環(huán)境工程原理第三版課后答案

1、精品文檔1歡迎下載1.2 簡要闡述環(huán)境工程學的主要任務及其學科體系。解：環(huán)境工程學作為環(huán)境學科的一個重要分支，主要任務是利用環(huán)境學科以及工程學的方法，研究環(huán)境污染控制理論、技術、措施和政策，以改 善環(huán)境質量，保證人類的身體健康和生存以及社會的可持續(xù)發(fā)展。圖 1-2 是環(huán)境工程學的學科體系。1.3 去除水中的懸浮物，有哪些可能的方法，它們的技術原理是什么？解：去除水中懸浮物的方法主要有：沉淀、離心分離、氣浮、過濾（砂濾等） 、過濾（篩網過濾） 、反滲透、膜分離、蒸發(fā)濃縮等。 上述方法對應的技術原理分別為：重力沉降作用、離心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、滲透壓、物理截留等、水與污

2、染物 的蒸發(fā)性差異。1.4 空氣中揮發(fā)性有機物（VOCS 的去除有哪些可能的技術，它們的技術原理是什么？解：去除空氣中揮發(fā)性有機物（ VOCs 的主要技術有：物理吸收法、化學吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃燒法等。 上述方法對應的技術原理分別為：物理吸收、化學吸收、界面吸附作用、氧化還原反應、生物降解作用、燃燒反應。1.5 簡述土壤污染可能帶來的危害及其作用途徑。解：土壤污染的危害及其作用途徑主要有以下幾個方面： 通過雨水淋溶作用 , 可能導致地下水和周圍地表水體的污染 ; 污染土壤通過土壤顆粒 物等形式能直接或間接地為人或動物所吸入；通過植物吸收而進入食物鏈，對食物鏈上的生物產生毒害作

3、用等。1.6 環(huán)境凈化與污染控制技術原理可以分為哪幾類？它們的主要作用原理是什么？解：從技術原理上看，環(huán)境凈化與污染控制技術原理可以分為 “隔離技術 ”、 “分離技術 ”和“轉化技術 ”三大類。隔離技術是將污染物或者污染介質 隔離從而切斷污染物向周圍環(huán)境的擴散， 防止污染近一步擴大。 分離技術是利用污染物與污染介質或其它污染物在物理性質或化學性質上的差異使其 與介質分離，從而達到污染物去除或回收利用的目的。轉化技術是利用化學或生物反應，使污染物轉化成無害物質或易于分離的物質，從而使污染介 質得到凈化與處理。1.7環(huán)境工程原理課程的任務是什么？ 解：該課程的主要任務是系統(tǒng)、深入地闡述環(huán)境污染控制

4、工程，即水質凈化與水污染控制工程、大氣（包括室內空氣）污染控制工程、固體廢物處理處置與管理和資源化工程、物理性污染（熱污染、輻射污染、噪聲、振動）控制工程、自然資源的合理利用與保護工程、生態(tài)修復與構建工程以 及其它污染控制工程中涉及到的具有共性的工程學基礎、基本過程和現象以及污染控制裝置的基本原理，為相關的專業(yè)課程打下良好的理論基礎。第二章質量衡算與能量衡算2.1 某室內空氣中 O 的濃度是 0.08 X10-6（體積分數），求：53（1）在 1.013xiOPa 25C下，用 用/m 表示該濃度；（2） 在大氣壓力為 0.83X05Pa 和 15C下，O 的物質的量濃度為多少？解：理想氣體的

5、體積分數與摩爾分數值相等由題，在所給條件下，1mol 空氣混合物的體積為V= V0RT/P 汀0= 22.4LX298K/273K = 24.45L精品文檔2歡迎下載所以 O 濃度可以表示為0.08 X1O6molM8g/molx (24.45L)=157.05 ig/m3(2)由題，在所給條件下，1mol 空氣的體積為Vi=VoPoTi/PiT=22.4L X1.013 X105Pa288K/(0.83X105PaX273K)=28.82L所以 O 的物質的量濃度為6 90.08 X10 mol/28.82L=2.78X0 mol/L2.2 假設在 25C和 1.013X05Pa 的條件下，

6、SO 的平均測量濃度為 400 0m3,若允許值為解：由題，在所給條件下，將測量的 SO 質量濃度換算成體積分數，即大于允許濃度，故不符合要求如果此方程在因次上是一致的，在國際單位制中A 的單位必須是什么？解：由題易得，A 的單位為 kg/ (mK)2.5 一加熱爐用空氣(含 O0.21,N20.79 )燃燒天然氣(不含 O 與 2)。分析燃燒所得煙道氣，其組成的摩爾分數為 CO0.07 , HQ 0.14，O 0.056， N20.734。求每通入 100用、30C的空氣能產生多少 m 煙道氣？煙道氣溫度為 300C，爐內為常壓。解：假設燃燒過程為穩(wěn)態(tài)。煙道氣中的成分來自天然氣和空氣。取加熱

