環(huán)境工程學原理自測題

1、一、填空題（每空1分，共20空）2. 環(huán)境凈化與污染控制的技術原理包括稀釋、隔離、分離、轉化。3. “三傳”為動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞，“一反”為化學反應過程。4. 國際單位制由7個基本單位、2個輔助單位、導出單位組成。5. 質(zhì)量衡算的基本關系是：輸入速率輸出速率轉化速率=積累速率；以單位時間質(zhì)量表示時的數(shù)學表達式是：組分不發(fā)生轉化時的特征是：6. 物質(zhì)的總能量由內(nèi)能、動能、位能、靜壓能組成7. 有黏性、可壓縮的流體、層流情況下可用牛頓黏性定律計算剪切應力。8. 所有氣體和大多數(shù)低分子量的液體均屬牛頓型流體。9. 環(huán)境工程中常遇到的兩相間傳質(zhì)過程包括氣體的吸收、萃取、吸附、膜分離、生物膜反

2、應。 10.環(huán)境工程中常遇到的單相中的傳質(zhì)包括流體流過可溶性固體表面、溶質(zhì)在流體中的溶解、氣固相催化反應。11. 傳質(zhì)邊界層的名義厚度定義為12. 溫度影響流體密度、粘度，進而影響沉降速度。13. 環(huán)境工程領域的過濾中，使用的過濾介質(zhì)主要有固體顆粒、織物介質(zhì)、多孔固體介質(zhì)、多孔膜。14. 環(huán)境工程領域中的過濾過程中的固體顆粒包括天然的和人工合成的， 天然顆粒包括石英砂、無煙煤、磁鐵礦粒等，人工顆粒包括聚苯乙烯發(fā)泡塑料球等。15、過濾的主要類型按過濾機理分有表面過濾和深層過濾；按促使流體流動的推動力分有重力過濾，真空過濾，壓力差過濾，離心過濾。16. 吸收在環(huán)境工程領域的應用有凈化有害氣體、回收

3、有用物質(zhì)、曝氣充氧。17. 吸收過程一般可分解為氣相內(nèi)的傳遞、相際傳遞、液相內(nèi)的傳遞三個基本步驟。18. 吸收塔中氣液兩相的流動方式有逆流、并流。19.常用的吸附劑有活性炭、活性炭纖維、硅膠、活性氧化鋁、沸石分子篩。20. 吸附過程有外擴散、內(nèi)擴散、吸附幾個基本步驟。21. 空間時間是反應器有效體積(V)與物料體積流量(qv)之比值。具有時間的單位，但不是反應時間也不是接觸時間，可視為處理與反應器體積相同的物料所需要的時間?？臻g速度是單位反應器有效體積所能處理的物料的體積流量。單位為時間的倒數(shù)。表示單位時間內(nèi)能處理幾倍于反應器體積的物料，反映了一個反應器的強度。空速越大，反應器的負荷越大。22

4、. 根據(jù)反應物料的流動與混和狀態(tài)，反應器可分理想流反應器和非理想流反應器。理想流反應器分為完全混合流（全混流）反應器和推流反應器。23、反應器設計的基本內(nèi)容包括選擇合適的反應器型式，確定最佳的操作條件，計算達到規(guī)定的目標所需要的反應體積，確定反應器的主要尺寸；它通常用到的基本方程為反應動力學方程，物料衡算式，能量衡算式，動量衡算式。24. 均相理想連續(xù)反應器包括完全混合流連續(xù)反應器（包括單級、多級串聯(lián)）、平推流反應器。25. 氣液相反應過程一般可概括為：A從氣相主體通過氣膜擴散到氣液相界面，A從相界面進入液膜，同時B從液相主體擴散進入液膜，A、B在液膜內(nèi)發(fā)生反應，生成物P的擴散，液膜中未反應完

5、的A擴散進入液相主體，在液相主體與B發(fā)生反應。25. 微生物反應中的基質(zhì)的作用包括合成新的細胞物質(zhì)、生成反應物、提供必要的能源。26. 細胞產(chǎn)率系數(shù)有以基質(zhì)重量為基準的細胞產(chǎn)率系、以碳元素為基準的細胞產(chǎn)率系數(shù)、以氧消耗量為基準的細胞產(chǎn)率系數(shù)、以ATP為基準的細胞產(chǎn)率系數(shù)、以有效電子(available electron)為基準的細胞產(chǎn)率系數(shù)。以基質(zhì)重量為基準的細胞產(chǎn)率系數(shù)可能小于1，也可能大于1；以碳元素為基準的細胞產(chǎn)率系數(shù)的大小只能小于1。27. 微生物的間歇培養(yǎng)生長曲線可分為延滯期、加速期、對數(shù)生長期、減速期、穩(wěn)定期、死亡期。28.基本量綱包括質(zhì)量、長度、時間、溫度的量綱，分別以M、L、t

