完整版環(huán)境工程原理第三版課后答案文檔良心出品

1、1.2 簡要闡述環(huán)境工程學的主要任務(wù)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(wù)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(shù)、措施和政策，以改 善環(huán)境質(zhì)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(shù)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(wǎng)過濾） 、反滲透、膜分離、蒸發(fā)濃縮等。 上述方法對應(yīng)的技術(shù)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、水與污染物 的蒸發(fā)性差異。

2、1.4空氣中揮發(fā)性有機物（VOCs）的去除有哪些可能的技術(shù)，它們的技術(shù)原理是什么？解：去除空氣中揮發(fā)性有機物（VOCs）的主要技術(shù)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(yīng)的技術(shù)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(yīng)、生物降解作用、燃燒反應(yīng)。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(dǎo)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(chǎn)生毒害作用等。1.6 環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原

3、理可以分為哪幾類？它們的主要作用原理是什么？解：從技術(shù)原理上看，環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原理可以分為 “隔離技術(shù) ”、 “分離技術(shù) ”和“轉(zhuǎn)化技術(shù)”三大類。隔離技術(shù)是將污染物或者污染介質(zhì) 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(shù)是利用污染物與污染介質(zhì)或其它污染物在物理性質(zhì)或化學性質(zhì)上的差異使其 與介質(zhì)分離，從而達到污染物去除或回收利用的目的。轉(zhuǎn)化技術(shù)是利用化學或生物反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)或易于分離的物質(zhì)，從而使污染介 質(zhì)得到凈化與處理。1.7環(huán)境工程原理課程的任務(wù)是什么？ 解：該課程的主要任務(wù)是系統(tǒng)、深入地闡述環(huán)境污染控制工程，即水質(zhì)凈化與水污染控制工程、大氣（

4、包括室內(nèi)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(fù)與構(gòu)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(chǔ)、基本過程和現(xiàn)象以及污染控制裝置的基本原理，為相關(guān)的專業(yè)課程打下良好的理論基礎(chǔ)。第二章質(zhì)量衡算與能量衡算2.1某室內(nèi)空氣中03的濃度是0.08 X10-6 （體積分數(shù)），求：（1）在1.013 X05Pa、25C下，用口 g/帛表示該濃度；（2）在大氣壓力為0.83 X 05Pa和15C下，03的物質(zhì)的量濃度為多少？解：理想氣體的體積分數(shù)與摩爾分數(shù)值相等由題，在所給條件下，1mo

5、l空氣混合物的體積為 V1= V0P0T1/P1T0= 22.4L X298K/273K =24.45L所以O(shè)3濃度可以表示為0.08 106mol M8g/mol (24.45L)1 =157.05 g/m3(2)由題，在所給條件下，1mol空氣的體積為Vi = V0P0T1/P訂o=22.4L 兇.013 105Pa288K/(0.83 仞5PaX273K)= 28.82L所以。3的物質(zhì)的量濃度為-6- 90.08 兇0 6mol/28.82L = 2.78 10 9mol/L2.2假設(shè)在25 C和1.013 105Pa的條件下，SQ的平均測量濃度為400屈/用，若允許值為0.14 10-

6、6，問是否符合要求?解：由題，在所給條件下，將測量的S02質(zhì)量濃度換算成體積分數(shù)，即RT 103、8.31429810396A40010 -0.1510 -pM A 1.01310564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/ (m3 K)2.5 一加熱爐用空氣(含O2 0.21,N2 0.79)燃燒天然氣(不含。2與2)。分析燃燒所得煙道氣，其組成的摩爾分數(shù)為 CO? 0.07,出0 0.14, O2 0.056, N2 0.734。求每通入100m3、30C的空氣能產(chǎn)生多少m3煙道氣？煙道氣溫度為300C，爐內(nèi)為

7、常壓。N2為衡算對象，煙道氣中的 N2全部來自空氣。設(shè)產(chǎn)生解：假設(shè)燃燒過程為穩(wěn)態(tài)。煙道氣中的成分來自天然氣和空氣。取加熱爐為衡算系統(tǒng)。以煙道氣體積為V2。根據(jù)質(zhì)量衡算方程，有0.79 QVRT1= 0.734 *2V2/RT20.79 100m3/303K = 0.734 /573KV2 = 203.54m32.8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(shè)儀器檢測 示蹤劑的濃度下限為1.0mg/L 0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(zhì)量流量是多少?