7、爐為衡算系統(tǒng)。以N2為衡算對象，煙道氣中的N2全部來自空氣。設產生煙道氣體積為 V2。根據質量衡算方程，有0.79XP|V/RT1=0.734XPV2/RT2即0.79 X100mi/303K=0.734X2/573K3V2= 203.54m2.8 某河流的流量為 3.0m3/s，有一條流量為 0.05m3/s 的小溪匯入該河流。為研究河水與小溪水的混合狀況，在溪水中加入示蹤劑。假設儀器檢 測示蹤劑的濃度下限為 1.0mg/L。為了使河水和溪水完全混合后的示蹤劑可以檢出，溪水中示蹤劑的最低濃度是多少？需加入示蹤劑的質量流量是多 少？假設原河水和小溪中不含示蹤劑。解：設溪水中示蹤劑的最低濃度為p

8、則根據質量衡算方程，有0.05p=(3+0.05) X.0解之得p=61 mg/L加入示蹤劑的質量流量為61X0.05g/s = 3.05g/s2.9 假設某一城市上方的空氣為一長寬均為100 km、高為 1.0 km 的空箱模型。干凈的空氣以4 m/s 的流速從一邊流入。假設某種空氣污染物以0.14X10-6，問是否符合要求?RT 1038.3142981034001.013105641090.1510精品文檔3歡迎下載10.0 kg/s 的總排放速率進入空箱，其降解反應速率常數為0.20h二假設完全混合，精品文檔4歡迎下載(1 )求穩(wěn)態(tài)情況下的污染物濃度；(2)假設風速突然降低為 1m/s

9、，估計 2h 以后污染物的濃度解：(1)設穩(wěn)態(tài)下污染物的濃度為則由質量衡算得936310.0kg/s (0.20/3600) XpX100X100X1 X10 m /s4 X100X1X10pm/s=0解之得-2, 3p=1.05X10 mg/m精品文檔5歡迎下載(2)設空箱的長寬均為 L,高度為h, 質量流量為qm，風速為 u。根據質量衡算方程q q km1 m2卜dmdt有qmuLh k L2hdtL2h帶入已知量，分離變量并積分,3600dt01.05 10d210-66.6 10-5積分有-23p=1.15X10 mg/m2.10 某水池內有 1 m3含總氮20 mg/L 的污水，現用

10、地表水進行置換，地表水進入水池的流量為10 m3/min，總氮含量為 2 mg/L，同時從水池中排出相同的水量。假設水池內混合良好，生物降解過程可以忽略，求水池中總氮含量變?yōu)? mg/L 時，需要多少時間?解：設地表水中總氮濃度為p，池中總氮濃度為p由質量衡算，得d V即dt1 d10 (2 )積分，有 It51d02010 (2)求得 t = 0.18 min2.11 有一裝滿水的儲槽，直徑 1m 高 3n?，F由槽底部的小孔向外排水。小孔的直徑為4cm,測得水流過小孔時的流速 u。與槽內水面高度 z 的關系 u0= 0.62 (2gz)0.5試求放出 1ni水所需的時間。解：設儲槽橫截面積為

11、 A，小孔的面積為 A由題得 Au0= dV/dt，即 U0= dz/dtXA1/A2所以有dz/dtX(100/4 )2=0.62 (2gz)0.5即有-0 5226.55 X dz= dtZ0= 3m精品文檔6歡迎下載乙=Zo1mx ( n .25m2)-1=1.73m積分計算得 t = 189.8s150kg/h 和 30kg/h 的流100kg 純水。試計算 1h 后由槽中流出的溶液濃度。解：設 t 時槽中的濃度為p,dt 時間內的濃度變化為 dp由質量衡算方程，可得 30 1209100 60tdt時間也是變量，一下積分過程是否有誤？30Xdt =( 100+ 60t) dC+ 12

12、0Cdt即(30 120C) dt =( 100+ 60t) dC由題有初始條件 t = 0，C= 0水的流量為 0.8L/min求流過取暖器的水升高的溫度。解：以取暖器為衡算系統(tǒng)，衡算基準取為1ho輸入取暖器的熱量為 3000X12X50% kJ/h = 18000 kJ/h設取暖器的水升高的溫度為(T,水流熱量變化率為qmcpT根據熱量衡算方程，有18000 kJ/h=0.8X60XX4.183 X TkJ/h.K解之得 T=89.65K2.14 有一個總功率為 1000MW 勺核反應堆，其中 2/3 的能量被冷卻水帶走，不考慮其他能量損失。冷卻水來自于當地的一條河流，河水的流量為 100

13、nVs，水溫為 20C o(1) 如果水溫只允許上升 10C，冷卻水需要多大的流量；(2)如果加熱后的水返回河中，問河水的水溫會上升多少C o解：輸入給冷卻水的熱量為Q= 1000X2/3MW= 667 MW(1)以冷卻水為衡算對象，設冷卻水的流量為qV,熱量變化率為qmcpTo根據熱量衡算定律，有2.12 給水處理中，需要將固體硫酸鋁配成一定濃度的溶液作為混凝劑。在一配料用的攪拌槽中，水和固體硫酸鋁分別以量加入攪拌槽中，制成溶液后，以120kg/h 的流率流出容器。由于攪拌充分，槽內濃度各處均勻。開始時槽內預先已盛有積分計算得：當 t = 1h 時=15.23 %2.13 有一個 4X3m

