环境工程原理及实验作业
《环境工程原理实验指导书》-环境工程专业
环境工程原理实验指导书目录前言----------------------------------------------------------------------------------------------------2实验守则-------------------------------------------------------------------------------------------------3对学生基本要求----------------------------------------------------------------------------------------3实验一化工流体过程综合实验-------------------------------------------------------------------4实验二恒压过滤常数测定实验-------------------------------------------------------------------12实验三传热综合实验-------------------------------------------------------------------------------16实验四填料吸收塔实验----------------------------------------------------------------------------23、前言21世纪人类将进入知识经济的时代，人们正将其视为继农业经济、工业经济之后人类社会所面临的又一次生产方式、生活方式乃至思维方式的历史性变革。
面对知识经济的到来，我国高等教育改革势在必行，以培养出知识面宽广且具有较强创新能力的人才。
化工原理实验作为化工类创新人才培养过程中重要的实践环节，在化工教育中起着重要的作用，它具有直观性、实践性、综合性和创新性，而且还能培养学生具有一丝不苟、严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
环境工程原理大型作业重力沉降室的设计
环境工程原理大型作业重力沉降室的设计重力沉降室是环境工程中常用的一种处理废水悬浮物的设备，具有结构简单、操作方便、运行稳定等特点。
下面将从设计原理、结构和工作原理三个方面进行具体介绍。
1.设计原理：重力沉降室利用重力对废水中的固体颗粒进行沉降分离。
当废水经过沉降室时，由于废水流速的减慢，使得固体颗粒由于自身重力的作用而向下沉降，最终沉积在重力沉降室底部，而清水则从沉降室上部流出。
2.结构设计：重力沉降室的结构应尽量简单，通常分为进水段、沉降段和出水段三部分。
进水段是废水进入沉降室的入口，通常设置在沉降室的一侧，进水段具有一定的宽度，以确保废水能够均匀地进入沉降室。
沉降段即为沉降室的主体部分，其宽度一般为进水段的2倍，以便让废水在沉降室内形成较大的沉降区域。
出水段通常设置在沉降室的另一侧，出水段的宽度与进水段相似，以保持废水流经重力沉降室时的稳定流速。
3.工作原理：当废水进入重力沉降室时，由于重力的作用，其中的固体颗粒会向下沉降，沿着沉降室的底部积累。
同时，为了保持较高的沉降效率，应适当增加沉降室的长度。
较轻的悬浮物则会随着上层水流一同流出沉降室，从出水段排出。
为了进一步提高沉降效果，可以在进水段和出水段之间设置泄流口，以控制进出水的流速，避免流速过快而影响沉降。
为了实现重力沉降室的设计，需要进行一定的工程计算和水力学分析。
首先需要确定废水的流量和水质特点，计算进水段、沉降段和出水段的尺寸和形状。
同时需要考虑沉降室的底部清污装置，以便定期清理沉积的悬浮物。
此外，还需要进行模拟或现场试验，验证设计的合理性，并对工程效果进行评估。
综上所述，重力沉降室的设计是环境工程中的一项重要内容，通过合理选择结构和参数，可以有效地去除废水中的悬浮物，提高水质的处理效果。
通过深入的设计和研究，我们可以进一步完善重力沉降室的性能和工作效率，提升其在环境工程领域的应用价值。
环境工程原理实验指导书带封面
本实验计算填料解吸塔的体积传质系数 Kxa （ kmol /(m3 ⋅ h) ）的公式如下：
Kxa
=N V Δxm
=
L(x1 − x2 ) ZF Δxm
= L/F
Z
/
ln(
x1 x2
− −
x* x*
)
式中： N ——传质速率， kmol / h ；
x1 ， x2 ——进、出设备的水中氧的摩尔分数；
V ——传质体积， m3 ；
（注：本实验由清华大学化工系供稿）
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实验二 吸收（解吸）系数的测定
1、实验目的
（1） 了解吸收（解吸）操作的基本流程和操作方法。 （2） 了解传质系数的测定方法。 （3） 测定空塔气速与液体流量对传质系数的影响。
2、实验原理
吸收式工业上常用的操作，常用于气体混合物的分离。在吸收操作中，气体混合物和吸 收剂分别从塔底和塔顶进入塔内，气、液两相在塔内实现逆流接触是气体混合物中的溶质较 完全地溶解在吸收剂中，于是塔顶获得较纯的惰性组分，从塔底得到溶质和吸收剂组成的溶 液（通称富液）。当溶质有回收价值或吸收剂价格较高时，把富液送入再生装置进行解析， 得到溶质或再生的吸收剂（通称贫液），吸收即返回吸收塔循环使用。
