补充习题(第二篇分离过程原理)_997603931

第六章 沉降
6.1 已知某颗粒体积为31m μ，表面积为62m μ，求此颗粒的ea eS eV d d d 、、和形状系数ϕ。

6.2 一填充床由直径为20mm 、高为30mm 的圆柱形颗粒堆成，求颗粒的等体积当量直径，球形度，比表面积及等比表面积当量直径。

6.3 利用活性污泥法处理废水时需要不断地曝气。

假设现在有一个球形氧气泡，物性参数为
20002.01001325.12
5
==⨯=t mm V Pa P ，，℃，污水密度为3
/1000m kg ，黏度为s Pa ⋅⨯-3
10
2.1，求此氧气泡在污水中的运动速度。

6.4 平流式沉砂池中有一无机大颗粒沉降达到匀速运动时雷诺数8Re
=P
，
已知此颗粒密度为3/3000m kg ，污水密度为3/1000m kg ，黏度为s Pa ⋅⨯-3102.1，求此颗粒的直径和沉降速度。

6.5 将含有石英微粒的水溶液置于间歇沉降槽中，0.5h 后用吸管在水面下10cm 处吸取少量试样，求可能存在于试样中的最大微粒直径为多少？已知石英密度为3/2650m kg ，水密度为3/1000m kg ，黏度为s Pa ⋅⨯-3101，且忽略微粒沉降的加速段。

6.6 直径为50m μ的球形颗粒，于常温常压下在某种气体中的沉降速度为在水中的沉降速度的100倍，又知此颗粒在该气体中的净重（重力减浮力）为水中净重的2倍，求此颗粒在该
气体中的沉降速度。

已知水s Pa W ⋅⨯=-3101μ，3
/1000m kg W =ρ，该气体
3
/2.1m kg G =ρ。

6.7 用降尘室净化烟气，烟气流量为3600m 3
/h ，密度为1.2kg/m 3
，黏度为s Pa ⋅⨯-5
10
81.1，
尘粒的密度为4300 kg/m 3，要除去直径10m μ以上的尘粒，求所需的沉降面积。

若沉降室底面宽3m ，长5m ，需分隔成多少层？
6.8 用高m 2，宽m 2，长m 5的降尘室分离高温含尘气体中的尘粒，所能除去的最小尘粒直径为m μ90，尘粒密度为3/4500m kg ，高温含尘气体的密度为3
/6.0m kg ，黏度为
s Pa ⋅⨯-5
10
0.3。

求：
（1） 高温含尘气体的处理量（质量流量）；
（2） 若把上述降尘室用隔板等分隔成10层且需除去的最小尘粒直径不变，则处理量变成原来的多少倍？
（3） 若把上述降尘室用隔板等分隔成10层且高温含尘气体的处理量不变，则能除去的最
小尘粒直径变成原来的多少倍？
6.9 用标准旋风分离器分离气体中的颗粒，已知标准旋风分离器的直径
2/4/D h D B i ==，，5N =，气体密度为3
/1.0m kg ，黏度为s Pa ⋅⨯-5100.2，入口速
度为s m /10，气体中颗粒的最小直径为m μ10，密度为3/2500m kg ，求最小的气体处理量（质量流量，h kg /）。

6.10 欲分离某气体中的固体颗粒。

先采用降尘室去除，某颗粒直径为m μ100，沉降速度为
s mm /8，气体密度为3/6.0m kg ，黏度为s Pa ⋅⨯-5100.3。

现用某标准旋风分离器去除，
气体进口速度为s m /20，旋风分离器的平均半径为m 15.0，求此颗粒在旋风分离器中的沉降速度。

6.11 已知含尘气体中尘粒的密度为2500kg/m 3，气体流量为1500m 3/h ，密度为0.674kg/m 3，黏度为s Pa ⋅⨯-5106.3，采用标准型旋风分离器进行除尘，分离器直径为400mm ，求能分离出粉尘的临界直径。

6.12 测定某一旋风分离器的效率。

进口气体流量为5000m 3/h ，含尘量33/100.5m kg -⨯，
6.13 已知转鼓式离心机的转筒尺寸为mm r mm r mm h 1005050021===，，，转速为
min /1000r ，处理量为h m /103，悬浊液密度为3/1000m kg ，黏度为s Pa ⋅⨯-3102.1，
颗粒密度为3
/1250m kg ，求此离心机能去除的最小颗粒直径。

