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1、环环 5 环境工程原理 分离过程原理 环境工程原理 分离过程原理 试题试题 班级 姓名 学号 一 15 分 沉降 1 采用旋流分离器和离心机对悬浊液中的固体成分进行分离 如果改变装置直径 其各自 的离心分离因素将如何变化 2 采用两台旋风分离器 A 和 B 处理大气中的粉尘 其总效率一样 但粒级效率不同 试问 这两台旋风分离器的临界直径一样吗 为什么 二 20 分 某板框过滤机有 10 个滤框 滤框尺寸为 500 mm 500 mm 20 mm 过滤操作在 20 C 恒压下进行 过滤常数为 K 4 2 10 5 m2 s qe 0 02m3 m2 滤饼体积和滤液体积之比为 0 04m3 m3
2、滤饼洗涤 拆装等时间为 10min 假设滤饼不可压缩 求 1 全框充满所需时间 2 板框过滤机的生产能力 3 如改用回转真空过滤机 所用滤布和过滤压差与板框过滤机的相同 转筒直径为 1m 长度为 1m 浸入角为 120 要维持与板框过滤机相同的生产能力 则转速应为多少 三 25 分 采用活性炭固定床吸附塔对某印染废水进行处理 假设印染废水中的污染物均可 为活性炭所吸附 进水 COD 浓度为 100g m3 固定床吸附塔柱高 2m 柱直径 0 2m 活性炭 填充密度为 800kg m3 废水流过吸附塔的速率为 10m h 假设吸附区高度为 0 1m 瞬间形成 并以 0 1m h 的速率缓慢下移
3、1 计算穿透时间和穿透点出现时活性炭吸附塔内的平均 COD 吸附量为多少 g COD kg 活性炭 2 假设活性炭平衡吸附量 q g kg 与印染废水 COD 浓度 g m3 的关系满足 q 1 2 1 4 求穿透点出现时 活性炭吸附塔的饱和度为多少 3 如果把进水 COD 浓度提高到 200g m3 活性炭与印染废水 COD 之间的吸附平衡关系不 变 穿透点出现时 活性炭吸附塔的饱和度为 85 求穿透时间 四 20 分 采用清水吸收含 SO2的气体 常压 101 3kPa 温度为 25 C 假设气体中 SO2的 摩尔分数为 0 2 1 请写出 SO2的气 液平衡关系式 以摩尔分数表示 2 采
4、用逆流操作时 假设液气比为 50 气体出口处气体中 SO2摩尔分数要求达到 0 05 并请 画出操作线和平衡线的关系示意图 计算气体出口和进口处的推动力 3 假设液气比仍为 50 处理含 H2S 的气体 问气体出口处的 H2S 摩尔分数是否也能降低到 0 05 为什么 五 20 分 采用萃取的方法处理含酚废水 已知待处理的含酚废水为 5L 酚浓度为 100mg L 密度为 1000kg m3 要求萃取后废水中的酚浓度达到 10mg L 以下 假设酚的分配系数为 10 并不随溶液组成而变化 1 采用单级萃取时 问需要加多少 kg 的萃取剂 2 如果将 1 计算的萃取剂分成两等份 进行二级错流萃取
5、 问废水中的酚浓度可以降 低到多少 mg L 并请画出操作线和平衡线的关系示意图 解 一 解 1 旋流分离器分离因数 2 i c m u K r g 增加直径分离因数变小 减少直径分离因素变大 保 持不变 离心分离器分离因数 i u 2 m c r K g 增加直径分离因数变大 减少直径分离因素变小 保持不变 2 总效率与粒级效率之间的关系为 0mii x 总效率相同 而粒级效率不同 说明各 种粒径的颗粒被分离的比例也是不同的 所以临界直径不同 二 解 1 以一个框为基准进行计算 框全充满时滤饼体积 3 0 5 0 5 0 020 005mV 饼 相应的滤液量 3 0 005 0 125m 0
