环境工程原理计算题

1、环境净化与污染控制技术原理可以分为哪几类？它们的主要作用原理是什么？解：从技术原理上看，环境净化与污染控制技术原理可以分为 “隔离技术分离技术 ”和“转化技术 ”三大类。隔离技术是将污染物或者污染介质隔离从而切 断污染物向周围环境的扩散， 防止污染近一步扩大。 分离技术是利用污染物与污 染介质或其它污染物在物理性质或化学性质上的差异使其与介质分离， 从而达到 污染物去除或回收利用的目的。 转化技术是利用化学或生物反应， 使污染物转化 成无害物质或易于分离的物质，从而使污染介质得到净化与处理。2.6 某一段河流上游流量为 36000m3/d，河水中污染物的浓度为 3.0mg/L。有 一支流流量为

2、 10000 m3/d，其中污染物浓度为 30mg/L。假设完全混合。（1）求下游的污染物浓度（2）求每天有多少 kg 污染物质通过下游某一监测点。解：（1）根据质量衡算方程，下游污染物浓度为1qV12qV 2qV1qV 23.0 360003600030 10000mg/L100008.87mg / L2)每天通过下游测量点的污染物的质量为m (qV1 qV2) 8.87 (36000 10000) 10 3kg/d408.02kg / d2.7 某一湖泊的容积为 10160m3，上游有一未被污染的河流流入该湖泊，流 量为 50m3/s。一工厂以 5 m3/s 的流量向湖泊排放污水，其中含有

3、可降解污染物， 浓度为 100mg/L。污染物降解反应速率常数为 0.25d1。假设污染物在湖中充分 混合。求稳态时湖中污染物的浓度。解：设稳态时湖中污染物浓度为 m ，则输出的浓度也为 m则由质量衡算，得qm1 qm2 k V 05 100mg/L( 5 50) mm3/s 10 160 0.25 m m3/s0解之得m 5.96mg/L2.10 某水池有 1 m3含总氮 20 mg/L 的污水，现用地表水进行置换，地表水 进入水池的流量为 10 m3/min，总氮含量为 2 mg/L，同时从水池中排出相同的水 量。假设水池混合良好， 生物降解过程可以忽略， 求水池中总氮含量变为 5 mg/

4、L 时，需要多少时间？解：设地表水中总氮浓度为 0，池中总氮浓度为 由质量衡算，得dVqV 0 qVdt即1dt d10 (2 )积分，有t 5 1dt d 02010 (2 )求得t 0.18 min2.11 有一装满水的储槽，直径 1m、高 3m。现由槽底部的小孔向外排水。小 孔的直径为 4cm，测得水流过小孔时的流速 u0与槽水面高度 z 的关系 u00.62（2gz）0.5试求放出 1m3 水所需的时间。解：设储槽横截面积为 A1，小孔的面积为 A2由题得A2u0 dV/dt，即 u0 dz/dt 1/A2所以有dz/dt(100/4)20.62(2gz)0.5即有积分计算得 226.

5、55 -z0.5dz dtz03mz1z01m3( 0.252m)-11.73mt.8s3.3 污水处理厂中， 将污水从调节池提升至沉淀池。 两池水面差最大为 10m， 管路摩擦损失为 4J/kg，流量为 34 m3/h。求提升水所需要的功率。设水的温度为 25。解：设所需得功率为 Ne，污水密度为 NeWeqv( gzhf) qv =(9.81m/s210m+4J/kg) 13k1g/0m3 34/3600m3/s = 964.3W3.4 如图所示，有一水平通风管道，某处直径由 400mm 减缩至 200mm。为 了粗略估计管道中的空气流量，在锥形接头两端各装一个 U 管压差计，现测得 粗管

