1、环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 1 页 共 30 页120mqkV环工 81301 班 姓名 学号 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 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123.06310/8.7/VmqmgL（2）每天通过下游测量点的污染物的质量为312()8.7()/40/mV kdkgd2.7 某一湖泊的容积为 10106m3，上游有一未被污染的河流
2、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 ，则输出的浓度也为mm则由质量衡算，得 即 5100mg/L（550） m3/s 1010 60.25 m3/s0解之得 5.96mg/Lm2.11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与槽内水面高度 z 的关系 u 00.62（2gz） 0.5 试求放出 1m3水所需
3、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/dtA1/A2所以有 dz/dt（100/4） 2 0.62（2gz） 0.5即有 226.55z -0.5dzdtz03mz1z 01m 3（0.25m 2） -11.73m积分计算得 t189.8s环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 2 页 共 30 页2.13 有一个 43m2的太阳能取暖器，太阳光的强度为 3000kJ/（m 2h） ，有 50的太阳能被吸收用来加热流过取暖器的水流。水的流量为 0.8L/min。求流过取暖器的水升高的温度。解：以取暖器为衡算系统，衡算基准
4、取为 1h。输入取暖器的热量为 30001250 kJ/h18000 kJ/h设取暖器的水升高的温度为（ T ） ，水流热量变化率为 mpqcT根据热量衡算方程，有 18000 kJ/h 0.86014.183 TkJ/h.K解之得 T 89.65K2.14 有一个总功率为 1000MW 的核反应堆，其中 2/3 的能量被冷却水带走，不考虑其他能量损失。冷却水来自于当地的一条河流，河水的流量为 100m3/s，水温为 20。（1）如果水温只允许上升 10，冷却水需要多大的流量；（2）如果加热后的水返回河中，问河水的水温会上升多少。解：输入给冷却水的热量为 Q10002/3MW667 MW（1）
5、以冷却水为衡算对象，设冷却水的流量为 ，热量变化率为 。VqmpqcT根据热量衡算定律，有 1034.18310 kJ/m366710 3KWVQ15.94m 3/s（2）由题，根据热量衡算方程，得 10010 34.183T kJ/m366710 3KWT 1.59K4.3 某燃烧炉的炉壁由 500mm 厚的耐火砖、380mm 厚的绝热砖及 250mm 厚的普通砖砌成。其 值依次为 1.40 W/(mK)，0.10 W/(mK)及 0.92 W/(mK)。传热面积 A 为 1m2。已知耐火砖内壁温度为 1000，普通砖外壁温度为 50。（1）单位面积热通量及层与层之间温度；（2）若耐火砖与绝
6、热砖之间有一 2cm 的空气层，其热传导系数为 0.0459 W/(m)。内外壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少？解：设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为 r1、r 2、r 3。（1）由题易得 r1 0.357 m 2K/Wb0.54WKr23.8 m 2K/Wr30.272m 2 K /W所以有 q 214.5W/m2123Tr由题 T11000T2 T1 QR1 923.4T3 T1 Q（ R1 R2） 108.3T4 50（2）由题，增加的热阻为r 0.436 m2K/Wq T/ （ r1 r2 r3 r） 195.3W/m 2环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 3
