1.8 将20℃的水以30 m3/h的流量从水池送至高位水箱，已知水箱顶部压强为0.05MPa（表压），水箱水面与水池水面的高差为10m。输水管内径为80mm，长18m，管线局部阻力系数摩擦系数?，???13（阀全开时）
?0.012?0.75Re0.38，求所需泵的功率。已知水的粘度为1×103Pa·s，密度为1×103kg/m3。
－
解：输水管中的水流流速
u＝4Q?1.66m/s 2?d输水管局部阻力损失：
1.662hf1??1?13??1.83m
2g2?9.8摩擦系数?：
u12??0.75?10?3??0.012??0.012?0.75??3??du?10?0.08?1.66?输水管沿程阻力损失：
2lu1181.662???0.012?0.38m
d2g0.082?9.80.38?0.012m
hf2所需泵的功率
Ne?(10?hf1?hf2)gQm?12.21?9.8?30?103/3600?997.2W
1.9 30℃、100 kPa下，在填料塔中用水吸收混合于空气中的SO2。在塔内某一点上，气相中SO2的浓度为y=0.09，液相中SO2的浓度为x=0.002，气相传质阻力认为集中在2mm厚的气膜中。计算稳定条件下在该点上SO2的传质速率。已知SO2在空气中的分子扩散系数为5×105 m2/s，30℃时SO2水溶液的平衡关
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系为Y=26.5X。
解：液相中SO2的摩尔比为
xA,10.002XA,1???0.002
1?xA,11?0.002在稳态条件下，气相界面SO2的摩尔比为： YA,1=26.5X A,1＝26.5×0.002=0.053 气相界面SO2的摩尔分数为
yA,1?YA,10.053??0.05
1?YA,11?0.053气相主体中SO2的浓度：0.09
设yB,1和yB,2为惰性组分在2相界面和气相主体间的摩尔分数,
则
yB,m＝yB,1?yB,20.95?0.91??0.93
yB,10.95lnln0.91yB,2所以
DABp(yA,1?yA,2)5?10?5?100000?(0.09?0.05)NA＝?RTLyB,m8.31?303?2?10?3?0.93 ?0.043mol/(m2?s)
1.10 一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径为583mm，保温层外表面的实测温度为48℃，空气温度为22℃。此时空气与保温层外表面的自然对流传热系数为3.43W/m2·K，保温层外表面的黑度是0.9。试求此管道每米长度的总散热量。（此时，辐射传热的角系数为1，总辐射系数为C1?2解：对流传热：
??C0）
Q对流??A?T?3.43???0.583?1??48?22??150.77W
辐射传热：
TTQ辐射??C0A[(1)4?(2)4]100100273?484273?224?0.9?5.67???0.583?1?[()?()]
100100?284.5W所以：
Q总?Q对流＋Q辐射?435.27W
1.11 某热水管道拟采用两层保温材料进行保温，已知两种材料的导热系数分别?1和?2，?1>?2。若保温材料厚度相同，为了达到较好的保温效果，应将哪种材料放在内层，试通过计算式说明原因。
解：
Q??T?R?Tb1b?2?1Am1?2Am2??Tb1b2??1L?dm1?2L?dm2??T?1?2L?dm1dm2b(?1dm1??2dm2)
当导热系数为?1的材料在内层时，?1>?2，dm1
所以
?T?1?2L?dm1dm2?T?1?2L?dm1dm2?b(?1a??2c)b(?1c??2a)即Q1?Q2
为了达到较好的保温效果，导热系数为?2的材料应放在内层
1.12 纯气体A通过厚度为0.01m的气膜从主体向催化剂表面扩散，在催化剂表面发生瞬时化学反应A（g）→2B（g），生成的B又反向扩散回来。已知总压力为1.013×105Pa，温度为300K，扩散系数DAB为1.5×105m2/s。试求A的扩散速率。
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解：由NA因为NB所以：
??DABdcAcA?(NA?NB) dzc??2NA
NA??DAB??DABc1?yA,0lnL1?yA,i