14、的太陽能取暖器，太陽光的強度為 3000kJ/ (卅 h)，有 50%的太陽能被吸收用來加熱流過取暖器的水流。精品文檔7歡迎下載333qVX10 4.183 X10 kJ/m=667X10 KW3Q=15.94m/s100 X1034.183T kJ/m=667X03KWT=1.59K第三章流體流動3.1 如圖 3-1 所示，直徑為 10cm 的圓盤由軸帶動在一平臺上旋轉，圓盤與平臺間充有厚度8=1.5mm 的油膜。當圓盤以 n=50r/min 旋轉時，測得扭矩 M=2.94X0-4Nm 設油膜內速度沿垂直方向為線性分布，試確定油的黏度。解：在半徑方向上取 dr，則有 dM= dF 由題有dF

15、= TAdu=dydA= (r dr)2r22 r drdu 2 nrdy =所以有解：設邊界層厚度為 空氣密度為 P,空氣流速為 Uo由題，因為湍流的臨界雷諾數一般取5X05 6.7X104,所以此流動為層流。對于層流層有(2)由題，根據熱量衡算方程，得d udM=2 r dr r dy2 r3d r兩邊積分計算得M=代入數據得2.94X04N m=gX(0.05m)4X n (50/60)-3、s/ (1.5 X10 m)可得-3尸8.58 X10 Pas3.2 常壓、20C的空氣穩(wěn)定流過平板壁面，在邊界層厚度為1.8mm 處的雷諾數為 6.7X04。求空氣的外流速度。精品文檔8歡迎下載4

16、.641X同時又有xuRex = 兩式合并有0.54.641 Re =即有4.641x (6.7X104)0.5=uxixio3kg/m3X1.8mm/(1.81X1O5Pas)u=0.012m/s3.3 污水處理廠中，將污水從調節(jié)池提升至沉淀池。兩池水面差最大為10m,管路摩擦損失為 4J/kg，流量為 34 m3/h。求提升水所需要的功率。設水的溫度為 25C。解：設所需得功率為 NL,污水密度為pN=Wqv=(gAz+ Ehf)qvp=(9.81m/s2X0m+4J/kg)X1X103kg/m3X34/3600m3/s=964.3W3.4 如圖所示，有一水平通風管道，某處直徑由 400m

17、n 減縮至 200mm 為了粗略估計管道中的空氣流量，在錐形接頭兩端各裝一個U 管壓差計，現測得粗管端的表壓為 100mn 水柱，細管端的表壓為 40mn 水柱，空氣流過錐形管的能量損失可以忽略，管道中空氣的密度為1.2kg/m3，試求管道中的空氣流量。圖 3-2 習題 3.4 圖示解：在截面 1-1 和 2-2 之間列伯努利方程：u?2+p/p=U22+p2/p由題有 u= 4ui所以有 ui2/2 + p1/p=16u/2 + p2/p即232315 u1=2X(p1-P2)/(=2X(p-pg(R1-R2)/(=2X(1000-1.2)kg/mX9.81m/sX(0.1m-0.04m)/

18、(1.2kg/m)精品文檔9歡迎下載解之得ui= 8.09m/s所以有精品文檔10歡迎下載上=32.35m/sqv=U1A=8.09m/sXn不 200mr)i2=1.02m3/s3.5 如圖 3-3 所示，有一直徑為 1m 的高位水槽，其水面高于地面8m 水從內徑為 100mn 的管道中流出，管路出口高于地面2m 水流經系統(tǒng)的能hf6.5U2計算，式中 U 為水在管內的流速，單位為 m/s。試計算(1)若水槽中水位不變，試計算水的流量;(2)若高位水槽供水中斷，隨水的岀流高位槽液面下降，試計算液面下降圖 3-3 習題 3.5 圖示解：(1)以地面為基準，在截面1-1 和 2-2 之間列伯努利

19、方程，有UI2/2 +什 gz1= u22/2 +p葉 gz2+ 2hf由題意得 P1= P2，且 U1= 0所以有2 2 29.81m/sX (8m2m)=U/2+6.5U解之得U=2.90m/sqv=UA=2.90m/sx%001m2/4=2.28X0開/s(2)由伯努利方程，有u/2 + gz1=U2/2 + gz2+ 勸fU12/2 + gz= 7U22+ gz2由題可得U1/U2=(0.1/1 )2= 0.01取微元時間 dt ,以向下為正方向 則有UI=dz/dt所以有(dz/dt )2/2 + gz1= 7( 100dz/dt ) 72 + gz?量損失(不包括出口的能量損失)可

