環(huán)境工程原理第三版課后答案(共22頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1.2 簡要闡述環(huán)境工程學(xué)的主要任務(wù)及其學(xué)科體系。解：環(huán)境工程學(xué)作為環(huán)境學(xué)科的一個重要分支，主要任務(wù)是利用環(huán)境學(xué)科以及工程學(xué)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(xué)的學(xué)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

2、、物理截留等、水與污染物的蒸發(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(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(xué)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(xué)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

3、作用等。1.6 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(xué)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(xué)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

4、水污染控制工程、大氣（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(xué)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)量衡算與能量衡算第二章質(zhì)量衡算與能量衡算2.1 某室內(nèi)空氣中 O3的濃度是 0.0810-6（體積分數(shù)） ，求：（1）在 1.013105Pa、25下，用 g/m3表示該濃度；（2）在大氣壓力為 0.83105Pa 和 15下，O3的物質(zhì)的量濃度為多少？解：理想氣體的體積分數(shù)

5、與摩爾分數(shù)值相等精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)由題，在所給條件下，1mol 空氣混合物的體積為 V1V0P0T1/P1T022.4L298K/273K24.45L所以 O3濃度可以表示為0.08106mol48g/mol（24.45L）1157.05g/m3（2）由題，在所給條件下，1mol 空氣的體積為V1V0P0T1/P1T0=22.4L1.013105Pa288K/(0.83105Pa273K）28.82L所以 O3的物質(zhì)的量濃度為0.08106mol/28.82L2.78109mol/L2.2 假設(shè)在 25和 1.013105Pa 的條件下，SO2的平均測量濃度為 400g

6、/m3，若允許值為 0.1410-6，問是否符合要求？解：由題，在所給條件下，將測量的 SO2質(zhì)量濃度換算成體積分數(shù)，即33965108.314298 10400 100.15 101.013 1064AARTpM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/（m3K）2.5 一加熱爐用空氣（含 O2 0.21,N2 0.79）燃燒天然氣（不含 O2與 N2） 。分析燃燒所得煙道氣，其組成的摩爾分數(shù)為 CO2 0.07，H2O 0.14，O2 0.056，N2 0.734。求每通入 100m3、30的空氣能產(chǎn)生多少

7、 m3煙道氣？煙道氣溫度為 300，爐內(nèi)為常壓。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 N2為衡算對象，煙道氣中的 N2全部來自空氣。設(shè)產(chǎn)生煙道氣體積為 V2。根據(jù)質(zhì)量衡算方程，有0.79P1V1/RT10.734P2V2/RT2即0.79100m3/303K0.734V2/573KV2203.54m32.8 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。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

8、多少？需加入示蹤劑的質(zhì)量流量是多少？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 則根據(jù)質(zhì)量衡算方程，有 0.05（30.05）1.0解之得 61 mg/L加入示蹤劑的質(zhì)量流量為 610.05g/s3.05g/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)某種空氣污染物以精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)10.0 kg/s 的總排放速率進入空箱，其降解反應(yīng)速率常數(shù)為 0.20h1。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(fēng)速突然降低為 1m/s，估計 2h 以后

9、污染物的濃度。解：（1）設(shè)穩(wěn)態(tài)下污染物的濃度為 則由質(zhì)量衡算得10.0kg/s（0.20/3600）1001001109 m3/s41001106m3/s0解之得1.0510-2mg/m3（2）設(shè)空箱的長寬均為 L，高度為 h，質(zhì)量流量為 qm，風(fēng)速為 u。根據(jù)質(zhì)量衡算方程12mtmmdqqk Vd有22tmdquLhk L hL hd帶入已知量，分離變量并積分，得23600-6-501.05 10t106.6 10dd積分有1.1510-2mg/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 2 m

10、g/L，同時從水池中排出相同的水量。假設(shè)水池內(nèi)混合良好，生物降解過程可以忽略，求水池中總氮含量變?yōu)?5 mg/L 時，需要多少時間？解：設(shè)地表水中總氮濃度為 0，池中總氮濃度為 由質(zhì)量衡算，得0tVVd Vqqd即1t10(2)dd積分，有50201t10(2)tdd求得 t0.18 min2.11 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 u0與槽內(nèi)水面高度 z 的關(guān)系 u00.62（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 A2u0dV/dt，即u0dz/dtA1/

