1.2簡要論述環(huán)境工程學(xué)的重要任務(wù)及其學(xué)科體系。

解：環(huán)境I：程學(xué)作為環(huán)境學(xué)科的一種重要分支，重要任務(wù)是運(yùn)用環(huán)境學(xué)科以及」：程學(xué)的措施，研窕環(huán)境污染控制理論、技術(shù)、者施和政策，以改

善環(huán)境質(zhì)量，保證人類啊身體健康和生存以及社會(huì)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清除水中的懸浮物,仃哪些也iT的措施，它們的技術(shù)原理是什么？

解:消除水中懸浮物的措施31要有：沉淀、熱心分離、氣浮、過泄（砂泄等）、過海（篩網(wǎng)過渡）、反漆透、膜分離、蒸發(fā)濃縮等.

上述措施對(duì)應(yīng)的技術(shù)原理分別為：武力沉擇作用、離心沉降作用、浮力作用、物理工截作用、物理阻截作用、滲透壓、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(jī)物（VOCs）的清除有哪些也許的技術(shù)，它們的技術(shù)原理是什么？

解：清除空氣中揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）曲重要技術(shù)有：物理吸取法、化學(xué)吸取法、吸附法、催化氧化法、生物法'燃燒法等.

上述措施對(duì)應(yīng)的技術(shù)原理分別為：物理吸取、化學(xué)吸取、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簡述土壤污染也許帶來口勺危害及其作用途徑.

解?十博污地的危害及其作用途徑或要有如下JI種方面，①通過雨水淋溶作用，也許杼致地下水和周國地表水體的污舉:②污泥+博通過十博顆豺

物等形式能直接或間接地為人或動(dòng)物所吸入;③通過植物吸取而進(jìn)入食物鏈，對(duì)食物鏈上的生物產(chǎn)生毒吉作用等。

1.6環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原理可以分為哪幾類？它們的重要作用原理是什么？

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)是運(yùn)用污染物與污染介質(zhì)或其他污染物在物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)上的差異使其

與介質(zhì)分忌，從而到達(dá)污染物清除或回收運(yùn)用向目的，轉(zhuǎn)化技術(shù)是運(yùn)用化學(xué)或生物反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)化成無吉物質(zhì)或易于分離的物責(zé)，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：該課程的重要任務(wù)是系統(tǒng)、深入地論述環(huán)境污染控制工程，即水質(zhì)凈化與水污染控制工程、大氣（包括室內(nèi)空氣）污染控制工程、固體廢物

處理處匿與管理和資源化工程、物理性污染（熱污染、輜射污染、噪聲、振動(dòng)）控制工程、自然資源的合理運(yùn)用與保護(hù)工程、生態(tài)修史與構(gòu)建工程以

及其他污染控制匚程中波及到的具有共性的「旌學(xué)其礎(chǔ)、基本過程和現(xiàn)象以及污染控制裝置I向基本原理，為有關(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

2.1某室內(nèi)空氣中6的濃度是0.08x106（體積分?jǐn)?shù)》.求，

（I）在1.013x1（戶Pa、25七下，用圖/n?表達(dá)該濃度：

（2）在大氣壓力為O.83xlO$Pa和15*0下,Oj的物質(zhì)的量濃度為多少？

解：理想氣體的體積分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)值相等

由題，在所紿條件下，ln】ol空氣混合物的體積為V,=V（＞-W/P/7；＞=22.4LX298K^73K=24.45L

因此5濃度可以表達(dá)為

0.08x10?molx48g/molx（24.45L）-|=l57.05pg/m3

（2）由題，在所給條件卜，Imol空氣的體枳為

V/=，04乙〃。后22.4LX1.013x105Pax288K/（O.83x10sPax273K）=28.82L

因此Ch的物質(zhì)的量濃度為

0.08x10f,nK）l/28.82L=2.78xlO9mol/L

2.2假設(shè)在25C和LOl3xlOSPa的條件卜，S6向平均測量濃度為400明加3,若容許直為O.I4xlO?,問與否符合規(guī)定？

解：由題,在所給條件下，將測星的SO?質(zhì)量濃度換算成體積分?jǐn)?shù)，即

K/xIO-8.314x298x10-

x400x109=0.15x10

------P'=I.0I3X105X64

不小于容許濃度，故不符合規(guī)定

假如此方程在因次上是一致的，在國際單立制中A的單位必須是什么？

解：由題易得,A的單位為kg/（mMO

2.5—加熱爐用空氣（含。20.2IN0.79）燃燒天然氣（不含O?勺N2）.分析燃燒所得取道氣，其構(gòu)成H勺摩爾分?jǐn)?shù)為CO：0.07,H-O0.14.O＞0.056.