x ， xi ——液相主体和液相界面处的溶质摩尔分数； x* ， y* ——与 y 和 x 呈平衡的液相和气相摩尔分数； kx ， Kx ——以液相摩尔分数差为推动力的液相分传质系数和总传质系数； ky ， K y ——以气相摩尔分数差为推动力的气相分传质系数和总传质系数； F ——传质面积， m2 。
1- 水高位槽；2-氧解吸塔；3-氧吸收塔；4-氧气瓶；5-罗茨鼓风机 图 1 氧解吸实验 -7-
4、实验步骤及注意事项
4000立方米每小时 重力沉降室 环境工程原理大型作业 课程设计
《环境工程原理》大型作业题目：4000重力降尘室的初步设计学院：环境科学与工程学院专业名称：学号：学生姓名：指导教师：目录一、前言 3二、设计条件 4三、设计任务 4四、设计说明 41、重力沉降的说明42、重力沉降的原理53、重力沉降室的结构 54、沉降时间和（最小粒径时的）沉降速度65、沉降室的尺寸66实际性能和测试6五、工艺计算71、降尘室尺寸的设计72、沉降原理73、沉降流型的判断和最小颗粒直径的计算84、颗粒回收的百分率85、降尘室隔板数的设置9六、主要符号说明10七、总结10八、参考文献10一、前言大型作业是《环境工程原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。
在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。
大型作业不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。
所以，大型作业是培养学生独立工作能力的有益实践。
通过大型作业,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；3. 迅速准确的进行工程计算的能力；4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
二、设计条件、含尘气体成分：炉气和矿石；2、气体密度：3、矿石密度：；4、粘度：；5、气体流量：三、设计任务1、设计方案确定（长宽高）；2、矿尘颗粒沉降流型判断；3、理论上能完全捕集的最小颗粒直径。
4、降尘室的隔板数。
5、重力沉降室的工艺尺寸计算。
四、设计说明1.重力沉降的说明一种使悬浮在流体中的固体颗粒下沉而与流体分离的过程。
西南交通大学环境工程原理上-课后作业详细讲评
• 转化率为xA时的总摩尔数为
• 转化率为xA时A的总摩尔数为 nA n0 p A 0(1 x A ) • 故：组分A的分压为
PA0哪来的
n A p A0(1 x A ) pA p0 (p A 0 p B 0 p P 0 p M 0 ) n 1 Az A0 x A
• 教材425页，题11.11 • 对于表11.3.1所示的恒温恒容反应，试推导出以 转化率xA为变量的反应速率方程及其积分形式。
解： （1）零级反应， rA k ，kt＝cA0xA
c A c A0 (1 x A )
c B c B0 (1 x B )
（2）一级反应，rA kcA0 (1 xA ) ，kt＝－ln（1－xA）
mol/(m · s) 5
物质的量通量
• • •
解：原料液含盐摩尔浓度 渗透液含盐摩尔浓度 所以渗透压差
C AP
9 C AF 0.154mol / L 58.5 0.45 0.00769mol / 105 m3/(m2· s)
溶剂渗透系数
11.3 气态NH3在常温高压条件下的催化分解反应2NH3=N2+3H2可用于处理 含NH3废气。 现有一NH3和CH4含量分别为95％ 和5％的气体，通过NH3 催化分解反应器后气体中NH3的含量减少为3％，试计算NH3的转化率和反 应器出口处N2、H2和CH4的摩尔分数。（CH4为惰性组分，不参与反应）
5 4.5 4
10.13 用微滤膜处理某悬浮液，0.1MPa下，滤膜的清水通量为150L/(m2h)， 已知悬浮颗粒为0.1μm的球形微粒，当滤饼层的厚度为6μm，空隙率为0.2 时，滤膜的通量为40 L/(m2h)，求此时的过滤压差。
《环境工程学》课程作业及答案解析
第一次作业1。
根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出SO 2、NO 2、CO 三种污染物日平均浓度限值的体积分数.解:由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2：0。
15mg/m 3，NO2：0。
12mg/m 3，CO:4。
00mg/m 3。
按标准状态下1m 3干空气计算，其摩尔数为mol 643.444.221013=⨯.故三种污染物体积百分数分别为:SO 2:ppm 052.0643.44641015.03=⨯⨯-，NO 2：ppm 058.0643.44461012.03=⨯⨯- CO ：ppm 20.3643.44281000.43=⨯⨯-。
2。
CCl 4气体与空气混合成体积分数为1。
50×10－4的混合气体，在管道中流动的流量为10m 3N 、/s ，试确定：1）CCl 4在混合气体中的质量浓度ρ（g/m 3N ）和摩尔浓度c （mol/m 3N );2）每天流经管道的CCl 4质量是多少千克？ 解：1)ρ(g/m 3N）334/031.1104.221541050.1N m g =⨯⨯⨯=-- c （mol/m 3N）3334/1070.6104.221050.1N m mol ---⨯=⨯⨯=。
2)每天流经管道的CCl 4质量为1。
031×10×3600×24×10－3kg=891kg3。
已知重油元素分析结果如下：C:85。