11、A2所以有dz/dt（100/4）20.62（2gz）0.5即有 226.55z-0.5dzdt精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)z03mz1z01m3（0.25m2）-11.73m積分計算得 t189.8s2.12 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 ，dt 時間內(nèi)的濃度變化為 d由

12、質(zhì)量衡算方程，可得3012010060tdtd時間也是變量，一下積分過程是否有誤？30dt（10060t）dC120Cdt即（30120C）dt（10060t）dC由題有初始條件 t0，C0積分計算得：當(dāng) t1h 時 C15.232.13 有一個 43m2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 30001250kJ/h18000 kJ/h設(shè)取暖器的水升高的溫度為（T） ，水流熱量變化率為mpq cT根據(jù)熱量衡

13、算方程，有18000 kJ/h0.86014.183TkJ/h.K解之得T89.65K2.14 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(dāng)?shù)氐囊粭l河流，河水的流量為 100m3/s，水溫為 20。（1）如果水溫只允許上升 10，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。解：輸入給冷卻水的熱量為Q10002/3MW667 MW（1）以冷卻水為衡算對象，設(shè)冷卻水的流量為，熱量變化率為。Vqmpq cT精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)根據(jù)熱量衡算定律，有1034.18310 kJ/m366

14、7103KWVqQ15.94m3/s（2）由題，根據(jù)熱量衡算方程，得1001034.183T kJ/m3667103KWT1.59K第三章流體流動第三章流體流動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 =1.5mm 的油膜。當(dāng)圓盤以 n=50r/min 旋轉(zhuǎn)時，測得扭矩 M=2.9410-4 Nm。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 dMdFr由題有dFdAd=duy 22dA= (d )2drrrrrd2=dunry所以有23ddM=2d4ddunrr rrry 兩邊積分計算得24M=nr代

15、入數(shù)據(jù)得2.94104Nm（0.05m）42（50/60）s/（1.5103m）可得8.58103Pas3.2 常壓、20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 6.7104。求空氣的外流速度。解：設(shè)邊界層厚度為 ；空氣密度為 ，空氣流速為 u。由題，因為湍流的臨界雷諾數(shù)一般取 51056.7104，所以此流動為層流。對于層流層有精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)0.54.641=Rexx同時又有xRe =xu兩式合并有0.54.641 Re=u即有4.641（6.7104）0.5u1103kg/m31.8mm/（1.81105Pas）u0.012m/s3.3

16、 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 25。解：設(shè)所需得功率為 Ne，污水密度為 NeWeqv（gzhf）qv=(9.81m/s210m+4J/kg)1103kg/m334/3600m3/s=964.3W3.4 如圖所示，有一水平通風(fēng)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 40mm 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

17、.2kg/m3，試求管道中的空氣流量。圖 3-2 習(xí)題 3.4 圖示解：在截面 1-1和 2-2之間列伯努利方程：u12/2p1/u22/2p2/由題有 u24u1所以有 u12/2p1/16u12/2p2/即15 u122(p1-p2)/=2(0-)g(R1-R2)/=2（1000-1.2）kg/m39.81m/s2（0.1m0.04m）/（1.2kg/m3）解之得u18.09m/s精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)所以有u232.35m/sqvu1A8.09m/s（200mm）21.02m3/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(nèi)徑

18、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）可按計算，式中 u 為水在管內(nèi)的流速，單位為 m/s。試計算25 . 6 uhf（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(xí)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u12/2p1/gz1u22/2p2/gz2hf由題意得 p1p2，且 u10所以有9.81m/s2（8m2m）u2/26.5u2解之得u2.90m/sqvuA2.90m/s0.01m2/42.28