6.14 用离心沉降机分离废水中的固体颗粒，颗粒密度为1500kg/m 3，废水密度为1000kg/m 3
，黏度为s Pa ⋅⨯-3
10
2.1，离心机转速为1000r/min ，处理量10m 3
/h ，转筒h=400mm ，r 1=50mm ，
r 2=100mm ，求去除颗粒的临界直径。

第七章 过滤
7.1 求证得到单位体积滤液产生的滤饼量V
VC V x x x f -=，其中V x 、VC x 分别为被过滤悬浮
液及滤饼中固相所占的体积分数。

7.2 试求以下两种情况下的f 。

（1）某悬浮液中固体颗粒的质量分数为1.0，颗粒密度为3/2000m kg ，形成的滤饼含水量为%20（质量分数）。

（2）某悬浮液中固体颗粒的体积分数为1.0，形成的滤饼空隙率为5.0。

7.3 用压滤机过滤某悬浮液。

已知滤饼体积与滤液体积之比为05.0，过滤形成的滤饼比阻为
1
2
13
010
1--⋅⨯=Pa
m r ，滤液黏度为s Pa ⋅⨯-3101，滤饼压缩指数为0，且过滤介质阻力
相当于mm 1厚的滤饼阻力。

在初始压差为kPa 60的条件下进行恒速过滤min 5，然后将压差降为当时的一半再继续恒速过滤min 5，求单位面积上得到的总滤液量和滤饼厚度。

7.4 用压滤机过滤某悬浮液。

已知06.0=f ，1
2120105.9--⋅⨯=Pa m r ，滤液黏度
s Pa ⋅⨯=-3
10
2.1μ，滤饼不可压缩。

忽略过滤介质阻力。

求：
（1）在kPa 50的过滤压差下恒压过滤，求过滤min 10后的过滤速度。

（2）在s m u /0005.0=的过滤速度下恒速过滤，求过滤min 10后的过滤压差。

7.5 板框压滤机采用横穿洗涤法时洗涤面积和经过的滤饼厚度都与过滤时不同，已知
m w m L L 2=，L L w 2=，A A w 2
1=
，根据Ruth 过滤方程推导出洗涤速度与过滤终了时的
速度的关系。

如果洗涤压力与过滤终了的操作压力一样，洗涤液与滤液黏度一样，洗涤速度
是过滤终了速度的几倍？w dt dV ⎪⎭⎫
⎝⎛与终
,F dt dV ⎪⎭⎫
⎝⎛又有什么关系？
7.6 设过滤常数为K ，单位过滤介质面积的虚拟滤液量为e q ，过滤时间为F t ，拆装等辅助时间为D t ，不需洗涤，试推证恒压板框过滤机生产能力V q 达到最大时的过滤时间F t 的表达式，若忽略过滤介质阻力，则结果又如何？
7.7 用板框过滤机恒压下过滤某悬浮液，一个操作周期得滤液8m 3，其中过滤时间0.5h ，洗涤及拆装等共用0.7h ，设滤饼不可压缩，介质阻力忽略不计。

求：（1）生产能力；（2）仅将操作压力加倍，其他条件均不变，生产能力为多少？（3）若改用转筒真空过滤机，该机旋
转一周可得0.05m 3
滤液，要维持生产能力同（1）则转速应为多少？
7.8 一转筒真空过滤机，过滤某悬浮液，操作真空度为4.9kPa ，转速为1r/min ，滤饼厚度为10mm ，现将操作真空度提高到6.86kPa ，且要求生产能力提高一倍，已知滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，求：（1）新工况过滤机转速为多少？（2）新工况生长的滤饼厚度为多少？
7.9 一填充床含有不同大小的颗粒，筛分得到直径10mm 的颗粒15g ，20mm 的20g ，40mm 的35g ，60mm 的20g ，70mm 的10g ，球形度为0.75，计算平均等比表面积当量直径。

