环境工程原理习题集060813-完整答案

0.50.40.3Ym0.20.1000.050.1Xm0.150.20.25

图10-4 习题10.8图多级逆流萃取塔操作线和分配曲线图

10.9 用反渗透过程处理溶质为3%（质量分数）的溶液，渗透液含溶质为150×10-6。计算截留率β和选择性因子?，并说明这种情况下哪一个参数更适用。

解：溶质的量很少，可以忽略溶质对溶液体积和总摩尔数的影响，所以 截留率：

??选择性因子：

0.03?0.00015?0.995

0.03?A/B?yA/yB0.03/0.97??206 xA/xB0.00015/0.99985在溶质的量与溶液相比很少，选择性因子很大时，采用截留率表征分离情况，结果更为清晰，容易理解。

10.10 用膜分离空气（氧20%，氮80%），渗透物氧浓度为75%。计算截留率β和选择性因子?，并说明这种情况下哪一个参数更适用。

解：氮气截留率：

??选择性因子：

80%?25%?0.6875

80% 29

?氧/氮?y氧/y氮x氧/x氮?0.75/0.25?12

0.2/0.8由于分离的两个组分总体数量相差不大，两个参数比较，选择性因子更能反映膜分离空气的效率，所以这个参数更适用。

10.11含盐量为9000 mg(NaCl)/L的海水，在压力5.6MPa下反渗透脱盐。在25℃下，采用有效面积为12cm2的醋酸纤维素膜，测得水流量为0.012cm3/s，溶质浓度为450mg/L。求溶剂渗透系数、溶质渗透系数和脱盐率（已知该条件下，渗透压系数为1.8×103MPa）。

解；原料液含盐摩尔分数xAF?0.0027 渗透液含盐摩尔分数xAP?0.00014

所以渗透压???1.8?103?(0.0027?0.00014)?4.61MPa 溶剂通量为NV?1.0?10?5m3/(m2s)

1.0?10?5所以溶剂渗透系数KW??1.01?10?5m3/(m2sMPa)?3.64?10?2m3/(m2hMPa)

5.6?4.61溶质通量为Nn?7.69?10?5mol/(m2s)

7.69?10?5?5.26?10?7m/s=1.89?10-3m/h 溶质渗透系数KA?153.8?7.69脱盐率??

153.8?7.69?0.95

153.810.12 20℃，20MPa下，某反渗透膜对5000mg/L的NaCl溶液的截留率为90%，已知膜的水渗透系数为4.8×10-5g/（cm2·s·MPa），求30MPa下的截留率。

解：进料侧盐摩尔浓度为cF?5?0.0855mol/L 58.5透过侧盐摩尔浓度为cP?cF?1????0.00855mol/L 膜两侧的渗透压差为???8.314?293?2??0.0855?0.00855??0.375MPa

1000由式（10.3.22），可得溶质渗透系数

30

KA?KW??p?????1?????4.8?10?5??20?0.375??0.10.9?1.05?10?4cm/s

假设当膜两侧压力为30MPa时，截留率为β1 此时，膜两侧的渗透压差为???所以?1?KW??p????KW??p?????KA?8.314?293?2?0.0855??1?0.42?1

10004.8?10?5??30?0.42?1??5?44.8?10??30?0.42?1??1.05?10

可求得?1?93.1%

10.13 用微滤膜处理某悬浮液，0.1MPa下，滤膜的清水通量为150L/(m2 h)，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/(m2 h)，求此时的过滤压差。

?p0.1?106?3600??2.4?1012m-1 解：微滤膜的阻力为Rm??3?3NW?150?10?1.0?10滤饼的比阻力为rc?1????180?dp2?32?180??1?0.2?22?0.1?10?6??0.23?1.44?1018m-2

滤饼的阻力为Rc?rclc?1.44?1018?6?10?6?8.64?1012m-1 所以题中所求条件下的过滤压差为

40?10?3?p?NW??Rm?Rc???1.0?10?3??2.4?8.64??1012?0.123?106Pa?0.123MPa3600

10.14采用电渗析的方法除盐，已知料液的NaCl浓度为0.3mol/L，实验测得

Dbl传质系数为??7.8?10?2blm/s，膜中Cl-离子的迁移数为0.52，边界层中Cl-离子迁移

数为0.31，求该电渗析过程的极限电流密度。

解：由式（10.3.43）得极限电流密度：

ilimZDblfcb1?7.8?10?2?26.8?0.3?103???2.99?103A/m2 ?bl?tm?tbl?0.52?0.31 31

第十一章 反应动力学基础

11.1根据间歇操作、半间歇操作及连续操作的特点，画出在下列反应器中或反应器出口处反应物A的浓度随时间（或位置）的变化曲线。

B(cB0)B (CB0)AAcA0CA0AcCAAa. 间歇反应器(a)（t=0,CA=CA0）b. 半间歇反应器c. 槽式连续反应器(b)(c)（t=0,CA=CA0,CB=0）cCA0A0cCAA(d)CA随位置的变化）d. 管式连续反应器（给出cCA0A0AcA1CA1AcCA3A2AcCAA(e)CA1 ,CA2,CA3随时间的变化）e. 三级串联槽式连续反应器（给出

图11-1 习题11.1图示

(a)间歇反应器(t=0,cA=cA0)；(b)半间歇反应器(t=0,cA=cA0,cB=0)； (c)槽式连续反应器；(d)管式连续反应器（给出cA随位置的变化）；(e)三级串联槽式连续反应器（给出 cA1，cA2，cA3随时间的变化）

解：

ccAtccAccAtt

(a) (b) (c)

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