環(huán)境工程原理期末考試試題（反應工程原理部分）2006年1月12日一、簡答題（每題6分，共24分）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。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。簡述影響球形催化劑有效系數(shù)的主要因素及其產(chǎn)生的影響。分析氣－液相快速反應的特點。根據(jù)氣－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。二、 對于二級不可逆液相反應aAA+aB-P,試分別給出利用間歇反應器、半間歇反應器（B—次性加入，A連續(xù)加入）和連續(xù)反應器進行反應操作情況下，A和B的轉化率的定義式。（10分）三、 某研究單位擬利用以粒狀活性炭為載體的二氧化鈦催化劑進行水中低濃度有機污染物A的分解研究。已知A的分解反應為不可逆反應，現(xiàn)需要確定該反應的本征速率方程（一rA=kcAn）。請你為該研究單位設計一個系統(tǒng)的、可操作性強的實驗方案（利用間歇反應器）。（20分）四、 對于一級不可逆液相反應A-P,利用有效體積為1m3的完全混合流連續(xù)反應器進行動力學實驗。將A的濃度為60mmol/m3的液體以0.1m3/h速度流入反應器，在20oC條件下，A的轉化率達為80%，試回答以下問題。（共25分）（1） 在同樣的反應物料流量和溫度條件下，利用2個有效體積為0.5m3的完全混合流連續(xù)反應器進行串聯(lián)操作，試計算A的轉化率？（2） 在同樣的反應物料流量和溫度條件下，利用5個有效體積為0.2m3的完全混合流連續(xù)反應器進行串聯(lián)操作，試計算A的轉化率？（3） 在同樣的反應物料流量和溫度條件下，利用有效體積為1m3的理想平推流反應器進行反應操作，試計算A的轉化率？（4） 在同樣的溫度條件下，利用間歇反應器進行反應操作，要使A的去除率達到80%，反應時間應為多少？2005年秋季環(huán)境工程原理第一部分考試題（總分100分）姓名學號一、問答題（40分）1?流體中組分A的含量為，與平壁面接觸，壁面上組分A的含量為，且〉。試繪制當流體分別為靜止、沿壁面層流流動和湍流流動時，組分A在壁面法向上的濃度分布示意圖。（6分）,0Ac,Aic,0Ac,AicLLLa.靜止時b.層流流動c.湍流流動AcAc2?設冬天室內(nèi)的溫度為，室外溫度為，＞。在兩溫度保持不變的情況下，試繪制下列三種情況下從室內(nèi)空氣到室外大氣溫度分布示意圖。（8分）1T2T1T2T（1）室外平靜無風，不考慮輻射傳熱；（2） 室外冷空氣以一定流速流過磚墻表面；（3） 除了室外刮風外，還考慮磚墻與四周環(huán)境的輻射傳熱。3?流體沿平壁面流動時，同時發(fā)生傳質(zhì)過程。當流速增加致使流動狀態(tài)由層流變?yōu)橥牧鲿r，試分析流動邊界層厚度的變化，以及對流動阻力和傳質(zhì)阻力產(chǎn)生的影響。（6）4?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（6分）（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。5．有一個套管換熱器，內(nèi)管外側裝有翅片，用水冷卻空氣，空氣和水各應走哪里（管內(nèi)和殼間）？試解釋原因。（6分）6?燃燒廢氣中含有SO2,欲采用吸收法去除。根據(jù)你所學的知識，分析提高去除效率的方法。（8分）二、計算題（60分）1?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120C￡-=）（10分）2?某熱水管道擬采用兩層保溫材料進行保溫，已知兩種材料的導熱系數(shù)分別1入和2入，1入>2入。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(nèi)層，試通過計算式說明原因。（15分）3?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）-2B（g）,生成的B又反向擴散回來。已知總壓力為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。（15分）4?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，已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。（20分）（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(zhì)阻力相當于通過厚度為球半徑的靜止空氣層的阻力）；2006年秋季學期《環(huán)境工程原理》第一部分測驗題姓名學號一、簡答題（共40分）1?在空氣—水間壁換熱器中，為強化換熱可采取哪些措施？傳熱壁面的溫度接近于哪一側的溫度？（4分）2?為減少室外設備的熱損失，在保溫層外包一層金屬皮，一般會采用表面光滑、顏色較淺的材料，試說明原因。（4分）3?有一轉子流量計，原來用鋼制轉子，現(xiàn)改用形狀相同的塑料轉子代替，此時同刻度下的流量如何變化？