环境工程原理1试题.docx
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环境工程原理1试题
水从水箱中经弯管流出。
已知管径d=15cm,ii=30m,i2=60m,
H2=15m。
管道中沿程摩擦系数=0.023,弯头=0.9,40°开度蝶阀
的=10.8。
问:
(1)当Hi=10m时,通过弯道的流量为多少?
根据机械能衡算方程,
2
U1有2gz1
2
P1U2
2gz2
P2h
hf,
2
2
2
H1=
U2
丄hf,1
hf(丄
)-UL29.2x
U2,得U2=2.55m/s,流
2g
gg
d
2g
2g
量为
qv
-d-U10.045m3/s
4
(2)如流量为60L/S,箱中水头Hi应为多少?
用活性炭对含有有机色素的水进行脱色处理。
对应于水量投加5%的活性炭可以将水的色度降至原来的25%.投加10%则色度可以降至原来的3.5%。
如果将色度降至原色度的0.5%.需要投加多少活性炭?
设该体系Freundlich方程成立。
由Freundlich^ffi等式,单位质凰活性炭吸附的色素量为才残余平衡色度为◎则咛§円u25-,型評之“035-吶
75X10_/0.25?
<15»
门分】
5X96*5一(0.035丿
—=0,227
设应投加活性炭『%,由
〔3分)
75y_j(L25{曲
5X(100-0,5)^\o7005j
得y=l阳即需要投加16%的活性炭。
在填料塔内用清水吸收空气中的氨气,空气的流率为0.024
kmol/(m2•s),其中氨气的摩尔比为0.015,入口清水流率为0.023kmol/(m2•s)。
操作条件下的相平衡关系为Y*=0.8X,总体积传质
系数Kya=0.06kmol/(m3•s)。
(1)如果氨气的吸收率为99%,填料塔的塔高应为多少?
(2)如果填料塔高为6m则氨气的吸收率为多少?
(要求用吸收因子计算)
解;<1)进口就气摩尔Yi=0.015,^口摩尔比为
⑵如果填料塔高为结帀顶则氨气的吸收率为多少
进口清水中氮浓度X,=0,出口吸收液中氮浓度X|可以通过全塔的物料
衡算求得;
Xi=XS+^(Y!
-Yz)=O+^-~X(Q.OB-O.00015)=0.0155住和如”0.C23
塔底的传质推动力为
=¥]-mXi=0,015-0.8X0.0155=0.0026
塔顶的传质推动力为
^y3=Y3—mX£-l.5XlO-4-0-1.5X10-4⑴分)
平均推动力为
"芋册嘗膨0切
比丽ln0:
Q0O15
所以传质粮元数为
0,015—0,000^15
0?
00086
传质单元髙度为
所以境科塔的岂度为
h=4X17,3m=E92m
求得Y2=0.000224,(Y1Y2)Y10.985
用一个吸收塔吸收混合废气中的气态污染物A,己知A在气、液两相中的平衡关系为,y*=x气体入口浓度为yi=0.1,液体入口浓度为
X2=0.01,
(1)如果要求吸收率达到80%,求最小气液比;
⑵气态污染物A的最大吸收率可以达到多少,此时液体出口的最大浓度为多少?
液相入「I冷尔比为
Xi
1-/|
"分)
i=E=
0J1
1-0.01=001
“分)
=0.8■所以Y1=0.022(2分)
0・1・0.022=o®Q分)
所以,最小液气比为
'g丿mn=yjrn-X2=0.1/1-0.01
(2)假设吸收塔高度为无穷大,求A的最大吸收率
1当液气比(qjq.j二皿,操作线与平衡线重合,花、液两相在塔顶和塔底祁处于平衡状态。
吸收率为
0.11
Y^_=0.11-1x0.01=Q9J*分〉Fi
此时液相出口浓度为
Xt=—=攀=0.11(2分)
m1
2当液代比(%AQ>加,操作线与平衡线在塔顶点相交,即液相进I」浓度与气相岀【|浓度卩衡。
吸收率为
儿-丫;0.11-1xO.OlAni八
^•=—>^-=—(TTi=0-91呦
此时液相岀口浓度为
X\=[―(Yx-mX2)+X」<—xO.ll«3分》
与①相比,吸收率达到同样人小,但是液相出口浓度耍低。
3当液气比(qjqj<加,操作线与平衡线在塔底点相交,即液相出口浓度与气相逬口浓度平衡。
"分)
此时液相出II浓度为
吸收率为
与①相比,液相出口浓度达到同样大小,但足吸收率妥低。
有一初始浓度(比质量分数)为Yo的流体,要求用吸附剂将其浓度降低到丫2(对应的固体相的吸附质比质量分数为X2)。
试证明俩级错流吸附比单级吸附节约吸收剂。
证明:
对单级吸附,由物料衡算有
G(人-人)=-XJ"和
所以吸附剂的用量为
i=G(yB-r2)/(-兀)询
对于二级错流吸附,第一级吸附剂用鼠为厶•―级流止流体的浓度为叫,第
-级吸附剂用鼠为匚,一圾流出流休的浓度为丫“
假设两级所用吸附剂总量为£“厶"+0*两级的物料衡算方程分别为
G(Y0-YJ=Lt(X,-XQ)吶
G(Y,-FJ=Lt(X.-X,)同
两式相加,并且设L厂血■可得
c(r0-KJ
厂"分>T_-凡)十(禺-X品
14m
因为(启—島)〉(舄-兀人所以
m(Xj—X*)+(X)-Xq)
m(/
J「+d2
