環(huán)境工程原理計(jì)算題

1、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)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(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(kuò)散，防止污染近一步擴(kuò)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(xué)性質(zhì)上的差異使其與介質(zhì)分離，從而達(dá)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(xué)或生物反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)化成無(wú)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。某一段河流上游流量為36000m3/d,河水中污染物的濃度為L(zhǎng)。有一支流流量為10000m3/d,其中污染物濃度為30mg

2、/L。假設(shè)完全混合。(1)求下游的污染物濃度(2)求每天有多少kg污染物質(zhì)通過(guò)下游某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)。iqV12q/2qV 1qV2解：(1)根據(jù)質(zhì)量衡算方程，下游污染物濃度為8.87mg/L3.0360003010000mg/L3600010000(2)每天通過(guò)下游測(cè)量點(diǎn)的污染物的質(zhì)量為m(qv1qv2)8.87(3600010000)103kg/d408.02kg/d某一湖泊的容積為10x106m，上游有一未被污染的河流流入該湖泊，流量為50m3/s。一工廠以5m3/s的流量向湖泊排放污水，其中含有可降解污染物，濃度為100mg/Lo污染物降解反應(yīng)速率常數(shù)為一1。假設(shè)污染物在湖中充分混合。求穩(wěn)態(tài)時(shí)

3、湖中污染物的濃度。解：設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)湖中污染物濃度為m,則輸出的濃度也為m則由質(zhì)量衡算，得qm1qm2kV0即5X100mg/L(5+50)mm3/s-10X106xxmm3/s=0解之得某水池內(nèi)有1m3含總氮20mg/L的污水，現(xiàn)用地表水進(jìn)行置換，地表水進(jìn)入水池的流量為10nVmin,總氮含量為2mg/L,同時(shí)從水池中排出相同的水量。假設(shè)水池內(nèi)混合良好，生物降解過(guò)程可以忽略，求水池中總氮含量變?yōu)?mg/L時(shí)，需要多少時(shí)間？解：設(shè)地表水中總氮濃度為po,池中總氮濃度為p由質(zhì)量衡算，得qvd V0 qVItdt積分，有tdt 051d2010(2)求得t=min有一裝滿水的儲(chǔ)槽，直徑1m高3m現(xiàn)由槽底

4、部的小孔向外排水。小孔的直徑為4cm,測(cè)得水流過(guò)小孔時(shí)的流速U0與槽內(nèi)水面高度z的關(guān)系U0=(2gz)試求放出1m3水所需的時(shí)間。解：設(shè)儲(chǔ)槽橫截面積為A,小孔的面積為A由題得A2u0=dV/dt,即u0=dz/dt義A1/A2所以有-dz/dtX(100/4)2=(2gz)即有x=dtzo=3mZi=Zo1n3x(ox0.25m2)-1=1.73m積分計(jì)算得t=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34m3/h。求提升水所需要的功率。設(shè)水的溫度為25。解：設(shè)所需得功率為Ne,污水密度為pN=Wqvp=(gAz+Ehf)qvp二(9.8

5、1m/s2x10n+4J/kg)X1x103kg/m3x343600n3400mm200mm100mm40mm1.2kg9.381m0.1m0.04m1.2kg8.09m32.35m1A8.09m200mm1.02m1m8m100mm2mhf6.5u21m9.81m8m2m2.90m2.90m0.0122m360m2.5m1.8m60m23m100m1403m32525997.0kg100mm4.95m150mm2.20m52hf1=(+X2+X60/)X(2.20m/s)2/222=29.76m/s泵的出水口段的管件阻力系數(shù)分別為大小頭工=；90°彎頭工=;閘閥工=;管出口工=12