5％ H ：11.3% O:2。
0% N ：0。
2% S ：1。
0％，试计算：1）燃油1kg 所需理论空气量和产生的理论烟气量； 2)干烟气中SO 2的浓度和CO 2的最大浓度；3）当空气的过剩量为10％时，所需的空气量及产生的烟气量。
解：1kg 燃油含：重量（g ） 摩尔数（g ） 需氧数（g ）C 855 71。
25 71。
25H113－2。
5 55。
25 27。
环工原理作业+答案-(1)
2.1 某室内空气中O3的浓度是0.08×10-6〔体积分数〕,求：〔1〕在1.013×105Pa、25℃下,用μg/m3表示该浓度；〔2〕在大气压力为0.83×105Pa和15℃下,O3的物质的量浓度为多少？解：理想气体的体积分数与摩尔分数值相等由题,在所给条件下,1mol空气混合物的体积为V1＝V0·P0T1/ P1T0＝22.4L×298K/273K＝24.45L所以O3浓度可以表示为0.08×10－6mol×48g/mol×〔24.45L〕－1＝157.05μg/m3〔2〕由题,在所给条件下,1mol空气的体积为V1＝V0·P0T1/ P1T0=22.4L×1.013×105Pa×288K/<0.83×105Pa×273K〕＝28.82L所以O3的物质的量浓度为0.08×10－6mol/28.82L＝2.78×10－9mol/L2.3 试将下列物理量换算为SI制单位：质量：1.5kgf·s2/m= kg密度：13.6g/cm3= kg/ m3压力：35kgf/cm2= Pa4.7atm= Pa670mmHg= Pa功率：10马力＝kW比热容：2Btu/<lb·℉>= J/〔kg·K〕3kcal/〔kg·℃〕= J/〔kg·K〕流量：2.5L/s= m3/h表面X力：70dyn/cm= N/m5 kgf/m= N/m解：质量：1.5kgf·s 2/m=14.709975kg密度：13.6g/cm 3=13.6×103kg/ m 3压力：35kg/cm 2=3.43245×106Pa4.7atm=4.762275×105Pa670mmHg=8.93244×104Pa功率：10马力＝7.4569kW比热容：2Btu/<lb·℉>= 8.3736×103J/〔kg·K 〕3kcal/〔kg·℃〕=1.25604×104J/〔kg·K 〕流量：2.5L/s=9m 3/h表面X 力：70dyn/cm=0.07N/m5 kgf/m=49.03325N/m2.7某一湖泊的容积为10×106m 3,上游有一未被污染的河流流入该湖泊,流量为50m 3/s.一工厂以5 m 3/s 的流量向湖泊排放污水,其中含有可降解污染物,浓度为100mg/L.污染物降解反应速率常数为0.25d －1.假设污染物在湖中充分混合.求稳态时湖中污染物的浓度.解：设稳态时湖中污染物浓度为m ρ,则输出的浓度也为m ρ则由质量衡算,得即5×100mg/L －〔5＋50〕m ρm 3/s －10×106×0.25×m ρm 3/s ＝0解之得m ρ＝5.96mg/L2.11有一装满水的储槽,直径1m 、高3m.现由槽底部的小孔向外排水.小孔的直径为4cm,测得水流过小孔时的流速u 0与槽内水面高度z 的关系u 0＝0.62〔2gz 〕0.5试求放出1m 3水所需的时间.解：设储槽横截面积为A 1,小孔的面积为A 2由题得A 2u 0＝－dV/dt,即u 0＝－dz/dt×A 1/A 2所以有－dz/dt ×〔100/4〕2＝0.62〔2gz 〕0.5即有－226.55×z -0.5dz ＝dtz 0＝3mz 1＝z 0－1m 3×〔π×0.25m 2〕-1＝1.73m积分计算得t ＝189.8s2.13 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0.8L/min.求流过取暖器的水升高的温度.解：以取暖器为衡算系统,衡算基准取为1h.输入取暖器的热量为3000×12×50％ kJ/h ＝18000 kJ/h设取暖器的水升高的温度为〔△T 〕,水流热量变化率为m p q c T根据热量衡算方程,有18000 kJ/h ＝0.8×60×1×4.183×△TkJ/h.K解之得△T ＝89.65K3.4 如图所示,有一水平通风管道,某处直径由400mm减缩至200mm.为了粗略估计管道中的空气流量,在锥形接头两端各装一个U管压差计,现测得粗管端的表压为100mm水柱,细管端的表压为40mm水柱,空气流过锥形管的能量损失可以忽略,管道中空气的密度为1.2kg/m3,试求管道中的空气流量.图3-2 习题3.4图示解：在截面1-1′和2-2′之间列伯努利方程：u12/2＋p1/ρ＝u22/2＋p2/ρ由题有u2＝4u1所以有u12/2＋p1/ρ＝16u12/2＋p2/ρ即15 u12＝2×<p1- p2>/ρ=2×<ρ0-ρ>g<R1-R2>/ρ=2×〔1000-1.2〕kg/m3×9.81m/s2×〔0.1m－0.04m〕/〔1.2kg/m3〕解之得u1＝8.09m/s所以有u2＝32.35m/sq v＝u1A＝8.09m/s×π×〔200mm〕2＝1.02m3/s3.7 水在20℃下层流流过内径为13mm、长为3m的管道.若流经该管段的压降为21N/m2.求距管中心5mm处的流速为多少？又当管中心速度为0.1m/s时,压降为多少？