環(huán)境工程原理復(fù)習(xí)資料

.燃燒廢氣中含有SO2,欲采用吸收法去除。根據(jù)你所學(xué)的知識，分析提高去除效率的方法。答：吸收法可近似認為單向擴散， 治=上用8人「Pa。）。由上式可知，為RTLPm了提高吸收效率，可以增加SO2的濃度（濃縮尾氣），換用高效的吸收液（堿液等）；同時即使更換新的吸收液；增大吸收液與SO2的接觸面積（霧狀噴淋）；適當(dāng)增加溫度和壓強，以加快堿液對SO2的吸收速率。2某城市生活污水采用完全混合曝氣法處理，水量為 3M04m3/d,BOD5濃度為200mg/L,要求穩(wěn)態(tài)運行時，出水BOD5濃度達到一級排放標準，即30mg/L,曝氣池中有機物的降解遵循一級反應(yīng)，反應(yīng)速率為 r=0.1c（反應(yīng)速率常數(shù)0.1d-1）。（1）確定曝氣池的有效容積；（2）若曝氣池中污泥濃度為2000mg/L,回流污泥濃度為4000mg/L,求沉V,Xe污泥回流淀池的污泥回流比RoV,Xe污泥回流解：（1）以曝氣池和沉淀池為衡算系統(tǒng)，以BOD5為衡算對象，由物料衡算方程得:TOC\o"1-5"\h\z-d d：:oCV-：eqv-rV Vdt一.、入，一， di , 、， 、，一系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行，—=0;代入相應(yīng)數(shù)值得:dt一、一rV=017V0e .eCv CV二 V200mg/L-30mg/L=0.1d30mg/L一CV170 , 3 43V0.1d 30000m3/d=17104m3

(2)以曝氣池為衡算系統(tǒng)，以污泥為衡算對象。由衡算方程，得XrRcv=X(1R)qv4000mg/LR3104m3/d=2000mg/L(1R)3104m3/d2000R= (1R)=0.5(1R)4000R=1=100%1.3一直徑為2m的貯槽中裝有質(zhì)量分數(shù)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的靜止空氣層。在101KN/m 2.=0.175kmol/m2h=2.975kg/m2h水槽的表面積為A=0.78522=3.14m2、 2.=0.175kmol/m2h=2.975kg/m2h水槽的表面積為A=0.78522=3.14m2解：氨在水中的摩爾分數(shù)為:=0.105x= Xm^= 0.1/17=0.105。氨/M氨+Xm水/M水0.1/17+0.9/18由題中的相平衡關(guān)系算出氨在液面上的分壓 pAi=269X0.105=28.2KN/m2氨在空氣中的分壓為pA,0=0空氣的分壓：在水面上：pB,i=p-pA,i=101.3—28.2=73.1KN/m2在空氣中：pB,0=p—pA,0=101.3—0=101.3KN/m2空氣的對數(shù)平均分壓為：pB.mPb,0pB.mPb,0-pB,i

ln(pB,0/pB,i)101.3-73.1

ln(101.3/73.1)2=85.5KN/m2因此，氨在空氣中的擴散速率為:DPRTZPB,m(PA,iDPRTZPB,m(PA,i-Pa,0)二0.064101.38.3142930.00585.5(28.2-0)

