剂量为2kg。如果要求萃取后废水中A浓度达到1mg/L以下，问是否能达到要求？如果能达到，应采取什么样的萃取方式？请通过计算说明。假设A的分配系数为10，并不随溶液组成而变化。解：X0.001，要求达到的浓度为X'1106mF mR（1）采用单级萃取BXXmF0.000331106，达不到要求mRB10S（2）采用多级错流萃取设有n级，每级萃取剂用量2/n B n B nX X0.0011106mnRB10S/nmFB10S/n达不到要求。（3）采用多级逆流萃取多级逆流操作县最大斜率为 YY 100.0010m1m010maxXX0.0011106 mF mn多级逆流的最小萃取剂用量为BS1kg<2kgminmax所以，理论上可以采用多级逆流萃取达到要求。2.6采用一半径为r的旋流分离器分离某悬浮液，假设能完全分离的颗粒的临界直径为dc。如果将旋流分离器的半径减少为原来的1/2，而其他条件（如液体进口处切向速度、进口宽度和旋流分离器高度均不变），求此时颗粒的临界直径为多少？解：旋流分离器分离颗粒的临界直径可以表达为9BdcuNi p从这个式子可以看到，颗粒的临界直径与分离器半径无关，所以改变半径不会影响临界直径。2.7某水中含有颗粒直径为0.2mm的悬浮液，颗粒所占的体积分率为0.1，在9.81×103Pa的恒定压差下过滤，过滤时形成不可压缩的滤饼，空隙率为0.6，过滤介质的阻力可以忽略，试求（1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间；（2）若将此过滤时间延长一倍，可再得多少滤液。（水的粘度为1×10-3Pa·s）解：（1）首先计算形成滤饼的比阻6 6d 0.2103 l滤饼的空隙率为0.6，颗粒的比表面积a3104m2/m3，取比例系数K5，p可得滤饼的比阻为：K12a2510.6231042 rl3 0.63 0.331010m-2又假设每得到1m3滤液形成的滤饼体积为c，则根据水的物料衡算可得10.6c1c10.1，得c0.333m3（滤饼）/m3（滤液）所以，恒压过滤的过滤常数可计算为 p 9.81103Kc0.33101011030.3338.93103m2/sr由恒压过滤方程q2Kt得tq2/K1.52/8.931032.52102s若是时间延长一倍，则t5.04102s由恒压过滤方程q2Kt8.931035.041024.5所以q2.12m3所以延长一倍的时间，再得到的滤液量为2.121.50.62m32.8采用吸收法去除某有害气体,已知气液两相的相平衡关系为y*＝1.2x。采用逆流操作。假设进口处气体中溶质摩尔分数为y＝0.3，入塔吸收剂的溶质摩尔分数为x=0.005，如果要求出口处气体中溶质摩尔2分数降低为y=0.001，问能否达到要求？请说明理由。如果达不到，有办法可使出口处气体溶质摩尔分数达到要求吗？解：不能达到要求。因为入塔吸收剂的摩尔分数为x=0.005，与之平衡的气相摩尔分数为2y1.2x0.006y 2 2 2可以通过改变条件，使平衡关系发生变化，减小平衡常数；或者降低入塔吸收剂溶质的摩尔分数。2.9某活性炭吸附苯酚的吸附等温试验方程式为q＝2.5C0.5，其中q为吸附容量（mg/g），C为吸附平衡溶质浓度（mg/L）。今有浓度为100mg/L、体积为200mL的苯酚溶液，问：(1)采用单级间歇操作进行处理，欲将溶液中的苯酚浓度降低到20mg/L，需要投加多少活性炭？(2)如果将在上一单级操作中饱和后的活性炭，再次全部投入到同样体积和浓度的苯酚溶液中，问此次能否使溶液中的苯酚浓度再次降低到20mg/L？请用操作线定性说明。(3)重复(2)的操作直至活性炭不再吸附苯酚为止，求此时活性炭的饱和吸附量为多少？解：（1）由物料衡算，需要投加得活性碳的量为0.2100201.431g2.5200.5不能。图略。当活性碳不能吸附时，其饱和吸附量与处理液的初始浓度平衡所以q2.51000.525mg/g2.10以三氯甲烷为萃取剂，采用萃取法处理含酚废水。已知待处理的含酚废水体积为10L,密度为1000kg/m3，废水中的酚浓度为100mg/L，萃取剂量为2kg。如果要求萃取后废水中酚浓度达到15mg/L以下，问是否能达到要求？如果能达到，应采取什么样的萃取方式？请通过计算说明。假设酚的分配系数为15，并不随溶液组成而变化。解：1采用单级萃取BXXmF2.51051.5105，不能达到要求mRB15S2采用二级错流萃取BXXmF4105mR1B15S1BXXmR21.61051.5105，不能达到要求mR2B15S23采用三级错流萃取BXXmF5105mR1B15S1BXXmR12.5105mR2B15S2BX X mR21.251051.5105，达到要求。mR3B15S3 2.11(1)采用超滤膜过滤含高浓度乳化油废水，试分析随着压力的增加，膜通量将如何变化？ (2)采用反渗透膜进行海水淡化，操作温度为25C,海水中NaCl质量分数为2.0％，如果操作压力为1.2MPa，问是否能正常运行达到脱盐目的？解：（1）膜通量可以表示为pNWRRRm p g在此过滤过程中，初期，随着压力的增加，膜通量增大；由于容易形成凝胶层，所以凝胶层形成之后，再增大压力，，凝胶层厚度也会增加，凝胶层阻力随之增加，抵消了压力增加对膜通量的贡献，所以一旦凝胶层形成，膜通量就不会随压力增大而增加。