6、端的表压为 100mm 水柱，细管端的表压为 40mm 水柱，空气流过锥形管的 能量损失可以忽略，管道中空气的密度为 1.2kg/m3，试求管道中的空气流量。图 3-2 习题 3.4 图示解：在截面 1-1和 2-2之间列伯努利方程：u12/2p1/ u22/2p2/ 由题有u24u1所以有u12/2 p1/ 16u12/2p2/ 即15 u12 2（p1- p2）/ =2（0-）g（R1-R2）/ =2（1000-1.2）kg/m39.81m/2s（0.1m0.04m） /（1.2kg/m3）解之得u18.09m/s所以有u2 32.35m/sqvu1A8.09m/s （200mm）21.0

7、2m3/s3.5 如图 3-3 所示，有一直径为 1m的高位水槽，其水面高于地面 8m，水从 径为 100mm的管道中流出， 管路出口高于地面 2m，水流经系统的能量损失 （不 包括出口的能量损失）可按hf 6.5u2 计算，式中 u 为水在管的流速，单位为m/s。试计算（1）若水槽中水位不变，试计算水的流量；（2）若高位水槽供水中断， 随水的出流高位槽液面下降， 试计算液面下降 1m 所需的时间。图 3-3 习题 3.5 图示解：（1）以地面为基准，在截面 1-1和 2-2之间列伯努利方程，有u12/2p1/ gz1u22/2p2/ gz2hf由题意得p1 p2，且 u10 所以有9.81m

8、/s2（ 8m 2m） u2/26.5u2解之得u2.90m/sqv uA2.90m/s 0.20/41m2.28 102m3/s（2）由伯努利方程，有 u12/2gz1u22/2gz2hf 即u12/2gz17u22gz2由题可得u1/u2（0.1/1）20.01取微元时间 dt，以向下为向则有 u1 dz/dt 所以有（dz/dt）2/2gz17（100dz/dt）2/2gz2积分解之得t36.06s3.10 用泵将水从一蓄水池送至水塔中，如图 3-4所示。水塔和大气相通，池 和塔的水面高差为 60m，并维持不变。水泵吸水口低于水池水面 2.5m，进塔的 管道低于塔水面 1.8m。泵的进水

9、管 DN150，长 60m，连有两个 90弯头和一个 吸滤底阀。泵出水管为两段管段串联，两段分别为DN150、长 23m 和 DN100、长 100 m，不同管径的管道经大小头相联， DN100 的管道上有 3 个 90弯头和一 个闸阀。泵和电机的总效率为 60。要求水的流量为 140 m3/h，如果当地电费 为 0.46 元/（ kWh），问每天泵需要消耗多少电费？（水温为 25，管道视为光 滑管）解：由题，在进水口和出水口之间建立伯努利方程，有Weghhf25时，水的密度为 997.0kg/m3，粘度为 0.9 103Pas 管径为 100mm 时，u4.95m/sRedu /5.48 1

10、50，为湍流为光滑管，查图， 0.02管径为 150mm 时u2.20m/sRe du /3.66 150 管道为光滑管，查图， 0.泵的进水口段的管件阻力系数分别为吸滤底阀 1.5；90弯头 0.75；管入口 0. 5hf1( 1.50.75 20.50. 60/0.1)5(2.20m/s)2/2 29.76m2/s2泵的出水口段的管件阻力系数分别为大小头 0.3；90弯头 0.75；闸阀 0.17；管出口 1hf2(10.75 30.30.170.02 100/0.1) (4.952/m2/s)(0. 23/0.15) (2.220/m2 /s)299.13m2/s2Weghhf=29.7

11、6m2/s2299.13m2/s260m9.81m/s2917.49 m2/s2917.49J/kgWN（917.49J/kg/60）140m3/h 997.0kg/3m5.93140W 总消耗电费为59.3kW0.46元/（kWh）24h/d 654.55 元/d3.11 如图 3-5 所示，某厂计划建一水塔，将 20水分别送至第一、第二车 间的吸收塔中。第一车间的吸收塔为常压，第二车间的吸收塔压力为20kPa（表压）。总管径为 50mm 钢管，管长为（30 z0），通向两吸收塔的支管径均为 20mm， 管长分别为 28m 和 15m（以上各管长均已包括所有局部阻力当量长度在） 。喷嘴 的阻