12小時氨的揮發(fā)損失量為：G=2.975X3.14X24=224.4kg/d4將水從貯水池輸送到處理構(gòu)筑物中，原有一條管路，直徑為 500mm。為增加輸水量，在該管旁增加一條新管，管徑為 250mm。兩管均為水平敷設(shè)，長度相等，為1000m,流動處于阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.02。當(dāng)兩管的出水端單獨接入構(gòu)筑物和合并后接入構(gòu)筑物時，兩管中的流量比為多少？當(dāng)兩管長度為10m時，流量比為多少？解：（1）管長為1000m時，阻力損失主要為沿程損失，局部損失可以忽略。兩管單獨接入構(gòu)筑物或合并后接入構(gòu)筑物時，兩管的水力損失應(yīng)相等；-u2 l；-u2有：^=.2改一1d12 d22其中，兀=K2=0.02;l1=l2=1000m；d1：d2=500:250所以，qv:qv2=4\2=5.6（2）管長為10m時，沿程阻力損失和局部阻力損失均要考慮當(dāng)兩管單獨接入構(gòu)筑物時，兩管的水力損失分別為：（注：以下兩式中刪除了分母中的g）2大管：hf2大管：hf1U「d12 22-1.0—0.4—0.52 2uuL=1.9L2 22 2 2 2 2 2 2… U2 lcuuuuuu小管：hf2=1上 ’2,2 -2L =1.0- 0.82 0.52 =2.322 d222 2 2 2 2兩管水力損失相等，hf1-hf2所以qv1:qv2=曳（?）2=4.42d2當(dāng)兩管合并后接入構(gòu)筑物時，忽略交匯點處水力損失:小管:hfi1萬hf2d22小管:hfi1萬hf2d22, 2l2u2lidi—=1.0,0.4—=1.42 2 2u, u, u,=1.0-0.8-=1.822 2 2兩管水力損失相等，hf1=hf2故u1:u2=J9所以qv1:qv2=曳(3)2=4.5u2d2有一外徑為150mm的鋼管，為減少熱損失，今在管外包以兩層絕熱層。已知兩種絕熱材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)之比為1:2,兩種絕熱層厚度都為30mm。試比較兩種絕熱材料不同順序放置時的熱損失。設(shè)兩種情況下內(nèi)外溫度不變。解：設(shè)兩種絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)為及：%=1：2當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)%的材料放在內(nèi)層時：(DC訂 訂 T △T'1'2L：dm1dm2(DQ1- 一-- -一- -一~ ' 7Rb1 _ b2b1 — b2 b(1dm1 2dm2)11Am1 12Am2 '1L：二dm1 12L；Tdm2其中,dm1d1-d°60dm2In電d。ln210150=178.6d2-d1In%d160,270In—210=239.0將dm1,dm2代入式（1）得（注：式（2）和（4）最后一項的分母中增加了入1）

T'-L二 dm&2 .「「L二 dMdm2Q1_ ; I _ ; b1178.621239.0b656.61當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)h2的材料放在內(nèi)層時：Q2.TRb1■2Q2.TRb1■2L二dm—b2—’1L二dm2T12L-：dm1dm2b('2dm1 1dm2)(3)向式(3)代入dm1,dm2得T'1'2L二 dm1dm2 T-L二 dm1dm2Q2二 二 b21178.6 1239.0b596.21比較式(2)和(4)可以看到Q1<Q2即把導(dǎo)熱系數(shù)較小的絕熱材料放在內(nèi)層可以減少熱損失。某一雙池塘系統(tǒng)如圖所示。上游流量為10M04m3/d,其中有機物濃度為20mg/L。第一個池塘的容積為5.0104m3,第二個池塘的容積為3.0X04m3。有一股流量為1X104m3/d的污水進入第一個池塘，有機物濃度為120mg/L。有機物降解符合一級反應(yīng)動力學(xué)，降解速率常數(shù)為 0.30d10不考慮蒸發(fā)、滲漏或降雨等因素，假設(shè)每一個池塘都呈完全混合狀態(tài)，求穩(wěn)定狀態(tài)下每個池塘出水的有機物濃度解：以第一個池塘為衡算系統(tǒng)，在穩(wěn)定狀態(tài)下，由物料衡算方程得:?0：0,qv1:一V1k：i=(qv00/1)：14 3 4 3 .1 4 3 _ 4 3 _1010m/d20mg/L110m/d120mg/L-0.3d 510m/dC1=1110m/dC1C1=25.6mg/L以第二個池塘為衡算系統(tǒng)，在穩(wěn)定狀態(tài)下，由物料衡算方程得:

(qV0qVl);1-V2k;2=(qV0qV1)24 3 1 4 3 . 4 3 .1110m/d25.6mg/L-0.3d-310m/dC2=1110m/dC2C2=23.7mg/L2現(xiàn)有一傳熱面積為3m、由①25X2.5mm的管子組成的列管式換熱器，擬用初溫為30c的水將某液體由200c冷卻到100C,水走管內(nèi)。已知水和液體的定壓比熱容分別為4.18kJ/(kg.K)和2.0kJ/(kg.K)?,冷側(cè)和熱側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為2000W/(m2K)和250W/(m2K)。當(dāng)水和液體的質(zhì)量流量分別為1000kg/h和1200kg/h時，通過計算說明該換熱器是否滿足要求；若不滿足，可通過什么方法解決(定性分析)？(兩流體呈逆向流動，忽略管壁熱阻和污垢熱阻)解：用30c的水將某液體由200c冷卻到100c時，由熱量衡算方程，有cp7Kqm水"T水=cp液qm液&T液4.181000工=2.01200100=66.7KW△T水=57.4,故水的最終溫度為丁2水=30+57.4=87.4C逆向傳熱時的平均溫差為?訂m=.訂1-訂2=89.8C傳熱阻力為(2000該換熱器在此時能夠傳遞的熱量為一\T898R0.0015因此，該換熱器無法滿足要求Q=—m= R0.0015因此，該換熱器無法滿足要求解決的方法：在無法改變水溫的情況下，增加水的流量，從而增大平均溫差;

增加換熱器數(shù)量或換用換熱面積較大的換熱器；在換熱器內(nèi)部安裝翅片，熱流體走管外，增大熱側(cè)對流傳熱系數(shù)，從而增大總傳熱系數(shù)，并增大傳熱面積。1.8將20c的水以30m3/h的流量從水池送至高位水箱，已知水箱頂部壓強為0.05MPa（表壓），水箱水面與水池水面的高差為10m。輸水管內(nèi)徑為增加換熱器數(shù)量或換用換熱面積較大的換熱器；在換熱器內(nèi)部安裝翅片，熱流體走管外，增大熱側(cè)對流傳熱系數(shù)，從而增大總傳熱系數(shù)，并增大傳熱面積。1.8將20c的水以30m3/h的流量從水池送至高位水箱，已知水箱頂部壓強為0.05MPa（表壓），水箱水面與水池水面的高差為10m。輸水管內(nèi)徑為80mm,長18m,管線局部阻力系數(shù)1，=13（閥全開時），摩擦系數(shù)九=0.012+0.75~~038，Re求所需泵的功率。已知水的粘度為1X10—3Pas,密度為1M03kg/m3解：輸水管中的水流流速4Qu=——2=1.66m/s二d輸水管局部阻力損失：h「U;13 1.83m2g29.8摩擦系數(shù)九:-=0.0120.75日

Pdu0.3810

=0.012+0.75黑- 定0.012m<10m0.08父1.66)輸水管沿程阻力損失:hf2lu： 181,662-=0.012 =0.38md2g0.0829.8所需泵的功率Ne=(10hf1hf2)gQm=12.219.830103/3600=997.2W30C>100kPa下，在填料塔中用水吸收混合于空氣中的SO2。在塔內(nèi)某一點上，氣相中SO2的濃度為y=0.09,液相中SO2的濃度為x=0.002,氣相傳質(zhì)阻力認為集中在2mm厚的氣膜中。計算穩(wěn)定條件下在該點上SO2的傳質(zhì)速率。已知SO2在空氣中的分子擴散系數(shù)為5X105m2/s,30c時SO2水溶液的平衡關(guān)系為Y=26.5X。解：液相中SO2的摩爾比為

