環(huán)境工程原理知識點總結

第II篇思考題

第一章緒論1。環(huán)境工程學"的主要研究對象是什么？去除水中的溶解性有機污染物有哪些可能的方法？它們的技術原理是什么？簡述土壤污染治理的技術體系。簡述廢物資源化的技術體系。5。闡述環(huán)境凈化與污染控制技術原理體系。一般情況下,污染物處理工程的核心任務是：利用隔離、分離和（或）轉化技術原理，通過工程手段（利用各類裝置），實現(xiàn)污染物的高效、快速去除。試根據環(huán)境凈化與污染防治技術的基本原理闡述實現(xiàn)污染物高效、快速去除的基本技術路線.第二章質量衡算與能量衡算第一節(jié)常用物理量什么是換算因數(shù)？英尺和米的換算因素是多少？什么是量綱和無量綱準數(shù)？單位和量綱的區(qū)別是什么？質量分數(shù)和質量比的區(qū)別和關系如何?試舉出質量比的應用實例。大氣污染控制工程中經常用體積分數(shù)表示污染物的濃度，試說明該單位的優(yōu)點,并闡述與質量濃度的關系。平均速度的涵義是什么？用管道輸送水和空氣時，較為經濟的流速范圍為多少？第二節(jié)質量衡算進行質量衡算的三個要素是什么？簡述穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)和非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的特征。質量衡算的基本關系是什么？以全部組分為對象進行質量衡算時，衡算方程具有什么特征？對存在一級反應過程的系統(tǒng)進行質量衡算時,物質的轉化速率如何表示？第三節(jié)能量衡算物質的總能量由哪幾部分組成？系統(tǒng)內部能量的變化與環(huán)境的關系如何？什么是封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)？簡述熱量衡算方程的涵義.對于不對外做功的封閉系統(tǒng)，其內部能量的變化如何表現(xiàn)？對于不對外做功的開放系統(tǒng)，系統(tǒng)能量能量變化率可如何表示？第三章流體流動第一節(jié)管流系統(tǒng)的衡算方程用圓管道輸送水，流量增加1倍，若流速不變或管徑不變，則管徑或流速如何變化?當布水孔板的開孔率為30%時，流過布水孔的流速增加多少？拓展的伯努利方程表明管路中各種機械能變化和外界能量之間的關系，試簡述這種關系，并說明該方程的適用條件。在管流系統(tǒng)中，機械能的損耗轉變?yōu)槭裁葱问降哪芰?其宏觀的表現(xiàn)形式是什么？對于實際流體，流動過程中若無外功加入，則流體將向哪個方向流動？如何確定流體輸送管路系統(tǒng)所需要的輸送機械的功率？第二節(jié)流體流動的內摩擦力簡述層流和湍流的流態(tài)特征.什么是“內摩擦力"?簡述不同流態(tài)流體中“內摩擦力”的產生機理.流體流動時產生阻力的根本原因是什么？什么情況下可用牛頓黏性定律計算剪切應力？牛頓型流體有哪些？簡述溫度和壓力對液體和氣體黏度的影響.第三節(jié)邊界層理論什么是流動邊界層？邊界層理論的要點是什么？簡述湍流邊界層內的流態(tài)，以及流速分布和阻力特征.邊界層厚度是如何定義的?簡述影響平壁邊界層厚度的因素，并比較下列幾組介質沿平壁面流動時，哪個邊界層厚度較大：污水和污泥；水和油；流速大和流速小的同種流體。為什么管道進口段附近的摩擦系數(shù)最大？簡述邊界層分離的條件和過程。當逆壓梯度相同時，層流邊界層和湍流邊界層分離點的相對位置如何?請解釋其原因.第四節(jié)流體流動的阻力損失簡述運動中的物體受到阻力的原因。流線型物體運動時是否存在形體阻力？簡述流態(tài)對流動阻力的影響。分析物體表面的粗糙度對流動阻力的影響，舉應用實例說明。不可壓縮流體在水平直管中穩(wěn)態(tài)流動，試分析以下情況下，管內壓力差如何變化：(1)管徑增加一倍；流量增加一倍;管長增加一倍。試比較圓管中層流和湍流流動的速度分布特征。試分析圓管湍流流動的雷諾數(shù)和管道相對粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。第五節(jié)管路計算管路設計中選擇流速通常需要考慮哪些因素？簡單管路具有哪些特點？分支管路具有哪些特點？并聯(lián)管路具有哪些特點？分析管路系統(tǒng)中某一局部阻力變化時，其上下游流量和壓力的變化。第六節(jié)流體測量簡述測速管的工作原理和使用時的注意事項。分析孔板流量計和文丘里流量計的相同點和不同點。使用轉子流量計時讀數(shù)為什么需要換算？測定氣體的流量計能否用來測量液體？簡述轉子流量計的安裝要求。第四章熱量傳遞第一節(jié)熱量傳遞的方式什么是熱傳導？什么是對流傳熱?分別舉出一個強制對流傳熱和自然對流傳熱的實例。簡述輻射傳熱的過程及其特點試分析在居室內人體所發(fā)生的傳熱過程,設室內空氣處于流動狀態(tài).若冬季和夏季的室溫均為18°C,人對冷暖的感覺是否相同?在哪種情況下覺得更暖和？為什么？第二節(jié)熱傳導簡述傅立葉定律的意義和適用條件.分析導溫系數(shù)和導熱系數(shù)的涵義及影響因素。為什么多孔材料具有保溫性能？保溫材料為什么需要防潮？當平壁面的導熱系數(shù)隨溫度變化時，若分別按變量和平均導熱系數(shù)計算，導熱熱通量和平壁內的溫度分布有何差異。若采用兩種導熱系數(shù)不同的材料為管道保溫，試分析應如何布置效果最好。第三節(jié)對流傳熱簡述影響對流傳熱的因素。簡述對流傳熱的機理、傳熱阻力的分布及強化傳熱的措施。為什么流體層流流動時其傳熱過程較靜止時增強？傳熱邊界層的范圍如何確定？試分析傳熱邊界層與流動邊界層的關系。試分析影響對流傳熱系數(shù)的因素。分析圓直管內湍流流動的對流傳熱系數(shù)與流量和管徑的關系，若要提高對流傳熱系數(shù)，采取哪種措施最有效？流體由直管流入短管和彎管，其對流傳熱系數(shù)將如何變化?為什么？什么情況下保溫層厚度增加反而會使熱損失加大？保溫層的臨界直徑由什么決定？間壁傳熱熱阻包括哪幾部分?若冷熱流體分別為氣體和液體，要強化換熱過程，需在哪一側采取措施？什么是傳熱效率和傳熱單元數(shù)？第四節(jié)輻射傳熱1.分析熱輻射對固體、液體和氣體的作用特點.比較黑體和灰體的特性及其輻射能力的差異。溫度對熱輻射和輻射傳熱的影響。分析物體輻射能力和吸收能力的關系。簡述氣體發(fā)射和吸收輻射能的特征，分析溫室效應產生的機理。第五節(jié)換熱器簡述換熱器的類型。什么是間壁式換熱器，主要包括哪幾種類型？列管式換熱器式最常用的換熱器，說明什么是管程、殼程，并分析當氣體和液體換熱時，氣體宜通入哪一側?簡述增加傳熱面積的方法.試分析提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)的途徑.第五章質量傳遞第一節(jié)環(huán)境工程中的傳質工程簡述環(huán)境工程中常見的傳質過程及其應用領域？第二節(jié)質量傳遞的基本原理什么是分子擴散和渦流擴散？簡述費克定律的物理意義和適用條件.簡述溫度、壓力對氣體和液體分子擴散系數(shù)的影響。對于雙組分氣體物系，當總壓和溫度提高1倍時，分子擴散系數(shù)將如何變化？分析湍流流動中組分的傳質機理。第三節(jié)分子傳質什么是總體流動？分析總體流動和分子擴散的關系。在雙組分混合氣體的單向分子擴散中，組分A的宏觀運動速度和擴散速度的關系？單向擴散中擴散組分總擴散通量的構成及表達式。簡述漂移因子的涵義。分析雙組分混合氣體中，當Nb=0、Nb=—Na及Nb=—2Na時，總體流動對組分傳質速率的影響。第四節(jié)對流傳質簡述對流傳質的機理和傳質阻力的分布。傳質邊界層的范圍如何確定？試分析傳質邊界層與流動邊界層的關系。為什么流體層流流動時其傳質速率較靜止時增大？虛擬膜層的涵義是什么？試比較對流傳質速率方程和費克定律的異同。比較對流傳熱和對流傳質的區(qū)別。為什么對流傳質存在兩種情況？簡述影響對流傳質速率的因素和強化傳質的措施。第六章沉降第一節(jié)沉降分離的基本概念1。簡述沉降分離的原理、類型和各類型的主要特征。2。簡要說明環(huán)境工程領域涉及哪些沉降分離的過程，并說明其沉降類型和作用力。3。