19、102m3/s（2）由伯努利方程，有u12/2gz1u22/2gz2hf即u12/2gz17u22gz2由題可得u1/u2（0.1/1）20.01取微元時間 dt，以向下為正方向則有 u1dz/dt精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)所以有（dz/dt）2/2gz17（100dz/dt）2/2gz2積分解之得 t36.06s3.7 水在 20下層流流過內(nèi)徑為 13mm、長為 3m 的管道。若流經(jīng)該管段的壓降為 21N/m2。求距管中心 5mm 處的流速為多少？又當(dāng)管中心速度為 0.1m/s 時，壓降為多少？解：設(shè)水的黏度 =1.010-3Pa.s，管道中水流平均流速為 um根據(jù)平均流速的

20、定義得：402020dd18d=8dffvmprpqlurArl 所以208mfu lpr 代入數(shù)值得21N/m281.010-3Pasum3m/（13mm/2）2解之得um3.7102m/s又有umax2 um所以u2um1（r/r0）2（1）當(dāng) r5mm，且 r06.5mm，代入上式得u0.03m/s（2）umax2 umpfumax/umaxpf0.1/0.07421N/m28.38N/m3.8 溫度為 20的水，以 2kg/h 的質(zhì)量流量流過內(nèi)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(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）

21、壁面處的剪應(yīng)力解：（1）由題有umqm/A精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2/3600kg/s/（1103kg/m30.012m2/4）7.07103m/s282.820004meu dR管內(nèi)流動為層流，故管截面中心處的流速umax2 um1.415102m/s管截面中心處的剪應(yīng)力為 0（2）流體在壁面距中心一半距離處的流速：uumax（1r2/r02）u1/21.415102m/s3/41.06102m/s由剪應(yīng)力的定義得20d4dmuu rrr 流體在壁面距中心一半距離處的剪應(yīng)力：1/22um/r02.83103N/m2（3）壁面處的剪應(yīng)力：021/25.66103N/m23.9

22、 一鍋爐通過內(nèi)徑為 3.5m 的煙囪排除煙氣，排放量為 3.5105m3/h，在煙氣平均溫度為 260時，其平均密度為 0.6 kg/m3，平均粘度為2.8104Pas。大氣溫度為 20，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 245 Pa。問此煙囪需要多高？假設(shè)粗糙度為 5mm。解：設(shè)煙囪的高度為 h，由題可得uqv/A10.11m/sRedu/7.58104相對粗糙度為/d5mm/3.5m1.429103查表得0.028所以摩擦阻力精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)22fh uhd建立伯努利方程有u12/2p1/gz1u22/2

23、p2/gz2hf由題有u1u2，p1p0245Pa，p2p0空gh即（h1.15 kg/m39.8m/s2245Pa）/（0.6kg/m3）h9.8m/s2h0.028/3.5m（10.11m/s）2/2解之得h47.64m3.10 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)，DN1

24、00 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(dāng)?shù)仉娰M為 0.46 元/（kWh） ，問每天泵需要消耗多少電費？（水溫為 25，管道視為光滑管）3.11 如圖 3-5 所示，某廠計劃建一水塔，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 50mm 鋼管，管長為（30z0） ，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(dāng)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

25、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 20水的粘度為 1.0103 Pas，摩擦系數(shù)可由式計算。23. 0Re581 . 0d圖 3-5 習(xí)題 3.11 圖示解：總管路的流速為u0qm0/（r2）4200 kg/h/（1103kg/m30.0252m2）0.594m/s第一車間的管路流速為u1qm1/（r2）1800kg/h/（1103kg/m30.012m2）1.592m/s精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第二車間的管路流速為u2qm2/（r2）2400 kg/h/（1103kg/m30

26、.012m2）2.122m/s則 Re0du/2970000.1（/d58/Re）0.230.0308Re1du/3184010.1（/d58/Re）0.230.036Re2du/4240020.1（/d58/Re）0.230.0357以車間一為控制單元，有伯努利方程u12/2gz1p1/hf1gz0p0/p1=p0，故（1.592m/s）2/29.8m/s23m0.0308（0.594m/s）2（30z0）m/（20.05m）0.036（1.592m/s）228m/（20.02m）9.8m/s2z0解之得z010.09m以車間二為控制單元，有伯努利方程u22/2gz2p2/hf2gz0p0/