12、力损失可以忽略。 钢管的绝对粗糙度为 0.2mm。现要求向第一车间的吸收塔 供应 1800kg/h 的水，向第二车间的吸收塔供应 2400kg/h的水，试确定水塔需距 离地面至少多高？已知20水的粘度为 1.0 103 Pa，s摩擦系数可由式0.230.1 58 0.23 计算。d Re图 3-5 习题 3.11 图示 解：总管路的流速为2u0 qm0/（ 2）r4200 kg/h/（1103kg/m3 0.02m252） 0.594m/s第一车间的管路流速为u1qm1/（ 2）r 1800kg/h/（1 130kg/m3 02.m021） 1.592m/s第二车间的管路流速为u2qm2/（2

13、）r 2400 kg/h/（ 1 130kg/m3 02.m012）2.122m/s则Re0du/2970000.1（ /d 58/Re） 0.23 0.0308 Re1du/3184010.1（ /d 58/Re） 0.23 0.036 Re2du/42400 20.1（ /d 58/Re） 0.23 0.0357 以车间一为控制单元，有伯努利方程2u1 /2 gz1p1/ hf1gz0p0/ p1= p0，故（ 1.592m/s） 2/2 9.8m/s23m0.0308 （0.594m/s）2（30z0）m/（20.05m） 0.036 （ 1.592m/s） 2 28m（/ 2 0.02

14、m） 9.8m/s2z0 解之得z010.09m 以车间二为控制单元，有伯努利方程2u2 /2 gz2p2/ hf2gz0p0/ （2.122m/s）2/29.8m/s25m20kPa/（1130kg/m3）0.0308（0.594m/s）2 （ 30z0）m/（2 0.05m）0.0357 （ 2.122m/s）2 15m（/ 2 0.02m）9.8m/s2z0 解之得z013.91m故水塔需距离地面 13.91m3.12 如图 3-6 所示，从城市给水管网中引一支管，并在端点 B 处分成两路 分别向一楼和二楼供水（ 20）。已知管网压力为 0.8 150Pa（表压），支管管径 均为 32m

15、m，摩擦系数 均为 0.03，阀门全开时的阻力系数为 6.4，管段 AB 、BC、BD 的长度各为 20m、8m 和 13m（包括除阀门和管出口损失以外的所有局部损 失的当量长度），假设总管压力恒定。试求1）当一楼阀门全开时，二楼是否有水？2）如果要求二楼管出口流量为 0.2L/s，求增压水泵的扬程。图 3-6 习题 3.12 图示解：（ 1）假设二楼有水，并设流速为 u2，此时一楼的流速为 u1 以 AC 所在平面为基准面，在 A、C 断面之间建立伯努利方程，有 22uA2/2 pA/ u12/2p1/ gz2hfAC因为 uAu1 0； p10则有pA/ hfAC（ 1）在 A 、D 断面

16、之间建立伯努利方程，即uA2/2 pA/ u22/2p2/ gz2hfAD uAu20；p20；z23m pA/ hfAD gz2（ 2）联立两式得hfBC hfBD gz2（3）（0.038m/0.032m6.41）u12/2（0.03 13m/0.032m6.41）u22/2 23m 9.8m/s2所以有u1min2/21.97m2/s2hfmin（ 0.03 28m/0.032m6.41）u1min2/267.28 m2/s2pA/ 所以二楼有水。2）当二楼出口流量为 0.2L/s 时， u2 0.249m/s 代入（ 3）式（ 0.03 8m/0.032m 6.4 1） u12/2 （