Xai八,Xai八,IXa,i1-xA,10.0021-0.002=0.002在穩(wěn)態(tài)條件下，氣相界面SO2的摩爾比為:Ya,i=26.5Xa,i=26.5X0.002=0.053氣相界面SO2的摩爾分數(shù)為Ya,1yAYa,1yA1二1 Ya,10.05310.053=0.05氣相主體中SO2的濃度：0.09設(shè)yB,i和yB,2為惰性組分在2相界面和氣相主體間的摩爾分數(shù)貝UyB,m=yB,i貝UyB,m=yB,i7b,2 0.95-0.91in"=0.93yB,20.91所以z_DABP(yA,i—yA,2)5M10'm100000m(0.09—0.05)NA一 二 Z3RTLyB,m 8.31x303x2x10^x0.93一一一??， 2 、=0.043mol/(ms)一根水平放置的蒸汽管道，具保溫層外徑為583mm,保溫層外表面的實測溫度為48C,空氣溫度為22Co此時空氣與保溫層外表面的自然對流傳熱系數(shù)為3.43W/m2K,保溫層外表面的黑度是0.9。試求此管道每米長度的總散熱量。（此時，輻射傳熱的角系數(shù)為1,總輻射系數(shù)為C-=aC0）解：對流傳熱：Q對流=aA&T=3.43父冗父0.583父1父（48—22）=150.77W輻射傳熱：q輻射=；。網(wǎng)哈）4-（后4]=0.95.67二0.5831[()=0.95.67二0.5831[()4])一(100 100=284.5W所以:

Q總Q總—Q對流+Q輻射=435.27W某熱水管道擬采用兩層保溫材料進行保溫，已知兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別及和%, 2。若保溫材料厚度相同，為了達到較好的保溫效果，應(yīng)將哪種材料放在內(nèi)層，試通過計算式說明原因。解：△T b1 △T b1 .b2 ."Am 02J二dm1：Tb2,2L-：dm2「r-L二dm1dm2b('1dm1 2dm2)當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)為心的材料在內(nèi)層時,，-1>當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)為心的材料在內(nèi)層時,，-1>入2,dm1<dm2,令dm1=a,dm2=c當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)為九2當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)為九2的材料在內(nèi)層時,，-1>入2,dm1>dm2,令dm1=C,dm2=a因為,1a一工2c一生1c一生2a=(a-c)(T-二2)::0b(1c-；，2a)b(11a：：J2c)所以b(1c-；，2a)b(11a：：J2c)為了達到較好的保溫效果，導(dǎo)熱系數(shù)為%的材料應(yīng)放在內(nèi)層純氣體A通過厚度為0.01m的氣膜從主體向催化劑表面擴散， 在催化劑表面發(fā)生瞬時化學(xué)反應(yīng)A(g)一2B(g),生成的B又反向擴散回來。已知總壓力為1.013X05Pa,溫度為300K,擴散系數(shù)Dab為1.5漢0一5m2/s。試求A的擴散速率。解：由Na=-Dab—5a(NaNb)dzc因為Nb=-2Na所以:

Na二~DNa二~Dab(ln1-yA,o1 yA,i--DabJ"LRT1yA,i_5 _ _ _51.510 1.01310,11二 ln 0.018.31300 102=-0.042mol/ms1.13一直徑為20mm的球形紊粒置于壓力為1.013105Pa、溫度為318K的空氣中，已知該溫度下蔡的蒸汽壓為74Pa,蔡在空氣中的擴散系數(shù)為6.9M06m2/s,蔡的分子量為128,密度為1145kg/m3。試求以下兩種情況下，紊球全部升華所需要的時間。(1)蔡粒置于大范圍靜止空氣中(注：在大范圍靜止空氣中的傳質(zhì)阻力相當(dāng)于通過厚度為球半徑的靜止空氣層的阻力)；(2)空氣以0.3m/s的速度流動，此時的平均對流傳質(zhì)系數(shù)為6.4M0-3m/s解：(1)設(shè)任一時刻蔡球的半徑為r,有傳質(zhì)速率方程，有NaDabpRTLPB,m(PA,i-Pa,0)又根據(jù)質(zhì)量衡算，有NaDabpRTLPB,m(PA,i-Pa,0)又根據(jù)質(zhì)量衡算，有Na.dnA=——出迪Mdt即Na;?dr—- 312810dt所以1145dr12810%t6 _56.910 1.0131058.31318rpB,m(74-0)其中,P其中,PBm=DAB皿』b,mABln以PB,iTOC\o"1-5"\h\z_5 _51.013105-(1.013105-74)=1013105