8、假設(shè)原河水和小溪中不含示蹤劑。解：設(shè)溪水中示蹤劑的最低濃度為p則根據(jù)質(zhì)量衡算方程，有 0.05 =( 3+ 0.05) X1.0解之得p= 61 mg/L加入示蹤劑的質(zhì)量流量為 61X0.05g/s= 3.05g/s2.9假設(shè)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(shè)某種空氣污染物以10.0kg/s的總排放速率進入空箱，其降解反應(yīng)速率常數(shù)為0.20h。假設(shè)完全混合，(1 )求穩(wěn)態(tài)情況下的污染物濃度；(2)假設(shè)風速突然降低為1m/s，估計2h以后污染物的濃度解：(1)設(shè)穩(wěn)態(tài)下污染物的濃度為p則由質(zhì)量衡算得10.0kg/s(

9、0.20/3600) XpXlOOX100X1X109 m3/s 4X100xixio6pm3/s= 0解之得23p= 1.05 X0- mg/m(2)設(shè)空箱的長寬均為L,高度為h,質(zhì)量流量為qm,風速為u。根據(jù)質(zhì)量衡算方程dmqm1qm2IT有 qm uLh TkL2h 二專 L2h ；-帶入已知量，分離變量并積分，得36000 dtPdP1.05 10 勺0-6 _ 6.610一5：、積分有p= 1.15 10-2mg/m32.10某水池內(nèi)有1 m3含總氮20 mg/L的污水，現(xiàn)用地表水進行置換，地表水進入水池的流量為10 m3/min，總氮含量為出相同的水量。假設(shè)水池內(nèi)混合良好，生物降解

10、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(shè)地表水中總氮濃度為p，池中總氮濃度為p2 mg/L，同時從水池中排由質(zhì)量衡算，得積分，有0dt = 20 莎忑 _ d ：36求得 t = 0.18 min比與槽內(nèi)水面高度z的2.11有一裝滿水的儲槽，直徑1m、高3m。現(xiàn)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關(guān)系U0= 0.62 (2gz) 0.5試求放出1m3水所需的時間。解：設(shè)儲槽橫截面積為 A1,小孔的面積為A2由題得 A2u0= dV/dt，即 u0= dz/dt X1/A2所以有dz/dtx( 100/4) 2= 0.62 (2gz)

11、0.5即有226.55 XZ-0.5dz = dtZ0= 3mz1= z0- 1m3x ( nX 0.25m -1= 1.73m積分計算得t = 189.8s2.12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150kg/h和30kg/h的流量加入攪拌槽中，制成溶液后，以 120kg/h的流率流出容器。由于攪拌充分，槽內(nèi)濃度各處均勻。開始時槽內(nèi)預(yù)先已盛有100kg純水。試計算1h后由槽中流出的溶液濃度。解：設(shè)t時槽中的濃度為p, dt時間內(nèi)的濃度變化為dp由質(zhì)量衡算方程可得r由質(zhì)量衡算方程，可得30 _120100 60tI時間也是變量，

12、一下積分過程是否有誤？30Xdt =( 100+ 60t) dC + 120Cdt即(30 - 120C) dt =( 100+ 60t) dC由題有初始條件t = 0, C= 0積分計算得：當t = 1h時C = 15.23%2.13有一個4X3m2的太陽能取暖器，太陽光的強度為3000kJ/(m2h)，有50%的太陽能被吸收用來加熱流過取暖器的水流。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1h。輸入取暖器的熱量為 3000X12X50 % kJ/h= 18000 kJ/h設(shè)取暖器的水升高的溫度為/ T)，水流熱量變化率為qmCpT根據(jù)熱量