解：设水的黏度μ=1.0×10-3Pa.s,管道中水流平均流速为u m根据平均流速的定义得：所以代入数值得21N/m2＝8×1.0×10-3Pa·s×u m×3m/〔13mm/2〕2解之得u m ＝3.7×10－2m/s又有u max ＝2 u m所以u ＝2u m [1－〔r/r 0〕2]〔1〕当r ＝5mm,且r 0＝6.5mm,代入上式得u ＝0.03m/s〔2〕u max ＝2 u mΔp f ’＝ u max ’/ u max ·Δp f＝0.1/0.074×21N/m＝28.38N/m3.8 温度为20℃的水,以2kg/h 的质量流量流过内径为10mm 的水平圆管,试求算流动充分发展以后：〔1〕流体在管截面中心处的流速和剪应力；〔2〕流体在壁面距中心一半距离处的流速和剪应力〔3〕壁面处的剪应力解：〔1〕由题有u m ＝q m /ρA＝2/3600kg/s/〔1×103kg/m 3×π×0.012m 2/4〕＝7.07×10－3m/s4m e u d R ρμ=＝282.8＜2000 管内流动为层流,故管截面中心处的流速u max ＝2 u m ＝1.415×10－2m/s管截面中心处的剪应力为0〔2〕流体在壁面距中心一半距离处的流速：u ＝u max 〔1－r 2/r 02〕u 1/2＝1.415×10－2m/s×3/4＝1.06×10－2m/s由剪应力的定义得流体在壁面距中心一半距离处的剪应力：τ1/2＝2μu m /r 0＝2.83×10－3N/m 2〔3〕壁面处的剪应力：τ0＝2τ1/2＝5.66×10－3N/m 24.3 某燃烧炉的炉壁由500mm 厚的耐火砖、380mm 厚的绝热砖与250mm 厚的普通砖砌成.其λ值依次为1.40 W/<m·K>,0.10 W/<m·K>与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〕单位面积热通量与层与层之间温度；〔2〕若耐火砖与绝热砖之间有一2cm 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？解：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/Wr 3＝0.272·m 2 K/W所以有q ＝123T r r r ∆++＝214.5W/m 2 由题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/Wq ＝ΔT/〔r 1＋r 2＋r 3＋r’〕＝195.3W/m 24.4某一Φ60 mm×3mm 的铝复合管,其导热系数为45 W/<m·K>,外包一层厚30mm 的石棉后,又包一层厚为30mm 的软木.石棉和软木的导热系数分别为0.15W/<m·K>和0.04 W/<m·K>.试求〔1〕如已知管内壁温度为-105℃,软木外侧温度为5℃,则每米管长的冷损失量为多少？〔2〕若将两层保温材料互换,互换后假设石棉外侧温度仍为5℃,则此时每米管长的冷损失量为多少？解：设铝复合管、石棉、软木的对数平均半径分别为r m1、r m2、r m3.由题有r m1＝330ln 27mm ＝28.47mm r m2＝3060ln 30mm ＝43.28mm r m3＝3090ln 60mm ＝73.99mm 〔1〕R/L ＝123112233222m m m b b b r r r πλπλπλ++ ＝33030K m/W K m/W K m/W 24528.4720.1543.2820.0473.99πππ⋅+⋅+⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯ ＝3.73×10－4K·m/W ＋0.735K·m/W ＋1.613K·m/W＝2.348K·m/WQ/L ＝/T R L∆＝46.84W/m 〔2〕R/L ＝123112233222m m m b b b r r r πλπλπλ++ ＝33030W m/K W m/K W m/K 24528.4720.0443.2820.1573.99πππ⋅+⋅+⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝3.73×10－4K·m /W ＋2.758K·m /W ＋0.430K·m /W＝3.189K·m /WQ/L ＝/T R L＝34.50W/m 4.7用内径为27mm 的管子,将空气从10℃加热到100℃,空气流量为250kg/h,管外侧用120℃的饱和水蒸气加热<未液化>.求所需要的管长.解：以平均温度55℃查空气的物性常数,得λ＝0.0287W/〔m·K 〕,μ＝1.99×10－5Pa·s,c p ＝1.005kJ/〔kg·K 〕,ρ＝1.077kg/m 3由题意,得u ＝Q/〔ρA 〕＝112.62m/sRe ＝duρ/μ＝0.027×112.62×1.077/〔1.99×10－5〕＝1.65×105所以流动为湍流.Pr ＝μc p /λ＝〔1.99×10－5〕×1.005/0.0287＝0.697α＝0.023·λ/d·Re 0.8·Pr 0.4＝315.88W/〔m 2·K 〕ΔT 2＝110K,ΔT 1＝20KΔT m ＝〔ΔT 2－ΔT 1〕/ln 〔ΔT 2/ΔT 1〕＝〔110K －20K 〕/ln 〔110/20〕＝52.79K由热量守恒可得απdL ΔT m ＝q mh c ph ΔT hL ＝q m c ph ΔT h /〔απd ΔT m 〕＝250kg/h×1.005kJ/〔kg·K 〕×90K/［315.88W/〔m 2·K 〕·π·0.027m·52.79K ］＝4.44m4.8某流体通过内径为50mm 的圆管时,雷诺数Re 为1×105,对流传热系数为100 W /〔m 2·K 〕.