7.10 用慢滤池处理某悬浮液，过滤时形成可压缩的滤饼，3.0=s ，已知滤饼由mm d 1.0=的球形颗粒组成，过滤压差为kPa 50时空隙率为1.0，求（1）此时滤饼的比阻；（2）单位压差下滤饼的比阻。

7.11 一固定床反应器直径为1m ，床层高度为1.5m ，填料为直径4mm 的球形颗粒，密度为1600kg/m 3，床层的表观密度为1000kg/m 3，通过的气体质量流速为0.58)/(2s m kg ⋅，密度1.93kg/m 3，黏度为s Pa ⋅⨯-5101.1，求气体通过固定床的压力降为多少？
7.12 固定床直径1m ，床层厚度1.5m ，由直径3mm 的球形颗粒填充，空隙率为0.4，清水通过床层的流量为20m 3/h ，已知清水密度为1000kg/m 3，黏度为s Pa ⋅⨯-3101，求清水通过床层的水头损失。

7.13 用快滤池处理含悬浮物的废水，废水黏度为s Pa ⋅⨯-3100.1，快滤池内径为m 2，滤层由直径为mm 5的球形砂粒组成，空隙率为35.0，高度为m 1，要求处理量为h m /803，求快滤池的水头损失。

7.14 用固定床反应器处理废气，填料为直径mm 4的球形颗粒，空隙率为4.0，废气黏度为
s Pa ⋅⨯-5
10
5.1，已知压力降为Pa 10，要求每平方米反应器的处理量为h m m ⋅2
3/15，求
需要多高的填料层？
第八章 吸收
8.1 实验测得在总压为kPa 3.101，温度为20℃时，g 100水中含氨g 1，液面上氨的分压为
kPa 8.0，且气液两相处于平衡状态，若此溶液可视为稀溶液，试求此条件下的亨利系数、
溶解度系数和相平衡常数。

8.2 用吸收塔吸收某气体。

已知两相平衡关系为x y =*，两相的传质系数分别为
1
2
2
10
1---⋅⋅⨯=s
m
kmol k x ，1
2
2
10
1---⋅⋅⨯=s
m
kmol k y ，气相总压为kPa 3.101，液相
可认为是稀溶液。

求G k 、L k 、G K 、L K 、x K 、y K 。

8.3 用水吸收气相混合物中的氨，氨的摩尔分数为0.05，气相总压为101.3kPa ，相平衡关系满足亨利定律，其中)/(073.13kPa m kmol H ⋅=，气膜传质阻力为总传质阻力的70%，总
传质系数)/(1057.22
6kPa s m kmol K G ⋅⋅⨯=-，求：（1）氨在液相中的浓度为0.07kmol/m 3
时的吸收速率；（2）传质分系数G k 及L k 。

8.4 吸收塔内某一横截面处气相组成05.0=A y ，液相组成01.0=A x ，操作条件下相平衡关系为A A
x y 2=*，两相传质系数分别为)/(1025.12
5
s m kmol k y ⋅⨯=-，
)/(10
25.12
5
s m kmol k x ⋅⨯=-，求该街面上传质总推动力、总阻力、气液相阻力占总阻力
百分率、传质速率。

8.5 已知20℃时S H 2在水中的亨利系数为kPa 4
104.89⨯，S H 2的气相分压为kPa 5，液
相摩尔分数为0001.0，操作条件下气相传质系数为1
1
202.0---⋅⋅⋅=kPa
h m kmol k G ，液
相传质系数为h m k L /5.0=。

求：（1）判断传质方向；（2）分析传质阻力。

8.6 用碱液吸收2CO ，假设发生的是界面反应，已知气相分压为k Pa 50，传质速率为
1
2
5
10
7---⋅⋅⨯s
m
kmol ，求总传质系数和气相传质系数。

8.7 在填料塔中用稀硫酸吸收空气中的氨，总传质单元高度m H OG 6.0=，气液流速及其他
操作条件相同，设液相发生快速不可逆反应，计算下述情况所需的填料层高度及它们之间的比例。

（1）混合气含氨1%，要求吸收率为90%；（2）混合气含氨1%，要求吸收率为99%；（3）混合气含氨10%，要求吸收率为99%。

8.8 用填料塔吸收某气态污染物，填料塔高m 3，已知01.01=Y ，02=X ，吸收率为%90，相平衡常数5.1=m ，吸收因子1=S ，气相总体积传质系数为1305.0--⋅⋅s m kmol ，求单位塔面积的惰性气体流量和吸收剂流量。