顆粒的幾何特性如何影響顆粒在流體中受到的阻力？4。不同流態(tài)區(qū)，顆粒受到的流體阻力不同的原因是什么？5。顆粒和流體的哪些性質會影響到顆粒所受到的流體阻力，怎么影響？第二節(jié)重力沉降1。簡要分析顆粒在重力沉降過程中的受力情況。2。層流區(qū)顆粒的重力沉降速度主要受哪些因素影響？3。影響層流區(qū)和紊流區(qū)顆粒沉降速度的因素有何不同，原因何在？4。流體溫度對顆粒沉降的主要影響是什么？5。列出你所知道的環(huán)境工程領域的重力沉降過程。分析說明決定重力沉降室除塵能力的主要因素是什么?7。通過重力沉降過程可以測定顆粒和流體的哪些物性參數(shù)，請你設計一些的測定方法.第三節(jié)離心沉降1。簡要分析顆粒在離心沉降過程中的受力情況。2。比較離心沉降和重力沉降的主要區(qū)別.3。同一顆粒的重力沉降和離心沉降速度的關系怎樣？4。簡要說明旋風分離器的主要分離性能指標.5。標準旋風分離器各部位尺寸關系是什么？6。旋風分離器和旋流分離器特點有何不同？7。離心沉降機和旋流分離器的主要區(qū)別是什么。8。在環(huán)境工程領域有哪些離心沉降過程。第四節(jié)其它沉降1。電沉降過程中顆粒受力情況如何，沉降速度與哪些因素有關。2。簡述電除塵器的組成和原理.3。電除塵器的優(yōu)點是什么.4。慣性沉降的作用原理是什么，主要受哪些因素的影響。5。慣性沉降應用的優(yōu)缺點是什么.6。環(huán)境工程領域有哪些電除塵和慣性除塵過程。第七章過濾第一節(jié)過濾操作的基本概念過濾過程在環(huán)境工程領域有哪些應用。環(huán)境工程領域中的過濾過程，使用的過濾介質主要有哪些？過濾的主要類型有哪些？表面過濾和深層過濾得主要區(qū)別是什么？第二節(jié)表面過濾的基本理論1。表面過濾得過濾阻力由哪些部分組成？2。表面過濾速度與推動力和阻力的關系，如何表示？3。過濾常數(shù)與哪些因素有關？4。恒壓過濾和恒速過濾的主要區(qū)別是什么？5。如何通過實驗測定過濾常數(shù)、過濾介質的比當量過濾體積和壓縮指數(shù)？6。洗滌過程和過濾過程有什么關系?7。間歇式過濾機和連續(xù)式過濾機的相同點和不同點是什么?第三節(jié)深層過濾的基本理論1。混合顆粒和顆粒床層有哪些主要的幾何特性？.2?；旌项w粒的平均粒徑和顆粒床層的當量直徑如何定義？3。流體通過顆粒床層的實際流速與哪些因素有關，與空床流速是什么關系？4。深層過濾速度與推動力和阻力的關系，如何表示？5。懸浮顆粒在床層中的運動包括哪些主要行為？6。流體在深層過濾中的水頭損失如何變化，主要存在哪些變化情況？7。如何防止濾料表層的堵塞，為什么？第八章吸收第一節(jié)吸收的基本概念1。簡述吸收的基本原理和過程。吸收的主要類型是什么？環(huán)境工程領域有哪些吸收過程。4。環(huán)境工程領域吸收的特點是什么？第二節(jié)物理吸收1。亨利定律有哪些表達形式，意義如何？2。如何通過平衡曲線判斷傳質方向，其物理意義何在？3。舉例說明如何改變平衡條件來實現(xiàn)傳質極限的改變。4。吸收過程的基本步驟是什么？5。雙膜理論的基本論點是什么？6。吸收速率與傳質推動力和傳質阻力的關系，有哪些表達形式？7。吸收的傳質阻力有哪幾個部分組成，如何表示，關系如何？8。簡要說明氣體性質對傳質阻力的不同影響，并舉例說明。第三節(jié)化學吸收1?；瘜W吸收與物理吸收的主要區(qū)別是什么？2?；瘜W反應對吸收過程有哪些影響？3。如何聯(lián)系化學吸收的氣液平衡和反應平衡？4。如何解釋化學吸收中傳質速率的增加？5?；瘜W反應速率的不同如何影響化學吸收?化學吸收的適用范圍是什么？第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算1。吸收塔兩相流動的方式各有什么優(yōu)缺點？2。板式塔和填料塔的主要區(qū)別是什么？3。畫圖說明并流和逆流操作線和平衡線的不同。4。最小吸收劑如何確定，吸收劑用量選擇遵循什么原則？5。總體積傳質系數(shù)的物理意義是什么？6。傳質單元的意義是什么，傳質單元數(shù)和傳質單元高度與哪些因素有關.7。吸收過程計算的基本關系式有哪些？第九章吸附第一節(jié)吸附分離操作的基本概念吸附分離的基本原理。簡要說明吸附根據不同的分類方法可以分為哪些類型。吸附在環(huán)境工程領域有哪些應用，舉例說明。第二節(jié)吸附劑1。常用的吸附劑有哪些？2。吸附劑的主要特性是什么？3。簡述一下幾種吸附劑的制備、結構和應用特性:活性炭、活性炭纖維、炭分子篩、硅膠、活性氧化鋁和沸石分子篩。第三節(jié)吸附平衡1。環(huán)境條件如何影響吸附平衡？2。Freundlich方程的形式和適用范圍。3。Langmuir方程的基本假設是什么？4。Langmuir方程的形式和適用范圍。5。BET方程的物理意義是什么？6。如何表示吸附劑對不同吸附質的選擇性？7。簡要說明液體吸附的吸附等溫式形式和適用范圍。第四節(jié)吸附動力學1。吸附過程的基本步驟是什么？吸附過程可能的控制步驟是什么？第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線1。常見的吸附分離設備和操作方式有哪些？接觸過濾吸附中，單級吸附、多級吸附和多級逆流吸附的平衡線和操作線關系如何，畫示意圖說明。接觸過濾多級逆流吸附最小吸附劑如何確定，畫示意圖說明.固定床吸附中，床層可以分為幾個區(qū)域，各區(qū)域的特點是什么？5。簡述固定床吸附從開始到完全失去吸附能力的變化過程.6。畫出穿透曲線的示意圖，并在圖中標出穿透點、終點、剩余吸附量和飽和吸附量。第十章其他分離過程第一節(jié)離子交換1。影響離子交換樹脂選擇性的因素有哪些？2。離子交換反應有哪些主要類型？3。離子交換過程的主要步驟是什么，可能的控制步驟是什么？4。如何判斷離子交換速度的控制步驟？5。離子交換速度的影響因素有哪些？第二節(jié)萃取萃取分離的原理和特點是什么？2。萃取分離在環(huán)境工程領域有哪些應用。3。說明三角形相圖中各區(qū)域點的意義。三角形相圖中如果包含溶解度曲線和聯(lián)結線,說明各區(qū)域點的意義（稀釋劑和萃取劑完全不互溶）？三角形相圖中包含溶解度曲線，說明哪些區(qū)域是均相，哪些是多相,相的組成如何（稀釋劑和萃取劑完全不互溶）？萃取劑的選擇原則是什么？7。畫圖說明單級萃取、多級錯流萃取和多級逆流萃取分配曲線和操作線的不同關系？8。萃取劑用量的確定有哪些考慮？第三節(jié)膜分離簡述膜分離過程的類型和特點。2。膜組件有哪些主要形式？3。決定膜分離滲透性的主要因素有哪些？膜分離的選擇性可以用哪些參數(shù)表示？多孔模型和溶解-擴散模型的基本假設是什么，分別涉及到哪些膜和物性參數(shù)？滲透現(xiàn)象是如何發(fā)生的，實現(xiàn)反滲透的條件是什么？7。反滲透和納濾機理有哪些基本理論？8。濃差極化現(xiàn)象是如何發(fā)生的，對膜分離過程有何影響？9。說明凝膠層的形成過程以及對膜分離的影響。10。說明電滲析中濃差極化的形成過程以及極限電流密度的出現(xiàn)和影響。第十一章反應動力學基礎第一節(jié)反應器和反應操作反應器的一般特性主要指哪幾個方面？反應器研究開發(fā)的主要任務是什么？3。什么是間歇操作、連續(xù)操作和半連續(xù)操作？它們一般各有哪些主要特點？什么是空間時間和空間速度？它們所表達的物理意義分別是什么？一般情況下，反應器內的流體流動狀態(tài)會對反應結果產生影響，為什么？根據反應物料的流動與混和狀態(tài)，反應器可分為哪些類型。反應器設計的基本內容包括哪幾個方面?它通常使用哪幾類基本方程？第二節(jié)反應的計量關系什么是膨脹因子？膨脹因子為1的反應體系，反應后系統(tǒng)的物質的量將如何變化？若是膨脹因子為0。5的反應體系，則如何變化？什么是簡單反應和復雜反應？可逆反應屬于哪一類反應？為什么？什么是均相內反應和界面反應？對于連續(xù)反應器，某一關鍵組分的轉化率的一般定義是什么？對于實際規(guī)模的化學反應器，影響某一關鍵組分的轉化率的主要因素是什么？第三節(jié)反應動力學若將反應速率的定義寫成一rA=—dCA/dt，該定義式成立的條件是什么?說明理由。