若改用周长与圆管相同、高与宽之比等于1：3的矩形扁管,流体的流速保持不变.问对流传热系数变为多少？解：由题,该流动为湍流.因为为同种流体,且流速不变,所以有由Reduρμ=可得矩形管的高为19.635mm,宽为58.905mm,计算当量直径,得d2＝29.452mm4.10在套管换热器中用冷水将100℃的热水冷却到50℃,热水的质量流量为3500kg/h.冷却水在直径为φ180×10mm的管内流动,温度从20℃升至30℃.已知基于管外表面的总传热系数为2320 W/〔m2·K〕.若忽略热损失,且近似认为冷水和热水的比热相等,均为4.18 kJ/〔kg·K〕.试求〔1〕冷却水的用量；〔2〕两流体分别为并流和逆流流动时所需要的管长,并加以比较.解：〔1〕由热量守恒可得q mc c pcΔT c＝q mh c phΔT hq mc＝3500kg/h×50℃/10℃＝17500kg/h〔2〕并流时有ΔT2＝80K,ΔT1＝20K由热量守恒可得KAΔT m＝q mh c phΔT h即KπdLΔT m＝q mh c phΔT h逆流时有ΔT2＝70K,ΔT1＝30K同上得比较得逆流所需的管路短,故逆流得传热效率较高.4.12火星向外辐射能量的最大单色辐射波长为13.2μm.若将火星看作一个黑体,试求火星的温度为多少？解：由λm T＝2.9×10－3得3362.910 2.910219.7013.210mT K λ---⨯⨯===⨯5.5 一填料塔在大气压和295K 下,用清水吸收氨－空气混合物中的氨.传质阻力可以认为集中在1mm 厚的静止气膜中.在塔内某一点上,氨的分压为6.6×103N/m 2.水面上氨的平衡分压可以忽略不计.已知氨在空气中的扩散系数为0.236×10-4m 2/s.试求该点上氨的传质速率.解：设p B,1,p B,2分别为氨在相界面和气相主体的分压,p B,m 为相界面和气相主体间的对数平均分压由题意得：5.6 一直径为2m 的贮槽中装有质量分数为0.1的氨水,因疏忽没有加盖,则氨以分子扩散形式挥发.假定扩散通过一层厚度为5mm 的静止空气层.在1.01×105Pa 、293K 下,氨的分子扩散系数为1.8×10-5m 2/s,计算12h 中氨的挥发损失量.计算中不考虑氨水浓度的变化,氨在20℃时的相平衡关系为P=2.69×105x<Pa>,x 为摩尔分数.解：由题,设溶液质量为a g氨的物质的量为0.1a/17mol总物质的量为<0.9a/18＋0.1a/17>mol 所以有氨的摩尔分数为0.1a 17x 0.10530.9a 180.1a 17==+ 故有氨的平衡分压为p ＝0.1053×2.69×105Pa ＝0.2832×105Pa即有p A,i ＝0.2832×105Pa,P A0＝0所以6.6 落球黏度计是由一个钢球和一个玻璃筒组成,将被测液体装入玻璃筒,然后记录下钢球落下一定距离所需要的时间,即可以计算出液体黏度.现在已知钢球直径为10mm,密度为7900 kg/m 3,待测某液体的密度为1300 kg/m 3,钢球在液体中下落200mm,所用的时间为9.02s,试求该液体的黏度.解：钢球在液体中的沉降速度为3/20010/9.020.022t u L s -==⨯=m/s假设钢球的沉降符合斯托克斯公式,则()()()232790013009.81101016.3518180.022p pt gd u ρρμ--⨯⨯⨯-===⨯Pa·s检验：30.022********Re0.017216.35t ppu dρμ-⨯⨯⨯===<,假设正确.6.7 降尘室是从气体中除去固体颗粒的重力沉降设备,气体通过降尘室具有一定的停留时间,若在这个时间内颗粒沉到室底,就可以从气体中去除,如下图所示.现用降尘室分离气体中的粉尘〔密度为4500kg/m3〕,操作条件是：气体体积流量为6m3/s,密度为0.6kg/m3,黏度为3.0×10-5Pa·s,降尘室高2m,宽2m,长5m.求能被完全去除的最小尘粒的直径./tt h u=沉,当t t≥沉停时,,t t=沉停对应的是能够去除的最小颗粒,即//i tl u h u=因为Viquhb=,所以60.652i V Vthu hq qul lhb lb=====⨯m/s假设沉降在层流区,应用斯托克斯公式,得5min8.5710pd-===⨯m85.7=μm 检验雷诺数558.57100.60.6Re 1.032310p tpd uρμ--⨯⨯⨯===<⨯,在层流区.所以可以去除的最小颗粒直径为85.7μm7.1 用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液,过滤方程为式中：t的单位为s〔1〕如果30min内获得5m3滤液,需要面积为0.4m2的滤框多少个？〔2〕求过滤常数K,qe,te.解：〔1〕板框压滤机总的过滤方程为252610V V A t-+=⨯在s18006030=⨯=t内,3m5=V,则根据过滤方程求得,需要的过滤总面积为2m67.16=A所以需要的板框数42675.414.067.16≈==n 〔2〕恒压过滤的基本方程为t KA VV V e 222=+ 与板框压滤机的过滤方程比较,可得/s m 10625-⨯=K3m 5.0=e V ,23/m m 03.067.165.0===A V q e e e t 为过滤常数,与e q 相对应,可以称为过滤介质的比当量过滤时间,Kqt e e 2=7.2 如例中的悬浮液,颗粒直径为0.1mm,颗粒的体积分数为0.1,在9.81×103Pa 的恒定压差下过滤,过滤时形成不可压缩的滤饼,空隙率为0.6,过滤介质的阻力可以忽略,滤液黏度为1×10-3 Pa·s.