13、衡算方程，有18000 kJ/h= 0.8 X0X1X4.183 TkJ/h.K解之得 T =89.65K2.14有一個總功率為1000MW的核反應(yīng)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?shù)氐囊粭l河流，河水的流量為100m3/s，水溫為20Co/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Co解：輸入給冷卻水的熱量為Q= 1000 X2/3MW = 667 MW/1)以冷卻水為衡算對象，設(shè)冷卻水的流量為qV ,熱量變化率為qmcp=T o根據(jù)熱量衡算定律，有qV X1O3M.183 10 kJ/m3=667

14、X103KW3(2)由題，根據(jù)熱量衡算方程，得Q= 15.94m3/s100 103X4.183 T kJ/m3 = 667X103kwT = 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(zhuǎn)，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(zhuǎn)時，測得 扭矩M=2.94X10-4Nm 設(shè)油膜內(nèi)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 = dFT由題有dF= t- dA=dudy22dA=二(r dr) -Hr2 r drdu = 2irnr dy :.所以有dM= 2j r d r r =2 r

15、 3d rdy :.兩邊積分計算得42.94 10 N-m =代入數(shù)據(jù)得42 3 ( 0.05m) 4X nx (50/60) s/ (1.5 10 m)可得-3尸 8.58 10 Pa s3.2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(shù)為6.7 104。求空氣的外流速度。解：設(shè)邊界層厚度為 8空氣密度為p空氣流速為uo由題，因為湍流的臨界雷諾數(shù)一般取5X1056.7 X04，所以此流動為層流。對于層流層有4.641XRex同時又有Rex =XU兩式合并有0.54.641 Re；.u即有4.641 x(6.7 X04) 0.5 = uxixio3kg/m3xi.8m

16、m/ (1.81 兇05Pas)u= 0.012m/s3.3污水處理廠中，將污水從調(diào)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(shè)水的溫度為25Co解：設(shè)所需得功率為 Ne,污水密度為pNe = WQv p=( gAz+Zhf) qv p=(9.81m/s2 X0m+4J/kg) XX03kg/m3X34/3600m3/s=964.3W3.4如圖所示，有一水平通風管道，某處直徑由400mm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(xiàn)測得粗管端的表壓為100mm水柱，細管端的表壓為40m

17、m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:2 2U1 /2 + p1 / = U2 /2 + p2/ p由題有U2 = 4U1所以有 U12/2 + p/ = 16U12/2 + p2/ p即15 u12= 2X0-)/ p= (0-p=2X (1000-1.2) kg/m3x9.81m/s2 x (0.1m0.04m) / (1.2kg/m3)解之得u1= 8.09m/s所以有匕=32.35m/sqv= UiA = 8.09m/s x nCSOOmm） 2= 1.02m3

18、/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(nèi)徑為100mm的管道中流出，管路出口高于地面2m,水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失（不包括出口的能量損失）可按 7 hf _6.5U2計算，式中u為水在管內(nèi)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，隨水的出流高位槽液面下降，試計算液面下降1m所需的時間。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之間列伯努利方程，有u/2+ p/gz1 = u2?/2 + p2/ 葉 gz； + 藝由題意得p1= p2，且u1 = 0所以有9.81m/s2x (8m-

19、2m)= u2/2 + 6.5u2解之得u = 2.90m/sqv= uA= 2.90m/s XnX 0.614n= 2.28 X0- 2m3/s(2)由伯努利方程，有u12/2 + gz1 = u22/2 + gz2 +即u/2 +gz1 = 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 5 =dz/dt所以有(dz/dt) 2/2 +gz1 = 7 (100dz/dt) 2/2 + gz積分解之得t = 36.06s21N/m2。求距管中心5mm處的流速為多少？又當管中心速度3.7水在20C下層流流過內(nèi)徑為13mm、長為3m的管

20、道。若流經(jīng)該管段的壓降為 為0.1m/s時，壓降為多少?Um解：設(shè)水的黏度(=1.0 *0-3Pa.s管道中水流平均流速為根據(jù)平均流速的定義得:Um=qVA二r4 dpf 莎dT1 dpf 2 0所以8嘰1代入數(shù)值得21N/m2 = 8X1.0 0-3Pas mX3m/ (13mm/2) 2解之得2Um= 3.7 10 m/s又有Umax = 2 Um所以u = 2um1 ( r/r。) 2(1)當r= 5mm，且r0= 6.5mm，代入上式得u= 0.03m/s(2) Umax = 2 UmApf = Umax/iUax=0.1/0.074 N/m=28.38N/m10mm的水平圓管，試求算