27、（2.122m/s）2/29.8m/s25m20kPa/（1103kg/m3）0.0308（0.594m/s）2（30z0）m/（20.05m）0.0357（2.122m/s）215m/（20.02m）9.8m/s2z0解之得z013.91m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。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

28、，各支管粗糙度相同，且管徑相近，可近似認為各支管的 相等，取 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 hfAhfB，所以有222112233123222l ul ul uddd又因為 MO 和 ON 段串聯(lián)，所以有u2d22u3d32精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)聯(lián)立上述兩式，則有2500 u122744.16 u22u11.048u2又 qVu1d12/4u2d22/4解之得 u21.158m/s，u11.214m/sqVAu1d12/438.14L/sqVBu2d22/481.86L/shFmnl1u12/2d173.69m2/s2第

29、五章質(zhì)量傳遞第五章質(zhì)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 0.1106pa、溫度亦為 298K。水蒸氣在管內(nèi)的擴散距離（由液面到管頂部）L20cm。在 0.1106Pa、298K 的溫度時，水蒸氣在空氣中的擴散系數(shù)為 DAB2.5010-5m2/s。試求穩(wěn)態(tài)擴散時水蒸氣的傳質(zhì)通量、傳質(zhì)分系數(shù)及濃度分布。解：由題得，298K 下水蒸氣飽和蒸氣壓為 3.1684103Pa，則pA,i3.1684103Pa，pA,00,0,5,0,-0.9841 10 PalnBB iB mBB ippppp（1）穩(wěn)態(tài)擴散時水蒸氣的傳質(zhì)通量：,042A,-N1.62 1

30、0molcmsABA iAB mDp ppRTpL（2）傳質(zhì)分系數(shù)：82,05.11 10molcms PaAGA iANkpp （3）由題有,0,1111zLAAA iA iyyyyyA,i3.1684/1000. yA,00簡化得(1 5z)Ay10.9683 5.2 在總壓為 2.026105Pa、溫度為 298K 的條件下，組分 A 和 B 進行等分子反向擴散。當(dāng)組分 A 在兩端點處的分壓分別為 pA,10.4105Pa 和pA,20.1105Pa 時，由實驗測得 k0G1.2610-8kmol/(m2sPa)，試估算在同樣的條件下，組分 A 通過停滯組分 B 的傳質(zhì)系數(shù) kG以及傳質(zhì)

31、通量 NA。解：由題有，等分子反向擴散時的傳質(zhì)通量為,1,200,1,2ABAAAGAADppNkppRTL精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)單向擴散時的傳質(zhì)通量為,1,2,1,2,ABAAAGAAB mDp ppNkppRTpL所以有0,1,2,AGAAB mpNkppp又有,2,15,2,11.75 10 PalnBBB mBBppppp即可得=1.4410-5mol/(m2sPa)0,GGB mpkkp2,1,20.44molmsAGAANkpp5.3 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(shè)擴散時水的分子通

32、過一層厚 4mm、溫度為 30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(shù) DAB0.11m2/h.水溫可視為與空氣相同。當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?1.01105Pa。解：由題，水的蒸發(fā)可視為單向擴散,0,ABA iAAB mDp ppNRTpz30下的水飽和蒸氣壓為 4.2474103Pa，水的密度為 995.7kg/m3故水的物質(zhì)的量濃度為 995.7103/180.5532105mol/m330時的分子擴散系數(shù)為DAB0.11m2/hpA,i4.2474103Pa，pA,00,0,5,0,0.9886 10 PalnBB iB mBB ippppp又有 NAc水V/(At)(4m

33、m 的靜止空氣層厚度認為不變)所以有c水V/(At)DABp(pA,ipA,0)/(RTpB,m z)可得 t5.8h5.5 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 厚的靜止氣膜中。在塔內(nèi)某一點上，氨的分壓為 6.6103N/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 0.23610-4m2/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：B,2B,15B,mB,2B,1ppp0.97963 10 Paln ppABA,1A,

