第二章1. 某一湖泊的容積為10 * 106 m3 ,上游有一未被污染的河流流入該湖泊，流量為50 m3/s。一工廠以5 m3/s的流量向湖泊排放污水，其中含有可降解污染物，濃度為100 mg/L。污染物降解反應速率常數(shù)為0.25d-1 。假設污染物在湖中充分混合。求穩(wěn)態(tài)時湖中污染物的濃度。解：設穩(wěn)態(tài)時湖中污染物濃度為，則輸出的濃度也為由質量恒算，得帶入數(shù)值為.解得=5.96 mg/L 2.一條河流的上游流量為10.0 m3/s，氯化物的濃度為20.0 mg/L；有一條支流匯入，流量為5.0 m3/s，氯化物濃度為40.0 mg/L。視氯化物為不可降解物質，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，試計算匯合點下游河水中氯化物濃度。假設在該點兩股流體完全混合。解：因為系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)且完全混合，所以故匯合點下游河水中氯化物濃度為26.7mg/L3.有一個總功率為100MW的核反應堆，其中2/3的能量杯冷卻水帶走，不考慮其他能量損失。冷卻水來自于當?shù)氐囊粭l河流，河水的流量為100m3/s，水溫為20。（1） 如果水溫允許上升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攝氏度？ 解：輸入冷卻水的熱量為（1） 以冷卻水為衡算對象，設冷卻水的流量為，熱量變化率為。根據(jù)熱量衡算定律，有，求得（2） 由題，根據(jù)熱量衡算方程得求得4.某一段河流上游流量為36000m3/d，河水中污染物的濃度為3.0mg/L。有一支流流量為10000m3/d，其中污染物濃度為30mg/L。假設完全混合。求：（1）下游的污染物濃度是多少；（2）每天有質量為多少千克的污染物質通過下游某一監(jiān)測點。解：（1）根據(jù)質量衡算方程，下游污染物濃度為（2）每天通過下游監(jiān)測點的污染物的質量為5.假設某一城市上方的空氣為一長寬均為100km、高為1.0km的空箱模型。干凈的空氣以4m/s的流速從一邊流入。假設某種空氣污染物以10.0kg/s的總排放速率進入空箱，其降解反應速率常數(shù)為0.20h-1。假設完全混合。（1）求穩(wěn)態(tài)情況下的污染物濃度；（2）假設風速突然降低為1m/s，估計2h以后污染物的濃度。解：（1）設穩(wěn)態(tài)下污染物的濃度為，則由質量衡算得， 解之得（2）設空箱的長寬均為L，高度為h,質量流量為qm,風速u。根據(jù)質量衡算方程帶入已知量，分離變量并積分，得積分，得6.某水池內有1m3含總氮20mg/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10m3/min，總氮含量為2mg/L，同時從水池中排出相同的水量。假設水池內混合良好，生物降解過程可以忽略，求水池中總氮含量變?yōu)?mg/L時，需要多少時間。解:設地表水中總氮濃度為，池中總氮濃度為由質量衡算，得即積分，有，求得7.某污水處理工藝中含有沉淀池和濃縮池，沉淀池用于去除水中的懸浮物，濃縮池用于將沉淀的污泥進一步濃縮，濃縮池的上清液返回到沉淀池中。污水流量為5 000m3/d，懸浮物含量為200mg/L，沉淀池出水中懸浮物質量濃度為20mg/L，沉淀污泥的含水率為99.8%，進入濃縮池停留一定時間后，排出的污泥含水率為96%，上清液中的懸浮物含量為100mg/L。假設系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，過程中沒有生物作用。求整個系統(tǒng)的污泥產量和排水量，以及濃縮池上清液回流量。污水的密度為1000kg/m3。 解：設沉淀池進水流量為qv0，污泥產量為 qv1，排水量為qv2，濃縮池上清液流量為qv3，進入濃縮池的水量為qv4。(1) 求污泥產量 以沉淀池和濃縮池的整個過程為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對象，因系統(tǒng)穩(wěn)定運行，輸入系統(tǒng)的懸浮物量等于輸出的量輸入速率輸出速率為 又已知根據(jù)上面的方程聯(lián)立方程組，可解得 qv1 = 22.5m3/d，qv2=4977.5m3/d（2）濃縮池上清液量：取濃縮池為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對象輸入速率 輸出速率為又 可解得qv3 = 450m3/d,qv4 = 472.5m3/d第六章1. 