17、 0.0313m/0.032m6.41）u22/2 3m 9.8m/s2可得u12.02m/s此时 AB 段流速为u0 2.259m/shfAC 0.03 20m/0.032（m2.259m/s）2/2（0.03 8m/0.032m6.41）（ 2.02m/s）2/248.266 m2/s2 30.399 m2/s278.665 m2/s2pA/ 0.8 150Pa/（998.2kg/m3） 80.144 m2/s2 因为 hfAC400 计算结果表明该设计不合理 改进措施：1、提高钢板的工作温度，选用耐热钢板；2、增加耐火砖厚度，或改用导热系数更小的耐火砖4.9 在换热器中用冷水冷却煤油。水

18、在直径为 19 2mm的钢管流动，水的 对流传热系数为 3490 W/（m2K），煤油的对流传热系数为 458 W/（ m2K）。换热器使用一段时间后，管壁两侧均产生污垢，煤油侧和水侧的污垢热阻分别为0.000176 m2 K/W和 0.00026m2 K/W，管壁的导热系数为 45 W/（mK）。试求1）基于管外表面积的总传热系数；2）产生污垢后热阻增加的百分数。解：（1）将钢管视为薄管壁 则有rs21rs121 m2 K/W 0.002 m2 K/W3490 451 2 2 2m2 K/W 0.00026m 2 K/W 0.000176m 2 K/W 458322.95 10 3m2 K/

19、WK338.9W/（m2K）2）产生污垢后增加的热阻百分比为rs1 rs2100%1rs1 rs2K0.176 0.26100% 17.34%2.95 0.176 0.26注：如不视为薄管壁，将有 5左右的数值误差。4.10 在套管换热器中用冷水将 100的热水冷却到 50，热水的质量流量为 3500kg/h。冷却水在直径为 18010mm的管流动， 温度从 20升至 30。已知 基于管外表面的总传热系数为 2320 W/ （m2K）。若忽略热损失，且近似认为冷 水和热水的比热相等，均为 4.18 kJ/（kgK） .试求（1）冷却水的用量；（2）两流体分别为并流和逆流流动时所需要的管长，并加

20、以比较。解：（1）由热量守恒可得qmccpcTc qmhcphThqmc3500kg/h 50/10 17500kg/h2）并流时有T280K，T120K由热量守恒可得Tm80K 20Kln802043.28KKATmqmhcphTh即K dLmT qmhcphThqmhcph Th 3500kg / h 4.18kJ /( kg K) 50KL 2 3.58mK d Tm 2320W /(m2 K) 0.18m 43.28K逆流时有T270K，T130KTmT2 T1 70K 30K 47.21KTmln T2 ln 7047.21KT130同上得K d Tm3500kg / h 4.18k

21、J /(kg K) 50K2 3.28m2320W /(m2 K)0.18m 47.21K比较得逆流所需的管路短，故逆流得传热效率较高4.11 列管式换热器由 19 根 19 2m、m长为 1.2m 的钢管组成，拟用冷水将 质量流量为 350kg/h 的饱和水蒸气冷凝为饱和液体，要求冷水的进、出口温度分 别为 15和 35。已知基于管外表面的总传热系数为 700 W/ （m2K），试计算 该换热器能否满足要求。解：设换热器恰好能满足要求，则冷凝得到的液体温度为 100。饱和水蒸 气的潜热 L2258.4kJ/kgTm85K 65K85ln65T285K，T165K74.55K由热量守恒可得KA

22、TmqmLA qmL 350kg /h 2258.4 kJ /kg 4.21m2A K Tm 700W /（m2 K ） 74.55K 4.21m列管式换热器的换热面积为 A 总1919mm 1.2m1.36m24.21m2故不满足要求。6.2 密度为 2650kg/m3 的球形颗粒在 20的空气中自由沉降， 计算符合斯托 克斯公式的最大颗粒直径和服从牛顿公式的最小颗粒直径（已知空气的密度为 1.205kg/m3，黏度为 1.81 1-05Pa）s。解：如果颗粒沉降位于斯托克斯区，则颗粒直径最大时， ReP dPut2所以ut 2dP ，同时 utPgdP218所以 dp 32 18 ，代入数