氣一固相反應的反應速率有哪幾種表達方式？氣一液相反應哪？什么是反應級數(shù)?它的大小能否反映反應速率的大小?為什么？對于某一化學反應，它的速率常數(shù)是否與反應物的濃度有關？催化劑能否改變速率常數(shù)的大??？零級不可逆單一反應有哪些主要特點？一級不可逆單一反應有哪些主要特點？二級不可逆單一反應有哪些主要特點？對于可逆單一反應，反應物的濃度能減少到零嗎？為什么？在平行反應中，什么是主反應？什么是副反應和副產物？(9)對于串聯(lián)反應，其中間產物的濃度隨反應時間如何變化？在實際操作中能否將中間產物的濃度控制到最大值?如何控制？第十二章反應動力學的解析方法第一節(jié)動力學實驗及實驗數(shù)據的解析方法動力學實驗的主要目的有哪些？用槽式反應器進行動力學實驗有哪些優(yōu)點？對反應器進行物料衡算時，一般應注意哪些問題？對于全混流槽式反應器和推流式反應器，分別如何選擇物料衡算單元，為什么？第二節(jié)間歇反應器的解析在環(huán)境工程研究中，進行液相反應速率方程的實驗測定時，常采用間歇反應器，為什么？簡述利用間歇反應器進行動力學實驗的一般步驟。試用流程圖表達間歇動力學實驗數(shù)據的積分解析法.試用流程圖表達間歇動力學實驗數(shù)據的微分解析法。如何利用半衰期確定反應級數(shù)？第三節(jié)連續(xù)反應器的解析在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，槽式連續(xù)反應器內的組分組成和轉化率隨時間變化嗎？為什么？試用流程圖表達利用槽式連續(xù)反應器進行動力學實驗的一般步驟。試用流程圖表達利用積分平推流反應器進行動力學實驗的一般步驟.試用流程圖表達利用微分反應器進行動力學實驗的一般步驟。什么是積分反應器和微分反應器？它們用于動力學實驗時，各有什么特點？第十三章均相化學反應器第一節(jié)間歇與半間歇反應器對于一個實際規(guī)模的均相連續(xù)反應器，影響反應物轉化率的主要因素有哪些？間歇反應器的一般操作方式是什么？你能舉出哪些間歇反應器的例子？半間歇反應器有哪幾種操作方式？半間歇反應器與間歇反應器相比有哪些異同點？對于半間歇反應器，轉化率是如何定義的？第二節(jié)完全混合流反應器全混流連續(xù)反應器的一般操作方式是什么？你能舉出哪些間歇反應器的例子？與間歇反應器相比，對于同一反應，在同樣的反應條件下，達到同樣的轉化率，所需全混流連續(xù)反應器的體積有何不同？為什么？對于一簡單不可逆反應，在反應器總有效體積和反應條件不變的條件下，隨著全混流反應器的級數(shù)的增加，反應物的轉化率如何變化？為什么？轉化率的極限值是什么？簡述多級全混流反應器的解析計算法。簡述多級全混流反應器的圖解計算法。第三節(jié)平推流反應器對于一個實際規(guī)模的反應器，在什么條件下可視為平推流反應器？對于不可逆液相反應，利用間歇反應器和理想平推流反應器進行反應操作時的基本方程有何異同？簡要分析其理由.與間歇反應器相比，對于同一反應，在同樣的反應條件下，達到同樣的轉化率，所需平推流反應器的體積相同,如何解釋這種現(xiàn)象？循環(huán)反應器有哪幾種典型的操作方式？對于在平推流反應內進行的不可逆液相反應，如果將出口處的反應物料器一部分返回到反應器,反應物的轉化率將如何變化？如何解釋這種變化？第十四章非均相化學反應器第一節(jié)固相催化反應器催化反應有哪些基本特征？固體催化劑的一般組成是什么？載體在固體催化劑中起什么作用？固相催化反應過程一般可概括為哪些步驟？固相催化反應有哪些基本特點？固相催化反應的本征動力學過程包括哪些步驟？在進行本征動力學速率方程的實驗測定中，如何消除外擴散和內擴散的影響?分別如何確定實驗條件？催化劑有效系數(shù)的基本定義什么？它有哪些用途？催化西勒（Thiele）模數(shù)的物理意義是什么？具體說明西勒（Thiele）模數(shù)的大小如何影響催化劑的有效系數(shù)？簡述影響球形催化劑有效系數(shù)的主要因素及其產生的影響。什么是流化床反應器?與固定床反應器相比，它有哪些優(yōu)缺點？第二節(jié)氣液相反應器氣一液相反應過程一般可概括為哪些步驟?氣一液相反應的本征反應速率方程是什么涵義?氣一液相瞬間反應的基本特點是什么？氣一液相瞬間反應的增強系數(shù)有何物理意義？什么是界面反應？氣一液相快速反應的基本特點是什么？根據氣一液相擬一級快速反應的宏觀速率方程，簡述提高反應速率的措施。什么是八田數(shù)？它有何物理意義？氣一液相擬一級快速反應的增強系數(shù)具有什么物理意義？氣一液慢速反應的基本特點是什么？氣液相反應的宏觀速率方程根據本征反應速率的快慢有不同的表達形式，為什么？第十五章微生物反應器第一節(jié)微生物與微生物反應為什么說微生物反應類似于化學反應中的自催化反應？微生物反應一般可分為哪幾類反應？微生物反應中的基質有哪些作用？微生物反應的產物有哪幾類？有機物的微生物分解反應中產生的能量有哪些用途？第二節(jié)微生物反應的計量關系什么是計量學限制性基質？什么是生長速率限制性基質？細胞產率系數(shù)有哪些用途？細胞產率系數(shù)有哪幾種?它們取值范圍各是什么？什么是有效電子?如何計算？什么是代謝產物的產率系數(shù)？第三節(jié)微生物反應動力學什么是微生物的比生長速率？Monod方程中的最大比生長速率和飽和系數(shù)各表達什么意義？與富營養(yǎng)細胞相比,貧營養(yǎng)細胞的飽和系數(shù)有何特點？基質消耗速率方程中的維持系數(shù)有什么物理意義？影響以微生物膜表面積為基準的基質消耗速率的主要因素（主要指與微生物膜和基質本身特性有直接關系的主要因素，不包括溫度、pH等環(huán)境條件）有哪些?試比較固體催化劑的有效系數(shù)與微生物膜的有效系數(shù)的定義有何不同？第四節(jié)微生物反應器的操作與設計微生物的間歇培養(yǎng)生長曲線可分為哪幾個階段?什么是最大收獲量？微生物的半連續(xù)培養(yǎng)的操作方式有何特點？在微生物的半連續(xù)培養(yǎng)中，反應器內基質濃度會出現(xiàn)先增加后減少的現(xiàn)象。為什么出現(xiàn)這種現(xiàn)象?什么是稀釋率？微生物的連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)（沒有細胞循環(huán)系統(tǒng)）中，稀釋率的最大值是什么？在微生物的連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)中，能否控制微生物的比生長速率?如何實現(xiàn)？什么是微生物連續(xù)培養(yǎng)中的“洗脫現(xiàn)象叩為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？細胞循環(huán)反應器可以在大于微生物比生長速率的條件下穩(wěn)定運行，為什么？第III篇綜合練習題一、環(huán)境工程原理基礎1簡答題寫出下列物理量的量綱粘度U；(2)擴散系數(shù)D。答：(1)粘度P的量綱：擴散系數(shù)D的量綱：簡述等分子反向擴散和單向擴散過程及傳質通量的區(qū)別。答：單向擴散時存在流體的總體流動，因此擴散組分的傳質通量增加。邊界層分離的條件是什么？層流邊界層和湍流邊界層哪個更容易發(fā)生邊界層分離？為什么？答：粘性作用和存在逆壓梯度是流動分離的兩個必要條件層流邊界層更容易發(fā)生分離。原因:層流邊界層中近壁處速度隨y的增長緩慢,逆壓梯度更容易阻滯靠近壁面的低速流體質點。水在圓形直管中呈層流流動。若流量不變，說明在下列情況下，摩擦阻力的變化情況：(1)管長增加一倍；(2)管徑增加一倍。答：層流時：管長增加一倍時，阻力損失增加一倍；管徑增加一倍時，阻力損失減小為原來的1/16.試寫出幾種主要的強化間壁式換熱器傳熱效果的具體措施.答：根據傳熱基本方程，可通過增加傳熱面積、增大傳熱系數(shù)和推動力來強化傳熱。具體措施包括：(1)采用小直徑管、異形表面、加裝翅片等；(2)改變兩側流體相互流向，提高蒸汽的壓強可以提高蒸汽的溫度，增加管殼式換熱器的殼程數(shù)；(3)提高流體的速度，增強流體的擾動，采用短管換熱器，防止結垢和及時清除污垢等。網球的粗糙表面有利于減少運動阻力，試解釋原因。答：運動阻力包括摩擦阻力和形體阻力.由于球面面積較小，網球運動速度較快，形體阻力占主要地位。表面粗糙可以使邊界層湍流化，使邊界層分離點后移，減少形體阻力,從而減少運動阻力。水在光滑圓形直管中流動,分析以下情況下因摩擦阻力而產生的壓降的變化情況：水在管中呈層流流動，流量不變，管長增加一倍或管徑增加一倍；答：壓降(1)水作湍流流動,管長及管徑不變，流量增加一倍答：壓降(1)層流時，，管長增加一倍時，壓降增加一倍;管徑增加一倍時，壓降減小為原來的1/16。

