第5章作业
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提示：题目给出了两个时间节点的两个浓度值。需要采取两步计算方法来解决：首先需要确定初始浓度和k值(两个未知数，两个方程）
解：
(1)确定初始浓度(刚溢洒之后)和常数k。在第10天的时候，将浓度值代入一级速率方程
1200/Ci=e-k×10
在第20天的时候，将浓度值代入一级速率方程
800/Ci=e-k×200
解：
由一级反应速率方程 ，T90与k间的关系
C/Ci=10/100=e-kT90
那么，
T90=-ln(0.1)/k=2.30/k
【作业5-3】安装了一个序批式反应器来修复PCB污染土壤，测试开始时PCB浓度为250 mg/kg，运行10小时后，浓度降低到50 mg/kg。如果要求浓度必须降低到10 mg/kg。确定达到最终浓度为10 mg/kg所需的停留时间。
低到100 mg/kg来确定所需停留时间。
【作业5-6】确定活塞流反应器(PFR)尺寸。用土壤泥浆反应器处理浓度为1200 mg/kg的TPH污染土壤，需要的泥浆处理速率为113.55L/min。最终土壤TPH浓度修复目标为50 mg/kg，根据实验室研究，速率方程为γ= -0.05C (mg/kg)/min
【作业5-9】活塞流反应器( PFR)并联。活塞式反应器(PFR)场地表层土壤受柴油污染，浓度为1800mg/kg，建议采用泥浆生物反应器进行异位修复。处理系统需要控制泥浆流量为0.04m-3/min，土壤中柴油的修复目标值为100 mg/kg，通过实验室研究确定此反应是速率为0.1 min-1的一级反应。考虑PFR模式下四种不同泥浆生物反应器组合，确定每种组合的最终流出浓度，并判断是否满足处理要求。
假Fra Baidu bibliotek反应器按照活塞流运行。请计算确定该项目的反应器尺寸。
解：
（1）将己知值代入活塞流反应器一级方程 得到τ值
（2）反应器容积。V=τ×Q=64min×113.55L/min=7267.20L
【作业5-7】连续流搅拌式反应器( CFSTR)串联。使用低温加热土壤反应器(假设为理想CFSTR)来处理TPH浓度为1050mg/kg的污染土壤，土壤中TPH修复目标为10mg/kg。一个停留时间为20min的反应器只能将污染物浓度降低到50 mg/kg。设定反应为一级反应。那么两个小的反应器序列(停留时间均为10 min)能将TPH浓度降低到10 mg/kg以下吗?
联立求解1200/Ci=e-k×10、800/Ci=e-k×200
得出：k=0.027d-1，Ci=1572mg/kg
(2)计算浓度降低到100mgkg的时候，将需要
100/1572=0.0636=e-0.027t
t=102d
【作业5-2】在某些情况下，衰减率表示为T90，而不是t1/2。T90是90%的物质转化所需要的时间(或者浓度降低到初始浓度的10%所需要的时间。推导公式，将T90和一级反应速率常数联系起来。
【作业5-1】已知两个浓度值，计算速率常数。某场地的土壤被泄漏的汽油污染，污染源去除10天之后，采集土壤样品，测试污染物浓度为1200 mg/kg。20天之后采集第二个样品，浓度下降到800 mg/kg。假设一系列反应，包括挥发、生物降解和氧化都是一级反应。计算在不采取任何修复措施的前提下，需要多长时间污染物浓度可以降低到100 mg/kg。
（提示：先根据反应速率方程确定反应级数）
该反应是二级反应，并且反应速率常数为0.12(mg/kg)/hr，将已知条件带入二级动力学反应器设计方程，
【作业5-5】二级动力学土壤低温加热反应器( PFR )。土壤低温加热反应器用来处理TPH污染浓度为2500 mg/kg的土壤，所要求的土壤TPH最终浓度为100 mg/kg。根据实验室研究，速率方程为γ= -0.12C2(mg/kg)/hr。土壤在传送带上通过反应器，假设反应器为活塞流反应器。求将TPH浓度降
解：
【作业5-4】二级动力学低温加热土壤反应器(CFSTR)。用低温加热土壤反应器处理被TPH污染的土壤，浓度为2500 mg/kg，最终需要处理到的浓度为100 mg/kg。根据实验室研究的结果，速率方程可写为r= -0.12C2(mg/kg)/hr。该反应器是旋转的，以达到充分混合。假设该反应器是按照CFSTR的形式进行。确定当浓度降低到100 mg/kg时所需要的停留时间。
（1）1个4m3反应器
（2）2个2 m3反应器并联(每个接收0.02 m3/min流量)
（3）1个1 m3反应器并联1个3 m3反应器(每个接收0.02 m3/min流量)
（4）1个1 m3反应器并联1个3 m3反应器（较小的反应器接收0.01 m3/min
流量，另一个接收0.03 m3/min流量)。
提示：首先要求出一级反应速率常数k。
【作业5-8】活塞流反应器( PFR)串联。选用紫外线/臭氧修复方法去除地下水流中的TCE(TCE浓度为200 ppb )。在设计流量50 L/min下，某成品反应器能提供5 min水力停留时间，并将TCE浓度从200 ppb降低到16ppb。但是，TCE的排放限值为3.2 ppb。假定是理想的活塞流反应器，且反应为一级反应，那么需要多少个反应器?最终出水中的TCE浓度是多少呢?。