23、值，解得 dp 7.22 pg10 5 m同理，如果颗粒沉降位于牛顿区，则颗粒直径最小时，ReP dPut1000所以ut 1000 ，同时 ut 1.74 pgdpdP所以 dp 32.3 3，代入数值，解得 dp 1.51310 m6.7 降尘室是从气体中除去固体颗粒的重力沉降设备， 气体通过降尘室具有 一定的停留时间， 若在这个时间颗粒沉到室底， 就可以从气体中去除， 如下图所 示。现用降尘室分离气体中的粉尘（密度为4500kg/m3），操作条件是：气体体积流量为 6m3/s，密度为 0.6kg/m3，黏度为 3.0 1-05Pa，s降尘室高 2m，宽 2m， 长 5m 。求能被完全去除

24、的最小尘粒的直径。净化气体ut降尘室含尘气体图 6-1 习题 6.7 图示解：设降尘室长为 l ，宽为 b，高为 h，则颗粒的停留时间为 t停 l /ui ，沉降时间为 t沉h/ut ，当t停 t沉时，颗粒可以从气体中完全去除，t停 t沉 对应的是能够去除的最小颗粒，即 l/ui h/ut因为 uihqVb ，所以uthuilhqVlhbqVlb0.6 m/s52pmin18 3 10 5 0.69.81 4500 0.6Repdput58.57 10 5 0.6 0.63 101.03 2 ，在层流区。假设沉降在层流区，应用斯托克斯公式，得58.57 10 5 m 85.7 m检验雷诺数所以

25、可以去除的最小颗粒直径为 85.7 m6.8 采用平流式沉砂池去除污水中粒径较大的颗粒如果颗粒的平均密度为2240kg/m3，沉淀池有效水深为 1.2m，水力停留时间为 1min，求能够去除的颗粒 最小粒径（假设颗粒在水中自由沉降，污水的物性参数为密度1000kg/m3，黏度为 1.2 1-30Pa）s。解：能够去除的颗粒的最小沉降速度为 ut h/t沉 1.2 / 60 0.02 m/s假设沉降符合斯克托斯公式，则gdP218检验 Rep所以 dP18 1.2 10 3 0.022240 1000 9.81dput41.88 10 4 m41.88 10 4 0.02 10001.2 103

26、.13 2 ，假设错误假设沉降符合艾伦公式，则 ut 0.27gdP Rep所 以 dp1.61.4 0.6 0.4 ut0.2721.4 3 0.6 0.40.02 1.4 1.2 10 3 1000 0.420.272 2240 1000 9.812.1210 4检验 Repdput42.12 10 0.02 1000 3.5 ，在艾伦区，假设正确。1.2 10 3所以能够去除的颗粒最小粒径为 2.12 1-04m。7.1 用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液，过滤方程为2 5 2V 2 V 6 10 5A2t式中： t 的单位为 s（1）如果 30min 获得 5m3 滤液，需要面积为 0.4

27、m2的滤框多少个？（2）求过滤常数 K，qe， te。2 5 2解：（1）板框压滤机总的过滤方程为 V2 V 6 10 5A2t在t 30 60 1800s， V 5m3 ，则根据过滤方程52 5 6 10 5 A2 1800求得，需要的过滤总面积为 A 16.67m2所以需要的板框数 n 16.67 41.675 42 0.4（2）恒压过滤的基本方程为 V 2 2VVe KA2t与板框压滤机的过滤方程比较，可得 K 6 10 5 m2/sVe 0.5m3， qe Ve0.5 0.03m3/m2e e A 16.67te2qeK20.0326 10 515ste为过滤常数，与qe相对应，可以称