(2)湍流時，，流量增加一倍時，壓降增加，為原來的5.19(或2(2+1/4(2)某熱水管道采用兩種導熱系數(shù)不同的保溫材料進行保溫，若保溫材料厚度相同，為了達到較好的保溫效果，應將哪種材料放在內層,試解釋原因.答：應將導熱系數(shù)小的材料放在內層。證明過程：設當在內層，有當在內層，有為比較的大小，將上兩式相除，可得，因此應將放在內層。轉子流量計在安裝和使用中應注意什么？答：安裝轉子流量計時應注意：(1)轉子流量計必須垂直安裝，若傾斜度1度將造成0。8%的誤差.(2)轉子流量計必須安裝在垂直管路上，且流體流動的方向必須由下往上。使用時應注意:測量流體和環(huán)境條件是否與出廠時標定的相同，如不同，需對讀數(shù)進行校正10。流體在管內流動時,同時發(fā)生傳熱或傳質過程。當流速增加致使流態(tài)發(fā)生變化時，對流動和傳遞過程產生什么影響？當流體流過彎管時，與直管有什么不同？答:流動轉化為湍流后，流動阻力增加,傳熱或傳質阻力減少。流體流過彎管時，由于離心力的作用，擾動加劇，使阻力損失增加，傳遞系數(shù)增大，傳遞過程被強化.Aa。靜止CA0兒b。層流流或A0八5-1綜合練習矽1(11)圖答案見上圖.1設冬天室I內的溫度為觸室外溫度為，〉.在兩竺度保持不變的情況下，Aa。靜止CA0兒b。層流流或A0八5-1綜合練習矽1(11)圖答案見上圖.1設冬天室I內的溫度為觸室外溫度為，〉.在兩竺度保持不變的情況下，12。內空氣到室外大氣溫度分布示意圖。答：圖c.湍流流動CA0AO情況下從室試繪制(1)室外平靜無風，不考慮輻射傳熱；室外冷空氣以一定流速流過磚墻表面；除了室外刮風外，還考慮磚墻與四周環(huán)境的輻射傳熱.力增加，流動阻力增加；邊界層厚度減少，而傳質阻力主要集中在邊界層，湍流加大了液體的對流，濃度梯度增大，傳質阻力減少.室內T1室外t2室內T1室外T2室內T1流體沿平壁面流動時，同時發(fā)生隹質過程。當流速增加致使流動狀態(tài)由層流變?yōu)橥膟室外T室內T1室外t2室內T1室外T2室內T1流體沿平壁面流動時，同時發(fā)生隹質過程。當流速增加致使流動狀態(tài)由層流變?yōu)橥膟室外T2充時，試分析流動邊界層厚度的變化，以及對流動阻力和傳質生的影響.答：邊界層厚度與流速有關，流速增加，邊界層厚少。流動由層流變成湍流，速度梯度，摩擦流體沿壁面流動時，有時會出現(xiàn)邊界層分離的現(xiàn)象。試論述（1）邊界層分離的條件；（2）流動狀態(tài)對邊界層分離和流動阻力的影響。答:（1）邊界層分離的條件：流體具有粘滯性,產生逆壓梯度，將靠近界面的慢流體的速度阻滯為零，即可發(fā)生邊界層分離。（2）層流邊界層速度變化較湍流小，慢速流體更容易被阻滯。所以，湍流邊界層分離比層流延后.由于湍流邊界層分離延后，分離點下移，尾流區(qū)較小，所以其形體阻力小。有一個套管換熱器，內管外側裝有翅片，用水冷卻空氣，空氣和水各應走哪里（管內和殼間）？試解釋原因。答:裝有翅片的目的一方面是為了加大接觸面積；另一方面是為了破壞邊界層形成以提高對流傳熱系數(shù).由總傳熱速率方程可以看到：要提高傳熱器的傳熱效果，應當提高限制步驟的傳熱效果.因此，在用水冷卻空氣的換熱過程中，空氣對流傳熱慢，是制約因素。所以，翅片應放在空氣一側，即空氣走殼間，水走管內。燃燒廢氣中含有SO2,欲采用吸收法去除.根據你所學的知識，分析提高去除效率的方法。答：吸收法可近似認為單向擴散，。由上式可知，為了提高吸收效率，可以增加SO2的濃度（濃縮尾氣），換用高效的吸收液（堿液等）；同時即使更換新的吸收液；增大吸收液與SO2的接觸面積（霧狀噴淋）；適當增加溫度和壓強，以加快堿液對SO2的吸收速率。1.2某城市生活污水采用完全混合曝氣法處理，水量為3x104m3/d，BOD5濃度為200mg/L，要求穩(wěn)態(tài)運行時，出水BOD5濃度達到一級排放標準，即30mg/L，曝氣池中有機物的降解遵循一級反應，反應速率為（反應速率常數(shù)0.1d-1）.（1）確定曝氣池的有效容積；（2）若曝氣池中污泥濃度為2000mg/L，回流污泥濃度為4000mg/L，求沉淀池的污泥回流比R。解：（1）以曝氣池和沉淀池為衡算系統(tǒng)，以BOD5為衡算對象，由物料衡算方程得：系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行，=0；代入相應數(shù)值得：曝氣池沉淀池衡算1.3一直徑為2m的貯槽中裝有質量分數(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)。|1假定擴散通過一層厚度為5mm的靜止空氣層。在101KN/m2、20°C下，氨的分子擴散系數(shù)為1.8x10-5m2/s，，氨在時的相平衡關系為。計算12小時中氨的揮發(fā)損失量。計算中不考慮氨水濃污泥變流，氨在時的相平衡關系為。解：氨在水中的摩爾分數(shù)為：由題中的相平衡關系算出氨在液面上的分壓=269X0.105=28.2KN/m2氨在空氣中的分壓為=0空氣的分壓：在水面上：在空氣中：空氣的對數(shù)平均分壓為：因此,氨在空氣中的擴散速率為：水槽的表面積為12小時氨的揮發(fā)損失量為：G=2。975X3。14X24=224.4kg/d1.4將水從貯水池輸送到處理構筑物中，原有一條管路,直徑為500mm.為增加輸水量，在該管旁增加一條新管,管徑為250mm。兩管均為水平敷設，長度相等，為1000m，流動處于阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0。02。當兩管的出水端單獨接入構筑物和合并后接入構筑物時，兩管中的流量比為多少？當兩管長度為10m時，流量比為多少？解：（1）管長為1000m時，阻力損失主要為沿程損失，局部損失可以忽略。兩管單獨接入構筑物或合并后接入構筑物時，兩管的水力損失應相等有：即：其中,==0.02；==1000m;：=500：250所以，（2）管長為10m時,沿程阻力損失和局部阻力損失均要考慮。當兩管單獨接入構筑物時，兩管的水力損失分別為：（注：以下兩式中刪除了分母中的g）大管：小管：兩管水力損失相等,故所以當兩管合并后接入構筑物時，忽略交匯點處水力損失:大管：小管：兩管水力損失相等，故所以1.5有一外徑為150mm的鋼管，為減少熱損失，今在管外包以兩層絕熱層.巳知兩種絕熱材料的熱傳導系數(shù)之比為1:2,兩種絕熱層厚度都為30mm.試比較兩種絕熱材料不同順序放置時的熱損失。設兩種情況下內外溫度不變.解：設兩種絕熱材料的導熱系數(shù)為：=1：2當導熱系數(shù)的材料放在內層時：（1）其中，將，代入式（1）得（注：式（2）和（4）最后一項的分母中增加了入］）（2）當導熱系數(shù)的材料放在內層時：（3）向式（3）代入，得（4）比較式（2）和（4）可以看到即把導熱系數(shù)較小的絕熱材料放在內層可以減少熱損失。1。6某一雙池塘系統(tǒng)如圖所示。上游流量為10x104m3/d，其中有機物濃度為20mg/L.第一個池塘的容積為5.0x104m3，第二個池塘的容積為3。0x104m3。有一股流量為1x104m3/d的污水進入第一個池塘，有機物濃度為120mg/L.有機物降解符合一級反應動力學，降解速率常數(shù)為0。30d-r。不考慮蒸發(fā)、滲漏或降雨等因素，假設每一個池塘都呈完全混合狀態(tài)，求穩(wěn)定狀態(tài)下每個池塘出水的有機物濃度。解：以第一個池塘為衡算系統(tǒng)，在穩(wěn)定狀態(tài)下，由物料衡算方程得：=25。