N,0.734,求每通入I00m\30CIKJ空氣能產(chǎn)生多少m」煙道氣？煙道氣溫度為300C,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N?為衡算對(duì)象,煙道氣中ITJN2所有來自空氣.設(shè)產(chǎn)生

煙道氣體枳為V*根據(jù)質(zhì)量衡算方程，有

0.79xP；V,/RTf=0.734xP;V^T;

即

0.79xIOOm'/303K=0.734xVy573K

5

V2=203.54m

2.8某河流的J流量為3.0m%,有一條流量為0.05m%的小溪匯入該河流。為研究河水與小溪水的混合狀況，在渙水中加入示蹤劑。假設(shè)儀器檢測

示蹤劑的J濃度下限為L0mg/L。為了使河水和溪水完全混合后的示蹤劑可以檢H1.溪水中示蹤劑R勺最低濃度是多少？需加入示蹤劑的歷量流量是多少？

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p

則根據(jù)質(zhì)量衡算方程，有0.05〃=(3+0.05)xl.O

ftV之得/>=?lmg/I

加入示蹤劑的偵量流后為61x0.05g/s=3.O5g/s

2.9假設(shè)某一都市上方的空氣為一長寬均為100km、高為1.0km向空箱模型。潔凈的空氣以4m/s的流速從一邊流入。假設(shè)某種空氣污染物以10.0

kg/sH勺總排放速率進(jìn)入空箱，其降解反應(yīng)速率常數(shù)為0.20hL假設(shè)完全混合.

<1)求稔態(tài)狀況下的污染物濃度：

<2)假設(shè)風(fēng)速忽然減少為hn/s,估計(jì)2h后來污染物的濃度。

解：⑴設(shè)穩(wěn)態(tài)下污染物的濃度為p

則由胡員衡算得

9,ft,

IO.Okg/s-(0.20/3600)xpx|(X)xl00x|xl0m/5-4xIOOxIxl0/,m/s=0

解之得

p=I.O5xlO-2mg/nP

(2)設(shè)空箱的長寬均為L,高度為h,質(zhì)散流最為＜向，風(fēng)速為u,

根據(jù)質(zhì)及衡電方程

CH_C{NI_kpV=—

有q,“一“Lhp-kpEh='(乙2M)

帶入已知量，分離變粒并枳分，得加=『

JoJi.O5xio210^-6.6xl05p

枳分有

p=1.15x102mg/m3

2.10某水池內(nèi)仃Im)含總氮20n1g，L的污水，現(xiàn)用地表水進(jìn)行置換,地表水進(jìn)入水池I句流量為10n力min,總氮含量為2mg,，L同步從水池中排

出相似的水量.假設(shè)水池內(nèi)混合良好，生物降解過程可以忽視.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外，池中總械農(nóng)度為p

由質(zhì)量衡算，得

(AA-^=—

即小=

i0x(2-p)Jp

積分,

求得t=0.18min

2.11有一裝滿水的儲(chǔ)槽,直徑Im、高3m。現(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小孔啊直徑為4cm,測得水流過小孔時(shí)的流速山與櫓內(nèi)水面高度z的

關(guān)系00=0.62(2gz)0，試求放出1m)水所需的時(shí)間。

解：設(shè)儲(chǔ)槽橫截面積為小孔的面積為A：

由題得或"即u?=—dz/dtxAi從2

因此4-d0ix(l(X)/4)2=0.62(2gz)a5

即有-226.55xz-0-sdz=di

zo=3m

Zi=Zo—lmAx(n*0.25m2)」=1.73m

枳分il?算得r=189.8s

2.12給水處理中，需要將固體硫酸帽配成一定濃度的溶液作為混凝劑。住一配料用的攪拌槽中，水和固體硫酸鋁分別以150kg利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.由于攪拌充足.槽內(nèi)濃度各處均勻。開始時(shí)槽內(nèi)預(yù)先已盛有100kg純水。試計(jì)算lh后由

