清华大学2006年环境工程原理期末试卷(反应工程原理部分)_.
环境工程概论期末试题B答案修订
环境工程概论期末试题B答案修订GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8-《环境工程概论》期末考试试卷参考答案（B）一、选择题（6分，每小题1分）BDBDBA二、填空（15分，每空1分）1. 竖流式、斜流式（或斜板（管）沉淀）；2. 大阻力配水系统、小阻力配水系统；3. 氯消毒、紫外线消毒（臭氧消毒）；4.0.3；5. 风玫瑰图；6. 水体浸泡、雨水淋溶；7. 最终处置或无害化处置；8. 常压或低压下的稀溶液、溶液中末发生化学反应的那部分溶质的分子浓度；9. 电晕电极、集尘极；三、名词解释（20分，每小题4分）（本题评分主体意思2~3分，其他情况酌情加分）1. 亏氧量是指在某一温度时，水中溶解氧的平衡浓度（即该温度下的饱和溶解氧量）与实际浓度(即实际溶解氧量)之差。
2. 投配率指每日加入消化池的新鲜污泥体积或高浓度污水容积与消化池客积的比率3. 气体吸附指气体混合物与适当的多孔性固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，把混合物中其一组分或某些组分吸留在固体表面上的分离气体混合物的过程。
4. 二次污染物：一次污染物与大气中原有成分之间，或几种一次污染物之间，经过一系列化学或光化学反应而生成与一次污染物性质不同的新污染物。
5. 固体废物与垃圾：凡人类一切活动过程产生的，且对所有者己不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态物质，通称为固体废物。
各类生产活动中产生的固体废物俗称废渣；生活活动中产生的固体废物则称为垃圾。
四、简答题（30分，每小题6分）（评分依据详见各题）1. 简述分析自由沉淀与絮凝沉淀过程的区别。
答：根据悬浮颗粒的浓度及特性可将其在水中的沉降过程分为四种基本类型：①自由沉降——沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀，颗粒沉淀轨迹呈直线。
沉砂池、初次沉淀池内的初期沉淀为此类型。
②絮凝沉降——在沉降过程中各颗粒之间相互粘结，其尺寸、质量随深度增加而逐渐增大，沉速亦随深度而增加。
清华大学环境工程原理（04--07本科期末试卷）
清华大学环境工程原理（反应工程原理部分）期末试卷（环4）清华大学本科生考试试题专用纸考试课程：环境工程原理（反应工程原理部分）环4年级2007年1月14日1、简要回答以下问题（每题6分，共24分）（1）什么是积分反应器和微分反应器？它们用于动力学实验时，各有什么优缺点？（2）反应器内的流体流动和混合状态会不会影响反应结果？为什么？（3）简要说明为什么气液相反应的宏观速率方程根据本征反应速率的快慢有不同的表达形式。
（4）在微生物反应中，细胞产率系数有哪几种表达方式？它们的取值范围是什么？2、某固定床固相催化反应器的有效体积为2m3，填充层空隙率为0.3。
反应物料以0.5m3/h的流量流入反应器。
试计算该反应器的空间时间，空间速度和实际平均接触时间。
若填充层空隙率提高到0.4，以上各参数如何变化？（10分）3、利用微生物细胞形成的颗粒状污泥处理只含有葡萄糖的废水，若不考虑处理过程中微生物的生长，仅把颗粒污泥看作固体催化剂，试回答以下问题：（15分）（1）在厌氧条件下进行该废水的处理，试分析该反应系统的微观过程。
请给出2种提高葡萄糖处理效率的途径，并分析其理论依据。
（2）在好氧条件下进行该废水的处理，试分析该反应系统的微观过程。
4、已知不可逆液相反应A →P的半衰期与A的初始浓度无关，试回答以下问题：（共30分）。
（1）给出该反应的动力学方程的一般形式。