6、 04 32 0 125 0 25m 0 5 0 5 2 V qm A 根据恒压过滤方程 得过滤时间为 22 5 20 252 0 25 0 02 172628 8min 4 2 10 e qqq ts K 2 板框压滤机的生产能力 43 1010 0 125 5 37 10 m 1726 10 602326 v V qs 3 设转筒真空过滤机的转速为 n 则回转真空过滤机的生产能力为 4 5 37 10 m v qnV 3 s 转筒真空过滤机面积 2 3 14 1 13 14mA 3 0 02 3 140 0628m ee Vq A 浸没度 0 0 120 1 3 360 根据恒压过滤方程
7、有 22 2 e VVVKA n 或者 2 2 e nV VnVVKA 即 445 5 37 102 5 37 100 06284 2 103 141 3V 2 V 0 131 m3 则转速 4 3 5 37 10 4 1 10 0 246 min 0 131 nr s r 三 解 1 穿透时间出现时 吸附区下移到吸附塔底部 吸附区移动所需时间 20 1 19 0 1 th 即为穿透时间 此时活性炭柱内吸附 COD 总量 2 0 2 100 1019596 6 4 g 活性炭填 充密度为 800kg m3 则柱内的活性炭总量为 2 0 2 800 250 24 4 kg 活性炭平均吸附 量为
8、596 6 11 875 50 24 g g kg kg 2 在穿透点出现时 吸附区高度上活性炭已饱和 下部部分饱和 活性炭全部饱和时的饱 和吸附量 1 2 1 414 qg kg 饱和度为 11 875 100 84 8 14 3 进水 COD 浓度提高到 200g m3 此时活性炭全部饱和时的饱和吸附量为 1 2 1 419 80 qg kg 16 83 由饱和度 85 求得实际的 吸 附 量 为19 80 85 qg kgg kg 50 24845 496 此 时 吸 附 柱 内 吸 附 的 COD 总 量 为 16 83 g kgkgg 2 0 2 200 10845 496 4 tg
9、 62 8845 539 13 46 t th 四 解 1 由 附 录16查 得SO2在25 的 亨 利 系 数 为 求m E P 4 0 413 10 kPa 4 0 413 10 40 77 101 3 kPa kPa 则40 77yx 2 采用逆流操作时 1 12 0 ng nl q X qYY 按照摩尔分数算也算正确 结果略有不同 1 0 003947X 1 0 003932x 1 0 1603mx 进口处推动力为 1 0 0397yyy 出口处推动力为 1 0 05yyy 操作线和平衡关系线 3 H2S 得情况 则544 92m 544 92yx 满足 出口处 2 0 05y 最下液
10、气比 min12 1 g 2 408 6950f nl n qYY Y q X m 五 解答 1 单级萃取 料液中 B 的量为 3 51000 0 55BLkg mg kg 0 5 50000 0001 mF Xgg 0 05 50000 00001 mR X 根据物料衡算 mFmEmR BXSYBX 又因为 10 mEmRmR YkXX 所以需要的萃取剂为 4 5 10 mFmR mR B XX S X kg 2 二级错流萃取 每级萃取剂量为 2 25kg 一级萃取后废水中的酚浓度为 Xm1 1111 1 10 mFmmFm m BXS YBXSX X BB 5 1 1 1 818 10 1
11、0 mF m BX X BS 二级萃取后废水中酚浓度 6 1 2 2 3 305 10 10 m m BX X BS 3 305mg L 操作线和平衡线关系图 环环 6 环境工程原理 分离过程原理 环境工程原理 分离过程原理 试题试题 班级 姓名 学号 一 简答题 15 分 1 试分析水中的颗粒在重力沉淀池和离心机内的运动轨迹有何不同 请用公式说明原因 2 采用某萃取剂 对废水中的溶质 A 和溶质 B 进行萃取 假设两物质的分配系数 kA和 kB 在温度为 20 C 时相等 kA随温度增加而降低 而 kB随温度增加而升高 如果想用萃取剂从 废水中分别萃取出溶质 A 和溶质 B 问该如何选择操作