8.9 某填料塔用清水吸收氨-空气混合气中的氨，已知填料层高度为m 6.2，空气流量为
1
2
012.0--⋅⋅s
m
kmol ，入塔气体和出塔气体中氨气摩尔比分别为15.0和02.0，出塔吸收
液中氨气摩尔比为1.0，操作条件下相平衡常数1=m ，求吸收剂摩尔流量和此填料塔的气相总体积传质系数。

8.10 某填料塔用NaOH
碱液吸收空气中的2
CO
，已知空气摩尔流量为
1
2
0.015--⋅⋅s m
kmol ，入塔气体中2
CO
摩尔分数为05.0，出塔气体中2CO 摩尔分数为
001.0，入塔吸收液中NaOH
浓度为15.2-⋅L m o l ，出塔吸收液中NaOH
浓度为
1
1.0-⋅L m o l ，操作条件下气相总体积传质系数为1
3
05.0--⋅⋅s
m kmol ，假设发生的是瞬间
不可逆的界面反应，求吸收剂体积流量和此填料塔的高度。

8.11 某填料塔用清水吸收某种气态污染物。

已知吸收因数6.1=S ，1.01=Y ，005.02=Y ，相平衡常数1=m ，求： （1）传质单元数；
（2）若将此填料塔的填料等分成两部分，做成两个新的填料塔，塔截面积和填料的填充情况与原填料塔相同，且保持总的气体处理量和吸收剂用量不变，分别求两个吸收塔的尾气中气态污染物的摩尔分数，比较两种情况下的回收率。

（设新填料塔的总体积传质系数与原填料塔相同）
8.12 在逆流操作的填料塔中用清水吸收混合气中的某组分A ，已知操作条件下平衡关系
A A mx y =*
，设组分A 的吸收率为A ϕ，证明最小液气比A nG nL m q q ϕ=min )/(
8.13 在填料塔中用溶剂吸收混合气中的溶质，进塔气体09.01=y ，入塔液相组成为22g 溶
质/kg 溶液，操作条件下平衡关系为A A x y 8.0=*
，液气比9.0/=nG nL q q ，分别求逆流和并
流时的最大吸收率和出塔吸收液浓度。

已知溶质摩尔质量为40kg/kmol ，溶剂摩尔质量为
18kg/kmol 。

8.14 一填料塔，填料层高5m ，塔径1m ，用清水逆流吸收混合气中的丙酮，05.01=Y ，003.02=Y ，02.01=X ，空气流量h kmol q nG /90=，操作条件为101.3kPa ，25℃，平衡
关系A A X Y 2=*，求：（1）)]/([3h m kmol a K Y ⋅；（2）丙酮的回收率，若把填料层加高3m ，回收率又为多少？
8.15 逆流操作的填料塔，气、液相摩尔流量分别为nG q 、nL q ，塔底、塔顶的气相溶质摩尔比为Y 1、Y 2，塔底、塔顶的液相溶质摩尔比为X 1、X 2，相平衡满足亨利定律，且操作线的斜率等于相平衡常数m ，证明气相总传质单元数2
221mX
Y Y Y N OG --=。

第九章 吸附
9.1 实验测得用活性炭吸附氮气时吸附等温线方程符合Langmuir 方程，
()1
975.2-⋅=C g mg q m ，1
511009.2--⨯=Pa k ，求：
（1）与氮气分压Pa p 1000=相平衡的吸附量； （2）吸附量()1
2.0-⋅=C g mg q 对应的氮气平衡分压。

9.2 用活性炭吸附出水中的TOC ，吸附符合Freundlich 方程，007.0=k ，13.1=n ，方程中q 的单位为()1
-⋅C mg mg ，ρ的单位为1-⋅L mg 。

现出水中TOC 为L mg /20，每升出水
投加100毫克的活性炭，求吸附平衡时出水中TOC 降至多少？
9.3 现用活性炭处理某有机废水，实验测得以下数据：
判断吸附类型，并求吸附常数和吸附等温线方程。