6、hf2=(1+X3+X100/X(4.95m/s)2/2+X23/X(2.20m/s)2/2=299.13m2/s2W=gh+2hf=29.76m7s2+299.13m2/s2+60mx9.81m/s2=917.49m2/s2=kgW=(kg/60%)x140m3/h乂997.0kg/m3=乂104W總消耗電費(fèi)為x元/(kWh)乂24卜用二元/d如圖3-5所示，某廠計(jì)劃建一水塔，將20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50mms管，管長(zhǎng)為(30+Z0),通向兩吸收塔的支管內(nèi)徑均為20mm管長(zhǎng)分別為28m和15m(以

7、上各管長(zhǎng)均已包括所有局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi))。噴嘴的阻力損失可以忽略。鋼管的絕對(duì)粗糙度為0.2mm現(xiàn)要求向第一車間的吸收塔供應(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水的粘度為義103Pas,摩擦系數(shù)可由式01580.23計(jì)算。dRe圖3-5習(xí)題圖示解：總管路的流速為U0=qm/(p九r2)=4200kg/h/(1xi03kg/m3x兀x0.0252m)=0.594m/s第一車間的管路流速為U1=qmi1/(p九r)=1800kg/h/(1x103kg/m3x-x0.012m=1.592m/s第二車間的管路流速為U2=qm2/(P

8、九r2)=2400kg/h/(1x103kg/m3x-x0.012m=2.122m/s則Ra=dup/1i=29700入0=(e/d+58/Re)=Re=dup/p=31840入1=(e/d+58/Re)=Re=dup/p=42400入2=(£/d+58/Re)=以車間一為控制單元，有伯努利方程2Ui/2+gz1+p/p+2hf1=gz0+p0/p(1.592m/s)2/2+9.8m/s2x3mx(0.594m/s)2x(30+Z0)m/(2X0.05m)+x(1.592m/s)2x28m/(2X0.02m)=9.8m/s2Xzo解之得Z0=10.09m以車間二為控制單元，有伯努利方

9、程2U2/2+gZ2+P2/p+2hf2=gZ0+pc/p(2.122m/s)2/2+9.8m/s2x5m+20kPa/(1xi03kg/m3)+x(0.594m/s)2x(30+Z0)m/(2X0.05m)+乂(2.122m/s)2x15m/(2x0.02m)=9.8m/s2Xz0解之得z0=13.91m故水塔需距離地面13.91m如圖3-6所示，從城市給水管網(wǎng)中引一支管，并在端點(diǎn)B處分成兩路分別向一樓和二樓供水(20C)。已知管網(wǎng)壓力為x105Pa(表壓)，支管管徑均為32mm摩擦系數(shù)人均為，閥門全開時(shí)的阻力系數(shù)為，管段ABBGBD的長(zhǎng)度各為20m8m和13m(包括除閥門和管出口損失以外的

10、所有局部損失的當(dāng)量長(zhǎng)度)，假設(shè)總管壓力恒定。試求(1)當(dāng)一樓閥門全開時(shí)，二樓是否有水？(2)如果要求二樓管出口流量為0.2L/s，求增壓水泵的揚(yáng)程。圖3-6習(xí)題圖示解：(1)假設(shè)二樓有水，并設(shè)流速為U2,此時(shí)一樓的流速為U1以AC所在平面為基準(zhǔn)面，在A、C斷面之間建立伯努利方程，有UA2/2+p"p=U12/2+P1/p+gZ2+2hfAc因?yàn)閡a=u=0;p=0則有PA/p=»hfAC(1)在A、D斷面之間建立伯努利方程，即22Ua/2+PA/p=U2/2+P2/P+gZ2+ZhfADUa=U2=0;p2=0;Z2=3mpa/p=2hfAD+gZ2(2)聯(lián)立兩式得2hfB

11、C=2hfBD+gZ2(3)(x8m/0.032m+1)xu1/2=(x13m/0.032m+1)xu2/2+3mx9.8m/s2所以有Uim/2=1.97m2/s22hfmin=(X28m/0.032m+1)XUimm2/2=67.28m2/s2cpjp所以二樓有水。(2)當(dāng)二樓出口流量為0.2L/s時(shí)，U2=0.249m/s代入(3)式(x8m/0.032m+1)xu12/2=(x13m/0.032m+1)xu22/2+3mx9.8m/s2可得u=2.02m/s此時(shí)AB段流速為uo=2.259m/s2hfAc=X20m/0.032mx(2.259m/s)2/2+(x8m/0.032m+1)