21、流動充分發(fā)展以后:3.8溫度為20C的水，以2kg/h的質(zhì)量流量流過內(nèi)徑為(1)流體在管截面中心處的流速和剪應(yīng)力;(2)流體在壁面距中心一半距離處的流速和剪應(yīng)力(3)壁面處的剪應(yīng)力解：(1)由題有Um = qm/ pA=2/3600kg/s/ (1X103kg/m3Xn10m2/4)=7.07 10 3m/sR _4:umd = 282.80 m/s /4= 1.06 0 m/s，丄屯詡dr由剪應(yīng)力的定義得流體在壁面距中心一半距離處的剪應(yīng)力：1/2 = 2 Vn/r0=2.83 0_3N/m2(3) 壁面處的剪應(yīng)力：t = 271/2= 5.66 0 3N/m23.9 一鍋爐通過內(nèi)徑為3.5m

22、的煙囪排除煙氣，排放量為3.5 05m3/h，在煙氣平均溫度為260C時，其平均密度為4PaSo大氣溫度為20C,在煙囪高度范圍內(nèi)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0.6 kg/m3,平均粘度為2.8兇0245 Pa問此煙囪需要多高？假u = qv/A = 10.11m/sRe= du p /=i7.58 04e /= 5mm/3.5m= 1.429 10X= 0.028設(shè)粗糙度為5mm。解：設(shè)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建立伯努利方程有u/2+ pi/ 葉gzi = u22/2 + p2 葉gz2 + 藝由題有ui =U2,

23、pi =po-245Pa, p2 =po- p空gh即(hX1.15 kg/m308m/s2 245Pa) / (0.6kg/m3) = hX9.8m/S +hX).028/3.5m x( 10.11m/s) 2/2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(nèi)水面 1.8m。泵的進水管DN150，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(lián)，兩段分別為DN150、長23m和DN100、長100 m，不同管徑的管道經(jīng)大小頭相聯(lián)，DN10

24、0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?shù)仉娰M為0.46元/ （kW- h），問每天泵需要消耗多少電費？（水溫為25 C,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。第一車間的吸收塔為常壓，第二車間的吸收塔內(nèi)壓力為20kPa （表壓）?？偣軆?nèi)徑為50mm鋼管，管長為（30 + Z0），通向兩吸收塔的支管內(nèi)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(nèi)）。噴嘴的阻力損失可以忽略。鋼管的絕對粗糙度為 0.2mm?，F(xiàn)要求向第一車間的吸收塔供

25、應(yīng) 1800kg/h的水，向第二車間的 吸收塔供應(yīng)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1.0 X0-3 Pas,摩擦系數(shù)可由式.E * 58辛計算。0.1匹 Re丿犬ns圖3-5習題3.11圖示解：總管路的流速為U0= qm0/ ( pin =4200 kg/h/ (1X1CPkg/m3 x%x 0.0fi5)= 0.594m/s第一車間的管路流速為u1 = qm1/ ( pn)r = 1800kg/h/ (1X103kg/m3x%x 0m2)= 1.592m/s第二車間的管路流速為U2 = 52/ ( p) = 2400 kg/h/ (2.122m/s則

26、 Re)= dup/在 29700h= 0.1(/* 58/Re) 0.23 = 0.0308Rei = du p / 話 31840k= 0.1( /* 58/Re) 0.23 = 0.036Re2 = dup / = 42400b= 0.1(/* 58/Re) 0.23 = 0.0357以車間一為控制單元，有伯努利方程U12/2+ gz1+ P1/ 曠藝h =gz)+ P0/ pP1 = P0,故2 2 2 2 2 (1.592m/s) /2 +9.8m/s X3m + 0.0308 x( 0.594m/s) x ( 30 + Z0) m/ (2X0.05m) + 0.036 x (1.5