（2）利用间歇反应器进行动力学实验（反应物料中A的初始浓度为50mol/m3），结果表明，在25oC时，A的转化率达到90％时的反应时间为2小时。
在同样的物料浓度和温度条件下，利用完全混合流反应器进行该反应时，要使A的去除率达到90％，反应物料需在反应器中平均停留多少时间？（3）该反应在有效容积为2m3的全混流连续反应器内进行，物料流量为1m3/h ，试计算A的转化率。
保持物料流量不变，将出口处物料回流（回流比为0.5），A的转化率如何变化？（4）该反应在有效容积为2m3的平推流反应器内进行，物料流量为1m3/h ，试计算A的转化率。
环境工程原理期末考试复习题及参考答案-专升本
《环境工程原理》复习题一、填空题1、球形颗粒在静止流体中作重力沉降，经历________和_______两个阶段。
沉降速度是指_______阶段，颗粒相对于流体的运动速度。
2、在流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2倍。
则细管内水的流速为粗管内流速的___ ____倍。
3、某室内空气中O的浓度是0.08×10-6（体积分数），在1.013×105Pa、25℃下，3该浓度可表示为__ _ __ μg/m3。
4、若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为＿＿＿＿＿气体。
在吸收操作中＿＿压力和＿＿＿＿＿温度可提高气体的溶解度，有利于吸收。
5、长方形的长为2a，宽为 a，其当量直径为__________。
6、当系统中流速、压力和密度等物理量只是___ ___的函数，而不随_ ____变化，该系统称为稳态系统。
7、传热的基本方式有、和辐射三种，传热可以以其中一种方式进行，也可以同时以两种或三种方式进行。
8反映旋风分离器分离性能的主要指标有和。
9、边界层的形成是流体具有__ ___的结果。
10、在深层过滤中，流体的悬浮颗粒随流体进入滤料层进而被滤料捕获，该过程主要包括以下几个行为：__ ___、附着行为、__ ___。
11、常用吸附剂的主要特性有：（1）__ ___；（2）__ ___；（3）稳定性好；（4）适当的物理特性；（5）价廉易得。
12、所谓气膜控制，即吸收总阻力集中在______一侧，而______一侧阻力可忽略；如果说吸收质气体是属于难溶气体，则此吸收过程是________控制。
13、在流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2倍。
则细管内水的流速为粗管内流速的___ ____倍。
14、传热的基本方式有、和辐射三种，传热可以以其中一种方式进行，也可以同时以两种或三种方式进行。
15、在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有、逆流、错流、 __ ______四种。
环境工程原理习题集完整答案
“十五”国家级规划教材《环境工程原理》配套教材环境工程原理习题集胡洪营黄霞张旭等编著高等教育出版社2006年8月内容提要本书是“十五”国家级规划教材《环境工程原理》的配套教材，内容包括习题解答、思考题和综合练习题3部分。
习题解答部分对《环境工程原理》教材中的习题进行了较为详细的解答，其主要目的是训练学生的基本设计计算能力并为学生自学提供参考；思考题部分的主要目的是加强学生对基本概念、基本原理和基本过程的理解；综合习题部分的主要目的是训练学生的知识综合应用能力和解决问题的能力。
本教材适用于环境工程、环境科学、给水排水工程以及其他相关专业本科生，也可作为相关专业研究生参考书。
前言《环境工程原理习题解答》是“十五”国家级规划教材《环境工程原理》的配套教材。