12、乂(2.02m/s)2/2=48.266m2/s2+30.399m2/s2=78.665m2/s2pjp=X105Pa/(998.2kg/m3)=80.144m2/s2因?yàn)?hfAC<Pa/p所以不需要增壓水泵。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。支管A的管徑為200mm長(zhǎng)度為1000m支管B分為兩段，MO&管彳至為300mm長(zhǎng)度為900mlON段管徑為250mm長(zhǎng)度為300ml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。3-7習(xí)題圖示解：由題，各支管粗糙度相同，且管徑相近，可近似認(rèn)為各支管的人相等,取入=。將支管AMOONg分

13、別用下標(biāo)1、2、3表示對(duì)于并聯(lián)管路，滿足hfA=hfB,所以有.2.2.2liUiI2U2I3U3工萬(wàn)d22d3-2又因?yàn)镸OF口ON段串聯(lián)，所以有U2Xd2U3Xd3聯(lián)立上述兩式，則有22又解之得2500ui=U2qv=ui冗di2/4+u27td22/4U2=1.158m/s,ui=i.2i4m/sqvA=uiTtdi74=38.i4L/sqvB=u27td22/4=8i.86L/shFm產(chǎn)入xliXui2/2di=73.69m2/s2某燃燒爐的爐壁由500mm5的而寸火磚、380mm?的絕熱磚及250mm5的普通磚砌成。其入值依次為W/(m-K),W/(m-K)及W/(m-K)。傳熱面積

14、A為1后。已知耐火磚內(nèi)壁溫度為i000C,普通磚外壁溫度為50Co(D單位面積熱通量及層與層之間溫度；(2)若耐火磚與絕熱磚之間有一2cm的空氣層，其熱傳導(dǎo)系數(shù)為W/(mC)。內(nèi)外壁溫度仍不變，問(wèn)此時(shí)單位面積熱損失為多少？解：設(shè)耐火磚、絕熱磚、普通磚的熱阻分別為口、2、3。(1)由題易得0.5m尸二-1.4Wm 1K7=0.357 m2 - K/W_22=3.8m-K/W3=-m2K/W所以有T2q=二mri23由題Ti=1000CT2=TiQR=923.4CT3=TiQ(R+R)=108.3CT4=50c(2)由題，增加的熱阻為r'=0.436m2-K/Wq=AT/(ri+r2+3+

15、r')2二m某一60mm<3mm的鋁復(fù)合管，具導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(mK),外包一層厚30mm勺石棉后，又包一層厚為30mm勺軟木。石棉和軟木的導(dǎo)熱系數(shù)分別為(mK)和W/(mK)o試求(D如已知管內(nèi)壁溫度為-i05C,軟木外側(cè)溫度為5C,則每米管長(zhǎng)的冷損失量為多少？(2)若將兩層保溫材料互換，互換后假設(shè)石棉外側(cè)溫度仍為5C,則此時(shí)每米管長(zhǎng)的冷損失量為多少？解：設(shè)鋁復(fù)合管、石棉、軟木的對(duì)數(shù)平均半徑分別為rmi、mAm3。由題有r mi =3mm=28.47mm30In-2730In60mm= 43.28mm30(1) R/L =b1 * *21%222rm2245 28.47r m

16、3= 30 mm= 73.99mm ,90 ln60b323rm3K m/W3020.15 43.28K m/W3020.04 73.99K m/W=X10有效管徑R=2.0 mKm/W-m/W-m/W=m/WQ/L=二mR/L(2) R/L =b121%b222rm2b323rm3W245 28.4730m/K W20.04 43.28m/K30W m/K 20.15 73.99=x 10 4K m W m /W m /W=m/WQ/L=二mR/L某加熱爐為一厚度為10mmi勺鋼制圓筒，內(nèi)襯厚度為250mm勺耐火磚，外包一層厚度為250mmi勺保溫材料，耐火磚、鋼板和保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別為