27、92m/s) 28m/ (2X).02m)= 9.8m/s N解之得z)= 10.09m以車間二為控制單元，有伯努利方程U22/2 + gz2 + P2/ 葉藝h =gz0+ P0/ p(2.122m/s) 2/2 +9.8m/s2X5m + 20kPa/(1X103kg/m3)+ 0.0308 x( 0.594m/s) 2x (30 + Z0) m/ ( 2X0.05m)+0.0357 x(2.122m/s) 2X5m/ (2X0.02m)= 9.8m/s2Xz0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(lián)管路，如圖3-7所示。已知總管流量為120L/s。

28、支管A的管徑為200mm，長度為1000m;支管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入相等，取X= 0.02。將支管A、MO、ON段分別用下標1、2、3表示對于并聯(lián)管路，滿足hfA = hfB，所以有l(wèi) 1 U1l2 U2l3 U3f：=上+/.d1 2d2 2d3 2又因為MO和ON段串聯(lián)，所以有U2 Xd2= U3 Xd32聯(lián)立上述兩式，則有2500 U12 = 2744.16 匕2U1 = 1.048 q又

29、 qv= Ui n 2/4+ U2 n d?/4解之得 U2= 1.158m/s, Ui = 1.214m/sqvA = 5冗/4 = 38.14L/SqvB = U2 n d2/4 = 81.86L/ShFmn =X1103Pa, Pa,0= 0pB m = Pb,0 PB,i=0.9886 x105Pa，m ln Pb,0 PB,i又有Na = 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) =DabP(Paj pA,0)/(RTpB,m z)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。傳質(zhì)阻力可以認為集中在1mm厚

30、的靜止氣膜中。在塔內(nèi)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(shù)為0.236 0-4m2/s。試求該點上氨的傳質(zhì)速率。解：設(shè)PB,1,PB,2分別為氨在相界面和氣相主體的分壓，PB,m為相界面和氣相主體間的對數(shù)平均分壓由題意得：PBm= Pb,2 一Pb,1=0.97963D05Pa,ln (Pb,2Pb,1)注=_6.57 10Fol m2 s RTPB,m L5.6 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1.01 05Pa、293K下，氨的

31、分子擴散系數(shù)為1.8 0-5m2/s，計算12h中氨的揮發(fā)損失量。計算中不考慮氨水濃度的變化，氨在20C時的相平衡關(guān)系為P=2.6905x(Pa), x為摩爾分數(shù)。解：由題，設(shè)溶液質(zhì)量為 a g氨的物質(zhì)的量為0.1a/17mol總物質(zhì)的量為（0.9a/18+ 0.1a/17）mol所以有氨的摩爾分數(shù)為0.1a 17x 9.10530.9a 18 0.1a 17JTJr故有氨的平衡分壓為 p= 0.1053 269兇05Pa= 0.2832 1：05Pa即有 Pa,尸 0.2832 兇05Pa, Pa0 = 0PB,mPb,0 _PB,i =0.8608 105Paln Pb,0 PbjRTpB

32、,mL所以 na 嚴譽Pa,。/a 。竊?？? sn=NA t=6.66 103mol45.8溴粒在攪拌下迅速溶解于水，3min后，測得溶液濃度為50%飽和度，試求系統(tǒng)的傳質(zhì)系數(shù)。假設(shè)液相主體濃度均勻，單位溶液體積的溴粒表面積為a，初始水中溴含量為0,溴粒表面處飽和濃度為Ca,s。解：設(shè)溴粒的表面積為 A，溶液體積為V，對溴進行質(zhì)量衡算，有d(VCA)/dt = k(cA,S_ ca)A因為a=A/V，則有dc/dt = ka (cA,S cA)對上式進行積分，由初始條件,t= 0時，ca = 0,得所以有ka= t Tn 1Ca-180s 丄 ln 1 一牛Ca/cas=1 e-kat第六章

