环境工程原理课后答案(2-9章)

第二章质量衡算与能量衡算

2.1 某室内空气中O 3

的浓度是0.08×10-6

（体积分数），求：（1）在1.013×105Pa 、25℃下，用μg/m 3

表示该浓度；

（2）在大气压力为0.83×105

Pa 和15℃下，O 3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

V 1＝V 0·P 0T 1/ P 1T 0

＝22.4L ×298K/273K ＝24.45L

所以O 3浓度可以表示为

0.08×10－6

mol ×48g/mol ×（24.45L ）

－1

＝157.05μg/m 3

（2）由题，在所给条件下，1mol 空气的体积为

V 1＝V 0·P 0T 1/ P 1T 0

=22.4L ×1.013×105Pa ×288K/(0.83×105

Pa ×273K ）＝28.82L

所以O 3的物质的量浓度为

0.08×10－6

mol/28.82L ＝2.78×10－9

mol/L

2.2 假设在25℃和1.013×105Pa 的条件下，SO 2的平均测量浓度为400μg/m 3

，若允许值为0.14×10-6

，问是否符合要求？

解：由题，在所给条件下，将测量的

SO 2质量浓度换算成体积分数，即

3

3

9

6

5

10

8.3142981040010

0.1510

1.0131064

A

A

RT pM 大于允许浓度，故不符合要求

2.3 试将下列物理量换算为

SI 制单位：

质量：1.5kgf ·s 2

/m=

kg 密度：13.6g/cm 3=

kg/ m

3

压力：35kgf/cm2= Pa

4.7atm= Pa

670mmHg= 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

表面张力：70dyn/cm= N/m

5 kgf/m= N/m

解：

s2/m=14.709975kg

质量：1.5kgf·

密度：13.6g/cm3=13.6×103kg/ m3

压力：35kg/cm2=3.43245×106Pa

5Pa

4.7atm=4.762275×10

670mmHg=8.93244×104Pa

功率：10马力＝7.4569kW

3J/（kg·K）

比热容：2Btu/(lb·

℉)= 8.3736×10

3kcal/（kg·℃）=1.25604×104J/（kg·K）

流量：2.5L/s=9m3/h

表面张力：70dyn/cm=0.07N/m

5 kgf/m=49.03325N/m

2.4 密度有时可以表示成温度的线性函数，如

ρ＝ρ0+At

式中：ρ——温度为t时的密度，lb/ft3；

ρ0——温度为t0时的密度，lb/ft3。

t——温度，℉。

如果此方程在因次上是一致的，在国际单位制中A的单位必须是什么？解：由题易得，A的单位为kg/（m3·K）

2.5 一加热炉用空气（含O 2 0.21, N 2 0.79）燃烧天然气（不含O 2与N 2）。分析燃烧所得烟道气，其组成的摩尔分数为CO 2 0.07，H 2O 0.14，O 2 0.056，N 2 0.734。求每通入100m 3、30℃的空气能产生多少m 3烟道气？烟道气温度为

300℃，炉

内为常压。

解：假设燃烧过程为稳态。烟道气中的成分来自天然气和空气。取加热炉为

衡算系统。以N 2为衡算对象，烟道气中的N 2全部来自空气。设产生烟道气体积

为V 2。根据质量衡算方程，有

0.79×P 1V 1/RT 1＝0.734×

P 2V 2/RT 2即

0.79×100m 3

/303K ＝0.734×V 2/573K

V 2＝203.54m 3

2.6某一段河流上游流量为36000m 3

/d ，河水中污染物的浓度为

3.0mg/L 。有

一支流流量为10000 m 3

/d ，其中污染物浓度为30mg/L 。假设完全混合。

（1）求下游的污染物浓度

（2）求每天有多少kg 污染物质通过下游某一监测点。解：（1）根据质量衡算方程，下游污染物浓度为

11

22

12

3.0360003010000

/8.87/3600010000

V V m

V V q

q mg L mg L

q q （2）每天通过下游测量点的污染物的质量为

3

12()

8.87(3600010000)10/408.02/m

V V q q kg d kg d

2.7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

，则输出的浓度也为

m

则由质量衡算，得