槽中流出的溶液濃度。

解：設(shè)t時(shí)槽中的濃度為夕，dl時(shí)間內(nèi)的沌度變化為dp

由質(zhì)量衡算方程，可得30T2。夕=玄000+60/)"]

時(shí)間也是變量.?下積分過程與否4誤？30xdi=(1(X)4-6()1)dC+12()Cdt

即(3O-I2OC)<1(=(I00+60DdC

由題有初始條件t=0,C=0

枳分計(jì)算得：當(dāng)t=lh時(shí)C=15.23%

?I3有一種4x22的太陽能取暖器.太陽光的強(qiáng)度為ROOOk"(mH.有SO%的太陽能池吸取用來加熱流過取喂器(內(nèi)水流.水的流量為0XIAnin,

求潦過取曖器的水升高的溫度。

解：以取曖器為衡兌系統(tǒng)，衡算基準(zhǔn)取為lh.

輸入取暖器『'J熱晶為3000X12x50%U/h=18000kJ/h

設(shè)取暖閽向水升高的溫度為(47)，水流熱量變化率為4,〃q,Ar

根據(jù)熱量衡免方程，有

18000kJ.1i=0.8x60x1x4.1S3xATU/h.K

解之得

Z1T-89.65K

2.14仃種總功率為1000MW的核反應(yīng)堆,其中2/3的能量被冷卻水帶走.不考慮其他能殳損失。冷卻水來自于當(dāng)?shù)氐?條河流,河水的流量

為100m%,水溫為20匕?

（I）假如水溫只容許上升10'C,冷卻水需要多大的流量；

（2）假如加熱后向水返回河中，問河水的水溫會(huì)上升多少C。

解：輸入給冷卻水的熱量為

Q=IO（X）x2/3M\V=667MW

（I）以冷卻水為衡算對(duì)象，設(shè)冷卻水的流量為％,,熱量變化率為夕川CpZXT?

根據(jù)熱量衡算定律，有

XIO'x4.183x10kJ/m3=667x|O'KW

qv

e=15.94m3/$

<2）由期，根據(jù)熱量衡算方程，得

IOOx1（PX4.I83XZTkJ/m3=667x|O'KW

AT=IS9K

第三章流體潦動(dòng)

3.1如圖3/所示,直徑為10cm的圓盤由軸帶動(dòng)在一平臺(tái)上旋轉(zhuǎn),圓盤與平臺(tái)間充有厚度6=L5mm的油膜。當(dāng)圓盤以n=50r/疝n旋轉(zhuǎn)時(shí)，測得

扭矩M=2.94xl（尸N-m,設(shè)油膜內(nèi)速度沿垂直方向?yàn)榫€性分布，試確定油的黏度。

超：在半徑方向上取dr.則有4M=4“r

由題有

dF=vdA

dw

7二〃?丁

dA=〃（r4-dr）2-Tir1=Inrdr

du2mr

dyc>

因此有

dM-=//d-〃-2_/rr-d,r-r=y/4“/r2—〃r3d」r

dy5

兩邊積分計(jì)免得

..，〃4

M=〃；r—r

代入數(shù)據(jù)得

2.94xiO(().()5in)4xjt2x(50/6()>s/(1.5x10^1)

可得

“=8.58x|。'Has

3.2常壓、20”C的空氣穩(wěn)定流過平板壁面，在邊界層厚度為1.8mm處的宙諾數(shù)為6.7x10，。求空氣的外流速度。

解:設(shè)邊界層厚度為3：空氣密度為p,空氣流速為u。

由題，由于湍流的臨界雷諾數(shù)一般取5xlCs>6.7xlOi.

因此此潦動(dòng)為層流。對(duì)于層流層有

c4.64lx

o---------

05

Rcr

同步乂有

Re.二且

兩式合并有

4.641xRe05=^-

即有

1055

4.64lx(6.7X10)=ux1x1O^kg/nPx1.Smin/(1.81x10Pas)

u=0.0)2m/s

24污水處理廠中.將污水從調(diào)整池提高至沉淀池.兩池水面差最大為10m.管路摩擦損失為4J/kg.流量為24m3/h.求提存水所需要的功率.

設(shè)水的溫度為25c.

