机考04526环境工程导论复习题

环境工程导论

1、工业上常用的过滤介质主要有编织材料、多孔性固体、堆积介质

2、沉降过程有重力沉降和离心沉降两种方式。

3、所谓气膜控制，即吸收总阻力集中在气膜一侧；如果说吸收质气体是属于难溶气体，则此吸收过程是液膜控制。

4、环境工程中最主要的流体是水和空气。

5、微滤、超滤和纳滤都是以压力差为推动力的膜分离过程。

6摩尔比混合物中某组分的物质的量与惰性组分物质的量的比值

7. 反渗透依靠外力使溶剂从低浓度侧向高浓度侧渗透的过程。

8对流传热指流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程。

9、填料层高度的计算将要涉及_相平衡.物料衡算与_传质速率_这三种关系式的应用。

10、生产上常见的脱吸方法有_加热、减压。

11离心沉降是依靠离心力的作用来实现颗粒物从流体中沉降分离的过程。

12化学吸附是由于吸附剂与吸附质之间发生化学反应二引起的吸附质分子被附着于固体表面。

13. 简述相平衡关系在吸收过程中的应用。判断传质方向；计算相际传质过程的推动力；确定传质过程的极限。

14全混流，特征为反应物进入反应器后，能瞬间达到完全混合，反应器内的浓度、温度等处处相同，可以认为返混为无限大。

15吸附分离是通过多孔固体材料与某一混合组分体系接触，有选择的使一种或多种组分附着于固体表面实现特定组分分离的操作过程。

16理想流体：无粘性和完全不可压缩的一种假想流体。

17重力沉降是利用非均匀混合物中袋分离颗粒与流体之间的密度差，在重力场中根据所收重力不同将颗粒物从流体中分离的方法。

18．环境净化与污染控制技术原理可分为隔离、转化、分离三大类。

19傅力叶定律该定律表明热量通量与温度梯度成正比，热量通量方向与温度梯度方向相反，即热量是沿温度降低方向传递的。

20. 恒压过滤在过滤过程中，过滤压差始终保持恒定。对于指定悬浮液，其过滤常数K为定值。

22对流传热的热阻主要集中在层流底层,因此加大流速，减薄层流底层是强化对流传热的重要途径。

23电渗析是在电场力作用下，溶液中的反离子发生定向迁移并通过膜以达到去除溶液中离子的一种膜分离过程。

24膜分离是以具有选择透过功能的薄膜为分离介质，通过在膜两侧施加推动力使原料中某组分选择性的优先通过膜从而达到混合物分离和产物提取等目的。

25. 空间时间反应器有效体积与物料体积流量的比值。

26.当量直径体积等于不规则形状颗粒体积的当量球形颗粒的直径。

27. 空间速度单位反应器体有效体积所能处理的物料的体积流量。

28黑体能够全部吸收投射在其上的各种波长的辐射能。而灰体可以以相同的吸收率吸收所有波长范围的辐射能。

29金属的导热糸数大都随其纯度的增加而增加，随其温度的升高减小。

30离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生气蚀现象。

31气体的粘度随温度的升高而增加，水的粘度随温度的升高减小。

32传热的基本方式为热传导热辐射对流传热。

33质量流速单位时间内流体流过管道单位截面积的质量。

34萃取是利用混合液中组分在两相间的分配差异，使组分从混合液转移到液体溶剂中，从而实现分离

35粘度是流体的物理性质之一,则雷诺准数也是流体的物理性质之一.

36离心泵铭牌上的性能参数是指泵扬程最高点下的性能参数.

37解吸：吸附质从吸附剂表面逃逸到另一相中的过程。

38流体的流动形态有两种:层流和湍流;用雷诺准数来判断,当,为层流,当为湍流.

在湍流主体内靠近管壁处始终存在着一层作层流流动的流体薄层,此薄层称为层流内层.受管径,流速,粘度和密度.

39离子在水溶液中通常要发生水化作用，水化半径越小的离子越易被交换。

40往复式压缩机的工作循环是由吸气,排气,膨胀,压缩四个阶段组成.

