XmR2?BXmR2?1.6?10?5?1.5?10?5，不能达到要求

B?15S23 采用三级错流萃取

XmR1?BXmF?5?10?5

B?15S1BXmR1?2.5?10?5

B?15S2BXmR2?1.25?10?5?1.5?10?5，达到要求。

B?15S3XmR2?XmR3?

2.11 (1) 采用超滤膜过滤含高浓度乳化油废水，试分析随着压力的增加，膜通量将如何变化？ (2) 采用反渗透膜进行海水淡化，操作温度为25?C, 海水中NaCl质量分数为2.0％，如果操作压力为1.2MPa，问是否能正常运行达到脱盐目的？

解：（1）膜通量可以表示为

NW??p

??Rm?Rp?Rg?在此过滤过程中，初期，随着压力的增加，膜通量增大；由于容易形成凝胶层，所以凝胶层形成之后，再增大压力，，凝胶层厚度也会增加，凝胶层阻力随之增加，抵消了压力增加对膜通量的贡献，所以一旦凝胶层形成，膜通量就不会随压力增大而增加。

（2）进料盐浓度为c0所以渗透压为??2/58.5?0.349mol/L

98/1000?c0RT?0.349?8.314?298?2/1000?1.73MPa

渗透压大于操作压力，所以不能正常脱盐。

2.12采用转筒离心机分离悬浊液中的固体颗粒，已知颗粒直径为50?m，颗粒密度为6600kg/m3，悬浊液密度为1000kg/m3，黏度为1.2×10Pa·s，转筒尺寸为h=500mm, r1=50mm, r2=100mm, 离心机转速为

-3

250r/min。

(1) (2)

求离心机完全去除固体颗粒时的最大悬浊液处理量。

如果改用直径D与离心机相同的漩流分离器处理该悬浊液，假设进液口宽度B=D/4，液体

在旋流分离器中的旋转圈数为5，采用什么样的操作条件，才能使漩流分离器的分离效率与离心机相

同。

解：（1）假设颗粒运动位于层流区，则颗粒的沉降时间为

r218?18?1.2?10?30.1t?ln?ln?1.56s 2222?5??p???dp?r1?6600?1000???5.0?10???2??250/60?0.05所以悬浊液的最小停留时间为1.56s 最大处理量为

22V3.14??0.1?0.05??0.5qV???0.00755m3/s

t1.56检验：沉降速度

ut

???22p???dpr2?18???6600?1000???5.0?10?5?2?0.1??2??250/60?218?1.2?10?3?0.044m/s?dput1000?5.0?10?5?0.044??1.8?2，假设真确。 雷诺数Rep??1.2?10?3（2）在旋流分离器中分离相同的颗粒，需要的进口流速为

9?B9?1.2?10?3?0.05ui?2??2.4m/s 2?5dc???p???N?5.0?10??3.14??6600?1000??5检验：ut???22??d?ppui18?rm?0.05m/s

?dput1000?5.0?10?5?0.05Rep???1.8?2，假设正确。 ?3?1.2?10

2.13对某有害气体采用吸收法处理，已知气液两相的相平衡关系为y*＝1.2x。假设气体中溶质摩尔分数为0.3，吸收剂中的溶质摩尔分数为0.01，液气比为2。

(1)

采用逆流操作时，请画出操作线和平衡线的关系示意图。假设气体出口处气体中溶质摩尔

分数为0.02，计算气体进口和出口处的推动力。

(2)

采用并流操作（气体和吸收剂均从塔底部进入）时，请画出操作线和平衡线的关系示意图。

如果同样要求气体出口处气体中溶质摩尔分数达到0.02，问是否能够达到要求？气体中溶质摩尔分数最低能达到多少？

(3)