34、222AB,mDp ppN6.57 10molmsRTpL 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)5.6 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 1.01105Pa、293K 下，氨的分子擴散系數(shù)為 1.810-5m2/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 20時的相平衡關(guān)系為 P=2.69105x(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/180.1a/17)mol所以有氨的摩爾

35、分數(shù)為0.1a 17x0.10530.9a 180.1a 17故有氨的平衡分壓為 p0.10532.69105Pa0.2832105Pa即有 pA,i0.2832105Pa，PA00B,0B,i5B,mB,0B,ippp0.8608 10 Paln pp所以ABA,iA,022AB,mDp ppN4.91 10molmsRTpL23Adn=Nt6.66 10 mol4 5.8 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

36、，溶液體積為 V，對溴進行質(zhì)量衡算,有d(VcA)/dtk(cA,ScA)A因為 aA/V，則有dcA/dtka（cA,ScA）對上式進行積分，由初始條件，t0 時，cA0，得cA/cAS1e-kat所以有1131AA,Sc0.5ka=tln 1180sln 13.85 10 sc1 第六章沉降第六章沉降6.1 直徑 60m 的石英顆粒，密度為 2600kg/m3，求在常壓下，其在 20的水中和 20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 1.00510-3Pas；空氣的密度為 1.205kg/m3，黏度為 1.8110-5Pas） 。解：（1）在水中假設(shè)顆粒

37、的沉降處于層流區(qū)，由式（6.2.6）得：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)m/s262332600998.29.8160 103.13 101818 1.005 10PPtgdu檢驗：63360 103.13 10998.20.18621.005 10PtePd uR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)法，得36322560 109.81 1.205 260020.3361.81 10PPdgK 所以可判斷沉降位于層流區(qū)，由斯托克斯公式，可得：m/s26252600 9.8160 100.281818 1.81 10PPtgdu6.2 密度為 2650kg/

38、m3的球形顆粒在 20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 1.8110-5Pas） 。解：如果顆粒沉降位于斯托克斯區(qū)，則顆粒直徑最大時，2PtePd uR所以，同時2tPud218PPtgdu所以，代入數(shù)值，解得m232 18ppdg 57.22 10pd同理，如果顆粒沉降位于牛頓區(qū)，則顆粒直徑最小時，1000PtePd uR所以，同時1000tPud1.74pptgdu所以，代入數(shù)值，解得m2332.3ppd 31.51 10pd第七章過濾第七章過濾7.1 用板框壓濾機恒壓過濾某種懸浮液，過濾方程為

39、2526 10VVA t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2526 10VVA t在內(nèi)，則根據(jù)過濾方程s18006030t3m5V精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)180010655252A求得，需要的過濾總面積為2m67.16A所以需要的板框數(shù)42675.414 . 067.16n（2）恒壓過濾的基本方程為tKAVVVe222與板框壓濾機的過濾方程比較，可得/sm10625K，3m5 . 0eV23/mm03. 067.165 . 0AVqees15

40、10603. 0522Kqtee為過濾常數(shù)，與相對應(yīng)，可以稱為過濾介質(zhì)的比當(dāng)量過濾時間，eteqKqtee27.2 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 9.81103Pa 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，濾液黏度為 110-3 Pas。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m2/m346 10a 濾餅層比阻為m-222242103356 101 0.6511.33 100.6ar過濾得到 1m3

41、濾液產(chǎn)生的濾餅體積0.10.1/ 0.90.61/31 0.61 0.6f 過濾常數(shù)m2/s331022 98104.43 101 101.33 101/3pKrf所以過濾方程為2qKt當(dāng) q=1.5 時，s231.55084.43 10t（2）時間延長一倍，獲得濾液量為m334.43 102 5082.1q 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 2m3，隨即保持當(dāng)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）22112KA tV所以過濾常數(shù)為21212VKA t此過濾常數(shù)為恒速

42、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） ，精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2222222222111121221122VVVVKA tVVA tVVtA tt所以22222121122 24022020VVtVt所以總的濾液量為m34.47V 第 8 章吸收吸收 8.1 在 30，常壓條件下，用吸收塔清水逆流吸收空氣-SO2混合氣體中的 SO2，已知氣-液相平衡關(guān)系式為，入塔混合47.87yx氣中 SO2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 SO2