為什么？（4分）4?三層圓筒壁熱傳導過程中，最外層的導熱系數(shù)小于第二層的導熱系數(shù)，兩層厚度相同。在其它條件不變時，若將第二層和第三層互換，則導熱量如何變化？若內(nèi)層溫度高于環(huán)境溫度，則第二層和第三層間的截面溫度如何變化？請簡單說明原因。（4分）5?由A、B兩組分組成的雙組分系統(tǒng)中，在一般情況下進行分子擴散時（有主體流動，且NAHNB）,在總濃度c恒定的條件下，試證明DAB=DBA。（4分）6?已知分子擴散時，通過某一截面的組分A的傳質(zhì)通量、分子擴散通量和總物質(zhì)通量分別為NA,NA,D,NM。在以下兩種情況下，分別在括號內(nèi)填寫“<”或“=”或“〉”，表示出三者的關系。（3分）（1） 等分子反向擴散時：NA,D（）NA（）NM（）0（2）A組分單向擴散時：NM（）NA（）NA,D（）07?流體在直管內(nèi)流動時，同時發(fā)生傳質(zhì)過程。當流速增加致使流態(tài)有層流變?yōu)橥牧鲿r，對流動阻力和傳遞阻力產(chǎn)生什么影響？當流體流過彎管時，對流動阻力和傳遞阻力產(chǎn)生什么影響？（4分）8?某工業(yè)廢氣中含有氨，擬采用吸收法進行預處理。根據(jù)你所學的知識，分析提高去除效率的方法。（5分）9?一定流量的液體在025x2.5mm直管內(nèi)湍流流動，如流量和物性都不變，改用一根019x2.5mm的直管，則a值將如何變化，變化量為多少？（4分）10?327C的黑體輻射能力為27C黑體輻射能力的多少倍？簡寫出求解過程。（4分）環(huán)4《環(huán)境工程原理》——分離過程原理試題班級：姓名：學號：、問答題（每題6分，共30分）采用某萃取劑分離混合物中的溶質(zhì)A和溶質(zhì)B,如何判斷能否將這兩種物質(zhì)通過萃取分離開來？分別采用反滲透進行海水淡化，超濾膜過濾含高濃度乳化油廢水，試分析這兩種情況下增加過濾壓力，膜水通量將如何變化？采用活性炭固定床吸附某染料廢水，假使廢水中染料濃度為pO,當達到吸附平衡時，如果將廢水中染料濃度提高兩倍,再次通入到活性炭固定床,問活性炭固定床是否可以再吸附染料？為什么？在深層過濾中，為什么要盡量避免表層濾料的堵塞？空氣中含有SO2和CO氣體，其分壓相同，試判斷哪種污染物更易被水吸收？如果采用化學吸收，哪個物質(zhì)的吸收速率提高更大？為什么？二、 用過濾機過濾某懸浮液，先恒速過濾10min,得到濾液2m3,然后保持當時的壓力恒壓過濾30min,求：（1）共得到多少濾液（忽略介質(zhì)阻力）？（2） 若濾餅不可壓縮，畫出恒速過濾階段和恒壓過濾階段，過濾壓力與時間、過濾常數(shù)K與時間、單位面積過濾液量與時間的關系示意圖。（3） 若濾餅壓縮指數(shù)為0.5,上述三個關系式如何變化？請畫圖說明。（30分）三、 采用長為10m,寬為5m的重力式平流沉淀池處理含懸浮物的污水，假設在沉淀池中能完全去除的顆粒直徑為50pm,顆粒密度為1500kg/m3，求沉淀池的最大進水流量為多少？水的密度為1000kg/m3，黏滯系數(shù)為1x10-3Pas。如果改用轉筒離心機分離污水中的懸浮物，已知轉筒尺寸為h=5m,r1=0.2m,r2=1.0m，離心機轉速為200r/min。問完全去除同樣尺寸的顆粒，離心機的最大進水流量為多少？（20分）四、 采用逆流式吸收法處理某氣態(tài)污染物。已知氣液兩相的相平衡關系為Y*=1.5X。假設氣體中污染物的摩爾比為0.4，吸收液中污染物的摩爾比為0.01，液氣比為2。（1） 要求氣體出口處氣體中污染物摩爾比為0.05，請畫出操作線和平衡線的關系示意圖。計算氣體進口和出口處的推動力。（2） 要使氣體出口處氣體中污染物摩爾比達0.05，最小液氣比為多少？（3） 在上述最小液氣比下進行吸收處理后的氣體，再次與吸收液逆流接觸，計算在吸收塔足夠高時，氣體出口處的污染物摩爾比為多少？環(huán)3《環(huán)境工程原理》——分離過程原理試題班級：姓名：學號：一、 問答題（每題6分，共30分）：（1）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。（2）試比較深層過濾和表面過濾的特點和差異。（3）試說明反滲透膜材質(zhì)是如何影響膜的截留率的？（4）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？（5）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？二、 采用轉筒離心機分離懸濁液中的固體顆粒，已知顆粒直徑為50pm，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。(20分)(1)求離心機完全去除固體顆粒時的最大懸濁液處理量。(2)如果改用直徑D與離心機相同的旋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，才能使旋流分離器的分離效率與離心機相同。三、 對某有害氣體采用吸收法處理，已知氣液兩相的相平衡關系為y*=1.2x。假設氣體中溶質(zhì)摩爾分數(shù)為0.3，吸收劑中的溶質(zhì)摩爾分數(shù)為0.01，液氣比為2。