17、W/(m-K)、45W/(mK)和W/(m-K0鋼板的允許工作溫度為400C。已知外界大氣溫度為35C,大氣一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為10W/(m2K);爐內(nèi)熱氣體溫度為600C,內(nèi)側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為100W/(m2K)。試通過(guò)計(jì)算確定爐體設(shè)計(jì)是否合理；若不合理，提出改進(jìn)措施并說(shuō)明理由。(補(bǔ)充條件：有效管徑2.0m)解：設(shè)由耐火磚內(nèi)側(cè)表面和保溫材料外測(cè)表面的面積分別為A和A,耐火磚、鋼筒和保溫材料的對(duì)數(shù)平均面積分別為Am1、Am2、Am&鋼板內(nèi)側(cè)溫度為To穩(wěn)態(tài)條件下，由題意得：60035_600T帶入已知條件，解得T=463.5C>400C計(jì)算結(jié)果表明該設(shè)計(jì)不合理改進(jìn)措施：1、提高鋼板的

18、工作溫度，選用耐熱鋼板；2、增加耐火磚厚度，或改用導(dǎo)熱系數(shù)更小的耐火磚在換熱器中用冷水冷卻煤油。水在直徑為(|)19X2mmi勺鋼管內(nèi)流動(dòng)，水的對(duì)流傳熱系數(shù)為3490W/(m2K),煤油的對(duì)流傳熱系數(shù)為458W/(m2K)。換熱器使用一段時(shí)間后，管壁兩側(cè)均產(chǎn)生污垢，煤油側(cè)和水側(cè)的污垢熱阻分別為0.000176m2-K/W和0.00026m2-K/VV管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m-K)。試求(1)基于管外表面積的總傳熱系數(shù)；(2)產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)。解：(1)將鋼管視為薄管壁則有11b1工rs1rs2K121 20.00221222m2K/Wm2K/Wm2K/W0.00026m2K/W0

19、.000176m2K/W3490454582.95103m2K/W,2.K=(mK)(2)產(chǎn)生污垢后增加的熱阻百分比為100%100% 17.34%0.1760.262.950.1760.26注：如不視為薄管壁，將有5%左右的數(shù)值誤差。在套管換熱器中用冷水將100c的熱水冷卻到50C,熱水的質(zhì)量流量為3500kg/h。冷卻水在直徑為4180X10mmi勺管內(nèi)流動(dòng)，溫度從20c升至30Cc已知基于管外表面的總傳熱系數(shù)為2320W/(m2K)。若忽略熱損失，且近似認(rèn)為冷水和熱水的比熱相等，均為kJ/(kgK).試求(1)冷卻水的用量;(2)兩流體分別為并流和逆流流動(dòng)時(shí)所需要的管長(zhǎng)，并加以比較。解:

20、(1)由熱量守恒可得qmCCpcATcqmhCphAThqmc=3500kg/hX50C/10C=17500kg/h(2)并流時(shí)有AT2=80K,A>=20KTmIn80K20K43.28K,80ln20由熱量守恒可得KAATm=qmCphAThKttdLATm=qmhCphAThqmhCphThK d Tm3500kg/h 4.18kJ/(kg K) 50K358m2320W/(m2 K) 0.18m 43.28K.逆流時(shí)有AT2=70K, ATi = 30K同上得Tmln70K 30Kb 47.21Kln 一 30qmhCph T hK d Tm3500kg/h4.18kJ/(kg