-x0)
—>>
1+m
li+m
m(Xx-Xo)+(Xj-yrt
-出)
> 即« 1+m g(y;-yj <1—11 (X3-Io) 1+m 上式即为L. 某厂吸收塔填料层高度为4m,用水吸收尾气中的有害组分A,已知 平衡关系为Y=1.5X,塔顶X2=0,丫2=0.004,塔底Xi=0.008,Yi=0.02, 求: (1)气相总传质单元高度;(4分) (2)操作液气比为最小液气比的多少倍;(3分) (3) 由于法定排放浓度丫2必须小于0.002,所以拟将填料层加高,若液气流量不变,传质单元高度的变化亦可忽略不计,问填料层应加高多少? (6分) (2) 0.020.002, 4.71 0.00382 HogNog1.444.716.78m 所以ZZ6.7842.78m 一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A。 已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m,进塔混合气组成为0.04(A的摩尔分率,下同),出塔尾气组成为0.0053,出塔水溶液浓度为0.0128,操作条件下平衡关系为丫=2.5X。 试求: (1)液气比为最小液气比的多少倍? (2)所需填料层高度? (3)若气液流量和初始组成不变,要求尾气浓度降至0.0033,求此时填料层高度为若干米? 解: (注意: 下面L=qnL;V=qnG) (1) (L/V)(L/V)m.2'8042.181.286 Yi=0.0417丫i*=2.5X1=2.5冷.01297=0.0324 Y2=0.00533丫2*=2.5X2=2.5迥=0? Y2=0.00533 代入上式得? Ym=0.00719 Nog=5.6 Z=NogXHog=7.59 (3)操作条件液气比,L/V=2.804 丫1不变为丫1'丫1=0.0417,丫2'0.0031X2'0 根据物料平衡关系: V(丫1'丫2'=L(X1'X2‘)得X1'0.0137 Y「*=2.5X'=0.0342? Y1=0.0075 丫2*=2.5X'=0? Y2=0.00331 在总压101.3Kpa、20度条件下,某水溶液中SO2的摩尔分数为 0.65x10*-3,与SO2的摩尔分数为0.03的空气接触,已知KG=1x10*-6 Kmol/(m2skpa,KL=8x10*-6m/s,SO2的亨利系数E=3.55x10*3kpa, 计算: 1、以分压差和浓度差表示的总传质推动力、总传质系数和传质速率: 2、以分压为推动力的总传质阻力和气液两相传质阻力的相对大小 3、以摩尔分数表示的总传质推力和总传质系数 解 (1)与水溶液平衡的气相平衡压力为 Pa*二EXa=3.55x10*3x0.65x10*-3kpa=2.31kpa 稀溶液的总浓度为Co=998/18=55.44kmol/m3 溶解度系数 H=Co/E=55.44/3.55x10*3=1.56x10*-2kmol/(kpam3 S02在水溶液中的物质的量浓度Ca=CoXa=3.604x10*-2kmol/m3 与气相组成平衡的溶液平衡浓度Ca*=HPa=4.74x10*-2kmol/m3所以,用分压差表示的总传质推动力为△P=Pa-Pa*=0.729kpa 用浓度差表示的总传质推力C=Ca*-Ca=1.136x10*-2kmol/m3111 总气相传质系数为——=9.012x10*6m2skpa/kmol KgkGHkL KG=1.11x10*-7kmol/(m2skps) 总液相传质系数为KL=KG/H=7.115x10*-6m/s 传质速率为NA二KG△P=8.09x10*-8kmol/(m2s) 或NA=KL△C=8.08x10*-8kmol/(m2S (2)以分压差为推动力的总传质阻力为 1/KG=9.012x10*6m2skpa/kmol其中气相传质阻力为 1/kG=1x10*6m2skpa/kmol 占总传质阻力的11.1%液相传质阻力为 1/HkL=8.01x10*6m2skpa/kmol占总传质阻力的88.9% (3)题意条件下的相平衡常数为 m=E/P=3.55x10*3/101.3=35.04所以与液相平衡的气相摩尔分数为yA*=mxA=35.04x0.65x10*-3=2.28x10-2以气相摩尔分数表示的总传质推动力为 △y=yA-yA*=0.03-0.0228=0.0072 与气相组成平衡的液相摩尔分数为 xA*=yA*/m=0.03/35.04=8.56x10*-4 以液相摩尔分数差表示的总传质推动力为 △x=xA*-xA=(8.56-6.5)x10*-4=2.06x10*-4气相总传质系数为 m2s) Ky=pKG=101.3x1.11x10*-7kmol/m2s=1.124x10*-5kmol/液相总传质系数为 Kx=CoKL=55.44x10*-6=3.945x10*-4kmol/(m2s)
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- 环境工程 原理 试题