43、0.356 g，試分別計算塔頂和塔底處的傳質(zhì)推動力，用、表示。yxpc第第 9 章章解：（解：（1）塔頂）塔頂出塔 SO2的摩爾分數(shù)為，入塔吸收液中 SO2的摩爾分數(shù)為20.002y 20 x 所以與出塔氣相平衡的吸收液摩爾分數(shù)為*520.002/47.874.17 10 x與入塔吸收液平衡的氣相摩爾分數(shù)為20y所以*552224.17 1004.17 10 xxx*2220.00200.002yyykPa22101.325101.325 0.0020.2026py忽略吸收液中溶解的 SO2，則摩爾濃度可計算為mol/L1000/1855.6c mol/L52255.655.6 4.17 10

44、0.00232cx（2）塔底入塔 SO2的摩爾分數(shù)為，出塔吸收液中 SO2的摩爾分數(shù)為10.05y 10.356/640.001100/18x 所以與入塔氣相平衡的吸收液摩爾分數(shù)為*10.05/47.870.0010444x 與出塔吸收液平衡的氣相摩爾分數(shù)為1147.8747.87 0.0010.04787yx所以*51110.00104440.0014.44 10 xxx*1110.050.047870.00213yyykPa11101.325101.325 0.002130.2158pymol/L51155.655.6 4.44 100.00247cx8.2 吸收塔內(nèi)某截面處氣相組成為，液

45、相組成為，兩相的平衡關(guān)系為，如果兩相的傳質(zhì)系數(shù)分別為0.05y 0.01x 2yxkmol/(m2s)，kmol/(m2s)，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。51.25 10yk51.25 10 xk解：與氣相組成平衡的液相摩爾分數(shù)為22 0.010.02yx所以，以氣相摩爾分數(shù)差表示的總傳質(zhì)推動力為*0.050.020.03yyy 同理，與液相組成平衡的氣相摩爾分數(shù)差為*0.05/20.025x 所以，以液相摩爾分數(shù)差表示的總傳質(zhì)推動力為*0.0250.010.015xxx 以液相摩爾分數(shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)kmol/

46、(m2s)555110.83 101/1/1/ 1.25 101/ 2 1.25 10 xxyKkmk以氣相摩爾分數(shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為kmol/(m2s)55/0.83 10/20.42 10yxKKm傳質(zhì)速率kmol/(m2s)570.83 100.0151.25 10AxNKx 或者kmol/(m2s)570.42 100.031.26 10AyNKy 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(m2s)/kmol551/1/ 0.83 101.20 10 xK其中液相傳質(zhì)阻力為(m2s)/kmol551/1/ 1.25 100.8 10 xk占總阻力的 66.7%氣

47、膜傳質(zhì)阻力為(m2s)/kmol551/1/ 2 1.25 100.4 10ymk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，相平衡常數(shù)為，在塔內(nèi)某一截面上，氣相中 SO2分壓為 4.1kPa，液相中 SO2濃26.7m 度為 0.05kmol/m3，氣相傳質(zhì)系數(shù)為kmol/(m2hkPa)，液相傳質(zhì)系數(shù)為m/h，吸收液密度近似水的密度。試求：2105 . 1Gk0.39Lk （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，濃度為ipic忽略 SO2的溶解，吸收液的摩爾濃度為kmol/m30100

48、0/1855.6c 溶解度系數(shù)kmol/(kPam3)0206. 0325.1017 .266 .5500mpcH在相界面上，氣液兩相平衡，所以iipc0206. 0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GiLikppkcc所以05. 039. 01 . 4105 . 12iicp由以上兩個方程，可以求得kPa，kmol/m352. 3ip0724. 0ic（2）總氣相傳質(zhì)系數(shù)kmol/(m2hkPa)00523. 039. 00206. 0/1015. 0/11/1/11LGGHkkK總液相傳質(zhì)系數(shù)m/h254. 00206. 0/00523. 0/HKKGL與水溶液平衡的氣相平衡分