,1.013105 .ln 5 1.01310-74_ 41rdr=2.1510dt邊界條件t=0,r=0.01;t=t,r=0積分得：0.0120.012=2.1510」1tt=2.33106s=645.99h(2) NA=kc(CA,i-(2) NA=kc(CA,i-CA,0)6.410，8.31318(74-0) .. 2=0.000179mol/m又NaPdr

12810%t所以t= -r0——3=5.00105s=138.82hNa12810二、分離過程原理簡答題.進口氣速不變，增大旋風(fēng)分離器的直徑，對離心力有何影響？轉(zhuǎn)速不變，增大離心機轉(zhuǎn)鼓直徑，對離心力有何影響？參考答案：對旋風(fēng)分離器，離心力Fc=m生，進口氣速不變，離心力與直rm徑成反比，所以增大直徑，離心力減小。對離心機，離心力Fc=m?2,轉(zhuǎn)速不變，離心力與直徑成正比，所以增大直徑，離心力增加。過濾過程中，濾餅層的可壓縮性通常用什么參數(shù)來表示？試分析說明濾餅層為不可壓縮和可壓縮兩種情況時，增加過濾壓差對過濾速度的影響。參考答案：通常用壓縮指數(shù)s來表示。由K=2Q可知，增加過濾壓差,J「0c過濾速度都會增加，但是濾餅層不可壓縮時，過濾速度會增加得更快。比較深層過濾和表面過濾的特點和差異。參考答案：從兩者的過濾介質(zhì)、過濾過程、過濾機理和應(yīng)用范圍加以比較。說明反滲透膜材質(zhì)是如何影響膜的截留率的？

參考答案：一Kw'—二,可見膜材料的選擇性滲透系數(shù)直接影Kw；：pt\r+Ka響截留率。要實現(xiàn)高效分離，Kw要盡可能大，Ka要盡可能小，也就是膜材料必須對溶劑的親和力強，而對溶質(zhì)的親和力弱。氣中含有SO2和CH4兩種氣體，其分壓相同，試判斷哪種污染物更易被水吸收？為什么？參考答案：SO2更容易被水吸收。因為SO2在水中的溶解度系數(shù)更大，而且能夠跟水結(jié)合并進一步解離。用活性炭吸附某含酚廢水，當(dāng)采用單級吸附飽和后，將飽和后的活性炭填充到固定床中，從頂部通入同樣濃度的含酚廢水，問活性炭是否還能吸附酚？為什么？參考答案：還能吸附。因為單級吸附飽和后，所對應(yīng)的平衡濃度較低，通入新的廢水后，液相濃度增加，活性碳又處于不飽和狀態(tài)，所以還會繼續(xù)吸附。某水中含有顆粒直徑為0.2mm的懸浮液，顆粒所占的體積分率為0.1,在9.81X103Pa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(zhì)的阻力可以忽略，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。（水的粘度為1xl0-3Pa-s）解：（1）首先計算形成濾餅的比阻濾餅的空隙率為0.6,顆粒的比表面積a=&= 6--=3X104m2/m3,取dp0.210p比例系數(shù)Ki=5,可得濾餅的比阻為:2 2Ki12 2Ki1-a一 3=0.331010m=0.331010m-20.63又假設(shè)每得到1m3濾液形成的濾餅體積為c,則根據(jù)水的物料衡算可得1+0.6c=（1+c^（1—0.1）,得c=0.333m3（濾餅）/m3（濾液）所以，包壓過濾的過濾常數(shù)可計算為