20、按1m 所需的時間。精品文檔11歡迎下載積分解之得 t = 36.06s3.7 水在 20C下層流流過內徑為 13mm 長為 3m 的管道。若流經該管段的壓降為21N/m。求距管中心 5mn 處的流速為多少？又當管中心速度為0.1m/s時，壓降為多少?解：設水的黏度=1.0X03Pa.s，管道中水流平均流速為um根據平均流速的定義得:um=qVAr；dpf8_dT201 dpf 28dT10所以代入數值得21N/m= 8X1.0解之得又有所以Pf-3X10 Pauml2_2sXunX3m/ (13mm/22um= 3.7 X10 m/sumax= 2 umu = 2u(r/ro)2(1)當 r

21、 = 5mm 且 ro= 6.5mm 代入上式得u= 0.03m/s(2) umax= 2 um = umax/umax=0.1/0.074X1N/m=28.38N/m3.8 溫度為 20C的水，以 2kg/h 的質量流量流過內徑為 10mm 的水平圓管，試求算流動充分發(fā)展以后:(1) 流體在管截面中心處的流速和剪應力；(2) 流體在壁面距中心一半距離處的流速和剪應力(3) 壁面處的剪應力解：(1)由題有Um=q n/ pA=2/3600kg/s/(1 X103kg/m3Xn(X012mi/4)精品文檔12歡迎下載_ 32T=2T/2=5.66X10 N/m3.9 一鍋爐通過內徑為 3.5m

22、的煙囪排除煙氣，排放量為 3.5 X105ni/h，在煙氣平均溫度為 260C時，其平均密度為 0.6 kg/m3，平均粘度為 2.8X0_4Pas。大氣溫度為 20C，在煙囪高度范圍內平均密度為1.15 kg/m3。為克服煤灰阻力，煙囪底部壓力較地面大氣壓低245 Pa。問此煙囪需要多高?假設粗糙度為 5mm解：設煙囪的高度為 h，由題可得相對粗糙度為查表得所以摩擦阻力hf建立伯努利方程有=7.07 X103m/sUmd= 282.8 0.028/3.5mx (10.11m/s)/2解之得h =47.64m3.10 用泵將水從一蓄水池送至水塔中，如圖 3-4 所示。水塔和大氣相通，池和塔的水

23、面高差為 60m,并維持不變。水泵吸水口低于水池水面 2.5m,進塔的管道低于塔內水面 1.8m。泵的進水管 DN15Q 長 60m 連有兩個 90。彎頭和一個吸濾底閥。泵出水管為兩段管段串聯，兩段分別為DN150 長23m 和 DN100 長 100 m,不同管徑的管道經大小頭相聯，DN100 的管道上有 3 個 90彎頭和一個閘閥。泵和電機的總效率為60%。要求水的流量為140 m3/h，如果當地電費為 0.46 元/ (kWh)，問每天泵需要消耗多少電費？(水溫為25C，管道視為光滑管)3.11 如圖 3-5 所示，某廠計劃建一水塔，將 20C水分別送至第一、第二車間的吸收塔中。第一車間

24、的吸收塔為常壓，第二車間的吸收塔內壓力為 20kPa (表壓)?？偣軆葟綖?50mmi 鋼管，管長為(30 + z。)，通向兩吸收塔的支管內徑均為 20mm 管長分別為 28m 和 15m(以上各管長均已包括所有 局部阻力當量長度在內)。噴嘴的阻力損失可以忽略。鋼管的絕對粗糙度為 0.2mn?，F要求向第一車間的吸收塔供應 1800kg/h 的水，向第二車間的吸0.23收塔供應 2400kg/h 的水，試確定水塔需距離地面至少多高？已知20C水的粘度為 1.0X03Pas,摩擦系數可由式0 _ 竺 計算。.d Re圖 3-5 習題 3.11 圖示解：總管路的流速為U0=cm(/( p n2) =

25、4200 kg/h/(1X103kg/m3x%CX3252m?)=0.594m/s第一車間的管路流速為U1=Cm1/( p n) =1800kg/h/(1 X103kg/m3x%0012m)=1.592m/s第二車間的管路流速為U2=Cm2( prn2) =2400 kg/h/(1 0kg/m3Xn0X012m)=2.122m/s精品文檔14歡迎下載則 Re)= dup尸 29700精品文檔1欲迎下載p1=p0，故22222(1.592m/s)/2+9.8m/sX3m+ 0.0308x (0.594m/s) x (30+z。)m/(2X).05m) +0.036x (1.592m/s)X28m

26、/(2X).02m)=9.8m/s 吃0解之得Z0= 10.09m以車間二為控制單元，有伯努利方程U22/2+gz2+p2/p+勸f2=gz0+P0/p223322(2.122m/s)/2+9.8m/sX5m+20kPa/(1X0 kg/m) +0.0308x(0.594m/s) x(30+z。)m/(2X3.05m) +0.0357x(2.122m/s) X5m/( 2X).02m)2=9.8m/sx0解之得Z0= 13.91m故水塔需距離地面 13.91m3.13 某管路中有一段并聯管路，如圖3-7 所示。已知總管流量為 120L/s。支管 A 的管徑為 200mm 長度為 1000m 支