41. 吸收过程的三个步骤。第一步溶质由气相主体传递至气液两相界面气相一侧；第二步溶质在两相界面由气相溶解于液相；第三步溶质由相界面液相一侧传递至液相主体

42沉降操作是指在某种_介质_中利用分散相和连续相之间的密度差异,使之发生相对运动而实现分离的操作。

43、固定管板式列管式换热器中，压力高、腐蚀性以及不清洁的物料应走壳程

44. 简述反应器中的返混现象。

实际的反应器中，由于物料的流动和混合状态十分复杂，存在浓度、温度和流速的分布，从而可能造成不同的流团间有不同的流动时间、组成、浓度和反应速率。处于不同停留时间的流团进行混合，会产生新的流团，其组成和浓度与原来的流团不同，反应速率也会变化，称为返混。

45、比较表面过滤和深层过滤在工作原理上的异同。

①表面过滤利用过滤介质表面或过滤过程中所生成的滤饼表面,来拦截固体颗粒,使固体与液体分离。这种过滤只能除去粒径大于滤饼孔道直径的颗粒，过滤开始阶段会有少量小于介质通道直径的颗粒穿过介质混入滤液中，但颗粒很快在介质通道入口发生架桥现象,使小颗粒受到阻拦且在介质表面沉积形成滤饼。只有大于介质孔道直径的颗粒方能从液体中除去。②深层过滤当颗粒尺寸小于介质孔道直径时，不能在过滤介质表面形成滤饼, 这些颗粒便进入介质内部，通过惯性和扩散作用趋近孔道壁面,并在静电和表面力的作用下沉积下来，从而与流体分离。

46. 双膜理论的基本论点如下：

（1）相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，相界面两侧的传质阻力全部集中于这两个停滞膜内，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层由气相主体进入液相主体；（2）在相界面处，气、液两项瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力，溶质在界面上两相的的组成存在平衡关系，即所需的传质推动力为零或气、液两相达到平衡。（3）在两个停滞膜以外的气、液两相主体中，由于流体充分湍动，不存在浓度梯度，物质组成均匀。溶质在每一相中的传质阻力都集中在虚拟的停滞膜内。47简述纳滤的工作原理。

纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右,其截留分子量在200～1000的范围内。纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来，如CA、CTA 膜、芳族聚酰胺复合膜和磺化聚醚砜膜等。由于纳滤膜表面有一层均匀的超薄脱盐层，它比反渗透膜要疏松得多，且其操作压力比反渗透低，因此纳滤又称为疏松型反渗透或低压反渗透。

48简述半连续反应器的操作方式。

将不含有菌体和产物的物料（培养液、污水等）连续加入反应器，同时连续将含有微生物细胞和产物的反应混合液取出。连续操作通常以间歇操作开始，即开始时先将培养液加入反应器，将微生物接种后进行间歇培养，当限制性基质被基本耗尽或微生物生长达到预期浓度时开始连续加入培养液，同时排出反应后的培养液。

49、简述半连续反应器的操作方式。

59列管式换热器中,由于两流体的温度不同,使管束和壳体的温度也不相同,因此它们的热膨胀程度也有区别.若两流体的温度差较大(以上)时,由于热应力会引起设备的变形,甚至弯曲和破裂.因此我们要考虑热补偿.

60离子交换树脂在环境保护中有哪些方面的应用？

许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。

水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。

61沉降器的生产能力与沉降速度及沉降面积有关,与沉降高度无关.

62用板框式过滤机进行恒压过滤操作,随着过滤时间的增加,滤液量不断增加,生产能力也不断增加.

63流体对流传热膜糸数一般来说有相变时的要比无相变时为大.

64多层平壁稳定导热时,如果某层壁面导热糸数小,则该层的导热热阻大,推动力小.

65传热速率:单位时间内通过传热面的传热量.

66热负荷:当生产上需要加热(或冷却)某物料时,便要求换热器在单位时间内向该物料输入或输出一定的热量,这是生产对换热器换热能力的要求,称为该换热器的热负荷.

67导热糸数:在壁厚为1m时,在单位面积单位时间内以热传导的方式所传递热量的多少.单位是:.

68对流传热膜糸数:当流体与壁面温度差为1K时,通过单位面积单位时间内以对流传热的方式所传递热量的多少.

69膜分离是以具有选择透过功能的薄膜为分离介质，通过在膜两侧施加推动力使原料中某组分选择性的优先通过膜从而达到混合物分离和产物提取等目的。

70电渗析是在电场力作用下，溶液中的反离子发生定向迁移并通过膜以达到去除溶液中离子的一种膜分离过程。

71、简述吸附剂的选择原则?

吸附容量大：由于吸附过程发生在吸附剂表面，所以吸附容量取决于吸附剂表面积的大小。选择性高：对要分离的目的组分有较大的选择性。

稳定性好：吸附剂应具有较好的热稳定性，在较高温度下解吸再生其结构不会发生太大的变化。同时，还应具有耐酸碱的良好化学稳定性。

适当的物理特性：适当的堆积密度和机械强度

廉价易得，容易再生

72、可采取哪些措施强化传热？

强化传热的途径: 一,增加传热推动力二,增加传热面积三,增大总传热系数K 增大K值

可采用:一、扩展传热面积A：合理地提高设备单位体积的传热面积，如采用翅片管、波纹管、螺纹管来代替光管等。二、增大传热平均温差Δtm,与冷热流体温度条件有关，通常采

用逆流传热。三、提高传热系数K(1)加大流体的流速.(2)改变流动条件.(3)减小垢层的热阻R垢 .