9.811031匕-0.3310101109.81103=8.9310-m2/s由恒壓過濾方程q=8.9310-m2/s得t=q2/K=1.52/8.9310，）=2.52102s(2)若是時間延長一倍，則”5.04102s由恒壓過濾方程q2=Kt=8.9310，5.04102=4.5所以q=2.12m3所以延長一倍的時間，再得到的濾液量為 2.12-1.5=0.62m3在310kPa的操作壓力下，采用吸收法去除混合氣體中的組分A,已知混合氣體中A的分壓為100kPa,吸收液中A的摩爾分數(shù)為0.003,以摩爾分數(shù)差為推動力的氣膜和液膜傳質(zhì)系數(shù)分別為ky=3.7713(kmol/m2s、kx=3.06M104kmol/m2s,亨利系數(shù)E為1.067104kPa,試求：(1)組分A的傳質(zhì)速率；(2)分析傳質(zhì)阻力，判斷是否適合采取化學(xué)吸收；(3)如果采用化學(xué)吸收，傳質(zhì)速率提高多少。假設(shè)發(fā)生瞬時不可逆反應(yīng)。解：(1)以氣相分壓差為推動力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)為kG=377~~10—=1.22父10'kmol/kPam2s310以液相濃度差為推動力的液膜傳質(zhì)系數(shù)為3.0610 工，kL= =5.5010m/s55.6溶解度系數(shù)H=-55.64=5.2110“kmol/kPam31.067104Kg11/kGKg11/kG1/HkL 1 1/1.22104 1/5.211075.5010"=2.8610"kmol/kPam2s傳質(zhì)推動力為：p=p—p=100—32.01=67.99kPa所以傳質(zhì)速率為一一 一一.一—―8一一一?一 一6. ..2Na=Kgp=2.8610—67.99=1.9410一kmol/ms(2)傳質(zhì)阻力分析總傳質(zhì)阻力1/KG=1/(2.86x10")=3.50x107(m2skPa)/kmol其中氣膜傳質(zhì)阻力為1/kG=1/(1.22M10，)=8.20x104(m2skPa)/kmol,占總阻力的0.2%液膜傳質(zhì)阻力占總阻力99.8%,傳質(zhì)過程為液膜控制，適合采用化學(xué)吸收。(3)采用化學(xué)吸收時，忽略液相傳質(zhì)阻力，且認為液相中 A摩爾分數(shù)為0則此時傳質(zhì)速率為一一一 .一一5.一.一一3 2Na=kGP=1.2210 100=1.2210kmol/ms比原傳質(zhì)速率提高627倍某活性炭吸附苯酚的吸附等溫試驗方程式為 q=2.5C0.5,其中q為吸附容量(mg/g),C為吸附平衡溶質(zhì)濃度(mg/L)。今有濃度為100mg/L、體積為200mL的苯酚溶液，問：(1)采用單級間歇操作進行處理，欲將溶液中的苯酚濃度降低到10mg/L,需要投加多少活性炭？(2)將經(jīng)過單級操作的活性炭加入固定床中，持續(xù)吸附濃度為100mg/L的苯酚溶液，最多還可以吸附多少苯酚？(3)在固定床中吸附飽和的活性炭是否還可以繼續(xù)吸附？解：(1)單級吸附飽和時，活性炭吸附量為_ _05 一.q=2.510.=7.9mg/g由質(zhì)量衡算可得0.2100-107.90.2100-107.9=2.28g所以需要2.28g活性炭(2)固定床中的活性炭達到吸附平衡時，對應(yīng)的平衡濃度為 100mg/L所以活性炭吸附量為q=2.51000.5=25mg/g