6、和T表示，簡稱MLtT量綱體系。29.其它物理量均可以以M、L、t和T的組合形式表示其量綱，速度、壓力、密度的量綱分別為Lt-1、ML-1t-2、ML-3。二、簡單題（共10題，每題5分）1. 什么是量綱和無量綱準數(shù)？單位和量綱的區(qū)別是什么？可測量物理量分類？（ 5） （1）用來描述物體或系統(tǒng)物理狀態(tài)的可測量性質(zhì)稱為它的量綱。 由各種變量和參數(shù)組合而成的沒有單位的群數(shù)，稱為無量綱準數(shù)。無量綱準數(shù)既無量綱，又無單位，其數(shù)值大小與所選單位制無關。只要組合群數(shù)的各個量采用同一單位制，都可得到相同數(shù)值的無量綱準數(shù)。（2）量綱與單位的區(qū)別 量綱是可測量的性質(zhì)； 單位是測量的標準，用這些標準和確定的數(shù)值可

7、以定量地描述量綱。（3）可測量物理量可以分為兩類：基本量和導出量。2. 大氣污染控制工程中經(jīng)常用體積分數(shù)表示污染物的濃度，（1）在大氣污染控制工程中，常用體積分數(shù)表示污染物質(zhì)的濃度。例如mL/m3，則此氣態(tài)污染物質(zhì)濃度為10-6（體積分數(shù)）。1摩爾任何理想氣體在相同的壓強和溫度下有著同樣的體積，因此可以用體積分數(shù)表示污染物質(zhì)的濃度，在實際應用中非常方便；同時，該單位的最大優(yōu)點是與溫度、壓力無關。 3. ppm、ppt定義？在水處理中的應用？（5） （1）ppm、ppb是質(zhì)量分數(shù)，ppm：g/g， 10-6 ； ppt：g/kg， 10-9。 （2）在水處理中，污水中的污染物濃度一般較低，1L污

8、水的質(zhì)量可以近似認為等于1000g，所以實際應用中，常常將質(zhì)量濃度和質(zhì)量分數(shù)加以換算，即1mg/L 相當于1mg/1000g 1×10-6（質(zhì)量分數(shù)）= 1ppm1g/L 相當于1g/1000g 1×10-9（質(zhì)量分數(shù)）=1ppb當污染物的濃度過高，導致污水的比重發(fā)生變化時，上兩式應加以修正，即 1mg/L 相當于1/污水的密度（質(zhì)量分數(shù)） 1g/L相當于1/污水的密度 （質(zhì)量分數(shù)）4. 簡述穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)和非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的特征（5）。當系統(tǒng)中流速、壓力、密度等物理量只是位置的函數(shù)，不隨時間變化，稱為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)；當上述物理量不僅隨位置變化，而且隨時間變化，稱為非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)流動的數(shù)學

9、特征： 對穩(wěn)態(tài)質(zhì)量衡算系統(tǒng)：0非穩(wěn)態(tài)質(zhì)量衡算系統(tǒng)：5. 總衡算、微分衡算及用途（5）？（1）宏觀范圍的衡算叫總衡算?？臻g范圍可為一個反應池、一個車間，或者一個湖泊、一段河流、一座城市上方的空氣，甚至可以是整個地球。當研究一個過程的總體規(guī)律而不涉及內(nèi)部的詳情時，可用總衡算，用宏觀尺度系統(tǒng)的外部（進、出、環(huán)境）各有關物理量的變化考察系統(tǒng)內(nèi)部物理量的總體平均變化。（1）對維元范圍的衡算叫微分衡算?？臻g范圍為環(huán)境設備或管道中一個微元體。當需要探究系統(tǒng)內(nèi)部的質(zhì)量和能量變化規(guī)律，了解過程機理時，采用微分衡算。6. 什么是封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)？（5）封閉系統(tǒng)：流體攜帶能量進出系統(tǒng)，即只有能量能夠穿越系統(tǒng)邊界，