降塵室是從氣體中除去顆粒的重力沉降設備，氣體通過降塵室具有一定的停留時間，若在這個時間內顆粒沉到室底，就可以從氣體中去除?，F(xiàn)用除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6m3/s,密度為0.6kg/m3，黏度為3.0*10-5Pa.s，降塵室高2m，寬2m，長5m。求能夠被完全去除的最小塵粒的直徑。 解 ：設降塵室長為L，寬為b，高為h，則顆粒的停留時間為，沉降時間為，當，顆?？梢詮臍怏w中完全去除，對應的是能夠去除的最小顆粒，即因為，所以假設沉降在層流區(qū)，應用斯托克斯公式，得檢驗雷諾數(shù)，在層流區(qū)所以可以去除的最小顆粒直徑為85.7微米。2. 用多層降塵室除塵，已知降塵室總高4m，每層高0.2m，長4m，寬2m，欲處理的含塵氣體密度為1kg/m3，黏度為3*10-5Pa.s，塵粒密度為3000kg/m3，要求完全去除的最小顆粒直徑為20微米，求降塵室最大處理的氣體流量。解 ：假設顆粒沉降位于層流區(qū)，則顆粒的沉降速度為檢驗，假設正確。降塵室總沉降面積為所以最大處理流量為。3. 體積流量為1m3/s的20常壓含塵空氣，固體顆粒的密度為1800kg/m3?？諝獾拿芏葹?.205kg/m3，黏度為1.81*10-5Pa.s則（1） 用底面積為60m2的降塵室除塵，能夠完全去除的最小顆粒直徑是多少（2） 用直徑為600mm的標準旋風分離器除塵，離心分離因數(shù)、臨界直徑和分割直徑是多少。解：能完全去除的顆粒沉降速度為假設沉降符合斯托克斯公式，能夠完全去除的最小顆粒直徑為檢驗：，假設正確（）標準旋風分離器進口寬度為，進口高度，進口氣速分離因數(shù)臨界直徑分割直徑為4. 用標準型旋風分離器收集煙氣粉塵，已知含粉塵空氣的溫度為200，體積流量為3800m3/h,粉塵密度為2290kg/m3，求旋風分離器能分離的臨界直徑（旋風分離器的直徑為650mm，200空氣的密度為0.746kg/m3，黏度為2.60*10-5pa.s）。 解：標準旋風分離器進口寬度，進口高度為進口氣速所以分離粉塵的臨界直徑為5. 欲用降塵室凈化溫度為20、流量為2500m3/h的常壓空氣，空氣中所含粉塵的密度為1800kg/m3，要求凈化后的空氣不含有直徑大于10微米的顆粒，試求所需沉降面積為多大？若降塵室底面的寬為3m、長為5m，室內需要設置多少塊隔板？已知20空氣的密度為，黏度為。解：設直徑為10 的顆粒沉降屬于斯托克斯區(qū)，沉降速度檢驗：故以上計算有效所需沉降面積為因沉降室底面積為已定，所以所需隔板數(shù)目為所以需要8塊隔板6. 求直徑為40 mm，密度為2700kg/m3的固體顆粒在20的常壓空氣中的自由沉降速度。已知20，常壓狀態(tài)下空氣密度為1.205 kg/m3，黏度為1.8110-5Pas。解：（1）試差法假設顆粒的沉降處于層流區(qū)，并且由于p>>，所以得：m/s檢驗：所以在層流區(qū)，與假設相符，計算正確。（2）判據(jù)法計算K判據(jù)得所以可判斷沉降位于層流區(qū)，由斯托克斯公式，可得：m/s第七章1、 在實驗室中，用過濾面積為0.1m2的濾布對某種懸浮液進行過濾，在恒定壓差下，過濾5分鐘得到濾液1L，再過濾5分鐘得到濾液0.6L。如果再過濾5分鐘，可以再得到多少濾液？ 解：在恒定壓差條件下，過濾方程為代入過濾方程，得 聯(lián)立上面兩式，可以求得：因此，過濾方程為當時，有解得所以因此可再得濾液0.473L。2、 直徑為0.1mm球形顆粒物質懸浮于水中，過濾時形成不可壓縮的濾餅，空隙率為0.6，求濾餅的比阻。如果懸浮液中顆粒的體積分數(shù)為0.1，求每平方米過濾面積上獲得0.5m3濾液時濾餅的阻力。解：（1）濾餅的空隙率為0.6，顆粒的比表面積為去比例系數(shù)K1=5，可得濾餅的比阻為（2）濾餅的阻力，計算濾餅阻力需要先求出濾餅的厚度。對過濾過程中水的體積進行物料衡算：濾液中和濾餅中持有的水的體積等于被過濾懸浮液中水的體積求得濾餅的厚度則濾餅的阻力為3、 某懸浮液顆粒直徑為0.1mm，顆粒的體積分數(shù)為0.1，在9.81*103Pa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，過濾介質的阻力可以忽略，濾液黏度為1*10-3Pa.s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）顆粒的比表面積為濾餅層的比阻為過濾得到1m3濾液產生的濾餅體積為過濾常數(shù)為所以過濾方程為當t=1.5時，（2）時間延長一倍，獲得濾液量為 所以可再得0.6m3的濾液。