1?yA,0plnLRT1?yA,i1.5?10?5?1.013?10?51?1??ln0.01?8.31?3001?0??0.042mol/m2?s
1.13 一直径为20mm的球形萘粒置于压力为1.013×105Pa、温度为318K的空气中，已知该温度下萘的蒸汽压为74 Pa，萘在空气中的扩散系数为6.9×106m2/s，萘的分子量为128，密度为1145kg/m3。试求以
－
下两种情况下，萘球全部升华所需要的时间。
（1）萘粒置于大范围静止空气中（注：在大范围静止空气中的传质阻力相当于通过厚度为球半径的静止空气层的阻力）；
（2）空气以0.3m/s的速度流动，此时的平均对流传质系数为6.4×103m/s。
－
解：（1）设任一时刻萘球的半径为r，有传质速率方程，有
NA?DABp(pA,i?pA,0)
RTL?pB,m又根据质量衡算，有
dn?dV ?dtMdt?dr即NA? ?3128?10dtNA?A?1145?dr6.9?10?6?1.013?105所以?(74?0) ?3128?10dt8.31?318?r?pB,m其中，
pB,m?DABpB,0?pB,i1.013?105?(1.013?105?74)??1.013?105 5p1.013?10lnB,0lnpB,i1.013?105?74r?dr?2.15?10?11dt
边界条件t＝0，r＝0.01; t=t，r＝0 积分得：
0.012?2.15?10?11t 2t?2.33?106s?645.99h
6.4?10?3(74?0)?0.000179mol/m2?s （2）NA?kc(cA,i?cA,0)?8.31?318又NA???dr128?10?3dt
所以t??r0NA?128?10?3?5.00?105s?138.82h
二、分离过程原理
2.1 简答题
1. 进口气速不变，增大旋风分离器的直径，对离心力有何影响？转速不变，增大离心机转鼓直径，对离心力有何影响？
ui2参考答案：对旋风分离器，离心力Fc?mrm径，离心力减小。
对离心机，离心力Fc，进口气速不变，离心力与直径成反比，所以增大直
?mr?2，转速不变，离心力与直径成正比，所以增大直径，离心力增加。
2. 在过滤过程中，滤饼层的可压缩性通常用什么参数来表示？试分析说明滤饼层为不可压缩和可压缩两种情况时，增加过滤压差对过滤速度的影响。
参考答案：通常用压缩指数s
2?p1?s来表示。由K??r0c可知，增加过滤压差，过滤速度都会增加，
但是滤饼层不可压缩时，过滤速度会增加得更快。
3. 试比较深层过滤和表面过滤的特点和差异。
参考答案：从两者的过滤介质、过滤过程、过滤机理和应用范围加以比较。。 4. 试说明反渗透膜材质是如何影响膜的截留率的？ 参考答案：??KW??p????KW??p?????KA，可见膜材料的选择性渗透系数直接影响截留率。要实现高
效分离，KW要尽可能大，KA要尽可能小，也就是膜材料必须对溶剂的亲和力强，而对溶质的亲和力弱。
5. 空气中含有SO2和CH4两种气体，其分压相同，试判断哪种污染物更易被水吸收？为什么？ 参考答案：SO2更容易被水吸收。因为SO2在水中的溶解度系数更大，而且能够跟水结合并进一步解离。
6. 采用活性炭吸附某含酚废水，当采用单级吸附饱和后，将饱和后的活性炭填充到固定床中，从顶部通入同样浓度的含酚废水，问活性炭是否还能吸附酚？为什么？
参考答案：还能吸附。因为单级吸附饱和后，所对应的平衡浓度较低，通入新的废水后，液相浓度增加，活性碳又处于不饱和状态，所以还会继续吸附。
2.2某水中含有颗粒直径为0.2mm的悬浮液，颗粒所占的体积分率为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，试求（1）每平方米过滤面积上获得1.5m3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。（水的粘度为1×10-3Pa·s）
解：（1）首先计算形成滤饼的比阻 滤饼的空隙率为0.6，颗粒的比表面积a?664??3?10 m2/m3，取比例系数Kl?5，?3dp0.2?10可得滤饼的比阻为：
r?Kl?1???a22?3?5??1?0.6???3?104?220.63?0.33?1010m-2
又假设每得到1m3滤液形成的滤饼体积为c，则根据水的物料衡算可得