第02章質(zhì)量衡算與能量衡算(存儲版)
【正文】 4 ρ3 1Vq3Vq4Vq2Vq0VqLOGO 【 例題 5】 一個湖泊的容積為 106m3。視氯化物為不可降解物質(zhì)，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，計算匯合點下游河水中的氯化物質(zhì)量濃度，假設(shè)在該點流體完全混合。通量是 表示傳遞速率的重要物理量。m3 例如 1m長的管用英尺度量時為 ，則英尺與米的換算因數(shù)為 。LOGO LOGO 第一篇 工程原理基礎(chǔ) 東北大學環(huán)境工程研究所 LOGO 在環(huán)境污染控制工程領(lǐng)域，無論是水處理、廢氣處理和固體廢棄物處理處置，還是給水排水管道工程，都涉及流體流動、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞現(xiàn)象。 力的導(dǎo)出單位 ，按牛頓運動定律寫出力的定義式，即 2??? smkg按照國際單位制規(guī)定， 取 k=1，則力的導(dǎo)出單位為 導(dǎo)出單位 LOGO 同一物理量用不同單位制的單位度量時，其數(shù)值比稱為 換算因數(shù)。對于理想氣體，可以用 理想氣體狀態(tài)方程 表示，即： 式中： p—— 絕對壓力， Pa； VA—— 體積， m3； nA—— 物質(zhì)的量， mol； R—— 摩爾氣體常數(shù)， Pa LOGO 單位時間內(nèi)通過單位面積的物理量稱為該物理量的通量。 穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)與非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) LOGO 各種情況下的質(zhì)量衡算 1 2 rddm m mmq q q t? ? ?d 0dmt ?r 0mq ?? 穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) ? 非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) ?組分發(fā)生反應(yīng) ?組分不發(fā)生反應(yīng) 12ddmmmqq t??1 2 r ddm m m mq q q t? ? ?1 2 r 0m mq q? ? ? 總質(zhì)量衡算 LOGO 質(zhì)量衡算方程的應(yīng)用 劃定衡算的系統(tǒng) 確定衡算的對象 某組分 LOGO 12mmqq?12ddm m m rmq q qt? ? ?【 例題 3】 一條河流的上游流量為 ，氯化物的質(zhì)量濃度為 ，有一條支流匯入，流量為 ，其氯化物質(zhì)量濃度為 。 LOGO 輸入速率 0 0 1 1 2 2V V Vq q q? ? ???1 0 0mVqq??輸出速率 2 1 1 2 2m V Vq q q????0 1 2V V Vq q q??1q2= m3/d ＝ m3/d ρ0 ρ1 ρ2 ρ4 ρ3 1Vq3Vq4Vq2Vq0Vq LOGO (2)濃縮池上清液量 取濃縮池為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對象 污泥含水率從 ％ 降至96％ ,污泥體積由 m3/d減少為 ,相差 20倍。甲醛轉(zhuǎn)化為二氧化碳的反應(yīng)速率常數(shù)為 k＝ h1。在給定的過程中，能量會發(fā)生形式上的改變 WQ1EE 2E—— 開放系統(tǒng) —— 封閉系統(tǒng) 能量輸入輸出的方式： （ 2）只有能量可以穿越邊界（熱和功） LOGO 任何系統(tǒng)經(jīng)過某一過程時，其內(nèi)部能量的變化等于該系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱量與它對外所作的功之差，即 E Q W? ? ?物料從外界吸收的熱量 物料 對外界所作的功 系統(tǒng)內(nèi)部物料能量的變化 對于物料系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化量 ： LOGO P F qH H E q? ? ???單位時間 輸出 系統(tǒng)的物料的焓值總和，即 物料帶出 的能量總和 單位時間 輸入系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入 的能量總和 單位時間 系統(tǒng)內(nèi)能量的積累 單位時間 環(huán)境輸入系統(tǒng)的熱量，即系統(tǒng)的吸熱量 單位時間系統(tǒng)物料總能量的變化值： 熱量衡算方程 LOGO 物質(zhì)的焓定義為 H e p???焓值是溫度與物態(tài)的函數(shù)，因此進行衡算時除選取時間基準外，還需要選取物態(tài)與溫度基準，通常以 273K物質(zhì)的液態(tài)為基準 。飽和水蒸氣冷凝放熱后以 373 K的飽和水排出。 當物料離開系統(tǒng)時的溫度 低于飽和溫度時 ， P F 2 1()m m m pH H q H H q r q c T? ? ? ? ? ???物料經(jīng)過系統(tǒng) 放出潛熱時， r為負值！ LOGO Q Vq【 例題 3】 一污水池內(nèi)有 50m3的污水，溫度為 15℃ ，為加速消化過程，需將其加熱到 35℃ 。試計算： （ 1）若冷卻水的溫度只升高了 10℃ ，冷卻水的流量為多少？ （ 2）這些冷卻水進入河流后，河水的溫度將變化多少？ ？ ？ 1700MW LOGO 解：（ 1）以冷卻水為衡算對象 mq則冷卻水熱量的變化率為 6170 0 418 4 10mq? ? ? ?361700 10 k g / s4184 10mq ??? －＝＝水的密度為 1000kg/m3，故水的體積流量為 m3/s。 F3Vp
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