解：設(shè)所需得功率為M，污水密度為p

M=W，W=(gAz+?“q、P

=(9.81m/s2x1Oin+4J/kg)xIx103kg/m3x34/360Om3/s

=964.3W

3.4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(jì)管道中的空氣流量，在錐形接頭兩端各裝一種U管壓差計(jì),

現(xiàn)測得粗管端的表長為100mm水柱，細(xì)管端的表尿?yàn)?0mm水柱，空氣流過錐形管的能量損失可以忽視，管道中空氣的密度為1.2kg/n?,試求管道

中的空氣流量.

解：在/面1-V和22之間列伯努利方程:

u)'/2+pi小=Ui'/2-bp^p

由題有“2=4”,

因此有uf/2+p1/p=I6UF/2+pyp

即

,2-

15uj=2x(p『p2)/p=2x(p1rp)g(RrR?/p=2x(1000-1.2)kg/mx9.8lnVsx(0.1m0.04m)/(1.2kg/m')

解之得

M/=8.()9nVs

因此有

u>=32.35nVs

23

qr=u/A=8.09nVsxx*(200mm)=l.02m/s

3.5如圖3-3所示，有一直徑為Im的高位水槽，其水面高于地面8m,水從內(nèi)徑為100mm1向管道中流出，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Z%=6.5〃2計(jì)算，式中u為水在管內(nèi)的濟(jì).速，埴位為m/s。試計(jì)算

（1）若水槽中水位不變，試計(jì)算水的流量；

（2）若高位水槽供水中斷,班水的出流高位槽液面下降，試計(jì)算液面下降1m所需的時(shí)間。

圖3-3習(xí)題3.5圖示

解：(1)以地面為基準(zhǔn),在截而1-1'和2-3之間列伯努利方程，有

〃//2+p)/p+g：t=Ui2/2+/沏+g&+Eh<

由題意得Pi=p”且iii=O

因此有

9.81in/s2x(8m—2m)=u2/2+6.5u2

解之得

u=2.90nVs

22

qr=uA=2.90nVsxx*0.01m/4=2.2Sx|()mVs

(2)由伯努利方程，有

ur/2+gz/=u>2/2+g:2十礪

即

2

u『/2+的=7u?-Fgz2

山迎可得

2

m/u2=(0.1/1)=0.0l

取微元時(shí)間dt,以向卜為正方向

則有U)=dz/dt

因此有GWdd+guF(lOfW^/z)-l2-f-gz2

積分解之得1=36.065

3.7水在20C下層流流過內(nèi)衿為13mm、K為3m的管道。若流經(jīng)該管段的壓降為21N/m，求距管中心5mm處的流速為多少'乂當(dāng)管中心速度

為0.1m/s時(shí),壓降為多少？

解：設(shè)水的黏度"=I.Ox|(y3pa.s,管道中水流平均流速為心

根據(jù)平均流速的定義得：

理也

〃一%_8〃d/_1dp,

Aq)8/fd/

因此

^Pf=-^r~

石

代入數(shù)值得

:?2

21N/m=8x1.Ox10Pasxumx3m/(13mm/2)

解之得

2

?JJU=3.7xlOm/s

又有

"M=2um

因此

u-Zu^X-<r/r（））2]

(1)當(dāng)r=5inm,11r(?=6.5mm,代入上式得

u=0.（）3in^s

=

（2）Unux2Um

4p/—7ltnw-Apf

=0.1/0.074x2IN/in

=28.38N/m

3.8溫度為20CH勺水，以2kg曲的質(zhì)量流量流過內(nèi)徑為10mm的水平網(wǎng)管，試求兌流動(dòng)充足發(fā)展后來:

（1）流體住管截面中心處的流速和剪應(yīng)力：

（2）流體在壁面即中心二分之?距離處的流速和剪應(yīng)力

（3）壁面處的剪應(yīng)力

解：（1》由題有

k=qMpA

=?/3600kg/?/（lxl（Pkg/mJxirxO（H2m2/4）

=7.O7xlO_3m/s

R一，］吸”d=282.8V2023

管內(nèi)流動(dòng)為層流，故

管械面中心處內(nèi)流速

2

=2/<m=1.415x10m/s

管截面中心處的剪應(yīng)力為0

（2）流體在壁面距中心二分之,距離處的流速：

?=Mm,u（I—r2/^）

?/z?=1.4l5x|0-2in/sx3/4=1.06x]0-2m/s

由剪應(yīng)力的定義得

一,包=4平

d-4

流體在壁面距中心二分之一距離處的剪應(yīng)力：

rrz?=2pUn?/ro

=2.83xlO_3N/m2

（3）壁面處的剪應(yīng)力：

ro=2^=5.66x10以/m；

3.9一鍋爐通過內(nèi)徑為3.5ml向煙囪排除煙，，排放量為3.5xlO5m、h在煙氣平均溫度為260c時(shí)，其平均密度為0.6kg/m，平均粘度為2.8x10

4

Pasa大氣溫度為20C,在煙囪高度范圍內(nèi)平均密度為1.15kg，nA為克服煤灰阻力，煙囪底部壓力較地面大氣壓低245Pa。問此則囪需要多高？假

設(shè)粗糙度為5mm。

解：設(shè)煙囪的高度為h,由題可得

〃=q,Z4=IO.llm/s

Re=dup/（i=7.58x|04

相對(duì)粗糙度為

c4/=5mm/3.5m=1.429x10?

直表得

2=0.028

因此摩擦阻力

乙/d2

建立伯努利方程有

iif/2+pjp+岡=uy/2+pdp+%+Zhf

由題有

it)="2，p>=p(>~245Pa,P2=po~p，gh

即

<hx|.15kg/m1x9.SnVs2-245Pa)/(0.6kg/m')=hx9.8nVs2+hx().()28/3.5mx10.1Im/s)-12

解之得

h=47.64m

3.10用泵將水從一益水池送至水塔中，如圖34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(jìn)塔的管道低于塔內(nèi)水面l.8m0泵內(nèi)進(jìn)水管CN15O,長60m,連有兩個(gè)90。年頭和種吸濾底閥。泵出水管為兩段管段外聯(lián).兩段分別為DN150、

長23m和DNIOO、長100m,不一樣管徑的管道經(jīng)大小頭相聯(lián)，DN100的管道上有3個(gè)90。彎頭和一種閘閥“泉和電機(jī)的總效率為60%.規(guī)定水的

流量為l40mVh,假如當(dāng)?shù)仉娨矠?.46元/（kW.h）,問每天泵需要消耗多少電費(fèi)？（水溫為25?,管道視為光滑管）

3.11如圖3.5所東，某廠計(jì)劃建一水塔，將20C水分別送至第一、第二車間的吸取塔中。第一車間時(shí)吸取塔為常壓，第二車間『J吸取塔內(nèi)壓力為

90kPn（表壓工總管內(nèi)徑為SOmm鋼管.管長為（曾+友）.通向兩吸取塔R勺支管內(nèi)徑均為00mm.警長分別為和I'm（以上芬校長均己包括所

有局部阻力當(dāng)量長度在內(nèi)）.噴嘴的阻力損失可以忽視。鋼管的絕對(duì)粗糙度為0.2mm。現(xiàn)規(guī)定向第一車間的吸取塔供應(yīng)l800kg/h的水，向第二車間的

(UC\0.23

￡+58]計(jì)算。

~dReJ

圖3-5習(xí)題3.11圖示

解：總管路MJ流速為

22:

u*=q，(pxr)=4200kg/h/(1xIO-'kg/m^xnx0.025m)=0.594m/s

第一車間的管路流速為

(pm3)=1800kg/h/(lxlO3kg/m3>：JtxO.Ol2m2)=1.592m/s

第二車間H勺管路流速為

“2=4府人(pxr2)=2400kg/h/(IxKPkg/m^nxO.Ol-m2)=2.122nVs

則&3=〃〃?，=29700

Xo=0.1(c/d+58/Rc)O23=0.0308

Re,—dup/fi=31840

(e/d+58/Re)°23=0.036

Rei=</“"，，=42400

O23

X2=0.1(E/d+58/Rc)=0.0357

以車間一為控制單元，有伯努利方程

"，/?-4-Q7,+p即=g7o

P尸P<”故

(l.592nVs)2/2+9.8m/s2x3m+0.0308x(0.594nVs)2x(30+々)nV(2x0.05m)+0.036x(l.592m/s)2x28m/(2xO.O2m)=9.8nVs2xzo