49、壓為kPa43. 20206. 0/05. 0/*Hcp精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)所以用分壓差表示的總傳質(zhì)推動力為kPa67. 143. 21 . 4*ppp與氣相組成平衡的溶液平衡濃度為kmol/m3084. 01 . 40206. 0* Hpc用濃度差表示的總傳質(zhì)推動力為kmol/m3034. 005. 0084. 0*ccc傳質(zhì)速率kmol/(m2h)0087. 067. 100523. 0pKNGA或者kmol/(m2h)0086. 0034. 0254. 0cKNLA8.4 101.3kPa 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 1km

50、ol/m3的溶液發(fā)生吸收過程，已知氣膜傳質(zhì)分系數(shù)為kmol/(m2skPa)，液膜傳質(zhì)分系數(shù)為m/s，操作條件下的溶解度系數(shù)為kmol/(m2kPa)，試計算：65 10Gk 41.5 10Lk0.73H （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(zhì)推動力、總傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)速率；（3）分析傳質(zhì)阻力，判斷是否適合采取化學(xué)吸收，如果采用酸溶液吸收，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）設(shè)氣液相界面上的壓力為，濃度為ipic因為相界面上，氣液平衡，所以，iicHp0.73iicp氣相中氨氣的分壓為kPa0.03 101.33.039p 穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)條件下，氣液兩相傳質(zhì)速率

51、相等，所以GiLikppkcc645 103.0391.5 101iipc根據(jù)上面兩個方程，求得kPa，kmol/m31.44ip 1.05ic （2）與氣相組成平衡的溶液平衡濃度為kmol/m30.03 101.3 0.732.22cHp用濃度差表示的總傳質(zhì)推動力為kmol/m32.22 11.22ccc 與水溶液平衡的氣相平衡分壓為kPa*/1/0.731.370pc H所以用分壓差表示的總傳質(zhì)推動力為kPa3.039 1.3701.669ppp 總氣相傳質(zhì)系數(shù)kmol/(m2skPa)664114.78 101/1/1/ 5 101/ 0.73 1.5 10GGLKkHk總液相傳質(zhì)系數(shù)m

52、/s66/4.78 10/0.736.55 10LGKKH傳質(zhì)速率kmol/(m2s)664.78 101.6697.978 10AGNKp 或者kmol/(m2s)666.55 101.227.991 10ALNKc （3）以氣相總傳質(zhì)系數(shù)為例進行傳質(zhì)阻力分析精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)總傳質(zhì)阻力(m2skPa)/kmol651/1/ 4.78 102.092 10GK其中氣膜傳質(zhì)阻力為(m2skPa)/kmol651/1/ 5 102 10Gk占總阻力的 95.6%液膜傳質(zhì)阻力為(m2skPa)/kmol431/1/ 0.73 1.5 109.1 10GHk占總阻力的 4.4

53、%所以這個過程是氣膜控制的傳質(zhì)過程，不適合采用化學(xué)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kmol/(m2skPa)，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(dāng)然，采65 10GGKk 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(xué)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kmol/(m2s)、33.77 10ykkmol/(m2s)，氣、液兩相平衡符合亨利

54、定律，關(guān)系式為（p*的單位為 kPa） ，計算：43.06 10 xk41.067 10px（1）總傳質(zhì)系數(shù)；（2）傳質(zhì)過程的阻力分析；（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)生瞬時不可逆化學(xué)反應(yīng)，傳質(zhì)速率會提高多少倍？解：（1）相平衡系數(shù)4 .3431010067. 14pEm所以，以液相摩爾分數(shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為kmol/(m2s)4341005. 31077. 34 .34/11006. 3/11/1/11yxxmkkK以氣相摩爾分數(shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為kmol/(m2s)541089. 04 .34/1005. 3/mKKxy（2）以液相摩爾分數(shù)差為推動力的總傳質(zhì)阻力為341028. 31005. 31111yxxmkkK其中液膜傳質(zhì)阻力為，占總傳