“环境工程原理”课程是教育部“高等学校环境工程教学指导委员会”规定的高等学校环境工程专业新的核心课程。
《环境工程原理》教材是与该课程配套的国内第一本本科教材，由清华大学从事“环境工程原理”课程教学的一线教师在讲义的基础上编写而成，已经于2005年8月由高等教育出版社正式出版。
“环境工程原理”课程自2003年在清华大学首次开设以来，开设该课程的院校逐步增加。
《环境工程原理习题解答》是为了适应日益增长的“环境工程原理”课程教学需要而编写的。
本教材适用于环境工程、环境科学、给水排水工程及其它相关专业本科生，也可作为研究生参考。
也可作为研究生考试的复习参考资料。
本教材的主要内容包括以下三部分，所用符号与《环境工程原理》教材相同：第一篇：《环境工程原理》教材各章后的习题解答（参考答案）第二篇：思考题第三篇：综合练习题本教材第一篇和第二篇的主要编写人员如下：第一章、第十一章～第十五章：胡洪营、吴乾元、王丽莎第二章～第五章：张旭、王灿、陆松柳第六章～第十章：黄霞、刘春第三篇的编写人员为：一、环境工程原理基础：张旭二、分离工程原理：黄霞三、反应工程原理：胡洪营高等教育出版社的陈文副编审、陈海柳编辑为该教材的出版付出了大量心血。
环境工程原理复习题答案
环境工程原理复习题答案一、单项选择题1. 环境工程中，下列哪项不是水污染的主要来源？A. 工业废水B. 农业化肥C. 城市生活污水D. 大气污染答案：D2. 环境工程中，哪种方法不适用于处理有机污染物？A. 生物降解B. 活性炭吸附C. 化学沉淀D. 光催化氧化答案：C3. 环境工程中，大气污染的主要来源不包括以下哪项？A. 工业排放B. 交通尾气C. 家庭烹饪D. 海洋污染答案：D二、多项选择题1. 环境工程中，下列哪些因素会影响土壤污染？A. 农药使用B. 工业废弃物C. 城市垃圾D. 地下水流动答案：A, B, C2. 环境工程中，哪些是水处理中常用的物理方法？A. 沉淀B. 过滤C. 反渗透D. 离子交换答案：A, B三、判断题1. 环境工程中，生物处理法可以有效地去除水中的氮、磷等营养物质。
（对）2. 环境工程中，所有的大气污染物都可以通过植物吸收来净化。
（错）3. 环境工程中，土壤修复技术通常不包括物理修复方法。
（错）四、简答题1. 简述环境工程中固体废物的处理方法有哪些？答：固体废物的处理方法主要包括物理处理、化学处理和生物处理。
物理处理包括压实、破碎、分选等；化学处理包括化学稳定化、化学分解等；生物处理包括堆肥化、厌氧消化等。
2. 描述环境工程中大气污染的控制技术。
答：大气污染的控制技术主要包括燃烧前控制、燃烧中控制和燃烧后控制。
燃烧前控制包括燃料脱硫、脱硝等；燃烧中控制包括优化燃烧条件、使用低污染燃烧技术等；燃烧后控制包括烟气脱硫、脱硝、除尘等。
五、计算题1. 某工厂排放的废水中，COD（化学需氧量）浓度为500mg/L，若采用生物处理法，处理效率为80%，求处理后废水的COD浓度。
答：处理后废水的COD浓度= 500mg/L × (1 - 80%) = 100mg/L。
2. 某城市生活垃圾填埋场，每日产生垃圾量为1000吨，若垃圾的生物降解率为50%，求一年内该填埋场产生的甲烷量（假设每吨垃圾产生甲烷50立方米）。
环境工程原理试题及答案