33、沉降6.1直徑60 gm的石英顆粒，密度為2600kg/m3,求在常壓下，其在20C的水中和20C的空氣中的沉降速度（已知該條件下，水的密度為998.2kg/m3,黏度為 1.005 M0-3Pas;空氣的密度為 1.205kg/m3,黏度為 1.81 M0-5Pas）。解：（1）在水中假設(shè)顆粒的沉降處于層流區(qū)，由式（6.2.6）得:c62= 3.13 10J3m/s訂；gdp22600-998.2 9.81 60 1018 一18 1.005 10檢驗：ReP=dPU60 曲3.13 103 998So.186 注J1.005 10位于在層流區(qū)，與假設(shè)相符，計算正確。（2）在空氣中應(yīng)用K判據(jù)

34、法，得6 3q p _60 10-： 9.81 1.205 26002-220.3 ： 36(1.81x10 乜 j所以可判斷沉降位于層流區(qū)，由斯托克斯公式，可得:Ut2 6 2(PpPpdp2 _ 2600.81叫60幻0一)=0.28m/s2P518 18 1.81 10-6.2密度為2650kg/m3的球形顆粒在20 C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 M0-5Pas)解：如果顆粒沉降位于斯托克斯區(qū)，則顆粒直徑最大時,R3PdpUt二2所以心丄，同時dp ：- gd l_所以j2 1

35、8 p2 ，代入數(shù)值，解得d =722105dp 祥不PgP 一 同理，如果顆粒沉降位于牛頓區(qū)，則顆粒直徑最小時,所以ut =1000，同時Ut =1.74所以 p，代入數(shù)值，解得d =1.51d P -32.3 3P P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2_5 2V V =6 10 At式中：t的單位為s(1)如果30min內(nèi)獲得5m3濾液，需要面積為0.4m2的濾框多少個?(2)求過濾常數(shù)K，qe，te。解：(1)板框壓濾機總的過濾方程為V V =6 10 At在t =30 60 = 1800s內(nèi)，V =5m3，則根據(jù)過濾方程525 =6 10 5A21800求得，

36、需要的過濾總面積為 A =16.67m2所以需要的板框數(shù)16.67n41.675 : 420.4(2)恒壓過濾的基本方程為 V2亠2VVe =KA2t與板框壓濾機的過濾方程比較，可得K =6 10 5m 2/sVe 5m3，qe 舟儲03m3/m22 t qe ve0.032亍=15sK 6 10-2K7.2如例7.3.3中的懸浮液，顆粒直徑為0.1mm,顆粒的體積分數(shù)為0.1，在9.81 T03Pa的恒定壓差下過濾，過濾時形成不可壓縮的濾餅，空隙率te為過濾常數(shù)，與qe相對應(yīng)，可以稱為過濾介質(zhì)的比當量過濾時間,為0.6,過濾介質(zhì)的阻力可以忽略，濾液黏度為1X10-3 Pas。試求:（1）每平

37、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a-610 m2/m34 2 256 10 i i-0.60.63=1.33 1010m-2過濾得到1m3濾液產(chǎn)生的濾餅體積0.1, cc0.1u /0.9X0.6 =1/31-0.6過濾常數(shù)K 2p2 9810rr 11031.331010324.43 10 m /s 1/3所以過濾方程為q2 =：Kt當 q=1.5 時，t 153 =508s4.43 10 -（2）時間延長一倍，獲得濾液量為q=4.43 10- 2 508 =2.1 m3所以可再得0.6m3的濾液。7.3

38、用過濾機處理某懸浮液，先等速過濾20min，得到濾液2m3，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(zhì)阻力）？解：恒速過濾的方程式為式（7.2.18a）V2 KA2t1V1廠所以過濾常數(shù)為2V12K 2此過濾常數(shù)為恒速過濾結(jié)束時的過濾常數(shù)，也是恒壓過濾開始時的過濾常數(shù)，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），2 2V2 -V12 二KA2t = V2 -V12 mAUV2 -V12 =空2A t1t1所以V2 =也上2 V2 =2 - 40 22 =201 20所以總的濾液量為V =4.47m3第八章吸收8.1在30C，常壓條件下，用吸收塔清水逆

