環(huán)境工程原理課件-清華大學(xué)-在線瀏覽
2024-09-02 17:36本頁(yè)面
【正文】 比重發(fā)生變化時(shí)，上兩式應(yīng)加以修正，即 1mg/L＝ 1 106 污水的密度 1μg/L＝ 1 109 污水的密度 在大氣污染控制工程中，經(jīng)常用體積分?jǐn)?shù)來(lái)表示污染物質(zhì)的濃度。 1摩爾任何 理想氣體 在相同的壓強(qiáng)和溫度下有著同樣的體積，因此可以用體積分?jǐn)?shù)表示污染物質(zhì)的濃度，在實(shí)際應(yīng)用中非常方便；同時(shí)，該單位的最大優(yōu)點(diǎn)是與溫度、壓力無(wú)關(guān)。又因?yàn)槿魏螁挝荒柕奈镔|(zhì)有著相同數(shù)量的分子， 106（體積分?jǐn)?shù)）也就相當(dāng)于每 106個(gè)空氣分子中有 1個(gè)污染物分子。對(duì)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(duì)壓力， atm； VA—— 體積， m3； nA—— 物質(zhì)的摩爾數(shù)， mol； R—— 理想氣體常數(shù)， K1 RTnpV AA ?根據(jù)體積分?jǐn)?shù)和質(zhì)量濃度的定義 610p p m v1 ??VV A310???VMnVmc AAAA310 ???AAA cMVnpRTnV AA ?AAcpMRT 310p p m v1 ??（ 2）摩爾分?jǐn)?shù) nnx AA ?組分 A的摩爾分?jǐn)?shù) 混合物的總摩爾數(shù) 組分 A的摩爾數(shù) 當(dāng)混合物為氣液兩相體系時(shí)，常以 x表示液相中的摩爾分?jǐn)?shù)， y表示氣相中的摩爾分?jǐn)?shù) ， ? ?1//m A AA Nm i iixMxxM??? ? ?1AAmA NiiixMxxM??? 組分 A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系 3．質(zhì)量比與摩爾比 AmAAmXmm? ?組分 A的質(zhì)量比 混合物中惰性物質(zhì)的質(zhì)量 組分 A的質(zhì)量 （當(dāng)混合物中除組分 A外，其余為情性組分時(shí)） AAA nnnX??組分 A的摩爾比 混合物中惰性物質(zhì)的摩爾數(shù) 組分 A的摩爾數(shù) 1mAAmAxXx??質(zhì)量比與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系 摩爾比與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系 AAA xxX?? 1 AAA pppY??組分 A與惰性組分的關(guān)系 【 例 】 在 1atm、 25℃ 條件下，某室內(nèi)空氣一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為 106。 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?在 x, y ,z 三個(gè)軸方向上的投影分別為 xu 、 yu 、 zu 一維流動(dòng) 二維流動(dòng) 三維流動(dòng) 圓形管道 24mQud?? 4mQdu??在管路設(shè)計(jì)中，選擇適宜的流速非常重要 !!!。 速度分布 （主體）平均流速 mudAmuAQuAA???按體積流量相等的原則定義 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。通量是 表示傳遞速率的重要物理量。s ）； ? 單位時(shí)間內(nèi)通過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 kmol/（ m2 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。 分析物質(zhì)流 劃定衡算的系統(tǒng) 確定衡算的對(duì)象 某物質(zhì) 衡算的系統(tǒng) 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 可以是物料的全部組分，也可以是物料中的關(guān)鍵組分。 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。 穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)與非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) 0t???t 對(duì)于穩(wěn)態(tài)過程，內(nèi)部無(wú)物料積累 12mm?21 ?? ?（二）以某種元素或某種物質(zhì)為衡算對(duì)象 質(zhì)量衡算系統(tǒng)圖 ? ? ? 輸入速率－輸出速率＋轉(zhuǎn)化速率 =積累速率 12ddrmt? ? ?? ? ?1．穩(wěn)態(tài)非反應(yīng)系統(tǒng) 21 ?? ?12ddrmt? ? ?? ? ?【 例題 】 一條河流的上游流量為 10m3/s，氯化物的濃度為 20mg/L，有一條支流匯入，流量為 5m3/s，其氯化物濃度為 40mg/L。 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。假設(shè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，過程中沒有生物作用。污水的比重為 1000kg/m3。 輸入速率 4 4 1 1 3 3c Q c Q c Q??1 4 4cQ? ?輸出速率 2 1 1 3 3c Q c Q? ??4 1 3Q Q Q??=450(m3/d) ＝ (m3/d) 4Q3Q【 例 】 某 熱電廠所采用的煤的熱值為 24kJ/g，平均含碳量約62%，含硫量平均為 2%。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。 （ 1）求每輸送 1kW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。污染物的降解速率常數(shù)為 1/d。求穩(wěn)態(tài)情況下流出水中污染物的濃度。每支香煙散發(fā) 。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。并與造成眼刺激的起始濃度 106（體積分?jǐn)?shù)）相比較。罐內(nèi)盛有 2m深的水。已知水流出的質(zhì)量流量 2? 與水深 z的關(guān)系為 z2 7 ??解：根據(jù)質(zhì)量衡算方程 kg/s， 求經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間后，水位下降至 1m？ 12ddmt????01 ??z2 7 ??zzAzm 50210004 2?????? ??kg/s kg tzzd ???? ?? 120 dd5 0 22 7 zzttt=1518 s z1
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