28、为过滤介质的比当量过滤时间，te2qe7.6用过滤机过滤某悬浮液， 固体颗粒的体积分数为 0.015，液体粘度为 11-03Pa。s当以 98.1kPa的压差恒压过滤时，过滤 20min 得到的滤液为 0. m3/m2，继 续过滤 20min，共得到滤液 0.287 m3/m2，过滤压差提高到 196.2kPa时，过滤 20min得到滤液 0.256 m3/m2，试计算 qe，r0，s 以及两压差下的过滤常数 K（滤液黏度 为 110-3 Pa ）s。解：依题意，可得20.19720.197qe20.28720.2562r0 1310 3 0.01521s98100 1 sr0 1310 3

29、0.01521s196200 1 sr0 110 3 0.015240012000.287qe0.256qe1s2 98100 1 s12001）2）3）由（1）、2）得20.19720.28722 0.197qe2 0.287qe12002400，所以 qe0.022 m3/m2由（1）、3）得20.197 20.2562 2 0.256 0.0222 0.197 0.022198100196200s，得 s 0.306将 qe和 s代入（ 1）得 r09.81412 -21012 m-23.96 10 5 m2/s526.4 10 5m2/s所以，当压差为 98.1kPa 时1 0.306

30、2 98100K9.814 1012 1 10 3 0.015当压差为 196.2kPa 时1 0.3062 196200K 12 39.814 1012 1 10 3 0.0157.7 恒压操作下过滤试验测得的数据如下，求过滤常数 K、 qe。38.2 114.4 228 379.4q / m3m-20.10.20.3 0.4解：q / m3m-20.10.20.30.4t/q /m-1s382572760949由以上数据，作 t/q 和 q 的直线图q图 7-1 习题 7.7 中 t/q 和 q 直线图由图可知直线的斜率为 1889，截距为 193.5 所以过滤常数 K 1 5.29 10

31、 4 m2/s1889qe193.5K193.5 5.29 105.12 10 2m3/m27.8 板框压滤机有 20 个板框，框的尺寸为 450mm 450mm 20mm，过滤过 程中，滤饼体积与滤液体积之比为0.043m3/m3，滤饼不可压缩。实验测得，在2550.5kPa的恒压下，过滤方程为 q 0.04q 5.16 10 t（q，t 的单位分别是 m3/m2 和 s）。求：（1）在 50.5kPa恒压过滤时，框全充满所需要的时间；（2）初始压差为 50.5kPa恒速过滤，框全充满的时间和过滤结束时的压差；（3）操作从 50.5kPa 开始，先恒速过滤至压差为 151.5kPa，然后恒压

32、操作， 框全充满所需要的时间。解：（1）滤框全充满时，滤饼体积为 0.45 0.45 0.02 0.00405m3滤液体积为 V 0.00405 0.094 m30.043所以q320.232 m3/m22 0.45 0.450.2322 0.04 0.2325.16 101223 s 0.34h2）恒速过滤的条件下， dq/ dt 常数由（ 7.2.12）， dq / dt2 q qe当 q 0 时， dq / dtKK 5.16-5100.00129 m3/m2s2 q qe2qe20.02框全充满的时间为 tq0.232180sdq/ dt0.00129过滤结束时的过滤常数为0.2322

33、 0.232 0.02K / 2 180， K 6.50 10 4 m2/s过滤结束时压差为10 455.16 10 56.5050.5636 kPa（3）先恒速过滤的情况为q12 q1 qe K1/2 t1 ，滤速为 dq/ dt 0.00129 m3/m2s， q1 dq/dt t1K1 151.5 5.16 10 5 1.55 10 4 m2/s1 50.5由以上几式得 t1 31sq1 dq/ dt t1 0.00129 31=0.03999m3后恒压过滤 q2 0.1921 m320.19212 0.1921 0.04 K 1t2所以 t2 288 s所以整个过程时间为 t 288