21、K) 50K2320W/(m2 K) 0.18m 47.21K3.28m比較得逆流所需的管路短,故逆流得傳熱效率較高。列管式換熱器由19根419X2mm長(zhǎng)為1.2m的鋼管組成，擬用冷水將質(zhì)量流量為350kg/h的飽和水蒸氣冷凝為飽和液體，要求冷水的進(jìn)、出口溫度分別為15c和35Co已知基于管外表面的總傳熱系數(shù)為700W/(mbK),試計(jì)算該換熱器能否滿足要求。解：設(shè)換熱器恰好能滿足要求，則冷凝得到的液體溫度為100C。飽和水蒸氣的潛熱L=kgAT2=85K,ATi=65KTm85K 65Kln856574.55K由熱量守恒可得即KAA W qmLqmLK Tm350kg/h 2258.4kJ/

22、kg2700W/(m2 K) 74.55K4.21m2列管式換熱器的換熱面積為A總=19X19mrK冗x1.2m=1.36m2<4.21m2故不滿足要求密度為2650kg/m3的球形顆粒在20c的空氣中自由沉降，計(jì)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x10-5Pas）。解：如果顆粒沉降位于斯托克斯區(qū)，則顆粒直徑最大時(shí)，ReP2u2所以u(píng)t2,同時(shí)utdPp gdP218所以dp2 18 2所以u(píng)t 1000,同時(shí)ut 1.74dpp gdp所以 dp 32.33,代入數(shù)值，解得dp 1.51 10 3m一，代入數(shù)值，解

23、得dp7.22105mpg同理，如果顆粒沉降位于牛頓區(qū)，則顆粒直徑最小時(shí)，ReP駟1000降塵室是從氣體中除去固體顆粒的重力沉降設(shè)備，氣體通過(guò)降塵室具有一定的停留時(shí)間，若在這個(gè)時(shí)間內(nèi)顆粒沉到室底，就可以從氣體中去除，如下圖所示?，F(xiàn)用降塵室分離氣體中的粉塵（密度為4500kg/m3）,操作條件是：氣體體積流量為6n3/s,密度為0.6kg/m3,黏度為x10-5Pa-s,降塵室高2m,寬2m，長(zhǎng)5ml求能被完全去除的最小塵粒的直徑。含塵氣體凈化氣體降塵室圖6-1習(xí)題圖示l/Ui ,沉降時(shí)間為t沉h/u一當(dāng)t停t沉?xí)r，顆?？梢詮臍怏w中完全去除,t停t沉對(duì)應(yīng)的是能夠去除的最小顆粒，即l / ui h

24、 / ut因?yàn)閁i曳，所以Uti hbthUihqvqv6lIhblb5 20.6 m/s解：設(shè)降塵室長(zhǎng)為l,寬為b,高為h,則顆粒的停留時(shí)間為t停假設(shè)沉降在層流區(qū)，應(yīng)用斯托克斯公式，得dpmin18 ut18 3 10 5 0.69.814500 0.68.57 10 5 m 85.7檢驗(yàn)雷諾數(shù)dpUt Rep5I 10?1.03 2,在層流區(qū)。所以可以去除的最小顆粒直徑為pm采用平流式沉砂池去除污水中粒徑較大的顆粒。如果顆粒的平均密度為2240kg/m3,沉淀池有效水深為1.2m,水力停留時(shí)間為1min,求能夠去除的顆粒最小粒徑（假設(shè)顆粒在水中自由沉降，污水的物性參數(shù)為密度1000kg/m

25、3,黏度為x10-3Pas）。解：能夠去除的顆粒的最小沉降速度為uth/t沉1.2/600.02m/s假設(shè)沉降符合斯克托斯公式，則Ut18gdp2所以dp18 ut318 1.2 100.02s 41.88 10 m2240 1000 9.81檢驗(yàn)Rep pdp"1.88 10 4 0.02 10001.2 10 33.13 2,假設(shè)錯(cuò)誤。假設(shè)沉降符合艾倫公式，則ut 0.270.6gdpRep1.40.6 0.4dp 1.6 0.272-1.43 0.60.40.021.2 1010001.6 0.27 22240 10009.81一一 一 42.12 10 m檢驗(yàn)Rep 品up一