4、 用過濾機處理某懸浮液，先等速過濾20min，得到濾液2m3，隨即保持當時的壓差等壓過濾40min，則共得多少濾液（忽略介質阻力）？解：恒速過濾的方程式為，所以過濾常數(shù)為此過濾常數(shù)為恒速過濾結束時的過濾常數(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，所以恒壓過濾方程式所以總的濾液量為V=4.47m3。5、 用壓濾機過濾某種懸浮液，以壓差150kPa恒壓過濾1.6h之后得到濾液25m3，忽略介質壓力，則：（1） 如果過濾壓差提高一倍，濾餅壓縮系數(shù)為0.3，則過濾1.6h后可以得到多少濾液；（2） 如果將操作時間縮短一半，其他條件不變，可以得到多少濾液？解：（1）由恒壓過濾方程得當過濾壓差提高一倍時，過濾時間不變時所以，即當其他條件不變時，過濾常數(shù)不變，所以由恒壓過濾方程，可以推得，所以即得V2=17.7m36、 用一臺過濾面積為10m2的過濾機過濾某種懸浮液。已知懸浮液中固體顆粒的含量為60kg/m3，顆粒密度為1800 kg/m3。已知濾餅的比阻為41011m-2，壓縮指數(shù)為0.3，濾餅含水的質量分數(shù)為0.3，且忽略過濾介質的阻力，濾液的物性接近20的水。采用先恒速后恒壓的操作方式，恒速過濾10min后，進行恒壓操作30min，得到的總濾液的量為8m3。求最后的操作壓差和恒速過濾階段得到的濾液量。解：設恒速過濾階段得到的濾液體積為V1，根據(jù)恒速過濾的方程得濾液的物性可查得：黏度=110-3Pas，密度為998.2 kg/m3，根據(jù)過濾的物料衡算按以下步驟求得f： 已知1m3懸浮液形成的濾餅中固體顆粒質量為60kg，含水的質量分數(shù)為0.3，所以濾餅中的水的質量y為：，所以kg，所以濾餅的體積為 m3，濾液體積為m3，所以所以（1）在恒壓過濾階段，應用式聯(lián)立（1）、（2）式，得，所以，求得恒速過濾的濾液體積m3，進而求得恒壓過濾的操作壓力Pa第八章1. 在常壓101.3kPa、溫度為25時，CO2在水中溶解的亨利系數(shù)為1.66*105 kPa，現(xiàn)將含CO2摩爾分數(shù)為0.05的空氣與CO2濃度為1.0*10-3kmoL/m3的水溶液接觸，試：（1） 判斷傳質方向；（2） 以分壓差和濃度差表示傳質的推動力；（3） 計算逆流接觸時空氣中CO2的最低含量。解：（）空氣中CO2的分壓為因為水溶液中CO2濃度很低，可以近似認為其密度和平均相對分子量皆與水相同，所以溶液的總濃度為CO2在水溶液中的摩爾分數(shù)為根據(jù)亨利定律，可得CO2的平衡分壓為CO2在空氣中的實際分壓為所以，可以判斷CO2發(fā)生有氣相向液相傳遞。（）以分壓差表示的傳質推動力為根據(jù)亨利定律，和空氣中CO2分壓平衡的水溶液摩爾分數(shù)為以濃度差表示的傳質推動力為（）逆流接觸時，出口氣體可以達到的極限濃度為進口水溶液的氣相平衡濃度。由前面的計算可知，與水溶液平衡的CO2氣相分壓為，因此空氣中的CO2摩爾分數(shù)最小為2. 在填料塔內用清水吸收空氣中的氨氣，空氣的流率為0.024kmol/(m2.s),其中氨氣的摩爾比為0.015，入口清水流率為0.023 kmol/(m2.s)。操作條件下的相平衡關系為Y=0.8X，總體積傳質系數(shù)KYa=0.06 kmol/(m3.s)。如果氨氣的吸收率為99%，填料塔的塔高應為多少？解：進口氨氣的摩爾比為Y1=0.015，出口摩爾比為進口清水中氨濃度，出口吸收液中氨濃度可以通過全塔的物料衡算求得：塔底的傳質推動力為塔頂?shù)膫髻|推動力為平均推動力為所以傳質單元數(shù)為傳質單元高度為所以填料塔的高度為3. 用一個吸收塔吸收很合廢氣中的氣態(tài)污染物A，已知A在氣、液兩相中的平衡關系為，氣體入口濃度為，液體入口濃度為，如果要求吸收率達到80%，求最小液氣比。解：氣相入口摩爾比為液相入口摩爾比為吸收率所以，最小液氣比為4. 在吸收塔中，用清水自上而下并流吸收混合廢氣中的氨氣。已知氣體流量為1000m3/h（標準狀態(tài)），氨氣的摩爾分數(shù)為0.01，塔內為常溫常壓，此條件下氨的相平衡關系為，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0.5%（質量分數(shù)）的水吸收，氨氣的最高吸收率。解：（1）氣體流量為液體流量為假設吸收在塔底達到平衡，則，所以所以最大吸收率為（2）氣體流量為液體流量為 假設吸收在塔底達到平衡，則所以最大吸收率為（3）吸收劑中氨的摩爾分數(shù)為假設吸收在塔底達到平衡，則所以最大吸收率為