7、 页 共 30 页4.4某一 60 mm3mm 的铝复合管，其导热系数为 45 W/(mK)，外包一层厚 30mm 的石棉后，又包一层厚为 30mm 的软木。石棉和软木的导热系数分别为 0.15W/(mK)和 0.04 W/(mK)。试求（1）如已知管内壁温度为-105，软木外侧温度为 5，则每米管长的冷损失量为多少？（2）若将两层保温材料互换，互换后假设石棉外侧温度仍为 5，则此时每米管长的冷损失量为多少？解：设铝复合管、石棉、软木的对数平均半径分别为 rm1、 rm2、 rm3。由题有 rm1 mm28.47mm rm2 mm43.28mm rm3 mm73.99mm30ln27306ln
8、309ln6（1） R/L 123mmbbrr 3030K/WK/WKm/W2458.7.1543.28.47.93.7310 4 Km/W0.735Km/W1.613Km/W2.348Km/WQ/L 46.84W/m/TRL（2） R/L 123mmbbrr 3030W/KW/KWm/K458.7.4.28.157.93.7310 4 Km /W2.758Km /W0.430Km /W3.189Km /WQ/L 34.50W/m/TRL4.6 水以 1m/s 的速度在长为 3m 的 252.5mm 管内，由 20加热到 40。试求水与管壁之间的对流传热系数。解：由题，取平均水温 30以确定水
9、的物理性质。d0.020 m，u1 m/s，995.7 kg/m 3，80.0710 -5 Pas。450.29.7Re208u流动状态为湍流 53.14.Pr .1067pC所以得 320.8.4239/()RerWmKd环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 4 页 共 30 页4.8某流体通过内径为 50mm 的圆管时，雷诺数 Re 为 1105，对流传热系数为 100 W /（m 2K） 。若改用周长与圆管相同、高与宽之比等于 1：3 的矩形扁管，流体的流速保持不变。问对流传热系数变为多少？解：由题，该流动为湍流。 0.8.4.23RePrd.0.11184222.因为为同
10、种流体，且流速不变，所以有 0.1821eRd由 可得 Redu. 0.220()矩形管的高为 19.635mm，宽为 58.905mm，计算当量直径，得 d229.452mm0.2.2 2125()()1/()1.7/()94WmKmK4.11 列管式换热器由 19 根 192mm、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/（m 2K） ，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
11、.4kJ/kgT 285K ， T 165K2185674.5lnlmTK由热量守恒可得 KAT m qmL即 22350/8./4.17()75kghkJgAmKTWK列管式换热器的换热面积为 A 总 1919mm1.2m1.36m 24.21m 2 故不满足要求。环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 5 页 共 30 页4.13若将一外径 70mm、长 3m、外表温度为 227的钢管放置于：（1）很大的红砖屋内，砖墙壁温度为 27；（2）截面为 0.30.3m2的砖槽内，砖壁温度为 27。试求此管的辐射热损失。 （假设管子两端的辐射损失可忽略不计）补充条件：钢管和砖槽的黑度分
12、别为 0.8 和 0.93解：（ 1）Q 12 C 12 12 A（T 14T 24）/100 4由题有 12 1，C 12 1C0， 10.8Q12 1C0 A（T 14T 24）/100 40.85.67W/（m 2K4）3m0.07m（500 4K4300 4K4）/100 41.6310 3W（2）Q 12 C 12 12 A（T 14T 24）/100 4由题有 12 1C12 C 0/1/ 1A 1/A2（1/ 21）Q12 C 0/1/ 1A 1/A2（1/ 21） A（T 14T 24）/100 45.67W/（m 2K4）1/0.8（30.07/0.30.33） （1/0.9
13、31）3m0.07m（500 4K4300 4K4）/10041.4210 3W5.1 在一细管中，底部水在恒定温度 298K 下向干空气蒸发。干空气压力为 0.1106pa、温度亦为 298K。水蒸气在管内的扩散距离（由液面到管顶部）L20cm。在 0.1106Pa、298K 的温度时，水蒸气在空气中的扩散系数为 DAB2.5010 -5m2/s。试求稳态扩散时水蒸气的传质通量、传质分系数及浓度分布。解：由题得，298K 下水蒸气饱和蒸气压为 3.1684103Pa，则 pA,i3.168410 3Pa， pA,00,0, 5,-.98410PalnBimp（1）稳态扩散时水蒸气的传质通量：