2/58.5（2）进料盐浓度为c0.349mol/L98/1000所以渗透压为cRT0.3498.3142982/10001.73MPa0渗透压大于操作压力，所以不能正常脱盐。2.12采用转筒离心机分离悬浊液中的固体颗粒，已知颗粒直径为50m，颗粒密度为6600kg/m3，悬浊液密度为1000kg/m3，黏度为1.2×10-3Pa·s，转筒尺寸为h=500mm,r=50mm,r=100mm,离心机转速2为250r/min。求离心机完全去除固体颗粒时的最大悬浊液处理量。如果改用直径D与离心机相同的漩流分离器处理该悬浊液，假设进液口宽度B=D/4，液体在旋流分离器中的旋转圈数为5，采用什么样的操作条件，才能使漩流分离器的分离效率与离心机相同。解：（1）假设颗粒运动位于层流区，则颗粒的沉降时间为 18r 181.2103 0.1 tln2 ln 1.56sd22r660010005.010522250/6020.05 p p 1所以悬浊液的最小停留时间为1.56s最大处理量为V3.140.120.0520.5q0.00755m3/sVt 1.56检验：沉降速度d2r2660010005.010520.12250/602up p2 0.044m/st 18 181.2103du10005.01050.044雷诺数Rept1.21031.82，假设真确。p（2）在旋流分离器中分离相同的颗粒，需要的进口流速为 9B 91.21030.05u 2.4m/sid2N 5.010523.14660010005 c pd2u2检验：utp18rpi0.05m/smdu10005.01050.05Rept 1.2103 1.82，假设正确。p2.13对某有害气体采用吸收法处理，已知气液两相的相平衡关系为y*＝1.2x。假设气体中溶质摩尔分数为0.3，吸收剂中的溶质摩尔分数为0.01，液气比为2。采用逆流操作时，请画出操作线和平衡线的关系示意图。假设气体出口处气体中溶质摩尔分数为0.02，计算气体进口和出口处的推动力。采用并流操作（气体和吸收剂均从塔底部进入）时，请画出操作线和平衡线的关系示意图。如果同样要求气体出口处气体中溶质摩尔分数达到0.02，问是否能够达到要求？气体中溶质摩尔分数最低能达到多少？在上述并流操作条件下，如果要使气体出口处气体中溶质摩尔分数达到0.02，应如何调整操作参数？请通过计算说明。解：（1）Y0.429，Y0.0204，X0.01 1 2 2气体出口处与液相平衡的气相摩尔分数为Y*1.20.010.012所以推动力为YYY*0.02040.0120.00842气体进口处液相摩尔分数为X0.50.4290.02040.010.2141气体出口处与液相平衡的气相摩尔分数为Y*1.20.2140.257所以推动力为YYY*0.4290.2570.1722（2）并流操作，气体出口最大为YY* 2 2由物料衡算机平衡关系，可以求得X0.14，所以出口气体最低为2YY*1.20.140.170.0204 2 2不能达到处理要求。（3）可以通过增加液气比来实现0.4290.020458.4，即将液气比提高到58.4可以实现。0.0170.01YY1YY1Y2X2X1XYY1Y2X1X2X2.14采用萃取法处理含酚废水。已知待处理的含酚废水体积为10L,密度为1000kg/m3，废水中的酚浓度为100mg/L，要求萃取后废水中酚浓度达到15mg/L以下。假设酚的分配系数为15，并不随溶液组成而变化。采用单级萃取时，问需要添加多少kg的萃取剂？将单级萃取后的萃取相与同样体积和同样浓度的含酚废水再次接触进行萃取操作，问废水中的酚浓度可以降低到多少？并请画出操作线和平衡线的关系示意图。重复（2）的操作，求最终得到的萃取相中酚的最大浓度为多少？（25分）解：（1）单级萃取料液中B的量为B10kg根据物料衡算BXSYBXmF mE mR又因为Y15XmE mRBXX 所以需要的萃取剂为S mF mR3.78kg15XmR（2）再次萃取后，由物料衡算和平衡关系BXBX'SY'SYmF mR mE mEY'15X' mE mR可得Y'5.57104，浓度为3.7mg/LmE（3）重复操作，最终得到的萃取相中的浓度是与处理液浓度平衡的浓度所以Ymax15XmR1.5103，浓度为1500mg/LmE三、反应工程原理3.1简答题简述影响均相连续反应器内反应物的转化率的主要因素。解：（1）反应器：反应器的操作方式（全混流、平推流等）、反应器有效容积；（2）反应：反应级数、反应速率常数；（3）操作条件：反应停留时间、进料浓度、温度。西勒（Thiele）模数的物理意义是什么？具体说明西勒（Thiele）模数的大小如何影响催化剂的有效系数？解：物理意义是最大反应速率与最大内扩散速率的比值Φ值越大，内扩散阻力越大，有效系数越小SΦ<0.1-0.3时，η≈1，此时扩散的影响可忽略不计。SΦ>5-9时，η值小于0.1，且η≈1/Φ。此时宏观反应速率主要受扩散的影响。 S S根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。解：原理体系：利用隔离、分离、转化等技术原理，通过工程手段，实现污染物的高效、快速去除。技术路线：通过隔离/分离/转化方式的优选与组合，实现对污