在上述并流操作条件下，如果要使气体出口处气体中溶质摩尔分数达到0.02，应如何调整

操作参数？请通过计算说明。 解：（1）Y1?0.429，Y2?0.0204，X2?0.01

*气体出口处与液相平衡的气相摩尔分数为Y所以推动力为?Y?1.2?0.01?0.012

?Y2?Y*?0.0204?0.012?0.0084

气体进口处液相摩尔分数为

X1?0.5??0.429?0.0204??0.01?0.214

*气体出口处与液相平衡的气相摩尔分数为Y所以推动力为?Y?1.2?0.214?0.257

?Y2?Y*?0.429?0.257?0.172

（2）并流操作，气体出口最大为Y2由物料衡算机平衡关系，可以求得

?Y2*

X2?0.14，所以出口气体最低为

Y2?Y2*?1.2?0.14?0.17?0.0204

不能达到处理要求。

（3）可以通过增加液气比来实现

0.429?0.0204?58.4，即将液气比提高到58.4可以实现。

0.017?0.01Y Y1 Y2 Y Y1 Y2 X2 X1 X

X1 X2 X

2.14采用萃取法处理含酚废水。已知待处理的含酚废水体积为10L, 密度为1000 kg/m3，废水中的酚浓度为100 mg/L，要求萃取后废水中酚浓度达到15mg/L以下。假设酚的分配系数为15，并不随溶液组成而变化。

(1) (2)

采用单级萃取时，问需要添加多少kg的萃取剂？

将单级萃取后的萃取相与同样体积和同样浓度的含酚废水再次接触进行萃取操作，问废水

中的酚浓度可以降低到多少？并请画出操作线和平衡线的关系示意图。

(3) （25分）

重复（2）的操作，求最终得到的萃取相中酚的最大浓度为多少？

解：（1）单级萃取 料液中B的量为B?10kg 根据物料衡算B?XmF又因为YmE?S?YmE?B?XmR

?15XmR

所以需要的萃取剂为S?B?XmF?XmR??3.78kg

15XmR（2）再次萃取后，由物料衡算和平衡关系

''B?XmF?B?XmR?S?YmE?S?YmE ''YmE?15XmR

可得YmE'?5.57?10?4，浓度为3.7mg/L

（3）重复操作，最终得到的萃取相中的浓度是与处理液浓度平衡的浓度 所以YmE?max?

三、反应工程原理

3.1 简答题

1. 简述影响均相连续反应器内反应物的转化率的主要因素。

解：（1）反应器：反应器的操作方式（全混流、平推流等）、反应器有效容积；（2）反应：反应级数、反应速率常数；（3）操作条件：反应停留时间、进料浓度、温度。

2. 西勒（Thiele）模数的物理意义是什么？具体说明西勒（Thiele）模数的大小如何影响催化剂的有效系数？

解：物理意义是最大反应速率与最大内扩散速率的比值 ΦS值越大，内扩散阻力越大，有效系数越小

（1）ΦS<0.1-0.3时，η≈1，此时扩散的影响可忽略不计。

（2）ΦS>5-9时，η值小于0.1，且η≈1/ΦS。此时宏观反应速率主要受扩散的影响。

3. 根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。 解：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。

?15XmR?1.5?10?3，浓度为1500 mg/L

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。

4. 影响以微生物膜表面积为基准的基质消耗速率的主要因素（主要指与微生物膜和基质本身特性有直接关系的主要因素，不包括温度、pH等环境条件）有哪些？

解：根据公式 其中

?rss?ksS*?(DsfkXf)1/2Stanh?m

*

?m??kXf

Dsf所以，影响微生物膜反应速率（以表面积为基准）的因素为

基质的特性：基质在微生物膜内的有效扩散系数Dsf，基质反应速率常数k； 微生物膜特性：膜内的微生物浓度Xf，：微生物膜的厚度δ； 微生物的膜内微生物种类 表面的基质浓度

5. 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。 解：气液相反应过程是包括传质和反应的多个步骤的综合过程。宏观反应速率控制步骤为传质过程或反应过程，由本征反应速率和传质速率快慢所决定。控制步骤不同，反应区域与浓度分布亦不同，反应速率方程和传质形式发生改变，从而使宏观速率方程具有不同的表达形式。

6. 试比较固体催化剂的有效系数与微生物膜的有效系数的定义有何不同？ 解：固相催化剂的有效系数(η)，也称效率因子：

??催化剂的实际反应速率

催化剂表面与内部无浓度及温度差时的理想反应速率微生物膜的有效系数(ηS)

?rss?s??(?rss)max???0?(?rs)dz(?rs)dz?以面积为基准的实际反应速率生物膜厚度?无限大时，能达到的以面积为基准的反应速率

0两种定义中反应速率最大值或理想值的定义不同

1. 一般情况下，反应器内的流体流动状态会对反应结果产生影响，为什么？

解：反应过程和传递过程是反应工程的关键，而反应器内流体的流动状态将直接影响反应过程和传递