6mg/L以第二個池塘為衡算系統(tǒng)，在穩(wěn)定狀態(tài)下，由物料衡算方程得：=23。7mg/L1。7現(xiàn)有一傳熱面積為3m2、由垂5x2。5mm的管子組成的列管式換熱器，擬用初溫為30°C的水將某液體由200C冷卻到100C，水走管內.巳知水和液體的定壓比熱容分別為4.18kJ/（kgo?K）和2.0kJ/Ckgo-K）,冷側和熱側的對流傳熱系數(shù)分別為2000W/（m2.K）和250W/（m2.K）。當水和液體的質量流量分別為1000kg/h和1200kg/h時，通過計算說明該換熱器是否滿足要求；若不滿足,可通過什么方法解決（定性分析）？（兩流體呈逆向流動，忽略管壁熱阻和污垢熱阻）解:用30°C的水將某液體由200°C冷卻到100°C時，由熱量衡算方程，有，故水的最終溫度為。C逆向傳熱時的平均溫差為C傳熱阻力為該換熱器在此時能夠傳遞的熱量為〈因此，該換熱器無法滿足要求。解決的方法:在無法改變水溫的情況下,增加水的流量，從而增大平均溫差；增加換熱器數(shù)量或換用換熱面積較大的換熱器；在換熱器內部安裝翅片,熱流體走管外，增大熱側對流傳熱系數(shù)，從而增大總傳熱系數(shù)，并增大傳熱面積。1o8將20C的水以30m3/h的流量從水池送至高位水箱，巳知水箱頂部壓強為0o05MPa（表壓），水箱水面與水池水面的高差為10m.輸水管內徑為80mm,長18m，管線局部阻力系數(shù)（閥全開時），摩擦系數(shù)，求所需泵的功率。巳知水的粘度為1x10-3Pa-s，密度為1x103kg/m3o解：輸水管中的水流流速輸水管局部阻力損失：摩擦系數(shù)：輸水管沿程阻力損失：所需泵的功率1o930C、100kPa下，在填料塔中用水吸收混合于空氣中的SO2.在塔內某一點上，氣相中SO2的濃度為y=0.09，液相中SO2的濃度為40.002,氣相傳質阻力認為集中在2mm厚的氣膜中。計算穩(wěn)定條件下在該點上SO2的傳質速率。巳知SO2在空氣中的分子擴散系數(shù)為5x10-5m2/s，30C時SO2水溶液的平衡關系為Y=26.5Xo解：液相中SO2的摩爾比為在穩(wěn)態(tài)條件下，氣相界面SO2的摩爾比為：YA，1=26o5XA,1=26°5X0.002=0o053氣相界面SO2的摩爾分數(shù)為氣相主體中SO2的濃度：0.09設*,1和*,2為惰性組分在2相界面和氣相主體間的摩爾分數(shù)，則所以1。10一根水平放置的蒸汽管道，其保溫層外徑為583mm，保溫層外表面的實測溫度為48°C，空氣溫度為22C。此時空氣與保溫層外表面的自然對流傳熱系數(shù)為3。43W/m2.K，保溫層外表面的黑度是0。9.試求此管道每米長度的總散熱量。（此時,輻射傳熱的角系數(shù)為1,總輻射系數(shù)為）解:對流傳熱：輻射傳熱：所以：1.11某熱水管道擬采用兩層保溫材料進行保溫，巳知兩種材料的導熱系數(shù)分別和，＞。若保溫材料厚度相同，為了達到較好的保溫效果，應將哪種材料放在內層，試通過計算式說明原因.解：當導熱系數(shù)為的材料在內層時,＞,〈，令=志=。當導熱系數(shù)為的材料在內層時,〉，＞，令=c，=a因為所以即為了達到較好的保溫效果，導熱系數(shù)為的材料應放在內層1.12純氣體A通過厚度為0.01m的氣膜從主體向催化劑表面擴散，在催化劑表面發(fā)生瞬時化學反應A（g）f2B（g），生成的B又反向擴散回來。巳知總壓力為1。013x105Pa，溫度為300K，擴散系數(shù)DAB為1。5x10-5m2/s。試求A的擴散速率。解:由因為所以：1.13一直徑為20mm的球形萘粒置于壓力為1。013x105Pa、溫度為318K的空氣中，巳知該溫度下萘的蒸汽壓為74Pa，萘在空氣中的擴散系數(shù)為6。9x10-6m2/s，萘的分子量為128，密度為1145kg/m3。試求以下兩種情況下，萘球全部升華所需要的時間。（1）萘粒置于大范圍靜止空氣中（注：在大范圍靜止空氣中的傳質阻力相當于通過厚度為球半徑的靜止空氣層的阻力）；（2）空氣以0。3m/s的速度流動,此時的平均對流傳質系數(shù)為6。4x10-3m/s。解：（1）設任一時刻萘球的半徑為r,有傳質速率方程，有又根據質量衡算，有即所以其中，邊界條件t=0，r=0。01;t=t,r=0積分得：(2)又所以二、分離過程原理2.1簡答題進口氣速不變，增大旋風分離器的直徑,對離心力有何影響？轉速不變，增大離心機轉鼓直徑，對離心力有何影響？參考答案：對旋風分離器，離心力,進口氣速不變，離心力與直徑成反比,所以增大直徑，離心力減小.對離心機，離心力，轉速不變，離心力與直徑成正比，所以增大直徑，離心力增加。在過濾過程中，濾餅層的可壓縮性通常用什么參數(shù)來表示？試分析說明濾餅層為不可壓縮和可壓縮兩種情況時,增加過濾壓差對過濾速度的影響。參考答案:通常用壓縮指數(shù)s來表示。由可知，增加過濾壓差，過濾速度都會增加,但是濾餅層不可壓縮時，過濾速度會增加得更快.試比較深層過濾和表面過濾的特點和差異.參考答案:從兩者的過濾介質、過濾過程、過濾機理和應用范圍加以比較..4。試說明反滲透膜材質是如何影響膜的截留率的？參考答案:，可見膜材料的選擇性滲透系數(shù)直接影響截留率.要實現(xiàn)高效分離，KW要盡可能大,虬要盡可能小，也就是膜材料必須對溶劑的親和力強，而對溶質的親和力弱。5。空氣中含有SO2和CH4兩種氣體，其分壓相同，試判斷哪種污染物更易被水吸收？為什么？參考答案：SO2更容易被水吸收.因為SO2在水中的溶解度系數(shù)更大,而且能夠跟水結合并進一步解離.6。采用活性炭吸附某含酚廢水，當采用單級吸附飽和后，將飽和后的活性炭填充到固定床中，從頂部通入同樣濃度的含酚廢水，問活性炭是否還能吸附酚？為什么？參考答案：還能吸附。因為單級吸附飽和后，所對應的平衡濃度較低，通入新的廢水后，液相濃度增加，活性碳又處于不飽和狀態(tài)，所以還會繼續(xù)吸附。2.2某水中含有顆粒直徑為0.2mm的懸浮液，顆粒所占的體積分率為0。1，在9。81X103Pa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，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。（水的粘度為1X10-3Pa?s）解：（1）首先計算形成濾餅的比阻濾餅的空隙率為0。6,顆粒的比表面積m2/m3，取比例系數(shù)，可得濾餅的比阻為：m—又假設每得到1m3濾液形成的濾餅體積為c,則根據水的物料衡算可得，得m3（濾餅）/m3（濾液）所以，恒壓過濾的過濾常數(shù)可計算為m2/s由恒壓過濾方程得s（2）若是時間延長一倍，則s由恒壓過濾方程所以m3所以延長一倍的時間，再得到的濾液量為m32.3在310kPa的操作壓力下，采用吸收法去除混合氣體中的組分A，巳知混合氣體中A的分壓為100kPa,吸收液中A的摩爾分數(shù)為0.003，以摩爾分數(shù)差為推動力的氣膜和液膜傳質系數(shù)分別為kmol/m2.s、kmol/m2-s，亨利系數(shù)E為1。067x104kPa，試求：（1）組分A的傳質速率；（2）分析傳質阻力，判斷是否適合采取化學吸收；（3）如果采用化學吸收，傳質速率提高多少。假設發(fā)生瞬時不可逆反應.解：（1）以氣相分壓差為推動力的氣膜傳質系數(shù)為kmol/kPa-m2-s以液相濃度差為推動力的液膜傳質系數(shù)為m/s溶解度系數(shù)kmol/kPa-m3所以以氣相分壓差為推動力的氣相總傳質系數(shù)為kmol/kPa-m2-s傳質推動力為kPa所以傳質速率為kmol/m2-s傳質阻力分析總傳質阻力(m2?s?kPa)/kmol其中氣膜傳質阻力為(m2?s?kPa)/kmol,占總阻力的0。2%液膜傳質阻力占總阻力99。8%,傳質過程為液膜控制，適合采用化學吸收。采用化學吸收時，忽略液相傳質阻力，且認為液相中A摩爾分數(shù)為0則此時傳質速率為kmol/m2-s比原傳質速率提高627倍2。4某活性炭吸附苯酚的吸附等溫試驗方程式為q=2。5C0.5，其中q為吸附容量(mg/g),C為吸附平衡溶質濃度(mg/L)。