环境工程原理试题及答案___期末考试试卷（A卷）2011-2012学年第1学期考试科目：环境工程原理基础考试类型：闭卷考试考试时间：120分钟学号姓名年级专业题号得分评阅人得分一、单项选择（本大题共8小题，每小题2分，共16分）1、圆形直管管径增加1倍，流量、长度及摩擦系数均不变时，流体在管内流动的沿程阻力损失变为原来的多少倍？A、2B、4C、1/16D、1/322、关于无量纲准数，下列说法正确的是？A、量纲为1B、无量纲、有单位C、有量纲、无单位D、数值大小取决于所采用单位制3、流体流动的内摩擦力与（）成正比？A、动能梯度B、流量梯度C、速度梯度D、压力梯度4、关于气体黏度，下列说法正确的是？A、基本不受压力影响B、基本不受温度影响C、随压力升高而减小 D、随温度升高而减小5、某一含有A、B两种组分的气相混合体系总体处于静止状态，其中B浓度远大于A且分布均匀一致，A在水平方向存在浓度分布，则下列说法正确的是？A、2组分在水平方向进行反向扩散B、A组分扩散通量与AB组分平均浓度差成正比 C、B组分扩散通量与AB组分平均浓度差成反比 D、A组分扩散通量与A的浓度差成正比6、旋风分离器临界直径是指？A、能够进入其中的最小颗粒直径B、能够进入其中的最大颗粒直径C、能全部分离出来的最小颗粒的直径D、能全部分离出来的最大颗粒的直径7、滤料通常是指（）过滤介质？A、颗粒状B、织物状C、多空固体D、多孔膜8、活性炭对水中某种高分子有机物在25℃吸附实验发现吸附容量q和平衡浓度c之间具有如下关系：q=1/(1+2c)，这个关系符合下列哪种吸附等温曲线？A、___(Freundlich)方程B、___(Langmuir)方程C、亨利方程D、Bet方程得分二、填空题（本大题共8小题，每小题2分，共16分）1、“环境工程学”的任务是利用环境学科与工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策。
2、污染物处理工程的核心：利用环境工程基本技术原理，通过工程手段，实现污染物的高效、快速去除。
(精编)环境工程原理补充习题参考答案第一部分XXXX
（精编）环境工程原理补充习题参考答案第一部分XXXX环境工程原理修订材料（2007 年）目录总结2总结第二章质量衡算与能量衡算、单位换算「水处理：一般1L 污水可近似认为等于 1000g 。
1mg / L 的质量分数为 1mg / 1000g = 1 x 10-6 = 1ppm 污水浓度过高时，1mg / L 的质量分数为1x 10-3十混合 物密度值L 大气污染控制工程： 常用体积分数；H p H F q第三章流体流动、衡算方程环境工程中 三、质量与能量衡算若视为理想气体—A V RT 103pM A1 .质量衡算（■以物料全部组分为对象： q mr 0 （质量守恒）I 以某种元素或 物质为对象广1）稳态非反应系统： q ml q m2 2） 稳态反应系统：q ml q m2 q mr 0q ml q m2 k V 0 （一级反应）3） 非稳态系统：•dm q ml q m2 qdt 封闭系统2•能量衡算 q H p H F E q（不考虑做功，仅考虑热量交E Q Q｛无相变：E Q Q mC p T 有相变：相变时吸收或放出热量， 但温度不变E Q mL 开放系统（稳二、流体流动内摩擦力2 •内摩擦力(2 ) 口为动力黏性系数，表示单位法向速度梯度下，由于流体黏性引起的内摩擦力或剪切 应力的大小。
温度液体讥；气体口 f(3 )流体类别一一见表 3.2.2(4)流动状态与剪切应力层流：剪切应力由分子运动引起，服从牛顿黏性定律三、边界层1 •边界层理论要点(1) 当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面处存在非常薄的一层区域——边界层(2) 在边界层内，流体流速很小，但速度梯度很大(3) 在边界层内，黏性力可以达到很高的数值，它所起的作用与惯性力同等重要，在边界 层内不能全部忽略粘性(4 )流动分两个区域，在边界层外的整个流动区域，可将粘性力全部忽略，近似看成是理 想流体的流动 dm 「质量衡算q mi q m2 dt r 总能量方程: 能量衡算 L |机械能方程: ，对于不可压缩流体管内流动 u^Ai u m2 A 2(e gz pv) Q e 1 2 P 2 2 ( U m ) g z p vdp 1 2 对于不可压缩流体(u m ) g z 2W ew e p h f W e h f 1 •流态一一雷诺数Re uL ,「宀 判定(1) 牛顿黏性定律叫，适用于层流 dy湍流：剪切应力由分子运动和质点脉动引起,du eff dy2•边界层形成过程(1)绕平板流动(图)X X①边界层厚度：层流 4.641 0-5；湍流0.376 卫Re x Re x②减小边界层厚度可以减小传递过程阻力：增大流速使湍流化，矩形槽或放置金属丝破坏边界层形成(2)圆直管内流动(图：层、湍流)①层流一一速度抛物线型分布；湍流一一充分发展段速度分布曲线较平坦，层流底层厚度d61-50-875Re②进口段长度：层流 * 0.0575Re ；湍流约50倍管径d3•边界层分离一一能量损失(图)①产生条件：存在黏性作用和逆压梯度②层流较湍流易发生；湍流的分离点靠后，尾流区小四、阻力损失影响因素成因雷诺数物体形状表面粗糙度摩擦阻力湍流-大；层流-小粗糙表面-大形体阻力湍流-小；层流-大良绕体-小；非良绕体-大粗糙表面促进湍流化-小五、圆直管内流动的阻力损失1 .沿程损失. 2I U md 2（2）速度分布及阻力损失流动速度分布 形态q V q 1 q 2 q 3 ； h f1 h f 2 h f 3七、流体测量(1) P f 阻力损失系数入64/ Re层流 u 1 dp 2 r 2r °[1(―)] r ° 4 dl 4 U ms u mr °1.过渡区按湍流处理偏安全2.湍流区 Re>4000 :湍流 U U max (1 )r °柏拉休斯:般流体输送的 Re 范围内, n=1/7 0 250.3164 Re . (5000 Re10000) 1 卡门：■2.035lg(Re )0.91 (Re 3.4 106)3.完全湍流区 (1.74 2lg#)22 .局部损失h f -巴或h f2六、 管路计算（不可压缩流体）r 简单管路：q v1 q v2 常数； h f h f1 h f2复杂管路 （分支管路: 总管流量等于各支管流 之和;h fAE h fAB h fBD h fDE ；总机械冃能寸恒并联管路:测量仪表流速（流量）表达式 特点必须垂直安装，流体自下而上流动 第四章热量传递、概述「气体一一分子不规则运动「热传导*固体一一晶格振动和自由电子的迁移I I 液体一一分子振动+分子间相互碰撞热量传递 < 对流传热一一流体中质点发生相对位移引起，通常也指流体与固体 壁面之间的热传递；仅发生在液体和气体中<辐射传热——通过电磁波传递能量；不需要任何介质，可在真空中传播、热传导1 •基本公式：傅立叶定律：Q dT ，热量通量％温度梯度；热量沿温度dy降低的方向传递。
环境工程原理习题集060813-完整答案
（1）用5 m3/h的清水吸收，氨气的最高吸收率；
（2）用10 m3/h的清水吸收，氨气的最高吸收率；
（3）用5 m3/h的含氨0.5%（质量分数）的水吸收，氨气的最高吸收率。
解：（1）气体的流量为 mol/s
液体的流量为 mol/s
假设吸收在塔底达到平衡
则 ，所以
所以最大吸收率为
（2）气体的流量为 mol/s
8.5 利用吸收分离两组分气体混合物，操作总压为310kPa，气、液相分传质系数分别为 kmol/(m2·s)、 kmol/(m2·s)，气、液两相平衡符合亨利定律，关系式为 （p*的单位为kPa），计算：
（1）总传质系数；
（2）传质过程的阻力分析；
（3）根据传质阻力分析，判断是否适合采取化学吸收，如果发生瞬时不可逆化学反应，传质速率会提高多少倍？
根据上面两个方程，求得 kPa， kmol/m3
（2）与气相组成平衡的溶液平衡浓度为
kmol/m3
用浓度差表示的总传质推动力为
kmol/m3
与水溶液平衡的气相平衡分压为
kPa