9.4 通过一组实验测定活性炭从水溶液中去除农药的吸附平衡数据。

在8个烧瓶中分别注入250mL 含农药500mg/L 的溶液，各加入不同质量的活性炭，达到平衡后分析上清液农药浓度，结果如下：
9.5 30
1L 烧瓶中盛有空气与丙酮，30℃，总压101.33kPa ，其中丙酮的体积分数为13%，在瓶中放入2g 活性炭，并密闭烧瓶。

求平衡时瓶内的压力。

假设吸附平衡符合Freundlich 方程，且忽略对空气的吸附。

9.6 含蔗糖48%（质量分数）的溶液中含少量色素，80℃下用活性炭吸附脱色。

已知以每千克蔗糖为基准，吸附量q[色度单位/kg （活性炭）]与平衡时色度c 之间的关系为
68
.0426c
q =，现欲将溶液色度由20处理至2，求处理1000kg 溶液需用活性炭多少？
9.7 用活性炭吸附某种有机污染物，吸附符合Freundlich 方程，2.02.0ρ=q ，q 单位为()1
-⋅C mg mg ，ρ单位为L mg /。

已知L mg /200=ρ，L mg /21=ρ，00=x ，求：
（1）采用单级吸附处理，每升废水所需要的活性炭量。

若将此活性每升废水炭量平分两份，改成两级错流吸附，试求最终出水浓度；（2）采用两级逆流吸附处理，求每升废水所需的活性炭
量。

9.8 25℃，总压为kPa 325.101下，用活性炭固定床吸附空气中的甲醛，吸附等温线方程为
31
016.0p q =（p 单位为Pa ）
，已知填充层高度为m 1，活性炭填充密度为3/500m kg ，空气流量为()2/500m h kg ⋅，空气摩尔质量为mol g /29，入口处甲醛的摩尔比为008.0。

根据有关数据已得到穿透点处5.0=f ，且m z a 2.0=，求穿透时间。

9.9 30℃、1MPa 、湿度为0.002kg （水蒸气）/kg （干空气）的空气通过硅胶填充塔，对应此
湿度下的硅胶吸附量为0.08kg （水）/kg （无水硅胶），填充层厚度 1.0m ，吸附区高度
m z a 12.0=，7.0=f ，硅胶填充密度为500kg/m 3
，通入干空气的流速为)/(4002
m h kg ⋅，
求穿透时间。

9.10 设计一固定床吸附装置，用活性炭去除某废水中的毒性有机物。

废水量为20m 3/h ，有机物浓度150mg/L ，允许排放浓度为0.5mg/L 。

在小吸附柱中试验，空床速度)/(1023h m m ⋅，测定不同床层高度下的穿透时间如下：
实际床层高度2.5m ，求固定床直径及每次吸附操作的时间。

9.11 某活性炭固定床的空床速度为s m /20，废水中有机物的初始浓度为L mg /100，穿透浓度为L mg /2，在此条件下固定床的Bohart-Adams 公式中的有关参数为
L mg N /1085
0⨯=，()h mg L K ⋅⨯=-/10
54
，若穿透时间为h 200，求填料层高度。

第十章 其他分离过程
10.1 用H 型强酸性阳离子交换树脂处理质量分数为%10的NaCl 溶液，树脂的全交换容量
为L mol /5，已知Na +的去除率为%90，2Na
H =+
+K ，求被交换下来的H +浓度。

10.2 某H 型强酸性阳离子交换树脂的树脂交换容量为L mol /4，液相初始浓度为L mol /2，液膜厚度为m μ20，分离因子为2，液相和树脂相离子扩散系数分别为h m /10222-⨯和
h m /10
62
3
-⨯，求当粒度为mm 1，mm 1.0，mm 01.0时分别为哪种扩散控制。

10.3 某强酸性阳离子交换树脂，粒度为0.3mm ，树脂交换容量为2.5mol/m 3
，液相初始浓度为0.5 mol/m 3，液相与树脂相离子扩散系数分别为h m D /100.3221-⨯=，
h m D r /10
5.223
-⨯=，
液膜厚度m b 5
110-=δ，分离因子2/=B
A α
，
判断属哪种扩散控制。