解：
(1)确定初始浓度(刚溢洒之后)和常数k。在第10天的时候，将浓度值代入一级速率方程
1200/Ci=e-k×10
在第20天的时候，将浓度值代入一级速率方程
800/Ci=e-k×200
解：
由一级反应速率方程 ，T90与k间的关系
C/Ci=10/100=e-kT90
那么，
T90=-ln(0.1)/k=2.30/k
【作业5-3】安装了一个序批式反应器来修复PCB污染土壤，测试开始时PCB浓度为250 mg/kg，运行10小时后，浓度降低到50 mg/kg。如果要求浓度必须降低到10 mg/kg。确定达到最终浓度为10 mg/kg所需的停留时间。
低到100 mg/kg来确定所需停留时间。
【作业5-6】确定活塞流反应器(PFR)尺寸。用土壤泥浆反应器处理浓度为1200 mg/kg的TPH污染土壤，需要的泥浆处理速率为113.55L/min。最终土壤TPH浓度修复目标为50 mg/kg，根据实验室研究，速率方程为γ= -0.05C (mg/kg)/min
【作业5-9】活塞流反应器( PFR)并联。活塞式反应器(PFR)场地表层土壤受柴油污染，浓度为1800mg/kg，建议采用泥浆生物反应器进行异位修复。处理系统需要控制泥浆流量为0.04m-3/min，土壤中柴油的修复目标值为100 mg/kg，通过实验室研究确定此反应是速率为0.1 min-1的一级反应。考虑PFR模式下四种不同泥浆生物反应器组合，确定每种组合的最终流出浓度，并判断是否满足处理要求。
假Fra Baidu bibliotek反应器按照活塞流运行。请计算确定该项目的反应器尺寸。
解：
（1）将己知值代入活塞流反应器一级方程 得到τ值
（2）反应器容积。V=τ×Q=64min×113.55L/min=7267.20L
【作业5-7】连续流搅拌式反应器( CFSTR)串联。使用低温加热土壤反应器(假设为理想CFSTR)来处理TPH浓度为1050mg/kg的污染土壤，土壤中TPH修复目标为10mg/kg。一个停留时间为20min的反应器只能将污染物浓度降低到50 mg/kg。设定反应为一级反应。那么两个小的反应器序列(停留时间均为10 min)能将TPH浓度降低到10 mg/kg以下吗?
联立求解1200/Ci=e-k×10、800/Ci=e-k×200
得出：k=0.027d-1，Ci=1572mg/kg
(2)计算浓度降低到100mgkg的时候，将需要
100/1572=0.0636=e-0.027t
t=102d
【作业5-2】在某些情况下，衰减率表示为T90，而不是t1/2。T90是90%的物质转化所需要的时间(或者浓度降低到初始浓度的10%所需要的时间。推导公式，将T90和一级反应速率常数联系起来。
【作业5-1】已知两个浓度值，计算速率常数。某场地的土壤被泄漏的汽油污染，污染源去除10天之后，采集土壤样品，测试污染物浓度为1200 mg/kg。20天之后采集第二个样品，浓度下降到800 mg/kg。假设一系列反应，包括挥发、生物降解和氧化都是一级反应。计算在不采取任何修复措施的前提下，需要多长时间污染物浓度可以降低到100 mg/kg。
（提示：先根据反应速率方程确定反应级数）
该反应是二级反应，并且反应速率常数为0.12(mg/kg)/hr，将已知条件带入二级动力学反应器设计方程，
【作业5-5】二级动力学土壤低温加热反应器( PFR )。土壤低温加热反应器用来处理TPH污染浓度为2500 mg/kg的土壤，所要求的土壤TPH最终浓度为100 mg/kg。根据实验室研究，速率方程为γ= -0.12C2(mg/kg)/hr。土壤在传送带上通过反应器，假设反应器为活塞流反应器。求将TPH浓度降
解：
【作业5-4】二级动力学低温加热土壤反应器(CFSTR)。用低温加热土壤反应器处理被TPH污染的土壤，浓度为2500 mg/kg，最终需要处理到的浓度为100 mg/kg。根据实验室研究的结果，速率方程可写为r= -0.12C2(mg/kg)/hr。该反应器是旋转的，以达到充分混合。假设该反应器是按照CFSTR的形式进行。确定当浓度降低到100 mg/kg时所需要的停留时间。
（1）1个4m3反应器
（2）2个2 m3反应器并联(每个接收0.02 m3/min流量)
（3）1个1 m3反应器并联1个3 m3反应器(每个接收0.02 m3/min流量)
（4）1个1 m3反应器并联1个3 m3反应器（较小的反应器接收0.01 m3/min
流量，另一个接收0.03 m3/min流量)。
提示：首先要求出一级反应速率常数k。
【作业5-8】活塞流反应器( PFR)串联。选用紫外线/臭氧修复方法去除地下水流中的TCE(TCE浓度为200 ppb )。在设计流量50 L/min下，某成品反应器能提供5 min水力停留时间，并将TCE浓度从200 ppb降低到16ppb。但是，TCE的排放限值为3.2 ppb。假定是理想的活塞流反应器，且反应为一级反应，那么需要多少个反应器?最终出水中的TCE浓度是多少呢?。