27、管 B 分為兩段，MO 段管徑為 300mm 長度為 900m ON 段管徑為 250mm 長度為 300m,各管路粗糙度均為 0.4mm 試求各支管流量及 M N 之間的阻力損失。解：由題，各支管粗糙度相同，且管徑相近，可近似認為各支管的將支管 A MO ON 段分別用下標 1、2、3 表示對于并聯管路，滿足 hfA= hfB，所以有2 2 2l1U1I2U213U3d12玄三又因為 MO 和 ON 段串聯，所以有U2Xd22= U3 Xd 32聯立上述兩式，則有2500 U12= 2744.16 u2U1= 1.048 U20 230.1(dd+58/Re).=0.0308Re=dup尸3

28、18400.23k = 0.1(dd+58/Re)=0.036Re=du p尸42400k= 0.1(dd+58/Re)0.23=0.0357以車間一為控制單元，有伯努利方程U2/2+gz1+p/p+勸鬥=gz+P0/p入相等，取X=0.02精品文檔1公迎下載第五章質量傳遞5.1 在一細管中，底部水在恒定溫度 298K 下向干空氣蒸發(fā)。干空氣壓力為0.1X106pa、溫度亦為 298K。水蒸氣在管內的擴散距離(由液面到管頂6-5 2部)L= 20cm 在 0.1 X0 Pa、298K 的溫度時，水蒸氣在空氣中的擴散系數為DB=2.50X10 m/s。試求穩(wěn)態(tài)擴散時水蒸氣的傳質通量、傳質分系數及

29、濃度分布。解：由題得，298K 下水蒸氣飽和蒸氣壓為 3.1684 X03Pa,則3pA,i=3.1684X10 Pa pA,o=0又 qv=Uinj/4 + U2n2/4解之得 U2= 1.158m/s , ui= 1.214m/sqvA=Uinb2/4=38.14L/SqvB=U2n2/4=81.86L/ShFmr=入KXUi2/2d1=73.69m7s2pB ,mpB ,0- pB ,iln PB ,0 /PB,i0.9841105Pa(1)穩(wěn)態(tài)擴散時水蒸氣的傳質通量:NADABPA,i- pA,0RTpB,mL41.62 10mol . cm2s(2)傳質分系數:kGNA5.11pA,

30、ipA,08/210 mol cm s Pa(3)由題有，11 yA,iyA,01yA,iyA,i= 3.1684/100 = 0.031684yA,0= 0簡化得yA10.9683(1 5z)5.2 在總壓為 2.026 X05Pa、溫度為 298K 的條件下，組分 A 和 B 進行等分子反向擴散。當組分A 在兩端點處的分壓分別為PA1=0.4 X05Pa 和 PA2=0.1 x105Pa 時，由實驗測得 k0G= 1.26X108kmol/(m2s Pa)，試估算在同樣的條件下，組分A 通過停滯組分 B 的傳質系數 kG以及傳質通量 NA。解：由題有，等分子反向擴散時的傳質通量為NAkGP

31、A,1PA,2DABPA,1PA,2RTL單向擴散時的傳質通量為NAkGPA,1pA,2DABP PA,1PA,2RTpB ,mL精品文檔1公迎下載所以有NAkGPA,1PA,2pB,m精品文檔1農迎下載-52=1.44xio mol/(m s Pa)pB,mNAkGPA,IPA,20.44mol m2s5.3 淺盤中裝有清水，其深度為5mm 水的分子依靠分子擴散方式逐漸蒸發(fā)到大氣中，試求盤中水完全蒸干所需要的時間。假設擴散時水的分子通過一層厚 4mm 溫度為 30C的靜止空氣層，空氣層以外的空氣中水蒸氣的分壓為零。分子擴散系數d=0.11m2/h.水溫可視為與空氣相同。當地大氣壓力為 1.0

32、1X05Pa。解：由題，水的蒸發(fā)可視為單向擴散DABPpA,iPA，0NA-RTpB,mZ30C下的水飽和蒸氣壓為 4.2474X03Pa,水的密度為 995.7kg/m3故水的物質的量濃度為 995.7X03/18 = 0.5532X05mol/m330C時的分子擴散系數為2DAB=0.11m/h3pA,i= 4.2474 X10 Pa, PA,0=0又有 N= c水V/(A t)(4mm 的靜止空氣層厚度認為不變)所以有c水V/(A t) = DAEP(PA,i- PA,0)/(RTPB,mZ)可得 t = 5.8h5.5 一填料塔在大氣壓和 295K 下，用清水吸收氨空氣混合物中的氨。傳

33、質阻力可以認為集中在1mm 厚的靜止氣膜中。在塔內某一點上，氨的分壓為 6.6 X103N/m2。水面上氨的平衡分壓可以忽略不計。已知氨在空氣中的擴散系數為0.236X04ns。試求該點上氨的傳質速率解：設 PB,1,pB,2分別為氨在相界面和氣相主體的分壓,DABP PA,1PA,22 I 2NA6.57 10 mol m sARTDLB,m5.6 一直徑為 2m 的貯槽中裝有質量分數為 0.1 的氨水，因疏忽沒有加蓋，則氨以分子擴散形式揮發(fā)。假定擴散通過一層厚度為5mm 勺靜止空氣層。在 1.01X05Pa、293K 下，氨的分子擴散系數為 1.8X0-5m/s，計算 12h 中氨的揮發(fā)損