34、31 319s8.2 吸收塔某截面处气相组成为 y 0.05，液相组成为 x 0.01 ，两相的平衡关5系为 y 2x ，如果两相的传质系数分别为ky 1.25 10 kmol/（m kmol/(m s)以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为 Ky Kx/m 0.83 105 */2 0.42 10 5 kmol/(m2s) 传质速率 s，） kx 1.25 10kmol/（m 2 s，）试求该截面上传质总推动力、 总阻力、气液两相的阻力和传质速率。解：与气相组成平衡的液相摩尔分数为 y 2x 2 0.01 0.02所以，以气相摩尔分数差表示的总传质推动力为y y y* 0.05 0.02 0

35、.03同理，与液相组成平衡的气相摩尔分数差为 x* 0.05/ 2 0.025所以，以液相摩尔分数差表示的总传质推动力为x x* x 0.025 0.01 0.015以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为11/ k x 1/ mky0.83 101/ 1.25 101/ 2 1.25 108.5 利用吸收分离两组分气体混合物，操作总压为 310kPa，气、液相分传34 质系数分别为 ky 3.77 10 kmol/（m2s、） kx 3.06 10 kmol/（m 2 s，） 气、液两相平衡4 符合亨利定律，关系式为 p 1.067 104 x （p*的单位为 kPa），计算：（1）总传质系数

36、；（2）传质过程的阻力分析；（3）根据传质阻力分析，判断是否适合采取化学吸收，如果发生瞬时不可 逆化学反应，传质速率会提高多少倍？4 解：（1）相平衡系数 m E 1.067 10 34.4 p 310所以，以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为Kx11/kx 1/mky1/ 3.06 101/ 34.4 3.7710 33.05 10kmol/（m 2 s）以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为45K y K x /m 3.05 10 4 /34.4 0.89 10 5 kmol/（m2s）（2）以液相摩尔分数差为推动力的总传质阻力为1kx1mky13.05 10 433.28 103其中液

37、膜传质阻力为1/kx 1/ 3.06 10 4 3.27 103 ，占总传质阻力的99.7%气膜传质阻力为 1/ mky1/ 34.4 3.77 107.71，占传质阻力的 0.3%所以整个传质过程为液膜控制的传质过程。（3）因为传质过程为液膜控制，所以适合采用化学吸收。如题设条件，在 化学吸收过程中，假如发生的是快速不可逆化学反应， 并且假设扩散速率足够快， 在相界面上即可完全反应， 在这种情况下， 可等同于忽略液膜阻力的物理吸收过 程，此时3K x mky 34.4 3.77 10 3 0.13 kmol/（m 2 s）与原来相比增大了 426 倍8.9 在吸收塔中，用清水自上而下并流吸收

38、混合废气中的氨气。已知气体 流量为 1000m3/h（标准状态），氨气的摩尔分数为 0.01，塔为常温常压，此条件 下氨的相平衡关系为 Y* 0.93X ，求：（1）用 5 m3/h 的清水吸收，氨气的最高吸收率；（2）用 10 m3/h的清水吸收，氨气的最高吸收率；（3）用 5 m3/h 的含氨 0.5%（质量分数）的水吸收，氨气的最高吸收率。31000 103 / 22.4解：（ 1）气体的流量为12.4mol/s3600液体的流量为5 103 103 /18360077.2 mol/s液体的流量为10 103 103 /183600154.4mol/s假设吸收在塔底达到平衡则 77.2

39、Y* /0.9312.4 0.01- Y* ，所以 Y* 0.0013所以最大吸收率为0.01 0.00130.870.01（2）气体的流量为1000 103 / 22.412.4mol/s3600假设吸收在塔底达到平衡则154.4 Y* / 0.93 12.4 0.01- Y* ，所以 Y* 0.0007所以最大吸收率为 0.01 0.0007 0.930.01（3）吸收剂中氨的摩尔分数为0.00535 103 103 0.005 /175 103 103 /18假设吸收在塔底达到平衡则77.2 Y* /0.93 0.0053 12.4 0.01- Y* ，所以 Y* 0.0056所以最大吸