今有濃度為100mg/L、體積為200mL的苯酚溶液，問：(1)采用單級間歇操作進行處理，欲將溶液中的苯酚濃度降低到10mg/L，需要投加多少活性炭？(2)將經過單級操作的活性炭加入固定床中，持續(xù)吸附濃度為100mg/L的苯酚溶液,最多還可以吸附多少苯酚？(3)在固定床中吸附飽和的活性炭是否還可以繼續(xù)吸附？解:(1)單級吸附飽和時，活性炭吸附量為mg/g由質量衡算可得g所以需要2.28g活性炭(2)固定床中的活性炭達到吸附平衡時，對應的平衡濃度為100mg/L所以活性炭吸附量為mg/g所以mg，還可以吸附38。99mg苯酚(3)理論上，增加溶液中苯酚的平衡濃度，活性炭還可以繼續(xù)吸附苯酚，直到達到活性炭的飽和吸附量。2。5以甲苯為萃取劑，采用萃取法處理含A廢水.巳知待處理的廢水體積為10L，密度為1000kg/m3,廢水中的A濃度為1000mg/L，萃取劑量為2kg。如果要求萃取后廢水中A濃度達到1mg/L以下，問是否能達到要求？如果能達到,應采取什么樣的萃取方式?請通過計算說明.假設A的分配系數(shù)為10，并不隨溶液組成而變化.解:，要求達到的濃度為（1）采用單級萃取，達不到要求（2）采用多級錯流萃取設有n級，每級萃取劑用量2/n達不到要求。（3）米用多級逆流萃取多級逆流操作縣最大斜率為多級逆流的最小萃取劑用量為kg<2kg所以,理論上可以采用多級逆流萃取達到要求。2。6采用一半徑為r的旋流分離器分離某懸浮液，假設能完全分離的顆粒的臨界直徑為次。如果將旋流分離器的半徑減少為原來的1/2，而其他條件（如液體進口處切向速度、進口寬度和旋流分離器高度均不變），求此時顆粒的臨界直徑為多少？解:旋流分離器分離顆粒的臨界直徑可以表達為從這個式子可以看到，顆粒的臨界直徑與分離器半徑無關,所以改變半徑不會影響臨界直徑。2。7某水中含有顆粒直徑為0。2mm的懸浮液，顆粒所占的體積分率為0.1,在9.81X103Pa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，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。（水的粘度為1X10-3Pa?s）解：（1）首先計算形成濾餅的比阻濾餅的空隙率為0。6,顆粒的比表面積m2/m3,取比例系數(shù)，可得濾餅的比阻為：m—又假設每得到1m3濾液形成的濾餅體積為c，則根據水的物料衡算可得，得m3（濾餅）/m3（濾液）所以，恒壓過濾的過濾常數(shù)可計算為m2/s由恒壓過濾方程得s（2）若是時間延長一倍，則s由恒壓過濾方程所以m3所以延長一倍的時間，再得到的濾液量為m32。8采用吸收法去除某有害氣體，巳知氣液兩相的相平衡關系為y大=1。2x。采用逆流操作.假設進口處氣體中溶質摩爾分數(shù)為力=0。3,入塔吸收劑的溶質摩爾分數(shù)為揚=0.005，如果要求出口處氣體中溶質摩爾分數(shù)降低為y2=0。001，問能否達到要求?請說明理由。如果達不到，有辦法可使出口處氣體溶質摩爾分數(shù)達到要求嗎？解：不能達到要求。因為入塔吸收劑的摩爾分數(shù)為揚=0。005,與之平衡的氣相摩爾分數(shù)為可以通過改變條件，使平衡關系發(fā)生變化，減小平衡常數(shù)；或者降低入塔吸收劑溶質的摩爾分數(shù)。2。9某活性炭吸附苯酚的吸附等溫試驗方程式為q=2。5C0o5，其中q為吸附容量（mg/g）,C為吸附平衡溶質濃度（mg/L）.今有濃度為100mg/L、體積為200mL的苯酚溶液，問：（1）采用單級間歇操作進行處理，欲將溶液中的苯酚濃度降低到20mg/L，需要投加多少活性炭？（2）如果將在上一單級操作中飽和后的活性炭,再次全部投入到同樣體積和濃度的苯酚溶液中，問此次能否使溶液中的苯酚濃度再次降低到20mg/L?請用操作線定性說明。（3）重復（2）的操作直至活性炭不再吸附苯酚為止，求此時活性炭的飽和吸附量為多少？解：（1）由物料衡算，需要投加得活性碳的量為g（2）不能.圖略。（3）當活性碳不能吸附時，其飽和吸附量與處理液的初始濃度平衡所以mg/g2o10以三氯甲烷為萃取劑，采用萃取法處理含酚廢水。巳知待處理的含酚廢水體積為10L，密度為1000kg/m3，廢水中的酚濃度為100mg/L，萃取劑量為2kg.如果要求萃取后廢水中酚濃度達到15mg/L以下，問是否能達到要求？如果能達到，應采取什么樣的萃取方式？請通過計算說明。假設酚的分配系數(shù)為15,并不隨溶液組成而變化。解：1采用單級萃取，不能達到要求2采用二級錯流萃取，不能達到要求3米用三級錯流萃取，達到要求。2.11（1）采用超濾膜過濾含高濃度乳化油廢水，試分析隨著壓力的增加，膜通量將如何變化?(2)采用反滲透膜進行海水淡化，操作溫度為25OC,海水中NaCl質量分數(shù)為2.0%，如果操作壓力為1。2MPa，問是否能正常運行達到脫鹽目的？解：(1)膜通量可以表示為在此過濾過程中，初期，隨著壓力的增加，膜通量增大；由于容易形成凝膠層，所以凝膠層形成之后，再增大壓力，，凝膠層厚度也會增加，凝膠層阻力隨之增加，抵消了壓力增加對膜通量的貢獻，所以一旦凝膠層形成，膜通量就不會隨壓力增大而增加。(2)進料鹽濃度為mol/L所以滲透壓為MPa滲透壓大于操作壓力，所以不能正常脫鹽。2。12采用轉筒離心機分離懸濁液中的固體顆粒，巳知顆粒直徑為50Mm，顆粒密度為6600kg/m3，懸濁液密度為1000kg/m3，黏度為1。2X10—3Pa?s，轉筒尺寸為h=500mm，r1=50mm，r2=100mm，離心機轉速為250r/min.求離心機完全去除固體顆粒時的最大懸濁液處理量.如果改用直徑D與離心機相同的漩流分離器處理該懸濁液，假設進液口寬度B=D/4,液體在旋流分離器中的旋轉圈數(shù)為5,采用什么樣的操作條件，才能使漩流分離器的分離效率與離心機相同.解：(1)假設顆粒運動位于層流區(qū)，則顆粒的沉降時間為所以懸濁液的最小停留時間為1.56s最大處理量為m3/s檢驗：沉降速度雷諾數(shù)，假設真確。(2)在旋流分離器中分離相同的顆粒，需要的進口流速為m/s檢驗：，假設正確。2.13對某有害氣體采用吸收法處理，巳知氣液兩相的相平衡關系為y大=1。2x.假設氣體中溶質摩爾分數(shù)為0.3,吸收劑中的溶質摩爾分數(shù)為0。01，液氣比為2。采用逆流操作時，請畫出操作線和平衡線的關系示意圖。假設氣體出口處氣體中溶質摩爾分數(shù)為0.02，計算氣體進口和出口處的推動力。采用并流操作(氣體和吸收劑均從塔底部進入)時，請畫出操作線和平衡線的關系示意圖。

如果同樣要求氣體出口處氣體中溶質摩爾分數(shù)達到0002，問是否能夠達到要求?氣體中溶質摩爾分數(shù)最低能達到多少？(3)在上述并流操作條件下，如果要使氣體出口處氣體中溶質摩爾分數(shù)達到0o02,應如何調整操作參數(shù)?請通過計算說明.解：(1),,氣體出口處與液相平衡的氣相摩爾分數(shù)為所以推動力為氣體進口處液相摩爾分數(shù)為氣體出口處與液相平衡的氣相摩爾分數(shù)為所以推動力為并流操作，氣體出口最大為由物料衡算機平衡關系，可以求得,所以出口氣體最低為不能達到處理要求?？梢酝ㄟ^增加液氣比來實現(xiàn)，即將液氣比提高到58。4可以實現(xiàn)。2o14米用萃取法處理含酚廢水。巳知待處理的含酚廢水體積為10L,密度為1000kg/m3,廢水中的酚濃度為100mg/L，要求萃取后廢水中酚濃度達到15mg/L以下。假設酚的分配系數(shù)為15,并不隨溶液組成而變化。采用單級萃取時，問需要添加多少kg的萃取劑？將單級萃取后的萃取相與同樣體積和同樣濃度的含酚廢水再次接觸進行萃取操作，問廢水中的酚濃度可以降低到多少?并請畫出操作線和平衡線的關系示意圖。重復(2)的操作，求最終得到的萃取相中酚的最大濃度為多少？(25分)解：（1）單級萃取料液中B的量為kg根據物料衡算又因為所以需要的萃取劑為kg（2）再次萃取后，由物料衡算和平衡關系可得,濃度為3.7mg/L（3）重復操作,最終得到的萃取相中的濃度是與處理液濃度平衡的濃度所以，濃度為1500mg/L三、反應工程原理3.1簡答題1。簡述影響均相連續(xù)反應器內反應物的轉化率的主要因素。解:（1）反應器：反應器的操作方式（全混流、平推流等）、反應器有效容積；（2）反應：反應級數(shù)、反應速率常數(shù)；（3）操作條件：反應停留時間、進料濃度、溫度。