26、 一 4 一2.12 100.02 10001.2 10 33.5,在艾倫區(qū)，假設(shè)正確。所以能夠去除的顆粒最小粒徑為X 10-4mi用板框壓濾機(jī)包壓過(guò)濾某種懸浮液，過(guò)濾方程為2_ 52V V 6 10 A t式中：t的單位為s(1)如果30min內(nèi)獲得5m濾液，需要面積為0.4m2的濾框多少個(gè)?(2)求過(guò)濾常數(shù)K, qe, te。252,解：(1)板框壓濾機(jī)總的過(guò)濾方程為V V 6 10 At在t 30 60 1800s內(nèi)，V 5m3,則根據(jù)過(guò)濾方程52 5 6 10 5 A2 1800求得，需要的過(guò)濾總面積為A 16.67m2所以需要白板框數(shù)n 坦67 41.675 42 0.4(2)恒壓過(guò)

27、濾的基本方程為V2 2VVe KA2t與板框壓濾機(jī)的過(guò)濾方程比較，可得K 6 10 5m2/s0.5m3Ve0.532,qe - 0.03m /mA 16.67te2 qeK-20.03.515s6 10 52te為過(guò)濾常數(shù)，與qe相對(duì)應(yīng)，可以稱為過(guò)濾介質(zhì)的比當(dāng)量過(guò)濾時(shí)間，te 主 K用過(guò)濾機(jī)過(guò)濾某懸浮液，固體顆粒的體積分?jǐn)?shù)為，液體粘度為1 x 10-3 Pa So當(dāng)以的壓差恒壓過(guò)濾時(shí)，過(guò)濾20min得到的濾液為0.197 m3/mZ繼續(xù)過(guò)濾20min,共得到濾液0.287 n3/m2,過(guò)濾壓差提高至U時(shí),過(guò)濾 20min得到濾液0.256 mVm2,試計(jì)算qe, r0 , s以及兩壓差下的過(guò)

28、濾常數(shù)K (濾液黏度為1X10-3 Pas)0解：依題意，可得0.19720.197qe1 s2 98100r0 1 10 3 0.0151200(1)0.28720.287qe1 s2 98100r0 1 10 3 0.0152400(2)_20.2560.256qe1 s219620030 1 100.0151200(3)由（1）、（2）得0.1972 2 0.197qe0.2872 2 0.287qe1200，所以qe24000.022 吊/m2由（1）、（3）得- 2_0.1972 0.197 0.0220.2562 2 0.256 0.022198100196200S,得 s 0.3

29、06將qe和s代入（1）得012 -29.814 1012m所以，當(dāng)壓差為時(shí)10.3063.96 10 5n2/s298100K_12_3_9.814101211030.015當(dāng)壓差為時(shí)10.3066.4 105m2/s2196200TZTT23ZZ9.814101211030.015恒壓操作下過(guò)濾試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下，求過(guò)濾常數(shù)K、qe。t/s228,3-2q/m-m解：,3-2q/mmt/q382572760949/m-1-s由以上數(shù)據(jù)，作t/q和q的直線圖圖7-1習(xí)題中t/q和q直線圖由圖可知直線的斜率為1889,截距為所以過(guò)濾常數(shù)K5.29104m2/s1889qe193.5K2193.

30、5 5.29 10 45.12 10 2 m3/m2板框壓濾機(jī)有20個(gè)板框，框的尺寸為450mrK450m佛20mm過(guò)濾過(guò)程中,濾餅體積與濾液體積之比為0.043m3/m3,濾餅不可壓縮。實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在的恒壓下,25,、一過(guò)濾方程為q0.04q5.1610t(q,t的單位分別是mVm2和s)。求：(1)在恒壓過(guò)濾時(shí)，框全充滿所需要的時(shí)間；(2)初始?jí)翰顬楹闼龠^(guò)濾，框全充滿的時(shí)間和過(guò)濾結(jié)束時(shí)的壓差；(3)操作從開始，先恒速過(guò)濾至壓差為，然后恒壓操作，框全充滿所需要的時(shí)間。解：(1)濾框全充滿時(shí)，濾餅體積為0.450.450.020.00405m0.043濾液體積為V0.004050.094m30.