40、收率为0.01 0.00560.010.448.11 在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合废气中的组分 A ，入塔气体溶质体积分数为 0.01，已知操作条件下的相平衡关系为 y* x ，吸收剂用量为最 小用量的 1.5 倍，气相总传质单元高度为 1.2m，要求吸收率为 80%，求填料层 的高度。解：已知传质单元高度，求得传质单元数，即可得到填料层高度。塔底： y1 0.01塔顶： y2 0.01 1 0.8 0.002 ， x2 0 操作过程的液气比为qnL /qnG 1.5 qnL / qnG min 1.5 y1y/1m y2x21.50.01 0.0020.01/1 01.2吸收因子 S

41、 qnL 1.2 mqnG所以，传质单元数为NOGy1 mx21 ln 1 1/S1 1/Sy2 mx21/ S1 0.83ln 1 0.830.010.0020.833.05所以填料层高度为 h H OGNOG 1.2 3.05 3.66m9.1 25， 101.3kPa下，甲醛气体被活性炭吸附的平衡数据如下：q/ g（气体）?g（活性炭）-100.10.20.30.35气体的平衡分压 /Pa02671600560012266试判断吸附类型，并求吸附常数如果 25， 101.3kPa下，在 1L 的容器中含有空气和甲醛的混合物，甲醛的 分压为 12kPa，向容器中放入 2g 活性炭，密闭。忽

42、略空气的吸附，求达到吸附 平衡时容器的压力。解：由数据可得吸附的平衡曲线如下1-)炭性活(g)体气(g/q5.100.055000 10000 1500000.0010.0021/p0.003图 9-1 习题 9.1 图中吸附平衡线由上述的平衡曲线，可以判断吸附可能是 Langmuir 或 Freundlich 型1/q1053.32.861/p0.003740.000620.000180.000081 1 1 1 由 1 1 1 1 ，整理数据如下q qmk1 p qm作 1/q 和 1/p 的直线121086420.004图 9-2 习题 9.1图中 1/q1/p 的关系曲线由 ln q

43、1/ nln p ln k ，整理数据如下：lnp5.597.388.639.41lnq-2.30-1.61-1.20-1.05作 lnq 和 lnp 的直线图 9-3 习题 9.1 图 lnq 和 lnp 的关系曲线 由以上计算可知，用Freundlich等温方程拟合更好一些。 同时计算参数如下： 1/n=0.3336，n=3，lnk=-4.1266，k=0.016，所以等温线方程为 q 0.016p1/3 题设条件下，甲醛的物质的量为 n pV 12000 0.001 0.0048 molRT 8.314 298质量为 m 0.0048 30 0.144g假 设 达 到 吸 附 平 衡 时

44、 吸 附 量 为 q ， 则 此 时 的 压 力 为0.144 2q 8.314 298/ 30p0.001将 q 0.016 p1/3 代入，可以求得 p 89Pa所以此时甲醛的平衡分压已经很低， 如果忽略的话， 可以认为此时容器的压 力为 101.3 12 89.3kPa9.2 现采用活性炭吸附对某有机废水进行处理， 对两种活性炭的吸附试验平 衡数据如下：平衡浓度 COD/(mg?L-1)10050010001500200025003000A 吸附量 / mg?g（活性55.6192.3227.8326.357.1378.394.7炭)-118B 吸附量 /mg?g（活性47.6181.8294.1357.398.4434.476.2炭)-138试判断吸附类型，计算吸附常数，并比较两种活性炭的优劣解：由数据可得吸附的平衡曲线如下：Langmuir 吸附等温线方程为 q k1qm / 1 k1，变形后可得整理数据如下：10050010001500200025003000/q(A)1.802.604.394.605.606.607.60/q(B)2.102.753.404.205.025.756.30q1 qmk1qm作 /q 和 的直线)炭