所以用分压差表示的总传质推动力为 kPa
总气相传质系数
kmol/(m2·s·kPa)
总液相传质系数 m/s
传质速率 kmol/(m2·s)
所以
由以上两个方程，可以求得 kPa， kmol/m3
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环境工程原理期末考试试题(反应工程原理部分2006年1月12日一、简答题(每题6分,共24分1.简要阐述环境净化与污染控制技术原理体系以及在实际工程中实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。
2.对于不可逆液相反应,利用间歇反应器和理想平推流反应器进行反应操作时的基本方程有何异同?简要分析其理由。
3.简述影响球形催化剂有效系数的主要因素及其产生的影响。
4.分析气-液相快速反应的特点。
根据气-液相拟一级快速反应的宏观速率方程,简述提高反应速率的措施。
二、对于二级不可逆液相反应αA A+αB B→P,试分别给出利用间歇反应器、半间歇反应器(B一次性加入,A连续加入和连续反应器进行反应操作情况下,A和B的转化率的定义式。
(10分三、某研究单位拟利用以粒状活性炭为载体的二氧化钛催化剂进行水中低浓度有机污染物A的分解研究。
已知A的分解反应为不可逆反应,现需要确定该反应的本征速率方程(-r A=kc A n。
请你为该研究单位设计一个系统的、可操作性强的实验方案(利用间歇反应器。
(20分四、对于一级不可逆液相反应A → P,利用有效体积为1m3的完全混合流连续反应器进行动力学实验。
将A的浓度为60mmol/m3的液体以0.1m3/h速度流入反应器,在20o C条件下,A的转化率达为80%,试回答以下问题。
(共25分(1在同样的反应物料流量和温度条件下,利用2个有效体积为0.5m3的完全混合流连续反应器进行串联操作,试计算A的转化率?(2在同样的反应物料流量和温度条件下,利用5个有效体积为0.2m3的完全混合流连续反应器进行串联操作,试计算A的转化率?(3在同样的反应物料流量和温度条件下,利用有效体积为1m3的理想平推流反应器进行反应操作,试计算A的转化率?(4在同样的温度条件下,利用间歇反应器进行反应操作,要使A的去除率达到80%,反应时间应为多少?(5根据以上计算结果,讨论反应器操作方式对转化率的影响并简要解释其原因。
五、利用如图所示的细胞循环反应器进行某细菌的培养,进料速率q v0=1 m3/h, S0=2 g/m3,X0=0, V=1m3。
已知该细菌的比生长速率μ与基质浓度S之间的关系符合Monod方程,已知μmax,A=2 h-1, K s =0.5 g/ m3,每消耗2g基质生成1g细胞。
试回答以下问题。
(21分e(1保持γ=0.5不变,分别计算β=1,1.5,2.5条件下,培养器内基质的利用率和临界稀释率D c。
(2保持β=1.5不变,分别计算γ=0,0.5, 1条件下,基质的利用率和培养器中的菌体浓度X。
(3根据以上计算结果,讨论细胞浓缩器和细胞循环对细菌培养和基质利用率的影响。
2005-2006学年度环境工程原理(反应工程原理部分考试参考答案一、1、解:(1原理体系:利用隔离、分离、转化等技术原理,通过工程手段,实现污染物的高效、快速去除。
(2技术路线:通过隔离/分离/转化方式的优选与组合,实现对污染物的高效(去除效率、能耗、快速地去除。
即通过对装置的优化设计以及对操作方式和操作条件的优化,实现对介质的混合状态和流体流态的优化和对迁移(物质、能量和反应速率的强化,从而实现对污染物的高效(去除效率、能耗、快速去除。
2、解:间歇反应器基本方程为 V r dtdx n A A A −=0 平推流反应器的基本方程为 A A nA r dVdx q −=0 异同:方程的基本形式相同,但间歇反应器为反应速率正比于转化率随时间的变化率,而平推流反应器为反应速率正比于转化率随空间的变化率。