73超滤过程中，水深液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的深剂（水）及小分子溶质透水膜，成为净化液（滤清液），比膜孔大的溶质及溶质被截留，随水流排出，成为浓缩液。超滤过程为动态过滤，分离是在流动状态下完成的。溶质仅在膜表面有限沉积，超滤速率衰减到一定程度而趋于平衡，且通过清洗可以恢复。

74固定管板式列管式换热器中，不清洁且腐蚀性的物料宜走壳程。

75一套管式换热器，用水冷却油，水走管外，油走管内，为强化传热，加翅片，问翅片加在内管外侧

76强制对流下的流体传热速率较自然对流下的大

77污泥浓缩过程中去除的是空隙水

78大气压强为101.3kPa，某压力表测出读数为5 at，换算成绝对压强为

79冬天在室内用火炉进行取暖时，其热量传递方式为导热、对流和辐射，但对流和辐射是主要的

80流体本身所具有的能包括哪些？

81一般物质导热系数导热的大小顺序是金属>非金属固体>液体>气体

82在一列管式换热器中用温度为t1的冷却水将某一热流体由温度T1降至T2。有人认为采出逆流可以比并流节省冷却水的用量。

83恒压过滤时，随过滤进程所得滤液量增加

84过滤推动力是过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差

85旋风分离器临界直径能全部分离出来的最小颗粒的直径

86吸收利用了气体混合物中各组分在某种溶剂中溶解度的差异

87吸收分离气体混合物

88费克定律，扩散系数与浓度场中的浓度梯度成正比

89吸收过程的推动力是实际浓度与平衡浓度差

90在吸收操作中，吸收塔某一截面上总推动力(以气相浓度差表示)为Y – Y* 91在总压一定时，温度升高亨利系数增加

92可溶组分的亨利系数大，吸收过程的速率为液膜控制

93根据双膜理论，当被吸收组分在液体中溶解度很小时，以液相浓度表示的传质总系数KL 等于液相传质分系数kL

94对一个换热器而言，其传热单元数越多，说明该换热器的传热能力越强

95在设计和选择换热器时，压强高的流体走管程

96传热速率=热通量x传热面积；

97热导率的物理含义是单位温度梯度下的导热通量

98某种固体保温材料用于包裹金属管，以减小其热损失。

99随着温度的升高，绝大多数金属的热导率降低

100过滤操作中滤液流动遇到的阻力包括过滤介质和滤饼阻力

101降尘室高度增加，则沉降时间增加，处理量不变

102设计旋风分离器主要尺寸的依据是气体处理量、允许压降和分离效率

103实现过滤操作的外力包括重力、压强差或离心力。

104亨利系数E随溶质溶解度增大而降低

105用水吸收氨属易溶气体的吸收，为气膜阻力控制

106操作液气比小于最小液气比，吸收塔将不能完成设计任务

107吸收塔的操作线与相平衡线相交，此时操作线斜率为最小液气比

108吸收进行过程中，液相中溶质浓度比该操作条件下的溶解度要小

109大量进入水体的氮、磷等营养物质，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧下降，水质恶化的现象。

110相变是物质从一种相转变为另一种相的过程，即物质在固态、液态和气态间相变的转化过程。

111层流是不同径向位置的流体微团各以确定的速度沿轴向分层运动，层间流体互不混。112单位时间内通过单位面积的某组分的质量为该组分的质量通量

113平流是由于有物质悬浮的流体的净流动引起的物质迁移

114流体流动的内摩擦力与速度梯度成正比。

115稳定流动通过管路任意两截面质量流量不变

116用来描述物体或系统物理状态的可测量性质称为量纲。

117在流动系统中，若截面上流体的流速、压强、密度等仅随位置而变，不随时间而变的流动。

118对流传热：流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程，仅发生在液体和气体中。119单位时间内流体在流动方向上发生的位移称为流速，以u表示。