2。西勒（Thiele）模數(shù)的物理意義是什么？具體說明西勒（Thiele）模數(shù)的大小如何影響催化劑的有效系數(shù)？解：物理意義是最大反應速率與最大內擴散速率的比值^S值越大，內擴散阻力越大，有效系數(shù)越?。?）0S<0.1—0o3時,n-1，此時擴散的影響可忽略不計。（2）①S>5—9時,n值小于0o1，且件1/孔。此時宏觀反應速率主要受擴散的影響。3o根據環(huán)境凈化與污染防治技術的基本原理，闡述實現(xiàn)污染物高效、快速去除的基本技術路線.解：原理體系：利用隔離、分離、轉化等技術原理，通過工程手段，實現(xiàn)污染物的高效、快速去除.技術路線：通過隔離/分離/轉化方式的優(yōu)選與組合，實現(xiàn)對污染物的高效（去除效率、能耗）、快速地去除.即通過對裝置的優(yōu)化設計以及對操作方式和操作條件的優(yōu)化，實現(xiàn)對介質的混合狀態(tài)和流體流態(tài)的優(yōu)化和對遷移（物質、能量）和反應速率的強化，從而實現(xiàn)對污染物的高效（去除效率、能耗）、快速去除.影響以微生物膜表面積為基準的基質消耗速率的主要因素（主要指與微生物膜和基質本身特性有直接關系的主要因素，不包括溫度、pH等環(huán)境條件）有哪些？解：根據公式其中所以，影響微生物膜反應速率（以表面積為基準）的因素為基質的特性:基質在微生物膜內的有效擴散系數(shù)R’p基質反應速率常數(shù)化s微生物膜特性:膜內的微生物濃度X，：微生物膜的厚度力微生物的膜內微生物種類表面的基質濃度5。簡要說明為什么氣液相反應的宏觀速率方程根據本征反應速率的快慢有不同的表達形式。解：氣液相反應過程是包括傳質和反應的多個步驟的綜合過程。宏觀反應速率控制步驟為傳質過程或反應過程，由本征反應速率和傳質速率快慢所決定.控制步驟不同，反應區(qū)域與濃度分布亦不同，反應速率方程和傳質形式發(fā)生改變，從而使宏觀速率方程具有不同的表達形式。6。試比較固體催化劑的有效系數(shù)與微生物膜的有效系數(shù)的定義有何不同？解：固相催化劑的有效系數(shù)3）,也稱效率因子：微生物膜的有效系數(shù)（nS）兩種定義中反應速率最大值或理想值的定義不同1.一般情況下，反應器內的流體流動狀態(tài)會對反應結果產生影響，為什么？解：反應過程和傳遞過程是反應工程的關鍵，而反應器內流體的流動狀態(tài)將直接影響反應過程和傳遞過程，即流動狀態(tài)不同，將使反應器內的濃度分布、溫度分布和流速分布的不同，可能造成反應器各流團"停留時間分布、組分分布和反應速率分布的不同，從而影響反應的結果。8。若將反應速率的定義寫成一rA=-dcA/dt，該定義式成立的條件是什么,并說明理由？解：成立的條件為恒容反應.根據反應速率的一般定義（%=%刃即對于恒容反應有所以反應速率的定義9。進行反應速率方程的實驗測定時，常采用間歇反應器，為什么？解：間歇反應器獲取數(shù)據較為方便（1）平推流反應器和全混流反應器需調節(jié)至穩(wěn)態(tài)，才可進行實驗測定，獲取數(shù)據;間歇反應器只需一次性將物料加入反應器,便可進行實驗測定。（2）平推流反應器和全混流反應器需進行多次實驗，改變時間T或進口濃度cA0,測定反應器出口濃度AUCA；間歇反應器只需進行一次實驗。氣液相反應的宏觀速率方程根據本征反應速率的快慢有不同的表達形式，為什么？解:氣液相反應過程是包括傳質和反應的多個步驟的綜合過程。宏觀反應速率控制步驟為傳質過程或反應過程，由本征反應速率和傳質速率快慢所決定?？刂撇襟E不同，反應區(qū)域與濃度分布亦不同，反應速率方程和傳質形式發(fā)生改變，從而使宏觀速率方程具有不同的表達形式。簡要闡述環(huán)境凈化與污染控制技術原理體系以及在實際工程中實現(xiàn)污染物高效、快速去除的基本技術路線。解：（1）原理體系：利用隔離、分離、轉化等技術原理，通過工程手段實現(xiàn)污染物的高效、快速去除。（2）技術路線：通過隔離/分離/轉化方式的優(yōu)選與組合,實現(xiàn)對污染物的高效（去除效率、能耗）、快速地去除。即通過對裝置的優(yōu)化設計以及對操作方式和操作條件的優(yōu)化，實現(xiàn)對介質的混合狀態(tài)和流體流態(tài)的優(yōu)化和對遷移（物質、能量）和反應速率的強化，從而實現(xiàn)對污染物的高效（去除效率、能耗）、快速去除。對于不可逆液相反應，利用間歇反應器和理想平推流反應器進行反應操作時的基本方程有何異同？簡要分析其理由。解:間歇反應器基本方程為平推流反應器的基本方程為異同:方程的基本形式相同，但間歇反應器為反應速率正比于轉化率隨時間的變化率，而平推流反應器為反應速率正比于轉化率隨空間的變化率.原因：平推流反應器可以看作一個微元在流動過程中進行間歇反應，其反應時間可用流動的距離或體積進行表示。即在空間上的平推流反應器與在時間上的間歇反應器.簡述影響球形催化劑有效系數(shù)的主要因素及其產生的影響。解:球形催化劑的效率系數(shù)的定義為西勒模數(shù)反映了反應過程受本征反應及內擴散的影響程度，與n大小有關根據可知n的主要影響因素有催化劑顆粒半徑R，擴散系數(shù)De，反應速率常數(shù)kV，催化劑表面反應物濃度cAS。R、kv、cAS、n越大，本征反應速率越大，則擴散過程對反應速率影響越大，n值越??；De越大,擴散速率越大，則本征反應對反應速率影響越大，n值越大。分析氣一液相快速反應的特點。根據氣一液相擬一級快速反應的宏觀速率方程，簡述提高反應速率的措施。解:特點為A與B之間的反應速率較快，反應發(fā)生在液膜內的某一區(qū)域中，在液相主體不存在A組分，也不發(fā)生A和B之間的反應。擬一級快速反應的宏觀反應速率方程其中，提高反應速率的措施：提高Hatta（八田）數(shù):可以通過提高B在液相主體的濃度cBL、A在液相中的擴散系數(shù)DLA.提高cAi：加大氣相中A的分壓提高kLA：改善傳質，即提高A在液相中的擴散系數(shù)Dla，減少液膜厚度＜[3。2在氣固相催化反應本征動力學實驗中，向一連續(xù)反應器內裝入質量為m1的催化劑（填充層高h1），保持溫度、壓力、進口物料組成不變，改變反應物A的進料摩爾流速qnA0，測定相應的反應率％，得到xA—m/qnA0曲線。在同一反應器內裝入質量為m2（填充層高度為h2）的催化劑,在同樣的溫度、壓力和進口物料組成的條件下得到另一條xA—m/qnA0曲線（見圖1）.簡要回答以下問題：（1）說明如何利用該實驗結果，確定消除外擴散影響的物料流速條件，并說明理由。（2）h1和h2的大小關系如何，為什么？（3）該實驗較宜使用積分反應器還是微分反應器?為什么？圖1不同填充層高度條件下轉化率與物料摩爾流速的關系曲線XA解：（1）兩條曲線重合部分的實驗條件，說明兩種情況下盡管有線速度的差別，但不影響反應速率，在這種實驗條件下，即可以認為消除外擴散的影響對于不同填充高度h，當m/qnA0相同時，即qnA0/m相同，即單位質量催化劑處理物料相同，不同的只m/qnA0是h增加，則有hf-mf一qnA0f一qV0f一線速度f。所以當兩線重合時，說明線速度f不影響反應速度，即外擴散影響巳經消除。（2）若外擴散未消除，hf-mf一qnA0f一qV0f一線速度f一外擴散f一反應速度f-xAf所以hf-xA線速度f，所以h1）h2（3）宜采用積分反應器因為此實驗的關鍵是比較不同h時的轉化率xA，而微分反應器要求xA在5%以內（入口處xA0=0）在xA〈5%的情況下還要比較xA的大小比較困難。3。3巳知單一不可逆液相反應A-P的反應速率只與反應物A的濃度有關，現(xiàn)擬利用半衰期法確定其反應速率方程，請設計一個簡單可行的實驗方案并給出實驗數(shù)據的解析方法.（10分）解：（1）設一rA=kcAn，利用間歇積分反應器，改變A的初始濃度cA0,測定A的轉化率為50%時的時間‘1/2（2）以lgt1/2對lgcA0作圖，得一直線,直線斜率等于1-n由此求得反應級數(shù)n若n=1,則若n#1,則積分可得：若n#1反應速率常數(shù)為3。4細菌A和B均能利用基質S作為唯一碳源和能源生長，且利用S時的生長速率均符合Monod方程。