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質(zhì)量衡算與能量衡算(編輯修改稿)

2025-06-01 22:31 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 d?m4πVqdu?在管路設(shè)計(jì)中,選擇適宜的流速非常重要 !!! 一般地, 液體的流速取 ~, 氣體則為 10~30m/s。 速度分布 流速影響流動(dòng)阻力和管徑 ,因此直接影響系統(tǒng)的操作費(fèi)用和基建費(fèi)用。 第一節(jié) 常用物理量 mu(主體)平均流速 dVAmuAquAA???按體積流量相等的原則定義 () () 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的物理量稱為該物理量的通量。通量是 表示傳遞速率的重要物理量。 ? 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的 熱量 ,稱為熱量通量,單位為 J/( m2s ) ; ? 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的某組分的 質(zhì)量 ,成為該組分的質(zhì)量通量,單位為 kg/( m2s ) ; ? 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的 動(dòng)量 ,稱為動(dòng)量通量,單位為 mu/(m2s ) = N/m2。 (四 )通量 第一節(jié) 常用物理量 一、衡算的基本概念 二、總質(zhì)量衡算 本節(jié)的主要內(nèi)容 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 1Vq2VqVmq分離、反應(yīng) —— 分析物質(zhì)流 遷移轉(zhuǎn)化 ? 某污染物 生物降解 輸入量-輸出量+轉(zhuǎn)化量 =積累量 輸入量 1 輸入量 2 輸出量 降解量 積累量 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 一、衡算的基本概念 ? ? 輸入速率-輸出速率+轉(zhuǎn)化速率 =積累速率 1 2 rddm m mmq q qt? ? ?質(zhì)量衡算的一般方程 轉(zhuǎn)化速率或反應(yīng)速率 —— 單位時(shí)間因生物反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的質(zhì)量。 組分為生成物時(shí)為正值 ,質(zhì)量增加 單位時(shí)間: 以某種元素或某種物質(zhì)為衡算對(duì)象 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 () 一、衡算的基本概念 rmq k V??? () mrq污染物的生物降解經(jīng)常被視為 一級(jí)反應(yīng) ,即污染物的降解速率與其濃度成正比。假設(shè)體積 V中可降解物質(zhì)的濃度均勻分布,則 反應(yīng)速率常數(shù),s1或 d1 物質(zhì)質(zhì)量濃度 負(fù)號(hào)表示污染物隨時(shí)間的增加而減少 體積 反應(yīng)速率 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 各種情況下的質(zhì)量衡算 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) ?以某組分為對(duì)象 ?以全部組分為對(duì)象 ?以總質(zhì)量表示 ?以單位時(shí)間質(zhì)量表示 1 2 rm m m m? ? ? ?12ddmmmqq t??12ddmmmqqt??1 2 rddm m mmq q q t? ? ?1 2 rddm m mmq q q t? ? ?1 2 rddm m mmq q q t? ? ?1 2 rddm m mmq q q t? ? ?1 2 r 0m m mq q q? ? ?第二節(jié) 質(zhì)量衡算 二、總質(zhì)量衡算 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(duì)象 某組分 衡算的范圍 某組分,和全部組分 單位時(shí)間,某時(shí)間段內(nèi),或一個(gè)周期 總衡算和微分衡算 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 —— 用來(lái)分析質(zhì)量遷移的特定區(qū)域,即 衡算的空間范圍 ?環(huán)境設(shè)備或管道中一個(gè)微元體 —— 微分衡算 ?一個(gè)反應(yīng)池、一個(gè)車間,或者一個(gè)湖泊、一段河流、一座城市上方的空氣,甚至可以是整個(gè)地球 —— 總衡算 (一 )衡算系統(tǒng) 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 1Vq2VqVmq質(zhì)量衡算系統(tǒng)圖 單位要統(tǒng)一 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 1Vq2VqVmq【 例題 】 一個(gè)湖泊的容積為 106m3。有一流量為 、污染物濃度為 ,還有一污水排放口將污水排入湖泊,污水流量為 ,質(zhì)量濃度為 100mg/L。污染物的降解速率常數(shù)為 d1。