(25分)(1)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(zhì)摩爾分數(shù)為0.02，計算氣體進口和出口處的推動力。(2)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(zhì)摩爾分數(shù)達到0.02，問是否能夠達到要求？氣體中溶質(zhì)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(zhì)摩爾分數(shù)達到0.02，應如何調(diào)整操作參數(shù)？請通過計算說明。四、 采用萃取法處理含酚廢水。已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。(25分)(1)采用單級萃取時，問需要添加多少kg的萃取劑？(2)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。(3)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？環(huán)5《環(huán)境工程原理》——分離過程原理試題班級：姓名：學號：一、 (15分)沉降采用旋流分離器和離心機對懸濁液中的固體成分進行分離，如果改變裝置直徑，其各自的離心分離因素將如何變化？采用兩臺旋風分離器A和B處理大氣中的粉塵，其總效率一樣，但粒級效率不同，試問這兩臺旋風分離器的臨界直徑一樣嗎？為什么？二、 (20分)某板框過濾機有10個濾框，濾框尺寸為500mmx500mmx20mm。過濾操作在20°C、恒壓下進行，過濾常數(shù)為K=4.2x10-5m2/s，qe=0.02m3/m2,濾餅體積和濾液體積之比為0.04m3/m3，濾餅洗滌、拆裝等時間為10min，假設濾餅不可壓縮。求：(1)全框充滿所需時間；板框過濾機的生產(chǎn)能力；如改用回轉真空過濾機，所用濾布和過濾壓差與板框過濾機的相同。轉筒直徑為1m,長度為1m，浸入角為120°。要維持與板框過濾機相同的生產(chǎn)能力，則轉速應為多少？三、 (25分)采用活性炭固定床吸附塔對某印染廢水進行處理，假設印染廢水中的污染物均可為活性炭所吸附，進水COD濃度為100g/m3。固定床吸附塔柱高2m,柱直徑0.2m，活性炭填充密度為800kg/m3。廢水流過吸附塔的速率為10m/h。假設吸附區(qū)高度為0.1m,瞬間形成，并以0.1m/h的速率緩慢下移。計算穿透時間和穿透點出現(xiàn)時活性炭吸附塔內(nèi)的平均COD吸附量為多少(g-COD/kg—活性炭)？假設活性炭平衡吸附量q(g/kg)與印染廢水COD濃度p(g/m3)的關系滿足：q1/21.4p=,求穿透點出現(xiàn)時，活性炭吸附塔的飽和度為多少？如果把進水COD濃度提高到200g/m3,活性炭與印染廢水COD之間的吸附平衡關系不變，穿透點出現(xiàn)時,活性炭吸附塔的飽和度為85％,求穿透時間。四、 (20分)采用清水吸收含SO2的氣體，常壓101.3kPa、溫度為259。假設氣體中SO2的摩爾分數(shù)為0.2。(1)請寫出SO2的氣-液平衡關系式(以摩爾分數(shù)表示)。(2)采用逆流操作時，假設液氣比為50，氣體出口處氣體中SO2摩爾分數(shù)要求達到0.05，并請畫出操作線和平衡線的關系示意圖。計算氣體出口和進口處的推動力。(3)假設液氣比仍為50，處理含H2S的氣體，問氣體出口處的H2S摩爾分數(shù)是否也能降低到0.05?為什么？五、 (20分)采用萃取的方法處理含酚廢水。已知待處理的含酚廢水為5L,酚濃度為100mg/L，密度為1000kg/m3,要求萃取后廢水中的酚濃度達到10mg/L以下。假設酚的分配系數(shù)為10，并不隨溶液組成而變化采用單級萃取時，問需要加多少kg的萃取劑？如果將(1)計算的萃取劑分成兩等份，進行二級錯流萃取，問廢水中的酚濃度可以降低到多少mg/L?并請畫出操作線和平衡線的關系示意圖。、解：清華大學本科生考試試題專用紙考試課程：環(huán)境工程原理(反應工程原理部分)環(huán)4年級2007年1月14日1、 簡要回答以下問題(每題6分，共24分)(1)什么是積分反應器和微分反應器？它們用于動力學實驗時，各有什么優(yōu)缺點？反應器內(nèi)的流體流動和混合狀態(tài)會不會影響反應結果？為什么？簡要說明為什么氣液相反應的宏觀速率方程根據(jù)本征反應速率的快慢有不同的表達形式。在微生物反應中，細胞產(chǎn)率系數(shù)有哪幾種表達方式？它們的取值范圍是什么？2、 某固定床固相催化反應器的有效體積為2m3,填充層空隙率為0.3。反應物料以0.5m3/h的流量流入反應器。試計算該反應器的空間時間，空間速度和實際平均接觸時間。若填充層空隙率提高到0.4，以上各參數(shù)如何變化？(10分)3、 利用微生物細胞形成的顆粒狀污泥處理只含有葡萄糖的廢水，若不考慮處理過程中微生物的生長，僅把顆粒污泥看作固體催化劑，試回答以下問題：(15分)在厭氧條件下進行該廢水的處理，試分析該反應系統(tǒng)的微觀過程。請給出2種提高葡萄糖處理效率的途徑，并分析其理論依據(jù)。在好氧條件下進行該廢水的處理，試分析該反應系統(tǒng)的微觀過程。4、 已知不可逆液相反應A?P的半衰期與A的