巳知A和B的生長動力學參數(shù)為：?maxA=0-5h—1，KsA=1mg/L，Y,a=0.4mg(細胞)/mg(基質)，《B=0.3h—1，KB=0.2mg/L，，s，八,，s，Yx/s,b=0。3mg(細胞)/mg(基質).若以S為唯一基質，用連續(xù)培養(yǎng)器對A和B進行混合培養(yǎng)，巳知培養(yǎng)器的有效體積為0。5m3,新鮮培養(yǎng)液中S的濃度為50mg/L，試回答以下問題：(共20分)在培養(yǎng)達到穩(wěn)定態(tài)時，保證A和B共存的必要條件是什么？在培養(yǎng)液供應量為0.2m3/h的條件下,試計算培養(yǎng)達到穩(wěn)定態(tài)時培養(yǎng)器內A和B的細胞濃度分別為多少？基質的轉化率是多少？在培養(yǎng)液供應量為0.06m3/h的條件下，試計算達到穩(wěn)定態(tài)時培養(yǎng)器內A和B的細胞濃度分別為多少？基質的轉化率是多少？討論利用連續(xù)培養(yǎng)器進行混合菌培養(yǎng)時的注意事項以及影響培養(yǎng)器內基質轉化率的主要參數(shù)和操作條件。解：A、B培養(yǎng)時，細胞比增長速率為做A、B生長曲線，如下圖。在培養(yǎng)達到穩(wěn)定態(tài)時，保證A和B共存，有(2)培養(yǎng)液供應量為0。2m3/h稀釋率根據生長曲線有所以，比增長速率穩(wěn)態(tài)時，只存在A,而B則被洗脫。A的細胞濃度B的細胞濃度Xb=0穩(wěn)態(tài)時，反應器基質濃度基質轉化率培養(yǎng)液供應量為0。06m3/h稀釋率穩(wěn)態(tài)時，A被洗脫，只存在BXa=0基質轉化率為要使連續(xù)培養(yǎng)器內的混合菌共存，條件非?？量?即稀釋率等于不同菌的比生長速率，否則將會有洗脫現(xiàn)象發(fā)生.影響轉化率的重要參數(shù)：KS，操作條件：D3.5利用間歇反應器進行一級不可逆液相反應A一B的動力學實驗，實驗結果表明，在30oC時，A的轉化率達到80%的反應時間為3小時，試回答以下問題。(共25分)在同樣的溫度條件下，利用完全混合流反應器進行A一B反應時，要使A的去除率達到80%，反應物料需在反應器中平均停留多少時間？將A的濃度為300mol/m3的液體以0。50m3/h的速度送入一完全混合流反應器(溫度條件不變)，試求反應器有效體積為2m3時的A的轉化率。在同樣的條件下，若將5個體積均為0。4m3的完全混合流反應器串連使用，A的轉化率將達到多少？在同樣的條件下，將A的濃度為300mol/m3的液體以0。50m3/h的速度送入一平推流反應器,試求反應器有效體積為2m3時的A的轉化率.根據以上計算結果，討論反應器操作方式對轉化率的影響。解：對于一級不可逆液相反應，在間歇反應器中有一級反應，在完全混合流反應器中有在完全混合流反應器中空間時間反應器出口A濃度轉化率xA=1-cA/cA0=68。2%若改為5個全混流反應器串聯(lián)單個反應器空間時間第5個反應器出口A濃度反應器出口轉化率（3）在平推流反應器中停留時間出口濃度轉化率（4）對于一級反應間歇反應器的反應時間t與平推流反應器的時間相等時，轉化率相同相同時，全混流反應器的轉化率小于平推流反應器總相同時，多級串聯(lián)CSTR轉化率大于CSTRo3.6某地下水凈化工程計劃利用硝酸根離子的氫氣催化還原反應去除地下水中的硝酸根（將氫氣送入污染地下水中，并選擇金屬銅為固體催化劑（內部無微孔）。假設該反應主要發(fā)生在催化劑的外表面，為非慢速反應且硝酸根的主要還原產物為氮氣（實事上，根據反應條件的不同，氨有時會成為主要還原產物），反應式為:no3—+h2n2+h2o（1）試分析該反應系統(tǒng)的微觀過程。（2）假如讓你設計該反應系統(tǒng)，你會選用哪種形式的固相催化反應器？為什么？該類反應器有什么缺點？（3）根據反應器設計的需要，須進行動力學實驗獲得該反應的本征反應動力學方程。確定實驗條件時應特別注意哪些問題？試給出確定關鍵性實驗條件的方法？（共20分）解：（1）本反應為非均相氣液固三相反應。H2溶解于地下水，由氣相進入液相。液相主體中的h2、no3寸散,從流體主體穿過邊界層向固體催化劑表面?zhèn)鬟f。反應物的吸附:反應物在催化劑表面活性中心上吸附，成為活化分子.表面反應：活化分子在催化劑表面上發(fā)生反應，生成吸附態(tài)產物。反應必須借助于催化劑表面的活性中心才能發(fā)生。產物的脫附：反應產物N2從固體表面脫附.產物的擴散:反應產物N2從固體外表面穿過邊界層向流體主體傳遞。反應產物N2從液相進入氣相。（2）選擇流化床反應器。原因如下：反應為液-固反應，流化床反應器主要用于液一固催化反應，而固定床催化反應器則用于氣一固催化反應熱能效率高，而且床內溫度易于維持均勻;傳質效率高；反應器的結構簡單。流化床反應的缺點為：能量消耗大；顆粒間的磨損和帶出造成催化劑的損耗；氣固反應的流動狀態(tài)不均勻,有時會降低氣固接觸面積；顆粒的流動基本上是全混流，同時造成流體的返混，影響反應速率。（3）要獲得該反應的本征動力學方程，須消除擴散的影響（本反應主要為外擴散）消除外擴散的預備實驗方法：在一反應器內裝入質量為m1的催化劑，此時的填充層高度為兒，在保持相同溫度、壓力、進口物料組成的條件下，改變進料摩爾流速qnA0,測定相應的反應率xA；在同一反應器內裝入質量為m2的催化劑，此時的填充層高度為奶，在同樣的溫度、壓力、進口物料組成的條件下測定不同qnA0時的xA;將一組實驗數(shù)據按xA-m/qnA0作圖,得兩條曲線，如圖。在兩條曲線重合部分，盡管氣體流動的線速度不同（即流體的流動狀態(tài)不同），但反應速率相同，說明反應沒有受到擴散的影響。選取重合部分m/qnA0作為實驗條件，便可認為消除了外擴散的影響。3。7污染物A的分解反應AP可視為一級反應（恒容），反應的活化能為84kJ/mol.在150oC條件,利用平推流反應器進行分解反應,A的去除率達到一定要求時需要的反應器體積為匕.（1）在相同的反應溫度下，設改用全混流反應器時達到同樣的去除率需要的反應器體積為Vm，則Vm與匕的比值Vm/Vp存在何種定量關系.（2）根據Vm/Vp值的大小，比較平推流反應器和全混流反應器的反應效率并說明造成這種現(xiàn)象的主要原因是什么？（3）設A的去除率目標為60%,若將平推流反應器改為全混流操作，要達到同樣的去除率反應溫度應如何變化？（4）在上一問中，若將反應器改為兩個體積相等的全混流反應器（總有效體積不變），進行串聯(lián)操作，若要達到60%的去除率，反應溫度應如何變化？（共20分）解：（1）對于一級反應，平推流反應器有全混流反應器有對上述兩式變形可得和所以V"平推流反應器的反應效率高于相同體積的全混流反應器。原因為全混流反應器具有混勻作用，物料進入反應器后被稀釋，濃度降低，反應效率降低，故Vm〉Vp。根據平推流反應器設計方程可得根據全混流反應器設計方程有所以由有計算可得九=432K,靜158。9C升高8.9C由(3)可得由2級全混流反應器可得所以計算可得九=427.4K,靜154.3c升高4。3C3。8一假單胞菌利用基質S時的生長速率符合Monod方程。巳知其最大比生長速率為0。4h-i,Ks值為0。74kg/m3,Yx/s為0.5?，F(xiàn)利用連續(xù)培養(yǎng)器對該細菌進行培養(yǎng)，培養(yǎng)基中基質S的濃度為10kg/m3,稀釋率D為0。2h-1.在進行連續(xù)運行之前，利用間歇培養(yǎng)操作，將細胞濃度培養(yǎng)至6。0kg/m3。計算穩(wěn)定運行時基質S的利用率。計算穩(wěn)定運行時培養(yǎng)器中的細胞濃度，并定性分析連續(xù)培養(yǎng)操作開始后培養(yǎng)器內細胞濃度的變化及其原因。由于操作不慎，培養(yǎng)器內混入A和B兩種雜菌.巳知該兩種菌利用S時的最大比生長速率分別為0.1h-1和0。3h-1，Ks值均為0。21kg/m3。試分析長期培養(yǎng)時培養(yǎng)器內的細菌組成情況。根據微生物反應器的理論，在不停止運行的情況下，你有什么方法排除該兩種雜菌的影響，使培養(yǎng)器內恢復到非污染的狀態(tài)，并說明理由。計算基質S的利用率達到99%時的稀釋