10、物質(zhì)不能穿越邊界。開放系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界交換能量 （熱，功），即能量和物質(zhì)能夠穿越系統(tǒng)邊界。對穩(wěn)流開放系統(tǒng)，進出系統(tǒng)物料量相同，且組成穩(wěn)定，所以研究系統(tǒng)可看成封閉系統(tǒng)，7. 簡述層流和湍流的流態(tài)特征。（5） 層流流動基本特征：不同徑向位置的流體微團各以確定的速度沿軸向分層運動，表現(xiàn)為各層之間相互影響和作用較小，層間流體互不摻混，剪應力主要是由分子運動引起的。 流速較小時·湍流（紊流）基本特征：流體微團（質(zhì)點）以較高的頻率發(fā)生各個方向的脈動，各層流體相互摻混，相互影響較大，流體流經(jīng)空間固定點的速度隨時間不規(guī)則地變化，剪應力除了由分子運動引起外，還由質(zhì)點脈動引起。 當流體流速增大到某個值之

11、后8.流體流動時產(chǎn)生阻力的根本原因是什么？（5）流體本身具有粘性，流體流動時因產(chǎn)生內(nèi)摩擦力而消耗能量，是流體阻力損失產(chǎn)生的根本原因。而管道的大小、內(nèi)壁的形狀、粗糙度等又影響著流體流動的狀況，是流體阻力產(chǎn)生的外部條件。9.什么是流動邊界層？邊界層理論的要點是什么？（7）（1）實際流體流過壁面時，在壁面附近形成速度分布，流體與固體壁面的相對速度為零。粘性影響僅限于壁面附近的薄層，即邊界層，離開表面較遠的區(qū)域，則可視為理想流體。存在速度梯度的區(qū)域即為邊界層·（2）普蘭德邊界層理論要點：1）當實際流體沿固體壁面流動時，緊貼壁面處存在非常薄的一層區(qū)域邊界層；2）在邊界層內(nèi)，流體的流速很小，但速

12、度梯度很大；3）在邊界層內(nèi)，粘性力可以達到很高的數(shù)值，它所起的作用與慣性力同等重要，在邊界層內(nèi)不能全部忽略粘性；4）在邊界層外的整個流動區(qū)域，可將粘性力全部忽略，近似看成是理想流體的流動。5）流動分為兩個區(qū)域:邊界層、外部流動區(qū)。10. 實際流體的流動具有兩個基本特征。（5）(1)在固體壁面上，流體與固體壁面的相對速度為零，這一特征稱為流動的無滑移（粘附）特征。(2)當流體之間發(fā)生相對運動時，流體之間存在剪切力（內(nèi)摩擦力）11. ·比較層流邊界層與靜止流體中的熱量傳遞異同。（5）（1）相同點：流體層與層之間、靜止流體中無流體質(zhì)點的宏觀運動，在垂直于流動方向上，熱量的傳遞通過導熱進行機

13、理相同。（2）不同點：流體的流動增大了壁面處（層流邊界層）的溫度梯度，使壁面處的熱通量較靜止時大 ，層流流動使傳熱增強大小不同。12.· 簡述費克定律的物理意義和適用條件。（5）（1）物理意義：在一維穩(wěn)態(tài)情況下，由濃度梯度引起的擴散通量與濃度梯度成正比。（2）適用條件：分子擴散過程只有在固體、靜止流體或?qū)恿髁鲃拥牧黧w中才會單獨發(fā)生。 13. 簡述對流傳質(zhì)的機理和傳質(zhì)阻力的分布。（7）（1）層流邊界層：在垂直于流動的方向上只存在由濃度梯度引起的分子擴散。擴散通量依據(jù)費克第一定律。但其擴散通量明顯大于靜止時的傳質(zhì)。這是因為流動加大了壁面處的濃度梯度，從而使壁面上的擴散通量增大。 （2）湍

14、流邊界層：除了分子擴散外，更重要的是渦流擴散。a.層流底層：物質(zhì)依靠分子擴散傳遞，濃度梯度較大，傳質(zhì)速率可用費克第一定律描述，其濃度分布曲線很陡，近似為直線； b.湍流核心區(qū)：有大量的旋渦存在，物質(zhì)的傳遞主要依靠渦流擴散，由于強烈混合，濃度梯度幾乎消失，組分在該區(qū)域內(nèi)的濃度基本均勻，其分布曲線較為平坦，近似為一垂直直線c.過渡區(qū)：分子擴散和渦流擴散同時存在14.·簡要分析顆粒在重力沉降過程中的受力情況。（5）顆粒在重力沉降過程中有重力、浮力、流體阻力。顆粒在流體中開始沉淀瞬間，流體阻力為零，此時顆粒所受的向下凈作用力最大，顆粒加速度最大；隨著顆粒的沉降，顆粒與流體的相對速度加大，流體