34、失量。計算中不考慮氨水濃度的變化，氨在20C時的相平衡關系為 P=2.69X105x(Pa) , x 為摩爾分數。又有PB,mPB,2PB,1lnPB,2PB,11.75 105Pa即可得kGPB,mPB,0PB,iln PB,0PB,i0.9886 105PaPB,m為相界面和氣相主體間的對數平均分壓由題意得：pB,mPB,2pB,1lnPB,2PB,150.97963 10 Pa精品文檔1繃迎下載解：由題，設溶液質量為 a g精品文檔1繃迎下載氨的物質的量為 0.1a/17mol 總物質的量為（0.9a/18 + 0.1a/17）mol所以有氨的摩爾分數為0.1a17x0.10530.9a

35、 18 0.1a 17故有氨的平衡分壓為 p= 0.1053 X2.69 xi05Pa= 0.2832X05Pa即有 pA,i= 0.2832xi05Pa, PA0=0表面積為 a,初始水中溴含量為 0,溴粒表面處飽和濃度為CA,S解：設溴粒的表面積為 A,溶液體積為 V,對溴進行質量衡算，有d(VcA)/dt = k(cA,S-CA)A因為 a= A/V，則有dCA/dt = ka(CA,S-CA)對上式進行積分，由初始條件，t = 0 時，CA=0，得CA/CAS=1 ekat第六章沉降6.1 直徑 60 呵的石英顆粒，密度為 2600kg/m3,求在常壓下，其在 20C的水中和 20C的

36、空氣中的沉降速度（已知該條件下，水的密度為 998.2kg/m3,解：（1）在水中假設顆粒的沉降處于層流區(qū)，由式（6.2.6 ）得:2 62Pqdp22600 998.29.81 60 1063U -33.13 10m/s1818 1.005 103檢驗：ReP60 1063.13 103998.230.186 21.005 10位于在層流區(qū)，與假設相符，計算正確。（2）在空氣中應用 K 判據法，得所以NADABP PA,iPA,0RTpB,mL5.8 溴粒在攪拌下迅速溶解于水,PB,PB,0pB,ilnPB,0pB,i0.8608 105Pa4.91102mol m2sn=NAd：t6.66

37、 103mol3min 后，測得溶液濃度為50%飽和度，試求系統(tǒng)的傳質系數。假設液相主體濃度均勻，單位溶液體積的溴粒所以有ka= t1ln 1乂CA,S1180s ln 10.51313.85 10 s黏度為 1.005X10-3Pa s ;空氣的密度為1.205kg/m3，黏度為 1.81X10-5Pas)精品文檔1蟲迎下載dp3gP60 106 39.81 1.205 2600K2一521.81 10520.336所以可判斷沉降位于層流區(qū)，由斯托克斯公式，可得：Pgdp21 16 22600 9.8160 1060.28m/st1818 1.81 1056.2 密度為 2650kg/m3的

38、球形顆粒在 20C的空氣中自由沉降，計算符合斯托克斯公式的最大顆粒直徑和服從牛頓公式的最小顆粒直徑(已知空氣的密度為 1.205kg/m3，黏度為 1.81 xio-5pas)解： 如果顆粒沉降位于斯托克斯區(qū)，則顆粒直徑最大時,所以，同時ut2utdP第七章過濾7.1 用板框壓濾機恒壓過濾某種懸浮液，過濾方程為V2V 6 105A2t式中：t 的單位為 s(1)如果 30min 內獲得 5ni濾液，需要面積為 0.4m2的濾框多少個?(2)求過濾常數 K，qe, te解：(1)板框壓濾機總的過濾方程為V2V 6 105A2t在t 30 601800s內，V 5m3，則根據過濾方程252556

39、10 A 1800求得，需要的過濾總面積為A16.67m2(2)恒壓過濾的基本方程為V22VVeKA2t與板框壓濾機的過濾方程比較，可得K 6 105m2/sReP業(yè)pgdp2-8dp57.22 10m同理，如果顆粒沉降位于牛頓區(qū)，則顆粒直徑最小時,1000所以Ut1000，同時Ut1.74pgdp，代入數值，解得d 1.51 10P3m所以需要的板框數n16.670.441.67542所以dp，代入數值，解得所以dp32.3精品文檔1岳迎下載Ve0.5m3，qeVeA050.03m3/m216.67te2qe0.032K 6 10515ste為過濾常數，與qe相對應，可以稱為過濾介質的比當量

40、過濾時間,te7.2 如例 733 中的懸浮液，顆粒直徑為 0.1mm 顆粒的體積分數為0.1，在 9.81 xi03Pa 的恒定壓差下過濾，過濾時形成不可壓縮的濾餅，空隙率為 0.6，過濾介質的阻力可以忽略，濾液黏度為1X0-3Pa s試求:（1） 每平方米過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時間;（2） 若將此過濾時間延長一倍, 可再得多少濾液?解：（1）顆粒的比表面積為a46 10m2/m3濾餅層比阻為r51356 1 04 210.6320.61.331010m2過濾得到 1m 濾液產生的濾餅體積竺/ 0.9 Q1 0.6 1 0.60.61/3過濾常數2 98103101.3310