试求：〔1〕每平方米过滤面积上获得1.5m 3滤液所需的过滤时间； 〔2〕若将此过滤时间延长一倍,可再得多少滤液？ 解：〔1〕颗粒的比表面积为4610a =⨯m2/m3 滤饼层比阻为()()()222421033561010.651 1.33100.6a r εε⨯⨯⨯--===⨯m -2过滤得到1m 3滤液产生的滤饼体积0.10.1/0.90.61/310.610.6f ⎛⎫⎛⎫=-⨯= ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭过滤常数33102298104.4310110 1.33101/3p K rf μ--∆⨯===⨯⨯⨯⨯⨯m 2/s 所以过滤方程为2q Kt =当q=1.5时,231.55084.4310t -==⨯s〔2〕时间延长一倍,获得滤液量为 2.1q ==m 3 所以可再得0.6m 3的滤液.7.4 有两种悬浮液,过滤形成的滤饼比阻都是r0=6.75×1013m -2Pa -1,其中一种滤饼不可压缩,另一种滤饼的压缩系数为0.5,假设相对于滤液量滤饼层的体积分数都是0.07,滤液的黏度都是1×10-3 Pa·s,过滤介质的比当量滤液量为qe 为0.005m 3/m 2.如果悬浮液都以1×10-4 m 3/〔m 2·s 〕的速率等速过滤,求过滤压差随时间的变化规律.解：由题意可知,两种滤饼0.07f =由过滤方程()10se dq p dt rf q q μ-∆=+,得()10s e dq p r f q q dt μ-∆=+ 恒速过滤()12000s e e p r f ut q u r fu t r fuq μμμ-∆=+=+ 对不可压缩滤饼,由s=0,r 0=6.75×1013m -2Pa -1,μ=1×10-3Pa·s,f=0.07,q e =0.005m 3/m 2,u =1×10-4 m 3/m 2·s()21334133436.75101100.07110 6.75101100.071100.00547.25 2.3610p t p t ----∆=⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯∆=+⨯对可压缩滤饼,由s=0.5,r 0=6.75×1013m -2Pa -1,μ=1×10-3Pa·s,f=0.07,q e =0.005m 3/m 2,u =1×10-4 m 3/m 2·s()()210.513341334236.75101100.07110 6.75101100.071100.00547.25 2.3610p t p t -----∆=⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯∆=+⨯7.10 用板框过滤机恒压过滤料液,过滤时间为1800s 时,得到的总滤液量为8m 3,当过滤时间为3600s 时,过滤结束,得到的总滤液量为11m 3,然后用3m 3的清水进行洗涤,试计算洗涤时间〔介质阻力忽略不计〕.解：由〔7.2.11〕得22dV KA dt V= 依题意,过滤结束时22113600K A=⨯所以过滤结束时()22311/36001.53102211dV KA dt V -===⨯⨯m 3/s 洗涤速度与过滤结束时过滤速度相同 所以洗涤时间为3319601.5310t -==⨯s7.13．温度为38℃的空气流过直径为12.7mm 的球形颗粒组成的固定床,已知床层的空隙率为0.38,床层直径0.61m,高 2.44m,空气进入床层时的绝对压力为111.4kPa,质量流量为0.358kg/s,求空气通过床层的阻力.解：颗粒比表面积查38℃下空气密度为1.135 kg/m 3,黏度为1.9×10-5Pa·s. 空床流速为空气通过床层的阻力为()()()22222533510.38 4.72101 1.08 1.910 2.44390.71Pa0.38l K ap u L εμε-⨯-⨯⨯-∆==⨯⨯⨯⨯=8.2吸收塔内某截面处气相组成为0.05y =,液相组成为0.01x =,两相的平衡关系为2y x*=,如果两相的传质系数分别为51.2510y k -=⨯kmol/<m 2·s>,51.2510x k -=⨯kmol/<m 2·s>,试求该截面上传质总推动力、总阻力、气液两相的阻力和传质速率.解：与气相组成平衡的液相摩尔分数为220.010.02y x *==⨯=所以,以气相摩尔分数差表示的总传质推动力为*0.050.020.03y y y ∆=-=-=同理,与液相组成平衡的气相摩尔分数差为*0.05/20.025x ==所以,以液相摩尔分数差表示的总传质推动力为*0.0250.010.015x x x ∆=-=-=以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为()()555110.83101/1/1/1.25101/2 1.2510x x y K k mk ---===⨯+⨯+⨯⨯kmol/<m 2·s>以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为 55/0.8310/20.4210y x K K m --==⨯=⨯ kmol/<m 2·s> 传质速率570.83100.015 1.2510A x N K x --=∆=⨯⨯=⨯ kmol/<m 2·s>或者570.42100.03 