31、232 m3/m20.2322 t 0.04 0.232_ 55.16 101223 s 0.34h(2)恒速過(guò)濾的條件下,dq/dt 常數(shù)由(7.2.12 ), dq/dt2 q qe當(dāng) q 0時(shí)，dq/dt2 qqe-5 0.00129 R3/m2s2qe 2 0.02框全充滿的時(shí)間為t q dq/dt0.232 180 s0.001290.094所以q20.450.45過(guò)濾結(jié)束時(shí)的過(guò)濾常數(shù)為0.23220.2320.02K/2180,K6.50104m2/s4過(guò)濾結(jié)束時(shí)壓差為p型00二50.5636kPa5.16105(3)先包速過(guò)濾的情況為q12q1qeK1/2t1,濾速為dq/dt0

32、.00129n3/m2s,qdq/dtt1K115155.161051.55104m2/s50.5由以上幾式得t131s3qdq/dtt10.0012931=0.03999m后恒壓過(guò)濾q20.1921m20.19210.19210.04K1t2所以t2288s所以整個(gè)過(guò)程時(shí)間為t28831319s吸收塔內(nèi)某截面處氣相組成為y0.05,液相組成為x0.01,兩相的平衡關(guān)系5o為y2x,如果兩相的傳質(zhì)系數(shù)分別為ky1.2510kmol/(m2s),5kx1.2510kmol/(m2s),試求該截面上傳質(zhì)總推動(dòng)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?jǐn)?shù)為y2x20.010

33、.02所以，以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力為*yyy0.050.020.03同理，與液相組成平衡的氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為x*0.05/20.025所以，以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力為xxx0.0250.010.015以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)為115Kx'5一'r0.831051/kx1/mky1/1.25101/21.2510kmol/(m2s)以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)為222KyKx/m0.83105/20.42105kmol/(ms)傳質(zhì)速率NAKxx0.831050.0151.25107kmol/(m2-s)或者NAKyy0.421050.03

34、1.26107kmol/(m2s)以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)分析傳質(zhì)阻力總傳質(zhì)阻力1/Kx1/0.831051.20105(m2-s)/kmol其中液相傳質(zhì)阻力為1/kx1/1.251050.8105(m2-s)/kmol占總阻力的氣膜傳質(zhì)阻力為1/mky1/21.251050.4105(m2-s)/kmol占總阻力的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ky3.7710kmol/(m2's)、kx3-0610kmol/(m2s),氣、液兩相平4衡符合亨利定律，關(guān)系式為p1.06710x(p*的單位為kPa),計(jì)算：(1)總傳質(zhì)系數(shù)；(

35、2)傳質(zhì)過(guò)程的阻力分析；(3)根據(jù)傳質(zhì)阻力分析，判斷是否適合采取化學(xué)吸收，如果發(fā)生瞬時(shí)不可逆化學(xué)反應(yīng)，傳質(zhì)速率會(huì)提高多少倍？4解：(1)相平衡系數(shù)mE0671034.4p310所以，以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)為114Kx4r3.05104kmol/(1/kx1/mky1/3.06101/34.43.7710m2-s)以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)為452KyKx/m3.0510/34.40.8910kmol/(m's)(2)以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)阻力為111Kxkxmky13.05 10 433.28 10其中液膜傳質(zhì)阻力為1/kx1/3.061043.271