原因:平推流反应器可以看作一个微元在流动过程中进行间歇反应,其反应时间可用流动的距离或体积进行表示。
即在空间上的平推流反应器与在时间上的间歇反应器。
3、解:球形催化剂的效率系数的定义为313tanh(1[1ss s φφφη−= 西勒模数反映了反应过程受本征反应及内扩散的影响程度,与η大小有关根据e n AS v s D c k R 13−=φ可知η的主要影响因素有催化剂颗粒半径R ,扩散系数De ,反应速率常数k V ,催化剂表面反应物浓度c AS 。
R 、k v 、c AS 、n 越大,本征反应速率越大,则扩散过程对反应速率影响越大,η值越小;De 越大,扩散速率越大,则本征反应对反应速率影响越大,η值越大。
4、解:特点为A 与B 之间的反应速率较快,反应发生在液膜内的某一区域中,在液相主体不存在A 组分,也不发生A 和B 之间的反应。
拟一级快速反应的宏观反应速率方程γγtanh Ai LA AS c k r =−其中, LA LA BL LA BL L k D kc D kc //==δγ提高反应速率的措施:①提高Hatta (八田数γ:可以通过提高B 在液相主体的浓度c BL 、A 在液相中的扩散系数D LA 。
②提高c Ai :加大气相中A 的分压③提高k LA :改善传质,即提高A 在液相中的扩散系数D LA ,减少液膜厚度δL二、解:(1在间歇反应器中,A 转化率为 x A =1-n A /n A0B 转化率为 x B =1-n B /n B0(2在半间歇反应器中,A 转化率为t q n n x A n A A A 001+−= B 转化率为x B =1-n B /n B0 (3在连续反应器中,A 转化率为x A =1-q A /q nA0 B 转化率为x B =1-q B /q nB0三、解:(1测定消除外扩散影响的实验条件①在一反应器内装入质量为m 1的催化剂,此时的填充层高度为h 1,在保持相同温度T 、压力P 、进口物料组成的条件下,改变进料流量q nA0,测定相应的转化率x A ;②在同一反应器内装入质量为m 2的催化剂,此时的填充层高度为h 2,在同样的温度、压力、进口物料组成的条件下测定不同q nA0时的x A ;③做x A ~m/qn A0曲线,求两曲线重合处的进料流量q Vt 和流速。
(2测定消除内扩散影响的实验条件①保持温度、压力、进口物料组成不变,选取进料流量q nt 和催化剂填装量m 1,改变催化剂粒径d p ,测定相应的转化率x A ;②做x A ~d p 曲线,曲线中x A 不随d p 变化而变化的区域,则为无内扩散阻力的粒径条件。
选取该区域的催化剂,粒径为d pt(3测量本征速率方程在相同反应器中,保持温度、压力、进口物料组成不变,选取催化剂粒径为dpt 、进料流量为q Vt ,则可消除内外扩散的影响。
改变进料浓度c A0,测定出口浓度c A ,根据积分法或微分法计算本征速率方程。
四、解:对于一级不可逆液相反应,完全混合流连续反应器体积为1m 3,则有 V 1=10.1V h q τ==0 反应器出口反应物A 浓度1(1(00A A A A x c k c c −=+=τ则一级反应速率常数 k =0.4h -1(12个完全混合流连续反应器串联,单个反应器的空间时间11V 0.5=50.1V h q τ== 反应器出口反应物A 浓度 32210/67.654.01(601(m mmol k c c A A =⋅+=+=τ转化率 x A =88.9%(25个完全混合流连续反应器串联,单个反应器的空间时间55V 0.2=20.1V h q τ== 反应器出口反应物A 浓度 