1.2610A y N K y --=∆=⨯⨯=⨯ kmol/<m 2·s> 以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数分析传质阻力 总传质阻力()551/1/0.8310 1.2010x K -=⨯=⨯ <m 2·s>/kmol 其中液相传质阻力为()551/1/1.25100.810x k -=⨯=⨯<m 2·s>/kmol 占总阻力的66.7%气膜传质阻力为()551/1/2 1.25100.410y mk -=⨯⨯=⨯<m 2·s>/kmol 占总阻力的33.3%8.3用吸收塔吸收废气中的SO 2,条件为常压,30℃,相平衡常数为26.7m =,在塔内某一截面上,气相中SO 2分压为4.1kPa,液相中SO 2浓度为0.05kmol/m 3,气相传质系数为2105.1-⨯=Gk kmol/<m 2·h·kPa>,液相传质系数为0.39L k =m/h,吸收液密度近似水的密度.试求：〔1〕截面上气液相界面上的浓度和分压； 〔2〕总传质系数、传质推动力和传质速率. 解：〔1〕设气液相界面上的压力为i p ,浓度为i c忽略SO 2的溶解,吸收液的摩尔浓度为01000/1855.6c ==kmol/m 3 溶解度系数0206.0325.1017.266.5500=⨯==mp c H kmol/<kPa·m 3> 在相界面上,气液两相平衡,所以i i p c 0206.0=又因为稳态传质过程,气液两相传质速率相等,所以()()G i L i k p p k c c -=- 所以()()05.039.01.4105.12-⨯=-⨯⨯-i i c p由以上两个方程,可以求得52.3=i p kPa,0724.0=i c kmol/m 3 〔2〕总气相传质系数()00523.039.00206.0/1015.0/11/1/11=⨯+=+=L G G Hk k K kmol/<m 2·h·kPa>总液相传质系数254.00206.0/00523.0/===H K K G L m/h与水溶液平衡的气相平衡分压为43.20206.0/05.0/*===H c p kPa 所以用分压差表示的总传质推动力为67.143.21.4*=-=-=∆p p p kPa 与气相组成平衡的溶液平衡浓度为084.01.40206.0*=⨯==Hp c kmol/m 3 用浓度差表示的总传质推动力为034.005.0084.0*=-=-=∆c c c kmol/m 3 传质速率0087.067.100523.0=⨯=∆=p K N G A kmol/<m 2·h> 或者0086.0034.0254.0=⨯=∆=c K N L A kmol/<m 2·h>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33.7710y k -=⨯kmol/<m 2·s>、43.0610x k -=⨯kmol/<m 2·s>,气、液两相平衡符合亨利定律,关系式为41.06710p x *=⨯〔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？解：〔1〕相平衡系数4.3431010067.14=⨯==p E m 所以,以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为()()4341005.31077.34.34/11006.3/11/1/11---⨯=⨯⨯+⨯=+=y x x mk k K kmol/<m 2·s>以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为541089.04.34/1005.3/--⨯=⨯==m K K x y kmol/<m 2·s> 〔2〕以液相摩尔分数差为推动力的总传质阻力为其中液膜传质阻力为()341027.31006.3/1/1⨯=⨯=-x k ,占总传质阻力的99.7%气膜传质阻力为()71.71077.34.34/1/13=⨯⨯=-y mk ,占传质阻力的0.3% 所以整个传质过程为液膜控制的传质过程.〔3〕因为传质过程为液膜控制,所以适合采用化学吸收.如题设条件,在化学吸收过程中,假如发生的是快速不可逆化学反应,并且假设扩散速率足够快,在相界面上即可完全反应,在这种情况下,可等同于忽略液膜阻力的物理吸收过程,此时13.01077.34.343=⨯⨯==-y x mk K kmol/<m 2·s> 与原来相比增大了426倍8.7 在两个吸收塔a 、b 中用清水吸收某种气态污染物,气-液相平衡符合亨利定律.如下图所示,采用不同的流程,试定性地绘出各个流程相应的操作线和平衡线位置,并在图上标出流程图中各个浓度符号的位置.图8-1 习题8.7图示解：<a><b><c>图8-2 习题8.7图中各流程的操作线和平衡线8.9 在吸收塔中,用清水自上而下并流吸收混合废气中的氨气.