120助滤剂的作用是形成疏松滤饼层，使滤液得以畅流

121重力过滤通过过滤介质在水位差的作用下进行过滤

122水处理中的虹吸滤池是压差过滤

123混合液在离心力作用下，使流体通过滤饼而实现固液分离的过程是离心力过滤

124板框压滤机进行过滤的主要部件包括滤板和滤框

125按过滤机理分，过滤分为表面过滤和深层过滤

126深层过滤中过滤介质层的空隙比流体中的颗粒物粒径大，流体中颗粒物含量少

127亨利定律在稀溶液条件下，温度一定，总压不大时，气体溶质的平衡分压和溶解度成正比：PA*=E*XA 。

128微滤的主要分离对象是颗粒物，分离孔径在10-0.05 μm

129离心沉降将流体置于离心力场中，依靠离心力的作用来实现颗粒物从流体中沉降分离的过程称为离心沉降。

130通过多孔固体物质与某一混合组分体系（气体或液体）接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。

131粒级效率表示进入旋风分离器的粒径为di 的颗粒被分离下来的质量分数。

132传质单元是指通过一定高度的填料层传质，使一相的组成的变化恰好等于其中的平均推动力。

133通过固体离子交换剂中的离子与溶液中的离子进行等当量交换，从而去除溶液中某些离子的操作称为离子交换。

134多孔材料是具有分布的孔隙空间的固体物质。

135反应持续时间主要用于间歇反应器，指达到一定反应程度所需要的时间

136对流传在流体流动进程中发生的质量传递现象，它是依靠流体质点的移动进行物质传递，与流体的流动情况密切相关。

137过滤介质过滤操作中用以拦截流体所含固体颗粒并对滤饼起支撑作用的各种多孔性材料。

138气液相反应器按气液相接触形态可分为哪些？

（1）气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器；

（2）液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和文氏反应器等；（3）液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜反应器等。

139对滤饼进行洗涤，其目的是1）回收滤饼中的残留滤液；2）除去滤饼中的可溶性杂质。 140吸附容量取决于吸附剂表面积的大小。

141吸附剂要求吸附容量大，选择性高，具有较好的热稳定性和化学稳定性，合适的堆积密度和机械强度，廉价易得，容易再生。

142吸附操作应用水处理：脱色脱臭，去除有害有机物。去除金属离子，氮、磷。气处理：脱湿，脱臭。如从高炉废气中回收一氧化碳和二氧化碳，从炼厂废水中脱除酚等有害物质。

1假设在25℃和1.013×105Pa 的条件下，SO 2的平均测量浓度为400 μg/m 3

，求体积分数 33

965108.31429810400100.15101.0131064

A A RT pM ρ--???=??=??? 2用内径为1.5 cm 的玻璃管路输送20 ℃的70%醋酸。已知其质量流量为10 kg/min ，s Pa 1050.2m kg 106933??==-μρ，求Re

0.015m cm 5.1==d ()s m 882.0m 1069015.04π60102b =???=u

()5657105.21069882.0015.03b =???==-μρ

du Re

3某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为50 cm ，其导热系数分别为0.9W/（m ·℃）及0.7W/（m ·℃）。测得炉膛的内表面温度为700℃，普通砖外表面温度为30℃。试求两层砖接触面的温度。

解：

6300-9t=7t-210

t 2=406.875

4某厂要求安装一根输水量为200m 3/h 的管路，水的流速u=2m/s,试求管径。

解：

d =u V s

π4

式中 V s =m 3/s

5. 某平壁由两块厚度b=40 cm 的砖组成，内表面温度t1=1000℃，外表面温度t2=300℃，平壁材料导热系数λ=1.5 W/（m ·℃）。试求平壁的导热热通量。

解：壁厚为40x2=80 cm

导热热通量为：

W/m

6某厂要求安装一根输水量为30m 3/h 的管路，水的流速u=1.8m/s ，求管径。

解：d =u V s

π4

式中 V s =360030

m 3/s

mm 77m 077.08.1785.0360030

==?=d

7在外径为140mm 的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t 的关系为λ=0.1+0.0002t （t 的单位为℃，λ的单位为W/（m ·℃））。若要求每米管长的热损失Q/L 不大于450W/m ，试求保温层的厚度。

解： r 2=0.07m t 2=390℃ t 3=40℃

143.024********.01.0=??? ??++=λW/（m ·℃） ()L Q t t r r /2ln 3223-=πλ

( ) ( ) 1312.5 300 1000 8 . 0 5 . 1 2 1 = - = - = t t b q λ ( )= 2

1 - = t t b1 q λ1 ( 3

2 - t ) t λ2 b2 mm 35 m 035 . 0

. 2 785 . 0 3600 200

= = ? = d 3600 200

()07.0ln 45040390143.02ln 3+-?=

πr

得 r 3=0.141m

故保温层厚度为

b =r 3－r 2=0.141－0.07=0.071m=71mm

8在一逆流吸收塔中，用水溶液作为溶剂吸收混合气体中的丙酮，已知气液两相平衡关系为y=x,气液的进塔组成分别为Y1=0.1，X2=0.02（均为摩尔比）。若液气比L/G 为最小液气比（L/G ）min 的1.3倍，液体出塔的组成X1为多少？。 121min 20.10.020.890.10.011Y Y L Y G X m --??=== ???-- 12min 1210.10.02=1.30.89 1.3 1.1570.01Y Y L L G G X X X --????===?= ? ?--????