假設(shè)污染物質(zhì)在湖泊中完全混合,且湖水不因蒸發(fā)等原因增加或者減少。求穩(wěn)態(tài)情況下流出水中污染物的質(zhì)量濃度。 解:假設(shè)完全混合意味著 湖泊中的污染物質(zhì)量濃度等于流出水中的污染物質(zhì)量濃度 12 0mmq q k V?? ? ?m???(二 )穩(wěn)態(tài)反應(yīng)系統(tǒng) 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 1Vq2VqVmq解:假設(shè)完全混合意味著 湖泊中的污染物質(zhì)量濃度等于流出水中的污染物質(zhì)量濃度 1 1 1 2 2m V Vq q q????輸入速率 輸出速率 2 m m 1 2()m V V Vq q q q??? ? ? ? 降解速率 m?? ?rmq k V???5 3 31 . 0 1 0 5 . 5 1 0 2 3 . 1 1 0 0??? ? ? ? ? ?第二節(jié) 質(zhì)量衡算 (二 )穩(wěn)態(tài)反應(yīng)系統(tǒng) 1VqVmq2Vq12mmqq?12ddm m m rmq q qt? ? ?【 例題 】 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。視氯化物為不可降解物質(zhì),系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài),計(jì)算匯合點(diǎn)下游河水中的氯化物質(zhì)量濃度,假設(shè)在該點(diǎn)流體完全混合。 解: 首先劃定衡算系統(tǒng),繪制質(zhì)量平衡圖 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 (三 )穩(wěn)態(tài)非反應(yīng)系統(tǒng) 1VqVmq2Vq氯化物的輸出速率為 氯化物的輸入速率為 1 1 2 2 m mV V Vq q q? ? ???1 1 1 2 2m V Vq q q???? 2 m mmVqq??m 1 2V V Vq q q??1 1 2 2m12VVVVqqqq??? ???第二節(jié) 質(zhì)量衡算 m 1? 2? z解:根據(jù)質(zhì)量衡算方程 【 例題 】 一圓筒形儲(chǔ)罐,直徑為 。罐內(nèi)盛有 2m深的水。在無(wú)水源補(bǔ)充的情況下,打開底部閥門放水。已知水流出的質(zhì)量流量與水深 Z的關(guān)系為 2 0 .2 7 4mqz?kg/s, 求經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間后,水位下降至 1m? 12ddmmmqqt??1 0mq ?2 0 .2 7 4mqz?2π 0 . 8 1 0 0 0 5 0 24m A z z z??? ? ? ? ?kg/s kg tzzd ??1020 .2 7 4 dd502t ztz????t=1518 s z1mq2mq第二節(jié) 質(zhì)量衡算 12ddmt???? ≠0 () (二 )非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) 0t? ??穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的數(shù)學(xué)特征: 當(dāng)系統(tǒng)中流速、壓力、密度等物理量只是位置的函數(shù),不隨時(shí)間變化 ,稱為 穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) ;當(dāng)上述物理量不僅隨位置變化,而且隨時(shí)間變化,稱為非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。 對(duì)于穩(wěn)態(tài)過(guò)程,內(nèi)部無(wú)物料積累 12mm?12mmqq?穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)與非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 ρ0 ρ1 ρ2 ρ4 ρ3 1Vq3Vq4Vq2Vq0Vq【 例題 】 某污水處理工藝中含有沉淀池和濃縮池,沉淀池用于去除水中的懸浮物,濃縮池用于將沉淀的污泥進(jìn)一步濃縮,濃縮池的上清液返回到沉淀池中。污水流量為 5 000m3/d,懸浮物含量為 200mg/L,沉淀池出水中懸浮物質(zhì)量濃度為 20mg/L,沉淀污泥的含水率為 %,進(jìn)入濃縮池停留一定時(shí)間后,排出的污泥含水率為 96%,上清液中的懸浮物含量為 100mg/L。假設(shè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài),過(guò)程中沒有生物作用。求整個(gè)系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量和排水量,以及濃縮池上清液回流量。污水的密度為1000kg/m3。 ? ? ? 根據(jù)需要?jiǎng)澏ê馑愕南到y(tǒng) 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 已知 0Vq=5 000m3/d, 0?= 200mg/L, 2?= 20mg/L, 3?
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