已知气体流量为1000m 3/h 〔标准状态〕,氨气的摩尔分数为0.01,塔内为常温常压,此条件下氨的相平衡关系为*0.93Y X ,求：〔1〕用5 m 3/h 的清水吸收,氨气的最高吸收率； 〔2〕用10 m 3/h 的清水吸收,氨气的最高吸收率；〔3〕用5 m 3/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()3100010/22.412.43600⨯=mol/s液体的流量为()3351010/1877.23600⨯⨯=mol/s假设吸收在塔底达到平衡则()()**77.2/0.9312.40.01-Y Y ⨯=⨯,所以*0.0013Y = 所以最大吸收率为0.010.00130.870.01ϕ-==〔2〕气体的流量为()3100010/22.412.43600⨯=mol/s液体的流量为()33101010/18154.43600⨯⨯=mol/s假设吸收在塔底达到平衡则()()**154.4/0.9312.40.01-Y Y ⨯=⨯,所以*0.0007Y = 所以最大吸收率为0.010.00070.930.01ϕ-==〔3〕吸收剂中氨的摩尔分数为 假设吸收在塔底达到平衡则()()**77.2/0.930.005312.40.01-Y Y ⨯-=⨯,所以*0.0056Y = 所以最大吸收率为0.010.00560.440.01ϕ-==8.10 用一个吸收塔吸收混合气体中的气态污染物A,已知A 在气液两相中的平衡关系为*yx =,气体入口浓度为10.1y =,液体入口浓度为20.01x =,〔1〕如果要求吸收率达到80%,求最小气液比；〔2〕溶质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？ 解：〔1〕气相入口摩尔比1110.10.1110.9y Y y ===-, 液相入口摩尔比2220.010.01110.01x X x ===--吸收率12210.110.80.11Y Y Y Y ϕ--===,所以,20.022Y = 所以,最小液气比1212min0.10.0220.87/0.1/10.01nL nG q Y Y q Y m X ⎛⎫--=== ⎪--⎝⎭〔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(/)nL nG q q m =,操作线与平衡线重合,气液两相在塔顶和塔底都处于平衡状态. 吸收率*12max10.1110.010.910.11Y Y Y ϕ--⨯===此时液相出口浓度110.110.111Y X m === ②当液气比(/)nL nG q q m >,操作线与平衡线在塔顶点相交,即液相进口浓度与气相出口浓度平衡.吸收率*12max10.1110.010.910.11Y Y Y ϕ--⨯===此时液相出口浓度()111220.11nG nL q YX Y mX X q m=-+<= 与①相比,吸收率达到同样大小,但是液相出口浓度要低.③当液气比(/)nL nG q q m <,操作线与平衡线在塔底点相交,即液相出口浓度与气相进口浓度平衡.此时液相出口浓度110.110.111Y X m === 吸收率*1212max110.1110.010.910.11Y Y Y Y Y Y ϕ---⨯=<==与①相比,液相出口浓度达到同样大小,但是吸收率要低.8.11 在逆流操作的吸收塔中,用清水吸收混合废气中的组分A,入塔气体溶质体积分数为0.01,已知操作条件下的相平衡关系为*y x =,吸收剂用量为最小用量的1.5倍,气相总传质单元高度为1.2m,要求吸收率为80%,求填料层的高度.解：已知传质单元高度,求得传质单元数,即可得到填料层高度..21 / 21 塔底：01.01=y 塔顶：()002.08.0101.02=-⨯=y ,02=x 操作过程的液气比为 吸收因子 1.2nL nG q S mq == 所以,传质单元数为 ()()05.383.0002.001.083.01ln 83.011/1/11ln /1112221=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S mx y mx y S S N OG 所以填料层高度为66.305.32.1=⨯==OG OG N H h m。
环境工程微生物学实验
实验器材
（1）活材料：培养18h的大肠杆菌（E. coli）培养液。 （2）培养基和试剂：牛肉膏蛋白胨液体培养基14支 (每支10ml)，浓缩5倍的牛肉膏蛋白胨培养基。无菌 酸溶液(甲酸：乙酸：乳酸=3：1：1)。 （3）器材：1ml无菌吸管、摇床、冰箱、光电比色计、 标签等。
实验方法
1、接种：按无菌操作法用吸管向每管准确加入0.2 ml 的大肠杆菌培养液。 2、培养：将接种后的培养管置于摇床上，在37℃下 振荡培养。其中9支培养管分别于培养的0、1.5、3、5、 7、9、12、24和36h后取出，放冰箱中贮存，待测定。 3、比浊：以未接种的牛肉膏蛋白胨液体培养基调零 点，在光电比色计上，选用520～560nm波长进行比浊， 从最稀浓度的菌悬液开始，依次测定。
实验步骤
1．将肉膏胨淀粉琼脂培养基加热融化，待冷至45℃左右倒入无 菌培养皿内(每皿约10～
15毫升)，共倒3个，静置待冷凝即成平板。
2．在无菌操作条件下，用接种环分别挑取大肠杆菌和活性污泥 各一环分别在4个平板上各点种4个点。倒置于37℃恒温箱内培 养24～48h。
3．观察结果，取出平板，分别在2个平板内菌落周围滴加碘液， 观察菌落周围颜色的变化。若在菌落周围有一个无色的透明圈， 说明该细菌产生淀粉酶并扩散到基质中去。若菌落周围仍为蓝 色，说明该细菌不产生淀粉酶。
实验器材
1．培养基：牛肉膏蛋白胨琼脂培养基。 2．仪器：电炉、恒温水浴锅．恒温培养箱．放大 镜。 3．试剂：硫代硫酸钠溶液。 4．其他用品：无菌采样瓶，9ml无菌水试管，无菌 培养皿(直径9cm)，无菌移液管等。
实验步骤
1．水样采取 2．细菌总数测定 (1) 水样稀释：根据水样受有机物或粪便污染的程度，可用无
3．高倍镜观察