所以(25—7.9p2.28=38.99mg,還可以吸附38.99mg苯酚(3)理論上，增加溶液中苯酚的平衡濃度，活性炭還可以繼續(xù)吸附苯酚,直到達到活性炭的飽和吸附量。以甲苯為萃取劑，采用萃取法處理含A廢水。已知待處理的廢水體積為10L,密度為1000kg/m3,廢水中的A濃度為1000mg/L,萃取劑量為2kg。如果要求萃取后廢水中A濃度達到1mg/L以下，問是否能達到要求？如果能達到，應(yīng)采取什么樣的萃取方式？請通過計算說明。假設(shè)A的分配系數(shù)為10,并不隨溶液組成而變化。解：XmF=0.001,要求達到的濃度為XmR=1><10-(1)采用單級萃取BXXmR=——4=0.00033>1父10‘，達不至世求B10S(2)采用多級錯流萃取設(shè)有n級，每級萃取劑用量2/nXmnRIB+10S/n)XmnRIB+10S/n)_BXmF—B10S/n、n:父0.001〉1父10公達不到要求。(3)采用多級逆流萃取多級逆流操作縣最大斜率為"maxYm1-Y"maxYm1-Ym0XmF-Xmn100.001-0 _石二100.001-110多級逆流的最小萃取劑用量為-B,Smin= =1kg<2kg0

max所以，理論上可以采用多級逆流萃取達到要求。用一半徑為r的旋流分離器分離某懸浮液，假設(shè)能完全分離的顆粒的

臨界直徑為dc。如果將旋流分離器的半徑減少為原來的1/2,而其他條件（如液體進口處切向速度、進口寬度和旋流分離器高度均不變），求此時顆粒的臨界直徑為多少？解：旋流分離器分離顆粒的臨界直徑可以表達為9」B二Ui：p一：N從這個式子可以看到，顆粒的臨界直徑與分離器半徑無關(guān)，所以改變半徑不會影響臨界直徑。水中含有顆粒直徑為0.2mm的懸浮液，顆粒所占的體積分率為0.1,在9.81X103Pa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(zhì)的阻力可以忽略，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。（水的粘度為1x10-3Pa-s）解：（1）首先計算形成濾餅的比阻濾餅的空隙率為0.6,顆粒的比表面積a=—=—J=3M104m2/m3,取dp0.210p比例系數(shù)Ki=5,可得濾餅的比阻為:TOC\o"1-5"\h\z2 2 4210 -2=0.3310m_Kl1-；a210 -2=0.3310m= 3 = cc3； 0.6又假設(shè)每得到1m3濾液形成的濾餅體積為c,則根據(jù)水的物料衡算可得1+0.6c=(1+c><(1—0.1),得c=0.333m3(濾餅)/m3(濾液)所以，包壓過濾的過濾常數(shù)可計算為一-3=8.9310“m2/s：p=8.9310“m2/sK=r~= io -3rJc 0.3310 110 0.333由恒壓過濾方程q2=Kt得t=q2/K=1.52/8.9310”)=2.52102s（2）若是時間延長一倍，則t-5.04102s

由恒壓過濾方程q2=Kt=8.9310-5.04102=4.5所以q=2.12m3所以延長一倍的時間，再得到的濾液量為 2.12-1.5=0.62m3用吸收法去除某有害氣體，已知氣液兩相的相平衡關(guān)系為y*=1.2x。采用逆流操作。假設(shè)進口處氣體中溶質(zhì)摩爾分數(shù)為 yi=0.3,入塔吸收劑的溶質(zhì)摩爾分數(shù)為X2=0.005,如果要求出口處氣體中溶質(zhì)摩爾分數(shù)降低為 y2=0.001,問能否達到要求？請說明理由。如果達不到，有辦法可使出口處氣體溶質(zhì)摩爾分數(shù)達到要求嗎？解：不能達到要求。因為入塔吸收劑的摩爾分數(shù)為X2=0.005,與之平衡的氣相摩爾分數(shù)為y2-1.2x2=0.006y2可以通過改變條件，使平衡關(guān)系發(fā)生變化，減小平衡常數(shù)；或者降低入塔吸收劑溶質(zhì)的摩爾分數(shù)。活性炭吸附苯酚的吸附等溫試驗方程式為 q=2.5C0.5,其中q為吸附容量（mg/g）,C為吸附平衡溶質(zhì)濃度（mg/L）。今有濃度為100mg/L、體積為200mL的苯酚溶液，問：（1）采用單級間歇操作進行處理，欲將溶液中的苯酚濃度降低到20mg/L,需要投加多少活性炭？（2）如果將在上一單級操作中飽和后的活性炭，再次全部投入到同樣體積和濃度的苯酚溶液中， 問此次能否使溶液中的苯酚濃度再次降低到20mg/L?請用操作線定性說明。（3）重復(fù)（2）的操作直至活性炭不再吸附苯酚為止，求此時活性炭的飽和吸附量為多少？解：（1）由物料衡算，需要投加得活性碳的量為=1.431g0.2=1.431g_ __052.520（2）不能。圖略。（3）當(dāng)活性碳不能吸附時，其飽和吸附量與處理液的初始濃度平衡所以q=2.51000.5=25mg/g