41、10彼4.43103m/s所以過濾方程為q2Kt當 q=1.5 時，t1.524.43 103508s（2）時間延長一倍，獲得濾液量為q4.43 1032 50832.1m所以可再得 0.6m3的濾液。7.3 用過濾機處理某懸浮液，先等速過濾20min，得到濾液 2用，隨即保持當時的壓差等壓過濾40min,則共得到多少濾液（忽略介質阻力）？解：恒速過濾的方程式為式（7.2.18a）V2KA氣12所以過濾常數為2V12K A2t1此過濾常數為恒速過濾結束時的過濾常數, 也是恒壓過濾開始時的過濾常數，在恒壓過濾過程中保持不變，所以由恒壓過濾方程式（7.2.15），V2 V12 KA2t V2 V1

42、2菁心V22V12t1V22 2240202220所以總的濾液量為V4.47用精品文檔23迎下載第八章吸收 8.1 在 30C，常壓條件下，用吸收塔清水逆流吸收空氣-SC2混合氣體中的 SO,已知氣-液相平衡關系式為y47.87x，入塔混合x、p、c表示。第九章解：(1)塔頂出塔 SQ 的摩爾分數為y20.002，入塔吸收液中 SO 的摩爾分數為x2所以與出塔氣相平衡的吸收液摩爾分數為x2*0.002 /47.87 4.17捲X；捲0.00104440.0014.44 105y y 0.05 0.047870.00213101.325%101.325 0.002130.2158kPa以液相摩爾

43、分數差為推動力的總傳質系數為1Kx551/kx1/ mky1/ 1.25 1051/ 2 1.25 105以氣相摩爾分數差為推動力的總傳質系數為氣中 SO 摩爾分數為 0.05,出塔混合氣 SO 摩爾分數為 0.002，出塔吸收液中每100 g 含有 SOO.356 g,試分別計算塔頂和塔底處的傳質推動力，用y、105與入塔吸收液平衡的氣相摩爾分數為y20所以X2xX24.17 10504.17 105y2y2y20.002 0 0.002P2101.325y 101.325 0.002 0.2026kPa忽略吸收液中溶解的SO，則摩爾濃度可計算為C 1000/1855.6mol/LC?55.

44、6x2555.6 4.17 100.00232mol/L(2)塔底入塔 SO 的摩爾分數為y0.05，出塔吸收液中 SO 的摩爾分數為x0.356 /640001K 100 /18.所以與入塔氣相平衡的吸收液摩爾分數為X10.05/47.87 0.0010444與出塔吸收液平衡的氣相摩爾分數為y147.87 x,47.87 0.001 0.04787所以P1C1555.6X155.6 4.44 100.00247mol/L8.2吸收塔內某截面處氣相組成為y.5，液相組成為x 0.01，兩相的平衡關系為y 2x，如果兩相的傳質系數分別為ky1.25kmol/Es），kx伽105kmol/(m2s

45、)，試求該截面上傳質總推動力、總阻力、氣液兩相的阻力和傳質速率。解：與氣相組成平衡的液相摩爾分數為 y2x2 0.010.02所以，以氣相摩爾分數差表示的總傳質推動力為y 0.05 0.020.03同理，與液相組成平衡的氣相摩爾分數差為x0.05/ 20.025所以，以液相摩爾分數差表示的總傳質推動力為0.025 0.010.01525kmol/（m s）0.83 10精品文檔1歡迎下載KyKx/m 0.83 105/2 0.42 105kmol/（m s）精品文檔1歡迎下載傳質速率NAKxx 0.83 1050.0151.25 107kmom2s)或者NAKyy 0.42 1050.031.

46、26 107kmol/(ms)以液相摩爾分數差為推動力的總傳質系數分析傳質阻力總傳質阻力/a 1/ 0.83 1051.20 105(m2s)/kmol其中液相傳質阻力為1/ k 1/ 1 25 1050 8 105(m s)/kmol占總阻力的 66.7%氣膜傳質阻力為1/mky1/ 2 1.25 1050.4 105(m2s)/kmol占總阻力的 33.3%8.3 用吸收塔吸收廢氣中的 SO,條件為常壓，30C，相平衡常數為m 26.7，在塔內某一截面上，氣相中SO 分壓為 4.1kPa，液相中 SO 濃度2為 0.05kmol/m3，氣相傳質系數為kG1.5 10kmol/(m2h kP

47、a)，液相傳質系數為 0.39m/h，吸收液密度近似水的密度。試求：(1 )截面上氣液相界面上的濃度和分壓；(2)總傳質系數、傳質推動力和傳質速率。解：(1)設氣液相界面上的壓力為pi，濃度為ci忽略 SO 的溶解，吸收液的摩爾濃度為c01000 /18 55.6kmol/m3溶解度系數C055.6kmol/(kPa mi)H - - 0.0206mp026.7 101.325在相界面上，氣液兩相平衡，所以Ci0.0206 pi所以1.5 1024.1p.0.39Ci0.05由以上兩個方程，可以求得p.3.52kPa,c0.0724kmol/m3(2)總氣相傳質系數KG-1- -1- 0 00