14、,042A,-N1.62molcsBAimDRTpL（2）传质分系数：82,05.lcsPaAGik（3）由题有,0,11zLAAiiyyyA,i3.1684/1000.031684 yA,00简化得 (15z).9683环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 6 页 共 30 页5.3 浅盘中装有清水，其深度为 5mm，水的分子依靠分子扩散方式逐渐蒸发到大气中，试求盘中水完全蒸干所需要的时间。假设扩散时水的分子通过一层厚 4mm、温度为 30的静止空气层，空气层以外的空气中水蒸气的分压为零。分子扩散系数DAB0.11m 2/h.水温可视为与空气相同。当地大气压力为 1.01105
15、Pa。解：由题，水的蒸发可视为单向扩散,0,ABiAmpNRTz30下的水饱和蒸气压为 4.2474103Pa ，水的密度为 995.7kg/m3故水的物质的量浓度为 995.7 103/180.553210 5mol/m330时的分子扩散系数为DAB0.11m 2/hpA,i4.247410 3Pa ， pA,00,0, 5, .9861PalnBim又有 NAc 水 V/(At)(4mm 的静止空气层厚度认为不变)所以有c 水 V/(At)D ABp(pA,ip A,0)/(RTpB,m z)可得 t5.8h故需 5.8 小时才可完全蒸发。5.5 一填料塔在大气压和 295K 下，用清水吸
16、收氨空气混合物中的氨。传质阻力可以认为集中在 1mm 厚的静止气膜中。在塔内某一点上，氨的分压为 6.6103N/m2。水面上氨的平衡分压可以忽略不计。已知氨在空气中的扩散系数为 0.23610-4m2/s。试求该点上氨的传质速率。解：设 pB,1,pB,2分别为氨在相界面和气相主体的分压，p B,m为相界面和气相主体间的对数平均分压由题意得：B,2,15,m0.97631PalnA,1A,222BDpN.molsRTL5.8 溴粒在搅拌下迅速溶解于水，3min 后，测得溶液浓度为 50饱和度，试求系统的传质系数。假设液相主体浓度均匀，单位溶液体积的溴粒表面积为 a，初始水中溴含量为 0，溴粒
17、表面处饱和浓度为 cA,S。解：设溴粒的表面积为 A，溶液体积为 V，对溴进行质量衡算,有 d(VcA)/dtk(c A,Sc A)A因为 a A/V，则有 dc A/dtka（c A,Sc A）对上式进行积分，由初始条件，t0 时，c A0，得 c A/cAS1e -kat所以有 11 31A,S.5k=tln8sln.80s 环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 7 页 共 30 页6.4 容器中盛有密度为 890kg/m3的油，黏度为 0.32Pas，深度为 80cm，如果将密度为 2650kg/m3、直径为 5mm 的小球投入容器中，每隔 3s 投一个，则：（1）如果油是
18、静止的，则容器中最多有几个小球同时下降？（2）如果油以 0.05m/s 的速度向上运动，则最多有几个小球同时下降？解：（1）首先求小球在油中的沉降速度，假设沉降位于斯托克斯区，则m/s232 265089.1507.491018Ptgdu检验327.4Re .pt沉降速度计算正确。小球在 3s 内下降的距离为 m22.9103.7102801/4756所以最多有 4 个小球同时下降。（2）以上所求得的小球的沉降速度是小球与油的相对速度，当油静止时，也就是相对于容器的速度。当油以 0.05m/s 的速度向上运动，小球与油的相对速度仍然是 m/s，但是小球与容器的相对速度为 m/s27.910tu
19、 2.4910u所以，小球在 3s 内下降的距离为 m22.437.41022801/.所以最多有 11 个小球同时下降。环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 8 页 共 30 页t沉停 6.7 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，若在这个时间内颗粒沉到室底，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 3.010-5Pas，降尘室高 2m，宽 2m，长 5m。求能被完全去除的最小尘粒的直径。 图 6-1 习题 6.7