解之得

zo=10.09m

以車間二為控制單元，有伯努利方程

ufn+gz?+pdp+Zhf2=g&>-f-p(/p

(2.l22m/s)2/2+9.8m/s2x5m+20kPa/(IxKPkg/m3)+O.O3O8x(0.594m/s)2x(30+zo)m/(2x0.05m)+0.0357X(2.122nVs):xl5nV(2x0.02m)

=9.8m/s2xzo

解之得

zo=13.91m

故水塔需距離地面13.91m

3.13某管路中有一段并聯(lián)管路，如圖3"所示。已知總管流量為12OUs。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250mln,長度為300m,各管路粗糙度均為04mm。試求各支管潦量及M、N之間的阻力損失。

解：由題.各支管粗糙度相似，且管徑相近，可近似認(rèn)為各支管的人相等，取入=002.

將支管A、MO、ON段分別用下標(biāo)1、2、3表達(dá)

對(duì)于并聯(lián)管路，滿足1^=1^,因此有

42(12242

又由于MO和ON段串聯(lián).因此有

gxd，=u.^dr

聯(lián)立上述兩式，則有

2500“3=2744.16”,2

ill—I,048M>

又qv=ui}tdr/4+u2“d￡/4

解之得“2=l.l58m/s,〃/=L214m/s

="E4,%=3814L/S

=

qVBii2^d^/4—81.861./s

AAHUI=Ax//X(/^/2<//=73.69nr/s'

第五章質(zhì)量傳遞

5.1在一細(xì)笞中，底部水在恒定遜度298K下向干空氣蒸發(fā).干空氣壓力為O.lKi/pa.孤愜亦為298K.水蒸氣在笞內(nèi)的擴(kuò)散距稀(由液面到首頂

部)L=20cm。在O.lxl/Pa、298Kl內(nèi)溫度時(shí)，水蒸氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為口.3=2.5(區(qū)103%。試求稔態(tài)擴(kuò)散時(shí)水蒸氣的傳順通呈、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.l684x|0'Pa,則

p41=3.1684xia'Pa,pA,<)=0

=0.9841x104

(1)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)敝時(shí)水蒸氣的傳歷通量:

2

N='兀M〃八—〃仙)=]62x1尸mol/(cms)

RTPBJ八)

(2)傳質(zhì)分系數(shù):

M=5.11x1()-smo]/(cm2sPa)

X(九-PA.O)

(3)由思有]_”=(1一加)2

VAJ=3.I684/I00=0.03I684"o=O

簡化得yA=l-0.9683"-5z)

5.2在總壓為2.026xl(FPa,溫度為298K的條件下，組分A和B進(jìn)行等分子反向擴(kuò)散.當(dāng)組分A在兩端點(diǎn)處的分壓分別為/Mj=0.4xl05pa和pA.2

=O.lx|O5Pa時(shí)，由試臉測得k<lG=l.26xlO!<kmol/(mzsPa),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)k<：以及傳質(zhì)通量N,、。

解：由題有，等分子反向擴(kuò)散時(shí)I內(nèi)傳質(zhì)通量為N：二比(/A—以2)=2^^一乙")

RTL

單向擴(kuò)散時(shí)的傳質(zhì)通量為N,=kc(pAi-pA2)=0mP(PA「P42)

RTp8J”L

因此有NA=總(〃J—

即可得上G=%：~~~=1-^x'Osmol/(m:s-Pa)

Pn,m

NA=.(-PA.2)=0.44mol/(m2-s)

5.3淺盤中裝有清水.其深度為5mm,水時(shí)分子依托分子擴(kuò)散方式逐漸蒸發(fā)到大氣斗,試求盤中水完全蒸干所需要的時(shí)間。假設(shè)擴(kuò)散時(shí)水的分子

通過一層厚4mm、溫度為30C的靜止空氣層，空氣層以外向空氣中水蒸氣的分壓為零。分子擴(kuò)散系數(shù)DAB=O」lm?/h.水溫可視為與空氣相似。當(dāng)?shù)?/p>

大氣壓力為l.OlxlOSPa.