39、流吸收空氣-S02混合氣體中的SO2，已知氣-液相平衡關(guān)系式為y”=47.87x，入塔混合氣中S02摩爾分數(shù)為0.05,出塔混合氣SO2摩爾分數(shù)為0.002,出塔吸收液中每100 g含有SQ 0.356 g,試分別計算塔頂和塔底處的傳質(zhì)推動力，用八y、x、和、厶C表示。第九章解：(1)塔頂出塔SO2的摩爾分數(shù)為y2 =0.002，入塔吸收液中SO2的摩爾分數(shù)為x2 = 0所以與出塔氣相平衡的吸收液摩爾分數(shù)為x2 * =0.002 /47.87 =4.17 X10 2與入塔吸收液平衡的氣相摩爾分數(shù)為J? “ =0所以.毬2 =x2* 2 =4.17 10 民0=4.17 10 -刁2 = y2

40、-y2 =0.002 -0 =0.002.：p2 =101.325 . y2 =101.325 0.002 =0.2026 kPa忽略吸收液中溶解的SO2,則摩爾濃度可計算為 C =1000/18 =55.6mol/L G =55.6：2 =55.6 4.17 10 0.00232mol/L(2)塔底入塔SO2的摩爾分數(shù)為y =0.05，出塔吸收液中SQ的摩爾分數(shù)為x _0.356/64001 % 100/18 _.所以與入塔氣相平衡的吸收液摩爾分數(shù)為x； =0.05/47.87 =0.0010444與出塔吸收液平衡的氣相摩爾分數(shù)為yF =47.87 x, =47.87 X0.001 =0.0

41、4787所以.汶=0.00104440.001 =4.44 10 y_y =0.05 -0.04787 =0.00213. p1 =101.325. y1 =101.3250.00213 = 0.2158 kPa=55.6兇=55.6 4.44 10 - =0.00247 mol/L8.2吸收塔內(nèi)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(guān)系為y 2x，如果兩相的傳質(zhì)系數(shù)分別為ky勻.25 1kmol/(m2s)，kx =1.25 10 kmol/(m2 s)，試求該截面上傳質(zhì)總推動力、總阻力、氣液兩相的阻力和傳質(zhì)速率。解：與氣相組成平衡的液相摩爾分數(shù)為 y“=2X=

42、2 0.01=0.02所以，以氣相摩爾分數(shù)差表示的總傳質(zhì)推動力為.y = y - y =0.05 -0.02 =0.03同理，與液相組成平衡的氣相摩爾分數(shù)差為x= 0.05/ 2 =0.025所以，以液相摩爾分數(shù)差表示的總傳質(zhì)推動力為. x =x -x =0.025 一0.01 =0.015以液相摩爾分數(shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為Kx1/kx 1/mky 1/ 1.25 1051/ 2 1.25 10丄2=0.83 10 的。l/(m 以氣相摩爾分數(shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為Ky 二Kx/m=0.83 10/2=0.42 10kmol/(m2 s)傳質(zhì)速率 NA =Kx：X =0.83 10 -

43、0.015 =1.25 10 - kmol/(m 2 s)或者 Na 二Ky.ly =0.42 10 衛(wèi) 0.03 =1.26 10-kmol/(m 2 s)以液相摩爾分數(shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)分析傳質(zhì)阻力總傳質(zhì)阻力 1/Kx =1/ 0.83 105 =1.20 105(汗 s)/kmol其中液相傳質(zhì)阻力為 1/ k =1/(125X105 )=0 8 X105(m2 s)/kmol占總阻力的66.7%氣膜傳質(zhì)阻力為 1/ mky =1/ 2 1.25 10 5 =0.4 10如2 s)/kmol占總阻力的33.3%8.3用吸收塔吸收廢氣中的 SO2,條件為常壓，30 C,相平衡常數(shù)為 m

44、=26.7，在塔內(nèi)某一截面上，氣相中 SO2分壓為4.1kPa,液相中SQ濃_2度為0.05kmol/m3,氣相傳質(zhì)系數(shù)為kG =1.5 10 kmol/(m 2 h kPa)，液相傳質(zhì)系數(shù)為& =0.39 m/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(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)推動力和傳質(zhì)速率。解：(1)設(shè)氣液相界面上的壓力為pi，濃度為G忽略SO2的溶解，吸收液的摩爾濃度為 q =1000/18 =55.6 kmol/m3溶解度系數(shù)二 Co 二 比6=0 0206kml/(kPa 代_mpc _26.7 101.325 -在相界面上，氣液兩相平衡，所以 Ci =

