環(huán)境工程原理課件-清華大學(xué)-wenkub.com
2024-07-30 17:36 本頁面
【正文】 試計(jì)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(jìn)入河流后，河水的溫度將變化多少？ （ 1）以冷卻水為衡算對(duì)象 ?則冷卻水能量的變化率為 61010 . 041 8417 00 ???? ?361700 4 0 . 6 1 0 k g /s4 1 8 4 1 0 . 0 1 0? ??? －＝ ＝水的密度為 1000kg/m3，故水的體積流量為 m3/s。 當(dāng)物料離開系統(tǒng)時(shí)的溫度低于飽和溫度時(shí) ， ? ? T c r H H H H p F P ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 2 物料經(jīng)過系統(tǒng)放出潛熱時(shí)， r為負(fù)值！ 【 例 】 燃煤發(fā)電廠將煤的化學(xué)能的三分之一轉(zhuǎn)化為電能，輸出電能 1000MW。 3FpH Q c T???輸出系統(tǒng)的焓 PpH Q c T???系統(tǒng)內(nèi)積累的焓 ddqpTE V ct??輸入系統(tǒng)的焓 T 3ddp p pTQ c T Q c T V ct? ? ???3dd VTtQ T T? ?邊界條件： 1 0t ? 1 15T ?2 35T ?t 350 1550 dd5 10 0TtT? ??? 0 0 151 0 0ln10 ????t℃ ℃ h tt ?20??? ?? qFP EHH qPF EHH ?? ??當(dāng)只有一種物料流經(jīng)系統(tǒng)輸入或輸出熱量時(shí)，因物料進(jìn)入系統(tǒng)而輸入 的能量為 1 H H F ? ? ? 因物料離開系統(tǒng)所輸出的能量為 2 H H P ? ? ? 式中： ? —— 通過系統(tǒng)的物料的質(zhì)量流量， kg/h 或 kg/s ； 1 H —— 單位質(zhì)量物料進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)的焓， kJ/kg ； 2 H —— 單位質(zhì)量物料離開系統(tǒng)時(shí)的焓， kJ/kg 。 輸入 系統(tǒng)的物料的焓值包括： 設(shè)飽和水蒸氣用量為 G kg/h，查得 373K的飽和水蒸氣的焓為2677 kJ/kg，飽和水的焓為 kJ/kg GH F 2677)273298( ??????GH P )273353( ??????GH P )273353( ??????GH F 2 6 7 7)273298( 0 0 0 ??????GH F 2 6 7 7)273298( 0 0 0 ??????輸出 系統(tǒng)的物料的焓值包括： GH P )273353( ??????q =－ 10000 kJ/h qHH FP ?? ??解得 G＝ kg/h 飽和水蒸氣的焓： 298K的液體： 飽和水蒸氣的焓 298K的液體 373K飽和水的焓： 353K的液體： 353K的液體 373K飽和水的焓 Q=5m3/h 【 例 】 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℃ 。飽和水蒸氣冷凝放熱后以 373 K的飽和水排出。在全球范圍內(nèi)，推動(dòng)全球水循環(huán)的平均能量為： 242141 .2 5 1 07 8 W / m3 6 5 2 4 3 6 0 0 5 .1 0 1 0?? ? ? ?＝ 該數(shù)值約地球表面對(duì)太陽能的平均吸收率的 一半。求每年使這些水汽化所需要的能量，與 1987 年世界的能源消耗（ 1017kJ ）以及與地球表面對(duì)太陽能的平均吸收率（ 168 W/m2）進(jìn)行比較。 單位質(zhì)量物質(zhì)的焓 單位質(zhì)量物質(zhì)的內(nèi)能 物質(zhì)所處的壓力 單位質(zhì)量物質(zhì)的體積 封閉系統(tǒng)－與環(huán)境沒有物質(zhì)交換的系統(tǒng) 大氣層、封閉的系統(tǒng)等 二、封閉系統(tǒng)的能量衡算 qE q ?QhEQ?系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于內(nèi)部能量的積累 對(duì)物料總質(zhì)量進(jìn)行衡算 qEHH qFP ??? ??內(nèi)部能量的變化表現(xiàn)為 ？ 有相變情況下 吸收或放出潛熱 mLE Q ?TmcE pQ ??物質(zhì)的潛熱 物料的定壓比熱容 物料溫度改變 物料的質(zhì)量 Tmce v ???TmcH p ???無相變情況下 表現(xiàn)為溫度的變化 （ 1）恒壓過程中，體系所吸收的熱量全部用于焓的增加，即 hQH??hQe??（ 2）恒容、不做非體積功的條件下，體系所吸收的熱量全部用于增加體系的內(nèi)能，即 物料的定容比熱容 對(duì)于固體或液體： pvcc?【 例 】 熱水器發(fā)熱元件的功率是 5kW，將水 20L從 15℃ 加熱到85℃ ，試計(jì)算需要多少時(shí)間？假設(shè)所有電能都轉(zhuǎn)化為水的熱能，忽略水箱自身溫度升高所消耗的能量和從水箱向環(huán)境中散失掉的能量。罐內(nèi)盛有 2m深的水。新鮮空氣進(jìn)入會(huì)議室的流量為 1000m3/h，同時(shí)室內(nèi)的原有空氣以相同的流量流出。求穩(wěn)態(tài)情況下流出水中污染物的濃度。假設(shè)體積 V中可降解物質(zhì)的濃度均勻分布，則 r kcV? ??12 0kcV??? ? ? 反應(yīng)速率常數(shù)，1/s或 1/d 物質(zhì)濃度 負(fù)號(hào)表示污染物隨時(shí)間的增加而減少 體積 【 例題 】 一個(gè)湖泊的容積為 106m3。燃料中， 10%未燃燒的礦物質(zhì)形成了灰，其中約有 70%的灰為飛灰， 30%以底灰的形式從燃燒室中排出。污水的比重為 1000kg/m3。 解：首先劃定衡算系統(tǒng)，繪制質(zhì)量平衡圖 氯化物的輸出速率為 氯化物的輸入速率為 1 1 2 2 mmc Q c Q c Q??1 1 1 2 2c Q c Q? ?? 2 mmcQ? ?12mQ Q Q??1 1 2 212mc Q c Qc???【 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。 可以解決環(huán)境工程中的物料平衡、能量轉(zhuǎn)換與消耗、設(shè)備受力，以及管道內(nèi)的平均流速、阻力損失等許多有實(shí)際意義的問題，但不能得知系統(tǒng)內(nèi)部各點(diǎn)的變化規(guī)律。 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 質(zhì)量衡算通常被稱為物料衡算， 依據(jù)質(zhì)量守恒定律 ，當(dāng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候，物質(zhì)既沒有產(chǎn)生，也沒有消失。通量是 表示傳遞速率的重要物理量。 解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程， 1mol空氣在 1atm和 25℃下的體積為 LV 2 9 80 8 ????一氧化碳（ CO）的分子質(zhì)量為 28g/mol，所以 CO的質(zhì)量濃度為 0 0 0/ 1 0 0 0281096????? mg/m3 （二）流量 體積流量 VQ t?質(zhì)量流量 （三）流速 tVs?? ?u?
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