以三氯甲烷為萃取劑，采用萃取法處理含酚廢水。已知待處理的含酚廢水體積為10L,密度為1000kg/m3,廢水中的酚濃度為100mg/L,萃取劑量為2kg。如果要求萃取后廢水中酚濃度達到 15mg/L以下，問是否能達到要求？如果能達到，應(yīng)采取什么樣的萃取方式？請通過計算說明。假設(shè)酚的分配系數(shù)為15,并不隨溶液組成而變化。解：1采用單級萃取XmR=BXmF=2.5父10,>1.5父10),不能達到要求B15S2采用二級錯流萃取XmR1BXmF XmR1——m^=410B15§XmR2=BXmR2=1.6父10上>1.5父10’,不能達到要求B15S23采用三級錯流萃取XmR1BXmFXmR1BXmF=510‘B15S1XmR2BXmR1B15S2=2.5101XmR3=BXmR2=1.25父10,<1.5父10",達到要求。B15S3(1)采用超濾膜過濾含高濃度乳化油廢水， 試分析隨著壓力的增加，膜通量將如何變化？(2)采用反滲透膜進行海水淡化，操作溫度為25℃，海水中NaCl質(zhì)量分數(shù)為2.0%,如果操作壓力為1.2MPa,問是否能正常運行達到脫鹽目的？解：(1)膜通量可以表示為」Rm Rp Rg在此過濾過程中，初期，隨著壓力的增加，膜通量增大；由于容易形成凝

膠層，所以凝膠層形成之后，再增大壓力，，凝膠層厚度也會增加，凝膠層阻力隨之增加，抵消了壓力增加對膜通量的貢獻， 所以一旦凝膠層形成，膜通量就不會隨壓力增大而增加。(2)進料鹽濃度為co=2/58.5=0.349mol/L98/1000所以滲透壓為-：=c0RT=0.3498.3142982/1000-1.73MPa滲透壓大于操作壓力，所以不能正常脫鹽。采用轉(zhuǎn)筒離心機分離懸濁液中的固體顆粒，已知顆粒直徑為50Nm,顆粒密度為6600kg/m3,懸濁液密度為1000kg/m3,黏度為1.2X10-3Pa-s,轉(zhuǎn)筒尺寸為h=500mm,c=50mm,r2=100mm,離心機轉(zhuǎn)速為250r/min。(1)求離心機完全去除固體顆粒時的最大懸濁液處理量。(2)如果改用直徑D與離心機相同的漩流分離器處理該懸濁液，假設(shè)進液口寬度B=D/4,液體在旋流分離器中的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為 5,采用什么樣的操作條件，才能使漩流分離器的分離效率與離心機相同。解：(1)假設(shè)顆粒運動位于層流區(qū)，則顆粒的沉降時間為TOC\o"1-5"\h\z18」r2 181.210， 0.1t= 2~2ln- 2 2ln =1.56s:pr「：)dp」 「1 6600-10005.0105 2二250/60 0.05所以懸濁液的最小停留時間為1.56s最大處理量為V3.140.12-0.052 0.5 3qV=—= =0.00755m/st 1.56檢驗：沉降速度Ut-.9 9 52Ut-.9 9 52 2：p-：dp2r22 6600-1000 5.010 0.1 2二250/6018」181.210’=0.044m/s雷諾數(shù)Repp10005.010 0.044雷諾數(shù)Repp10005.010 0.044/cc -3 二1.