45、0.0206 Pi又因為穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程，氣液兩相傳質(zhì)速率相等，所以應(yīng)占l C亠所以 1.5 10 24.1 _Pi =0.39 Ci -0.05由以上兩個方程，可以求得pi =3.52 kPa, q 0 0724 kmol/m3Kg11/kG 1/HkL(2)總氣相傳質(zhì)系數(shù)10 00523 kmol/(m2 h kPa)1/0.015 1/ 0.0206 0.39總液相傳質(zhì)系數(shù) kl 二Kg/H =0.00523/0.0206 =0.254m/h與水溶液平衡的氣相平衡分壓為p* =c/H =0.05/0.0206 =2.43 kPa所以用分壓差表示的總傳質(zhì)推動力為邙= p-p* =4.1 2.4

46、3 =1.67 kPa與氣相組成平衡的溶液平衡濃度為 c* =Hp =0.0206 4.1 =0.084 kmol/m3用濃度差表示的總傳質(zhì)推動力為.七二C*C =0.084-0.05 =0.034kmol/m傳質(zhì)速率 Na =KgP =0.00523x1.67 =0.0087 kmol/(m2h)或者 Na =Kl .9 =0.254 0.034 =0.0086 kmol/(m2 h)8.4 101.3kPa操作壓力下，在某吸收截面上，含氨0.03摩爾分數(shù)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(zhì)分系數(shù)為4kG =5 xIO kmol/(m 2 s kPa),液膜傳質(zhì)分

47、系數(shù)為k 1.10 2x(3.039 _Pi)=1.5M10H(c 1)根據(jù)上面兩個方程，求得 p44 kPa， c 05 kmol/m3(2)與氣相組成平衡的溶液平衡濃度為C=Hp =0.03 101.3 0.73 =2.22 kmol/m3用濃度差表示的總傳質(zhì)推動力為.:c =c -c =2.22 -1 =1.22 kmol/m3與水溶液平衡的氣相平衡分壓為p* 二C/H =1/0.73 =1.370 kPa所以用分壓差表示的總傳質(zhì)推動力為 p =p _p* =3.039 -1.370 =1.669kPa總氣相傳質(zhì)系數(shù)2114.78 10如ol/(m s kPa)1/ kG 1/ HkL

48、1/ 5 1061/ 0.73 1.5 10 丄總液相傳質(zhì)系數(shù)Kl=Kg/H =4.78 10/0.76.55 10m/s傳質(zhì)速率 Na 二Kg * =4.78 10 1.669 =7.978 10kmol/(m2 s)或者 Na 二Klc=6.55 10“ 1.22 =7.991 106kmol/(m2 s)(3)以氣相總傳質(zhì)系數(shù)為例進行傳質(zhì)阻力分析總傳質(zhì)阻力1/ Kg=1/(4.78 X10 )=2.092 X105(汗 s kPa/kmol其中氣膜傳質(zhì)阻力為1/ kG =1/ 5 10 R =2 1052(m s kPa)/kmol占總阻力的95.6%液膜傳質(zhì)阻力為 i/HkG =1/

49、0.73 1.5 10 - =9.1 103(m2 skPa/kmol占總阻力的4.4%所以這個過程是氣膜控制的傳質(zhì)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(shè)發(fā)生瞬時不可逆反應(yīng)，則可以忽略液膜傳質(zhì)阻力，只考慮氣膜傳質(zhì)阻力，則Kg : kc =51 06 kmol/(m2 s kPa)，僅僅比原來的傳質(zhì)系數(shù)提高了4.6%，如果傳質(zhì)推動力不變的話，傳質(zhì)速率也只能提高4.6%。當然，采用酸溶液吸收也會提高傳質(zhì)推動力，但是傳質(zhì)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，采用化學吸收是不合適的8.5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(zhì)系數(shù)分別為ky