20、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 ，沉降时间为 ，当 时，颗粒可以从气体中完全去除，/itlu停 /tthu沉 t沉停 对应的是能够去除的最小颗粒，即 /it因为 ，所以 m/sViquhb60.52iVtuhqlbl假设沉降在层流区，应用斯托克斯公式，得m m5min18183.8.719.46tppdg8.7检验雷诺数，在层流区。5.70.Re .03231ptu所以可以去除的最小颗粒直径为 85.7m含尘气体 净化气体uiut降尘室环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 9 页 共 30 页6.8 采用平流式沉砂池去除污水中粒径较大的颗粒。如果
21、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 10-3Pas） 。解：能够去除的颗粒的最小沉降速度为 m/s/1.2/60.tuh沉假设沉降符合斯克托斯公式，则 8Ptgd所以 m34181.20.1.8049tPudg检验 ，假设错误。3Re .2120pt假设沉降符合艾伦公式，则0.6Re.7Ppt gdu所以 m0.61.4 0.431.406. 41.6.6 220121987tppdg 检验 ，在艾伦区，假设正确。43Re .510
22、tpu所以能够去除的颗粒最小粒径为 2.1210-4m。6.13 原来用一个旋风分离器分离气体粉尘，现在改用三个相同的、并联的小旋风分离器代替，分离器的形式和各部分的比例不变，并且气体的进口速度也不变，求每个小旋风分离器的直径是原来的几倍，分离的临界直径是原来的几倍。解：（1）设原来的入口体积流量为 qV，现在每个旋风分离器的入口流量为 qV/3，入口气速不变，所以入口的面积为原来的 1/3，又因为形式和尺寸比例不变，分离器入口面积与直径的平方成比例，所以小旋风分离器直径的平方为原来的 1/3，则直径为原来的 1/30.58所以小旋风分离器直径为原来的 0.58 倍。（2）由式（6.3.9）
23、9cipBduN由题意可知： 、 、 、 都保持不变，所以此时i cdB由前述可知，小旋风分离器入口面积为原来的 1/3，则 为原来的 倍1/30.58环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 10 页 共 30 页所以 倍 所以分离的临界直径为原来的 0.76 倍。0.58.76cd原6.15 用离心沉降机去除悬浊液中的固体颗粒，已知颗粒直径为 50m，密度为 1050 kg/m3，悬浊液密度为 1000 kg/m3，黏度为 1.210-3Pas，离心机转速为 3000r/min，转筒尺寸为 h=300mm，r 1=50mm，r 2=80mm。求离心机完全去除颗粒时的最大悬浊液处理
24、量。解：7.3 用过滤机处理某悬浮液，先等速过滤 20min，得到滤液 2m3，随即保持当时的压差等压过滤 40min，则共得到多少滤液（忽略介质阻力）？解：恒速过滤的方程式为式（7.2.18a）211KAtV所以过滤常数为21KAt此过滤常数为恒速过滤结束时的过滤常数，也是恒压过滤开始时的过滤常数，在恒压过滤过程中保持不变，所以由恒压过滤方程式（7.2.15） ，2222 2111 VVVttt所以222140t所以总的滤液量为 m3.7环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 11 页 共 30 页y = 1889x + 193.5020040060080010000 0.2 0
25、.4 0.6qt/q7.5 用压滤机过滤某种悬浮液，以压差 150kPa 恒压过滤 1.6h 之后得到滤液 25 m3，忽略介质压力，则：（1）如果过滤压差提高一倍，滤饼压缩系数为 0.3，则过滤 1.6h 后可以得到多少滤液；（2）如果将操作时间缩短一半，其他条件不变，可以得到多少滤液？解：（1） 由恒压过滤方程1220spAtVKtrc当过滤压差提高一倍时，过滤时间不变时1212sV所以 110.32225.spVm3.8（2）当其他条件不变时，过滤常数不变，所以由恒压过滤方程，可以推得，所以21tV221531.tV所以 m327.7.7 恒压操作下过滤试验测得的数据如下，求过滤常数 K
26、,qe解：由以上数据，作 t/q 和 q 的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 m2/s415.908Km3/m2193.512eq t/q /m-1s 382 572 760 949q / m3m-2 0.1 0.2 0.3 0.4t / s 38.2 114.4 228 379.4q /m3m-2 0.1 0.2 0.3 0.4环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 12 页 共 30 页7.12 在直径为 10mm 的砂滤器中装满 150mm 厚的细沙层，空隙率为 0.375，砂层上方的水层高度保持为 200mm，管底部渗出的清水流量为 6