15、阻力也隨著增大，顆粒受到的向下凈作用力減小，加速度減小，沉淀變?yōu)闇p速過程；經(jīng)過很短時間后，顆粒受力達到平衡，開始恒速下沉。15. 比較離心沉降和重力沉降的主要區(qū)別。（5） 沉降方向不是向下，而是向外，即背離旋轉中心。 由于離心力隨旋轉半徑而變化，致使離心沉降速度也隨粒徑所處的位置而變。 離心沉降速度在數(shù)值上遠大于重力沉降速度。16. 表面過濾和深層過濾的主要區(qū)別是什么。（5）表面過濾通常發(fā)生在過濾流體中顆粒物濃度較高或過濾速度較慢的情況。主要是攔截作用。深層過濾過程 利用過濾介質(zhì)間空隙進行過濾。 通常發(fā)生在以固體顆粒為濾料的過濾操作中。 濾料內(nèi)部空隙大于懸浮顆粒粒徑。 懸浮顆粒隨流體進入濾料內(nèi)

16、部，在攔截、慣性碰撞、擴散沉淀等作用下顆粒附著在濾料表面上而與流體分開。17.·吸收的主要類型有哪些。（5） (1)按溶質(zhì)和吸收劑之間發(fā)生的反應：物理吸收，化學吸收； (2)按混合氣體中被吸收組分數(shù)目：單組分吸收，多組分吸收； (3)按體系溫度是否變化：非等溫吸收，等溫吸收。18. 利用吸收法凈化氣態(tài)污染物的特點有哪些。（5） (1)處理氣體量大，成份復雜，同時含有多種氣態(tài)污染物； (2)吸收組分濃度低； (3) 吸收效率和吸收速率要求高； (4)多采用化學吸收如堿液吸收燃燒煙氣中低濃度的SO2； (5) 多數(shù)情況吸收過程僅是將污染物由氣相轉入液相，還需對吸收液進一步處理，以免造成二

17、次污染。19. 雙膜理論的基本論點是什么。（5） 相互接觸的氣液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側分別有一層虛擬的氣膜和液膜。溶質(zhì)以穩(wěn)態(tài)分子擴散方式通過氣膜和液膜，因此，氣相和液相的對流傳質(zhì)速率相等。 在相界面處，氣液兩相在瞬間即可達到平衡，界面上沒有傳質(zhì)阻力，溶質(zhì)在相界面上兩相組成存在平衡關系。 在膜層以外，氣液兩相流體都充分湍動，不存在濃度梯度，組成均一，沒有傳質(zhì)阻力；溶質(zhì)在每一相中的傳質(zhì)阻力集中在虛擬膜層中，即相際傳質(zhì)阻力全部在兩層膜中。20. 什么是間歇操作、連續(xù)操作和半連續(xù)操作？它們一般各有哪些主要特點、特征、優(yōu)點、缺點？（10） (1)間歇操作：將反應原料一次加入反應器，反應一

18、段時間或達到一定的反應程度后一次取出全部的反應物料，然后進入下一輪操作。 操作特點反應過程中既沒有物料的輸入，也沒有物料的輸出，不存在物料的進與出。 基本特征間歇反應過程是一個非穩(wěn)態(tài)的過程，反應器內(nèi)組成隨時間變化而變化。 主要優(yōu)點操作靈活，設備費低，適用于小批量生產(chǎn)或小規(guī)模廢水的處理。 主要缺點設備利用率低，勞動強度大，每批的操作條件不易相同，不便自動控制。（2）連續(xù)操作：連續(xù)地將原料輸入反應器，反應產(chǎn)物也連續(xù)地流出反應器 操作特點物料連續(xù)輸入，產(chǎn)物連續(xù)輸出，時刻伴隨著物料的流動。 基本特征連續(xù)反應過程是一個穩(wěn)態(tài)過程，反應器內(nèi)各處的組成不隨時間變化。（反應組分、濃度可能隨位置變化而變化。） 主