35550/18.324.01601(m mmol k c c A A =⋅+=+=τ转化率 x A =94.7%(3采用平推流反应器进行反应操作,反应器的停留时间 V 1=10.1V h q τ==0 反应器出口反应物A 浓度34.0100/10.160m mmol e e c c k A A =⋅=⋅=×−−τ转化率 x A =98.2%(4采用间歇反应器进行反应操作,有A ln(1x kt −−=A ln(1ln(10.8=40.4x t h k .02−−−=−= (5反应器操作方式对转化率的影响①对于完全混合流连续反应器,串联级数增加,相应的转化率亦增加②完全混合流连续反应器与间歇反应器和平推流反应器相比,在相同的时间内,后两者的转化率较高③平推流反应器和间歇反应器在相同的时间内具有相同的转化率原因:①完全混合流连续反应器存在“稀释”效应,即反应器中A 浓度低于进料浓度,反应速率较低;而平推流反应器或间歇反应器不存在这种“稀释”效应,反应速率较高,转化率亦较高。
所以,平推流反应器或间歇反应器转化率高于相同反应体积的完全混合流连续反应器。
②在多级串连全混流式反应器中,反应器中A 相当于被逐步稀释。
当级数n 趋向于无穷大时,多级串连反应器相当于平推流反应器。
五、解:反应器稀释率 1V01=11q D V h −== (1 保持γ=0.5不变①当β=1时,11(1ωγβ=−−=,即不浓缩当微生物生长符合Monod 时,稀释率和基质浓度之间有: max S SD K S μω=+变形得3S max 0.5110.5g/m 211K D S D ωμω⋅⋅===−−⋅基质利用率S 0 − S 2 − 0.5 = = 75% S0 0.5 Dc = 1 μ max S 0 ⋅ = 1.6h −1 ω K S + S0 临界稀释率②当β＝1.5 时，ω = 1 − γ ( β − 1 = 0.75 出水基质浓度S= K Sω D 0.5 ⋅ 0.75 ⋅1 = = 0.3g/m3 μmax − ω D 2 − 0.75 ⋅1 基质利用率S 0 − S 2 − 0.3 = = 85% S0 0.3 Dc = 1 μ max S0 ⋅ = 2.13h −1 ω KS + S0 临界稀释率③当β＝2.5 时，ω = 1 − γ( β − 1 = 0.25 出水基质浓度S= K Sω D 0.5 ⋅ 0.25 ⋅1 = = 0.07g/m 3 μ max − ω D 2 − 0.25 ⋅1 基质利用率S 0 − S 2 − 0.07 = = 96.4% S0 0.07 Dc = 1 μ max S 0 ⋅ = 6.4h −1 ω KS + S0 临界稀释率（2）保持β＝1.5 不变①当γ＝0 时，ω = 1 − γ ( β − 1 = 1 ，即不浓缩出水基质浓度S= K Sω D 0.5 ⋅1 ⋅1 = = 0.5g/m3 μ max − ω D 2 − 1 ⋅1 基质利用率S 0 − S 2 − 0.5 = = 75% S0 0.5 X= YX/S 培养器中的菌体浓度ω ⋅( S0 − S = 0.75g/m 3 ②当γ＝0.5 时，ω = 1 − γ ( β − 1 = 0.75 出水基质浓度 S＝0.3g/m3 基质利用率为 85％培养器中的菌体浓度X= YX/S ω ⋅ ( S0 − S = 1.13g/m3 ③当γ＝1 时，ω = 1 − γ ( β − 1 = 0.5 出水基质浓度 S＝0.167g/m3 基质利用率为 91.7％培养器中的菌体浓度X= YX/S ω ⋅ ( S0 − S = 1.83g/m3 （3）结论①细胞浓缩器中，浓缩比增加，导致反应器中基质浓度降低，基质利用率提高，从而提高培养器中的菌体浓度②细胞循环中，浓缩比增加，将提高反应器中基质利用率和菌体浓度。