27、mL/min，求砂层的比表面积（水温为 20，黏度为 1.00510-3 Pas，密度为 998.2kg/m3） 。解：清水通过砂层的流速为cm/min m/s267.41/VquA31.270推动力为 Pa98.096pgh由式（7.3.11） ，可得颗粒的比表面积：32l pLKa3 3 32 9223.751.960.276105.15100lau 所以 m2/m3， m2/m341.60446.ba8.3 用吸收塔吸收废气中的 SO2，条件为常压，30，相平衡常数为 ，在塔内某一截面上，气相中 SO2分压为6.74.1kPa，液相中 SO2浓度为 0.05kmol/m3，气相传质系数为
28、 kmol/(m2hkPa)，液相传质系数为 m/h，2105.Gk 0.39Lk吸收液密度近似水的密度。试求：（1）截面上气液相界面上的浓度和分压；（2）总传质系数、传质推动力和传质速率。解：（1）设气液相界面上的压力为 ，浓度为ipic忽略 SO2的溶解，吸收液的摩尔浓度为 kmol/m301/85.6溶解度系数 kmol/(kPam3)2.3.7.2650mcH在相界面上，气液两相平衡，所以 iipc又因为稳态传质过程，气液两相传质速率相等，所以 GiLikkc所以 05.9.1.45.12iip由以上两个方程，可以求得 kPa， kmol/m323724c（2）总气相传质系数kmol/
29、(m2hkPa)05.9.06./15./1LGHkK总液相传质系数 m/h24230L与水溶液平衡的气相平衡分压为 kPa3/*cp所以用分压差表示的总传质推动力为 kPa71*与气相组成平衡的溶液平衡浓度为 kmol/m308.6.用浓度差表示的总传质推动力为 kmol/m345084*环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 13 页 共 30 页传质速率 kmol/(m2h)087.6.10523.pKNGA或者 kmol/(m2h)4cL8.4 101.3kPa 操作压力下，在某吸收截面上，含氨 0.03 摩尔分数的气体与氨浓度为 1kmol/m3的溶液发生吸收过程，已知气
30、膜传质分系数为 kmol/(m2skPa)， 液膜传质分系数为 m/s，操作条件下的溶解度系数为 6510Gk 41.50Lk0.73Hkmol/(m2kPa)，试计算：（1）界面上两相的组成；（2）以分压差和摩尔浓度差表示的总传质推动力、总传质系数和传质速率；（3）分析传质阻力，判断是否适合采取化学吸收，如果采用酸溶液吸收，传质速率提高多少。假设发生瞬时不可逆反应。解：（1）设气液相界面上的压力为 ，浓度为ipic因为相界面上，气液平衡，所以 ，H0.73iip气相中氨气的分压为 kPa0.31.9稳态传质条件下，气液两相传质速率相等，所以 GiLikkc6 451.9.51i ipc根据上
31、面两个方程，求得 kPa， kmol/m3.05（2）与气相组成平衡的溶液平衡浓度为 kmol/m3.72.Hp用浓度差表示的总传质推动力为 kmol/m321c与水溶液平衡的气相平衡分压为 kPa*/0.3所以用分压差表示的总传质推动力为 kPa9.0.69总气相传质系数kmol/(m2skPa)6641 .7810/51/.715GLKkH 总液相传质系数 m/s6/4.78030LG 传质速率 kmol/(m2s)69.8ANp或者 kmol/(m2s)62c（3）以气相总传质系数为例进行传质阻力分析总传质阻力 (m2skPa)/kmol651/4.7810.10GK其中气膜传质阻力为
32、(m2skPa)/kmol5k占总阻力的 95.6%液膜传质阻力为 (m2skPa)/kmol43/.39.GH占总阻力的 4.4%所以这个过程是气膜控制的传质过程，不适合采用化学吸收法。如果采用酸液吸收氨气，并且假设发生瞬时不可逆反应，则可以忽略液膜传质阻力，只考虑气膜传质阻力，则kmol/(m2skPa)，仅仅比 原来的传质系数提高了 4.6%，如果传质推动力不变的话，传质速率也只能6510GKk提高 4.6%。当然，采用酸溶液吸收也会提高传质推动力，但是传质推动力提高的幅度很有限。因此总的来说在气膜控制的吸收过程中，采用化学吸收是不合适的。环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee
33、第 14 页 共 30 页8.5 利用吸收分离两组分气体混合物，操作总压为 310kPa，气、液相分传质系数分别为 kmol/(m2s)、3.710ykkmol/(m2s)，气、液两相平衡符合亨利定律，关系式为 （ p*的单位为 kPa） ，计算：43.061xk 41.067px（1）总传质系数；（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？解：（1）相平衡系数 4.31067.pEm所以，以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为kmol/(m2s)434 105.107./1./1 yxxkK以气相摩尔分数差为推
34、动力的总传质系数为kmol/(m2s)54089.3105. y（2）以液相摩尔分数差为推动力的总传质阻力为34121yxmkK其中液膜传质阻力为 ，占总传质阻力的 99.7%07063/x气膜传质阻力为 ，占传质阻力的 0.3%/ 3y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kmol/(m2s)13.07.34yxmkK与原来相比增大了 426 倍环境工程原理课后 习题集 Doug
35、las.Lee第 15 页 共 30 页8.6 已知常压下，20时，CO 2在水中的亨利系数为 1.4410-5kPa，并且已知以下两个反应的平衡常数kmol/m323CO+HA31.50Kkmol/m3-3 427若平衡状态下气相中的 CO2分压为 10kPa，求水中溶解的 CO2的浓度。（CO2 在水中的一级离解常数为 kmol/m3，实际上包含了上述两个反应平衡， ）. 12K解：首先求得液相中 CO2的浓度由亨利定律 55/10/.46.9410xpE忽略 CO2的溶解，吸收液的摩尔浓度为 kmol/m30/8.c所以 kmol/m3505.693.COc由反应 ，得223+HCA21
36、HOKkmol/m33631.80.9.510由反应 ，得+-23223Ckmol/m346532.71.4.COK 所以水中溶解的 CO2总浓度为kmol/m335623.860.9.10.9H 8.7在两个吸收塔 a、b 中用清水吸收某种气态污染物，气-液相平衡符合亨利定律。如下图所示，采用不同的流程，试定性地绘出各个流程相应的操作线和平衡线位置，并在图上标出流程图中各个浓度符号的位置。环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 16 页 共 30 页y = 1855.7x + 3.1567R2 = 0.97840246810120 0.001 0.002 0.003 0.0041
37、/p1/q吸 附 平 衡 曲 线00.050.10.150.20.250.30.350.40 5000 10000 15000p/Paq/g(气体)g(活性炭)-19.1 25，101.3kPa 下，甲醛气体被活性炭吸附的平衡数据如下：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。忽略空气的吸附，求达到吸附平衡时容器内的压力。解：由数据可得吸附的平衡曲线如下图 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
38、 型。由 ，整理数据如下1mqkq作 1/q 和 1/p 的直 线q/ g(气体)g( 活性炭) -1 0 0.1 0.2 0.3 0.35气体的平衡分压 /Pa 0 267 1600 5600 122661/q 10 5 3.3 2.861/p 0.00374 0.00062 0.00018 0.00008环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 17 页 共 30 页y = 0.3336x - 4.1266R2 = 0.9887-2.5-2-1.5-1-0.502 4 6 8 10lnplnq图 9-2 习题 9.1 图中 1/q1 /p 的关系曲线由 ，整理数据如下：ln1/l
39、nqpklnp 5.59 7.38 8.63 9.41lnq -2.30 -1.61 -1.20 -1.05作 lnq 和 lnp 的直线图 9-3 习题 9.1 图 ln q 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 1/30.6qp题设条件下，甲醛的物质的量为 mol120488.349pVnRT质量为 g.m假设达到吸附平衡时吸附量为 q，则此时的压力为 .2.319/00qp将 代入，可以求得 Pa1/3.6q8p所以此时甲醛的平衡分压已