9在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径d 1=10cm ，细管内径d 2=5cm ，当流

量为4×10－3m 3/s 时，求粗管内和细管内水的流速？

()m/s 51.01.041042

11=??==-πA V u S

根据不可压缩流体的连续性方程

u 1A 1=u 2A 2

倍4510222112=??? ??=???? ??=d d u u u 2=4u 1=4×0.51=2.04m/s

10降尘室底面积为10m 2，宽和高均为2m 。气体的密度为0.75kg/m 3，粘度为2.6×10－5Pa ·s ；

固体的密度为3000 kg/m 3；降尘室的生产能力为3 m 3/s 。试求能完全捕集下来的最小颗粒粒

径

3.0103===bl V u s t m/s ()μm 1.69m 1091.681.930003.0106.2181855min =?=????=-=--g u d s t ρρμ

11有一个4×3m 2的太阳能取暖器，太阳光的强度为3000kJ/（m 2

·h），有50％的太阳能被吸收用来加热流过取暖器的水流。水的流量为1L/min 。求流过取暖器的水升高的温度。

3000×12×50％ kJ/h ＝18000 kJ/h

12某燃烧炉的炉壁由500mm 厚的耐火砖、380mm 厚的绝热砖及250mm 厚的普通砖砌成。其λ值依次为1.40 W/(m·K)，0.10 W/(m·K)及0.92 W/(m·K)。传热面积A 为1m 2。已知耐火砖内壁温度为1000℃，普通砖外壁温度为50℃。

（1）单位面积热通量及层与层之间温度；

（2）若耐火砖与绝热砖之间有一2 cm 的空气层，其热传导系数为0.0459 W/(m·℃)。内外壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少？

设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为r 1、r 2、r 3。

（1）由题易得

r 1＝b λ＝110.51.4m Wm K

--＝0.357 m 2·K/W r 2＝3.8 m 2·K/W

r 3＝0.272·m 2 K /W

q ＝123

T r r r ?++＝214.5W/m 2 T 1＝1000℃

T 2＝T 1－QR 1

＝923.4℃

T 3＝T 1－Q （R 1＋R 2）

＝108.3℃

T 4＝50℃

（2）由题，增加的热阻为

r’＝0.436 m 2·K/W

q ＝ΔT/（r 1＋r 2＋r 3＋r’）

＝195.3W/m 2

13有一个总功率为1000MW 的核反应堆，其中2/3的能量被冷却水带走，不考虑其他能量损失。冷却水来自于当地的一条河流，河水的流量为100m 3/s ，水温为20℃。

（1）如果水温只允许上升10℃，冷却水需要多大的流量；（2）如果加热后的水返回河中，问河水的水温会输入给冷却水的热量为

Q ＝1000×2/3MW＝667 MW

（1）以冷却水为衡算对象，设冷却水的流量为V q ，热量变化率为m p q c T ?。

根据热量衡算定律，有

V q ×103×4.183×10 kJ/m 3＝667×103KW

Q＝15.94m3/s

（2）由题，根据热量衡算方程，得

100×103×4.183×△T kJ/m3＝667×103KW

△T＝1.59K

14用清水吸收含溶质A的摩尔分数组成为0.1的混合气，回收率要求达到90%，相平衡关系为Y*=1.0X。求最小液气比。

X2=0, Y1=0.11, Y2=0.01, X1*= Y1/m=0.11

(q nL/ q ng)min=(Y1- Y2)/ (X1*- X2)=0.9

15温度20℃，操作压力0.1Mpa时，CO2水溶液的为亨利系数1660pa，则对应的相平衡常数为多少？

m=E/p

=1660/(0.1x106)

=0.0166

16苯-甲苯混合液中，苯的质量分数为0.21，苯分子量78；甲苯分子量92，所含苯的摩尔分数为多少？

78x/[78x+92(1-x)]= 0.21

x=0.24

17用板框压滤机过滤，共有10个滤框，滤框厚度为60mm，单侧有效过滤面积0.85m2，求滤框内充满时滤饼的体积？

过滤面积A=0.85×2×10=17m2

滤框总容积V=17x0.06