19、要優(yōu)點便于自動化，勞動生產(chǎn)率高，反應程度與產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定。規(guī)模大或要求嚴格控制反應條件的場合，多采用連續(xù)操作。 主要缺點靈活性小，設備投資高。（3）半連續(xù)操作：原料與產(chǎn)物中的一種或一種以上為連續(xù)輸入或輸出，而其它成分分批加入或取出的操作稱為半間歇操作或半連續(xù)操作。主要特點：半間歇操作具有間歇操作和連續(xù)操作的某些特點。反應器內(nèi)的組成隨時間變化而變化。21. 對于某一化學反應，它的速率常數(shù)是否與反應物的濃度有關？催化劑能否改變速率常數(shù)的大小？（5） 對于化學反應： k的大小與溫度和催化劑等有關， 與反應物濃度無關對于生物化學和微生物：k的大小與溫度、酶、基質(zhì)濃度有關22、零級不可逆單一反應有哪些主

20、要特點？（5）cA=cA0kt 反應速率與反應物的濃度無關。 半衰期為t1/2=cA0/(2k)，即與初始濃度成正比。 在生物化學以及微生物反應中，當基質(zhì)濃度足夠高時往往屬于零級反應。 23、一級不可逆單一反應有哪些主要特點？ （5）cAcA0ekt 反應物濃度與反應時間成指數(shù)關系，只有t時，反應物濃度才趨近于零。 反應物濃度的對數(shù)與反應時間成直線關系，以lnk對t作圖可得一直線，其斜率為k。 半衰期與k成反比，與反應物的初始濃度無關。 24. 半間歇反應器有哪幾種操作方式？（5）(1)將兩種或兩種以上的反應物、或其中的一些組分一次性放入反應器中，然后將某一種反應物連續(xù)加入反應器。 特點：可控

21、制加入成分在反應器中的濃度，便于控制反應速率 (2)將反應物料一次性加入反應器，在反應過程中將某個產(chǎn)物連續(xù)取出。 特點：可以使反應產(chǎn)物維持在低濃度水平（利于可逆反應向生成產(chǎn)物的正方向進行；防止分泌產(chǎn)物對微生物生長的抑制作用）25、與間歇反應器相比，對于同一反應，在同樣的反應條件下，達到同樣的轉化率，所需全混流連續(xù)反應器的體積有何不同？為什么？（5）對同一反應，在同樣反應條件下達到同樣轉換率需要的空間時間（反應時間）全混流反應器大于間歇反應器，說明全混流反應器的反應效率低于間歇反應器，即達到同樣的目標全混流連續(xù)反應器需要更大的有效體積。26. 對于一簡單不可逆反應，在反應器總有效體積和反應條件不

22、變的條件下，隨著全混流反應器的級數(shù)的增加，反應物的轉化率如何變化？為什么？轉化率的極限值是什么？（7）（1）增加（2）達到同樣反應目的，多級串聯(lián)全混流反應器系統(tǒng)需要的總空間時間遠小于單一全混流反應器，多級串聯(lián)全混流反應器效率高于單一反應器。在反應器總有效體積和反應條件不變的條件下，隨著全混流反應器的級數(shù)的增加，多級時出口濃度小于單級，轉化率提高。簡單不可逆反應轉化率的極限值：100%。27. 循環(huán)反應器有哪幾種典型的操作方式？（7）(1)將排出反應器的混合物的一部分不經(jīng)任何處理直接返送到入口處。反應器反應物料產(chǎn)物循環(huán)(a)（2）在反應器出口設一分離裝置，將反應產(chǎn)物分離取出，只把未反應的物料返送到反應器入口處。反應器反應物料產(chǎn)物未反應物料循環(huán)(b)分離器(3)微生物培養(yǎng)中常用的一種形式。在反應器出口設置菌體分離器，將反應產(chǎn)生的菌體濃縮，把濃縮后的菌體的一部分或全部返送到反應器 生成物營養(yǎng)物質(zhì)菌體分離器菌體濃縮液(c)28.氣液相瞬間反應的基本特點是什么？（5） 反應過程為傳質(zhì) 控制。 組分A和組分B之間的反應瞬間完成，A與B不能共存。 在液膜內(nèi)的某一個面上A和B的濃度均為0，該面稱“反應面”，“反應面”的位置隨液相中B的濃度的升高向氣膜方向移動。2