40、经很低，如果忽略的话，可以认为此时容器内的压力为 kPa1.329.环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 18 页 共 30 页01002003004005006000 1000 2000 3000 4000平 衡 浓 度 COD/mgL-1吸附量/mgg(活性炭)-1AB y = 0.0015x + 1.9829R2 = 0.9979y = 0.0019x + 1.8046R2 = 0.980201234567890 1000 2000 3000 4000AB9.2 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 /(mgL-1) 1
41、00 500 1000 1500 2000 2500 3000A 吸附量/ mg g(活性炭) -1 55.6 192.3 227.8 326.1 357.1 378.8 394.7B 吸附量/mg g(活性炭) -1 47.6 181.8 294.1 357.3 398.4 434.8 476.2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 ，变形后可得 ，整理数据如下：11/mqk1mqk 100 500 1000 1500 2000 2500 3000/q(A) 1.80 2.60 4.39 4.60 5.60
42、 6.60 7.60/q(B) 2.10 2.75 3.40 4.20 5.02 5.75 6.30作 /q 和 的直线图 9-4 习题 9.2 图吸附等温线 图 9-5 习题 9.2 图 /q 和 的关系曲线由直线可知，用 Langmuir 吸附等温线方程可以很好地拟合吸附曲线。分别求得方程的常数为活性炭 A： 1/qm=0.0019， qm=526， 1/k1qm=1.8046， k1=0.00105活性炭 B： 1/qm=0.0015， qm=667， 1/k1qm=1.9829， k1=0.00076比较两种活性炭的吸附平衡常数，可以看到 B 的饱和吸附量要大于 A，比表面积较大，吸附
43、容量比较大；而 A 的吸附系数比较大，吸附的性能较好。/q环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 19 页 共 30 页3.0KH2.0NaHK0.3150.9/3/.7206.85AByx27.810blD10.2用 H 型强酸性阳离子树脂去除海水中的 Na+、K +离子（假设海水中仅存在这两种阳离子） ，已知树脂中 H+离子的浓度为0.3mol/L，海水中 Na+、K +离子的浓度分别为 0.1mol/L 和 0.02mol/L，求交换平衡时溶液中 Na+、K +离子的浓度。已知， 。解： ，13.0Kyx12.0NaaHyx同时 ，0.3.NaNa0KK联立以上几式，求得，.
44、2Kx0.162Nax所以平衡时溶液中的浓度 Na+为 0.0162 mol/L，K +为 0.00046 mol/L10.9 用反渗透过程处理溶质为 3%（质量分数）的溶液，渗透液含溶质为 15010-6。计算截留率 和选择性因子 ，并说明这种情况下哪一个参数更适用。解：溶质的量很少，可以忽略溶质对溶液体积和总摩尔数的影响，所以截留率：选择性因子：在溶质的量与溶液相比很少，选择性因子很大时，采用截留率表征分离情况，结果更为清晰，容易理解。10.14采用电渗析的方法除盐，已知料液的 NaCl 浓度为 0.3mol/L，实验测得传质系数 为m/s，膜中 Cl-离子的迁移数为 0.52，边界层中
45、Cl-离子迁移数为 0.31，求该电渗析过程的极限电流密度。解：由式（10.3.43）得极限电流密度：A/m2233lim17.806.10.95blZDfct 环境工程原理课后 习题集 Douglas.Lee第 20 页 共 30 页10.7 用 45kg 纯溶剂 S 萃取污水中的某溶质组分 A，料液处理量为 39kg，其中组分 A 的质量比为 ，而且 S 与料液组分0.3mFXB 完全不互溶，两相平衡方程 ，分别计算单级萃取、两级错流萃取（每级萃取剂用量相同）和两级逆流萃取组分 A1.5mYX的萃出率。解：（1）单级萃取料液中 B 的量为 kg30.1/9根据物料衡算 mFEmRXSYBX又因为 .5ERY所以萃余相溶质质量比为 30921.545mFS所以溶质 A 的萃出率为 69.3%（2）两级错流