10.4 用纯萃取剂S 萃取污水中的溶质A 。

已知原料液处理量为kg 1200，在三角相图上量得5.1=F
M S M ，
5.0=E
M R M ，求萃取剂用量和得到的萃取相量和萃余相量。

10.5 某甲苯溶液中含有乙醛和甘油，现用水去萃取。

已知萃余相中乙醛和甘油的质量分数分别为2.0和8.0，萃取相中两者的质量分数分别为35.0和4.0，求α，并判断若要分离乙醛和甘油，用水作萃取剂是否合适？
10.6 采用多级错流萃取的方法从A 、B 混合液中提取A ，所用S 为纯萃取剂且与B 完全不溶，已知原料液流量为h kg /1500，每级萃取剂量为h kg /400，级数为5。

原料液中A 的质量分数为2.0，平衡关系为m m X Y 2=，求最终萃余相中A 的质量分数。

10.7 现有溶液11g ，1.0=mF X ，用10g 纯萃取剂进行萃取，溶质在两相中的分配曲线为
m m X Y 4=，分别计算用下列两种方法萃取后萃余液中的溶质质量。

（1）单级萃取；（2）分
5等份进行五级错流萃取。

10.8 用水萃取含乙醛6%（质量分数）的乙醛—甲苯混合液中的乙醛，采用多级错流萃取，原料液流量100kg/h ，每级中水用量20kg/h ，要求萃取相含乙醛不大于0.5%，水和甲苯可视为完全不互溶，以乙醛质量比表示的平衡关系为m m X Y 2.2=，求所需的理论级数。

10.9 填料萃取塔中连续逆流萃取，从含溶质175.0=mF X 的原料液中用纯萃取剂萃取，要
求最终萃余液中溶质质量比不大于0.005，已知稀释剂流量为80kg/h ，萃取剂流量为90kg/h ，操作条件下分配系数5.1=A k ，填料层高度为 1.3m ，体积传质系数
)/(10135h m kg a K b y ⋅⨯=，求：
（1）溶剂用量为最小用量的倍数；（2）塔的直径。

10.10 20℃时某Mg 2Cl 溶液的浓度为L /mg 5000，求此溶液的渗透压（渗透压系数为1）。

10.11 利用电渗析过程去除某溶液中的一种三价阴离子，处理量为500L/h ，电流密度为100A/m 2，电流效率为80%，已知1mol 电子的电量为96500C ，求将此离子浓度由0.05mol/L 降至0.025mol/L 所需的膜面积？
10.12 海水反渗透脱盐在25℃、MPa 6下进行，测得水通量为s m m ⋅⨯-235/105.1，水的渗透系数为()MPa s m m ⋅⋅⨯-236/105，溶质的渗透系数为s m /1027-⨯，求渗透压差、溶质通量以及反渗透前后海水的浓度（渗透压系数为2）。

10.13 反渗透利用中空纤维膜淡化海水（NaCl 质量分数为3%），纤维外径0.1mm ，在6000kPa 和298K 下膜器产水量为5m 3/d ，已知水渗透系数为)/(106.110kPa s m ⋅⨯-，渗透液中的NaCl 可忽略不计，求长度为1m 的膜器中应有多少根纤维？
10.14 用微滤膜处理某悬浮液，压差为MPa 2，已知当滤饼厚度为m μ1时清水通量为s m m ⋅⨯-234/105，滤饼厚度为m μ4时清水通量为s m m ⋅⨯-2
34/101，滤饼不可压缩，求滤饼层比阻。

10.15 某微滤膜在0.15MPa 下纯水通量为)/(1502
h m L ⋅，同样压力下过滤某悬浊液，通量为)/(402h m L ⋅，已知滤饼层厚度为m μ5，空隙率为0.3，求溶质颗粒的平均直径？
参考文献：
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[2] 匡国柱主编.化工原理学习指导.大连：大连理工大学出版社，2002
[3] 余立新，戴猷元编著.化工原理习题解析（下）.北京：清华大学出版社，2004
[4] 杨富云，孙怀东主编.化工原理（天大修订版）辅导及习题全解.北京：人民日报出版社，
2004
[5] 黄少烈，邹华生主编.化工原理.北京：高等教育出版社，2002。