解：由題，水的蒸發(fā)可視為單向擴(kuò)散川JAHP(PA「PA.O)

*用2

30'C下的水飽和蒸氣壓為4.2474x10'Pa.水的密度為995.7kg/ins故水內(nèi)物質(zhì)的量濃度為995.7x|()Vl8=0.5532x105nK)!/m,

30C時(shí)的分子擴(kuò)散系數(shù)為

D,iB=0.11m;/h

PA.(=4.2474xIO'Pa,，AQ=°

5

PB)N=、=0.9886xlOPa

乂有NA=C*V/(At)(4mm的靜止空氣層厚度認(rèn)為不變)

因此有

c/V/(At)=DAUp(PA.<-PA.o)/(R7pH.mz)

可得t=5.8h

5.5一填料塔在大氣壓和295KF，用清水吸取瓶一空氣混含物中的氨。傳質(zhì)阻力可以認(rèn)為集中在hnm厚的靜止氣膜中。在塔內(nèi)某一點(diǎn)上,氨的

分壓為6.6xl0N/m2.水面上筑的平衡分壓可以忽視不計(jì).，已知氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為0.236xl0」m%。試求該點(diǎn)上紅的傳質(zhì)速率.

解：設(shè)mU，PH.2分別為城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(duì)數(shù)平均分壓

5

由題意得：pBni=%2-PB」=0.97963X10Pa

,n

(PB.2/pB.i)

MD,\BP(PAJ-PAJA2.//2\

NA=---------------=-6.57xIlOnmol/(m-s)

RTPBJ

5.6—直徑為2m的貯槽中裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0」的城水，因疏忽沒有加蓋，則就以分子擴(kuò)散形式揮發(fā).假定擴(kuò)散通過一層厚度大5mm的靜止空氣

層。在1.01x1(戶Pa、293K下，規(guī)的分子擴(kuò)散系數(shù)為1.8'103次，計(jì)算12h中氨的揮發(fā)損失量.計(jì)算中不考慮氨水濃度的變化，氨在20C時(shí)的相平衡

關(guān)系為P=2.69x|O，x(Pa).x為摩爾分?jǐn)?shù).

解：由題，設(shè)溶液質(zhì)技為ag

宓的J物質(zhì)的量為O.la/17moi總物質(zhì)的量為(0.9a/l8+0.1a/17)mol

因此有第的摩爾分?jǐn)?shù)為丫_O.la/17

X_---------------------------------U.IUJD

0.9a,18+0.1a：'17

故有氨的平衡分壓為〃F).IO53x2.69xl0，Pa=O.2832xK)spa

即有為.,=0.2832x1(TPa，PA1)=0

0.8608xlO5Pa

ln(pB_o/PB.i)

因此N、=D,、BP(PZ-PM)=49]*Io2nf?s)

RTpBjnL

n=N.?史-=6.66x10'mol

A4

5.8澳粒在攪拌下迅速溶解丁?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).段設(shè)液相主體濃度均勻，單位溶液體積的溟粒表

面積為“，初始水中濱含量為0,浜粒表面處飽和濃度為小4

解：設(shè)溪粒的表面積為A,溶液體枳為V,對(duì)汰進(jìn)行質(zhì)量衡算.有

d(VcA)/dl=*Cu-CA)A

由于a=/W,則有

dcjd〔=ka(c^—cA)

對(duì)匕式進(jìn)行積分，由初始條件，1=0時(shí),S=0,得

-(180s『'ln(l—早)

因此有ka=-Lln13.85x10V

AS7

第六章沉降

6.1直徑6（"im的石英顆粒，密度為2600kg：ml求在常壓卜,其在20CI內(nèi)水中和20C時(shí)空氣中的沉降速度（已知該條件下，水的密度為998.2kg/m\

黏度為1.005xlO-3Pas；空氣為密度為1.205kg/m*豺度為l.8lxl（）5pas）。

（I）在水中

假設(shè)顆粒口勺沉降處在層流區(qū)，由式（）得:

(26(X)-998.2)x9.81x160x10^):

(必-p)gdj

=3.13x103播

13〃18x1.005x10人

d,,u,p60X10-6X3.13X10-3X998.2.

檢查:''=--------------------------：------------=0A.186<2

〃1.005x10-3

位于在層流區(qū)，與假設(shè)相符，計(jì)兌對(duì)的。

（2）在空氣中應(yīng)用K判據(jù)法.得

d；gp"p-p)(60X10-6yX981x1.205x2600