12、条件 3 用超滤膜来过滤高浓度乳状废水 试分析在膜表面可能发生的主要过滤现象 如果增加 过滤压力 超滤膜的过滤速度将如何变化 二 二 通过在空气中的自由沉降来分离无烟煤 真密度为 1 7 g cm3 石英 真密度为 2 6 g cm3 和角闪石 真密度为 3 5 g cm3 的混合物 混合物中无烟煤的最大粒径为 15 m 角闪石颗粒 的最小粒径为 20 m 已知空气密度为 1 2 kg m3 黏度为 1 81 10 5 Pa s 求能分离的石英颗 粒的最大粒径和最小粒径 20 分 三 三 用一台过滤面积为 10 m2的过滤机过滤某种悬浮液 每一周期内过滤时间 tF为 30 min 悬 浮液中固
13、体颗粒的体积分数为 0 1 假设颗粒为理想球形 直径为 0 05 mm 过滤时形成不可 压缩的滤饼 空隙率为0 5 采用先恒压后恒速的过滤方式 已知恒压过滤阶段操作压差为2 105 Pa 过滤时间为 10 min 恒速过滤阶段起始压差等于恒压过滤阶段的操作压差 过滤介质阻 力可以忽略 1 求恒速过滤阶段和恒压过滤阶段分别得到的滤液量 2 过滤完毕对过滤机进行洗涤 已知洗涤液用量为 2 5 m3 求洗涤时间 tw及该过滤机的 生产能力 qv 忽略拆装 卸渣等辅助工作 设洗涤压力与过滤终了时的操作压力相同 洗涤 液走的路径和过滤终了时的路径完全相同 洗涤液粘度和滤液粘度也相同 20 分 四 用吸收
14、法吸收 SO2 假设只发生物理吸收 已知入塔气体中 SO2的摩尔比为 Y1 0 1 入 塔吸收剂中 SO2的摩尔比为 X2 0 001 操作条件下相平衡关系为 Y X 传质单元高度为 0 5 m 1 求逆流操作下 且吸收率为 90 时 所需的最小液气比 2 求逆流操作下 吸收率为 90 液气比为最小液气比的 1 2 倍时 所需要的吸收塔的 高度 30 分 五 用活性炭固定床吸附污水中的有机物 以 TOC 表示 床层高 1m 空床速度为 12 m h 污水 TOC 浓度为 200 mg L 活性炭固定床的传质区高度为 0 3m 穿透时间 tb为 64 h 发生穿 透时 剩余饱和度为0 5 并假设
15、该活性炭固定床的穿透时间和床高满足Bohart Adams公式 比 例系数为 9 10 4 L mg h 1 计算发生穿透时的活性炭固定床的饱和度和相应的TOC的动态吸附容量 单位 mgTOC L 床层体积 假设穿透时间以前出水中的 TOC 浓度均近似为 0 2 求穿透浓度为多少 15 分 解答过程 2 解 1 假设最小粒径的角闪石颗粒处于层流区 沉降速度 2 623 33 3 5 20 10 3 5 101 2 9 8 0 042 1818 1 81 10 pp dg um s 检验 6 33 5 0 042 1 2 20 10 Re0 0562 1 81 10 p ud 满足假设 能分离的
16、最大粒径的石英颗粒的沉降速度 23 0 042 uum s 假设其处于层流区 则 5 2 2 3 2 1818 1 81 100 042 23 2 2 6 101 2 9 8 p p u dm g 检验 6 22 5 0 042 1 2 23 2 10 Re0 0652 1 81 10 p ud 满足假设 2 假设最大粒径的无烟煤颗粒处于层流区 沉降速度 2 623 11 1 5 15 10 1 7 101 2 9 8 0 0115 1818 1 81 10 pp dg um s 检验 6 11 5 0 0115 1 2 15 10 Re0 01142 1 81 10 p ud 满足假设 能分离的最大粒径的石英颗粒的沉降速度 21 0 0115 uum s 假设其处于层流区 则 5 2 2 3 2 1818 1 81 100 0115 12 1 2 6 101 2 9 8 p p u dm g 检验 6 11 5 0 042 1 2 23 2 10 Re0 0652 1 81 10 p ud 满足假设 3 解 1 过滤1m3悬浮液得到滤饼体积为V 滤饼中水的体积为VW 则 3 0 1