48、523kmol/(m2 h kPa)1/kG1/HkL1/0.015 1/ 0.0206 0.39總液相傳質系數KLKG/H0.00523/0.0206 0.254m/h與水溶液平衡的氣相平衡分壓為p*c/H0.05/0.02062.43kPa所以用分壓差表示的總傳質推動力為ppp 4.12.431.67kPa與氣相組成平衡的溶液平衡濃度為c*Hp 0.02064.130.084kmol/m用濃度差表示的總傳質推動力為Cc c 0.0840.050.034kmol/m又因為穩(wěn)態(tài)傳質過程，氣液兩相傳質速率相等，所以Iksp PikLq c精品文檔1$歡迎下載傳質速率NAKGp 0.00523 1

49、.670.0087kmol/(m2)或者NAKLc 0.254 0.0340.0086kmol/(m2h)8.4 101.3kPa 操作壓力下，在某吸收截面上，含氨0.03 摩爾分數的氣體與氨濃度為1kmol/m3的溶液發(fā)生吸收過程，已知氣膜傳質分系數為4kG51kmol/(m2s kPa)，液膜傳質分系數為kL1.5 10m/s,操作條件下的溶解度系數為H 0.73kmol/(m2kPa)，試計算：(1) 界面上兩相的組成；(2) 以分壓差和摩爾濃度差表示的總傳質推動力、總傳質系數和傳質速率；(3) 分析傳質阻力，判斷是否適合采取化學吸收，如果采用酸溶液吸收，傳質速率提高多少。假設發(fā)生瞬時不

50、可逆反應。解：(1)設氣液相界面上的壓力為pi，濃度為ci因為相界面上，氣液平衡，所以cHpi，c 0.73 p氣相中氨氣的分壓為p 0.03 101.33.039kPa穩(wěn)態(tài)傳質條件下，氣液兩相傳質速率相等，所以p p心q c645 103.039 pi1.5 104ci1根據上面兩個方程，求得1 44 kPa， c 1 05 kmol/m3(2)與氣相組成平衡的溶液平衡濃度為3c Hp 0.03 101.3 0.732.22kmol/m用濃度差表示的總傳質推動力為3c c c 2.22 1 1.22與水溶液平衡的氣相平衡分壓為p*c/H 1/0.731.370kPa所以用分壓差表示的總傳質推

51、動力為ppp 3.039 1.370 1.669kPa總氣相傳質系數KG1124 78 106kmol/(m s kPa)1/ kG1/ HkL1/ 5 1061/ 0.731.5 104總液相傳質系數KLKG/H64.78 10 /0.73 6.55106m/s傳質速率NAKGp 4.781061.6697.978 1062kmol/(m s)或者NAKLc6.55 1061.227.991 106kmol/(m2s)(3)以氣相總傳質系數為例進行傳質阻力分析總傳質阻力1/KG1/ 4.78 1062.092 105(ms kPa)/kmol占總阻力的 95.6%其中氣膜傳質阻力為1/KQ1

52、/ 5 10622 1Q5(m s kPa)/kmol精品文檔2C歡迎下載液膜傳質阻力為i/HkG1/ 0.73 1.5 1049.1 103(m kPa)/kmol占總阻力的 4.4%所以這個過程是氣膜控制的傳質過程，不適合采用化學吸收法。如果采用酸液吸收氨氣，并且假設發(fā)生瞬時不可逆反應，則可以忽略液膜傳質阻力，只考慮氣膜傳質阻力，則6KGkc5 10kmol/(m2s kPa)，僅僅比原來的傳質系數提高了4.6%,如果傳質推動力不變的話，傳質速率也只能提高4.6%o 當然，采用酸溶液吸收也會提高傳質推動力，但是傳質推動力提高的幅度很有限。因此總的來說在氣膜控制的吸收過程中，采用化學吸收是不

53、合適的。k 3 77 108.5 利用吸收分離兩組分氣體混合物，操作總壓為 310kPa，氣、液相分傳質系數分別為 732kmol/(m s)、44kx3.06 10kmol/(m2s)，氣、液兩相平衡符合亨利定律，關系式為P 1.067 10 x(P*的單位為 kPa)，計算:(1)總傳質系數;(2)傳質過程的阻力分析;(3)根據傳質阻力分析，判斷是否適合采取化學吸收，如果發(fā)生瞬時不可逆化學反應，傳質速率會提高多少倍?解: (1)相平衡系數mE 1.067 1034.4P310所以，以液相摩爾分數差為推動力的總傳質系數為217T 1/ 3.06 1041/ 34.4彳刀“ 33。5 10仆嘶s)以氣相摩爾分數差為推動力的總傳質系數為KyKx/m 3.05 104/34.40.89 10Umom2s)(