36、03,占總傳質(zhì)阻力的氣膜傳質(zhì)阻力為1/mky1/34.43.771037.71,占傳質(zhì)阻力的所以整個(gè)傳質(zhì)過(guò)程為液膜控制的傳質(zhì)過(guò)程。(3)因?yàn)閭髻|(zhì)過(guò)程為液膜控制，所以適合采用化學(xué)吸收。如題設(shè)條件，在化學(xué)吸收過(guò)程中，假如發(fā)生的是快速不可逆化學(xué)反應(yīng)，并且假設(shè)擴(kuò)散速率足夠快,在相界面上即可完全反應(yīng)，在這種情況下，可等同于忽略液膜阻力的物理吸收過(guò)程，此時(shí)32、Kxmky34.43.77100.13kmol/(m's)與原來(lái)相比增大了426倍在吸收塔中，用清水自上而下并流吸收混合廢氣中的氨氣。已知?dú)怏w流量為i000m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，氨氣的摩爾分?jǐn)?shù)為，塔內(nèi)為常溫常壓，此條件下氨的.一.*相平衡關(guān)

37、系為Y0.93X,求：(1)用5m3/h的清水吸收，氨氣的最高吸收率；(2)用10m3/h的清水吸收，氨氣的最高吸收率；(3)用5m3/h的含氨(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的水吸收，氨氣的最高吸收率。1000103/22.4解：(1)氣體的流量為12.4mol/s360033-51010/183600液體的流量為77.2mol/s假設(shè)吸收在塔底達(dá)到平衡則 77.2 Y*/0.93*上一*12.40.01-Y,所以Y0.0013所以最大吸收率為0.01 0.0013 0.870.01(2)氣體的流量為1000 103/22.4 12.4mol/s3600-口，10103103/18液體的流重為154.4mol/

38、s3600假設(shè)吸收在塔底達(dá)到平衡則154.4Y*/0.9312.40.01-Y*，所以Y*0.0007所以最大吸U攵率為0.010.00070.930.01(3)吸收劑中氨的摩爾分?jǐn)?shù)為51031030.005/17330.00535103103/18假設(shè)吸收在塔底達(dá)到平衡則77.2Y*/0.930.005312.40.01-Y*,所以Y*0.0056所以最大吸U攵率為0.010.00560.440.01在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合廢氣中的組分A,入塔氣體溶質(zhì)*體積分?jǐn)?shù)為，已知操作條件下的相平衡關(guān)系為yx,吸收劑用量為最小用量的倍，氣相總傳質(zhì)單元高度為1.2m,要求吸收率為80%求填料層

39、的高度。解：已知傳質(zhì)單元高度，求得傳質(zhì)單元數(shù)，即可得到填料層高度。塔底：yi0.01塔頂：y20.0110.80.002,x200.01 0.0021.51.20.01/1 0操作過(guò)程的液氣比為%L/qnG"QnL/%min1.5”y1/mx2吸收因子S-qn1.2mqnG所以，傳質(zhì)單元數(shù)為No。，ln 1 1/S1/S1 1/Sy2 mx210.01In 1 0.83-0.833.051 0.830.002所以填料層高度為hHogNog1.23.053.66m25C,下，甲醛氣體被活性炭吸附的平衡數(shù)據(jù)如下:q/g（氣體）?g（活性炭）-10氣體的平衡分壓/Pa02671600560012266試判斷吸附類型，并求吸附常數(shù)。如果25C,下，在1L的容器中含有空氣和甲醛的混合物，甲醛的分壓為12kPa,向容器中放入2g活性炭，密閉。忽略空氣的吸附，求達(dá)到吸附平衡時(shí)容器內(nèi)的壓力。解：由數(shù)據(jù)可得吸附的平衡曲線如下圖9-1習(xí)題圖中吸附平衡線由上述的平衡曲線，可以判斷吸附可能是Langmuir或Freundlich型。,1111由-1,整理數(shù)據(jù)如下qqmKpqm1/q1051/p作1/q和1/p的直線圖9-2習(xí)題圖中1/q1/p的關(guān)系曲線由lnq1/nlnpInk,整理數(shù)據(jù)如下：lnpInq作Inq和Inp圖9-3習(xí)題圖Inq和Inp的關(guān)系曲線由以