第02章质量衡算与能量衡算060529.ppt

1、在第I篇环境工程原理基础、第I篇环境工程原理基础、环境污染控制工程领域，在水处理、排瓦斯气体处理和固体废弃物处理、供水排水管路工程的任何一个方面，都涉及到流体流动和热、质量传递现象。流体流动：输送流体、沉降分离流体中的颗粒物、污染物的过滤分离等传热：加热、蒸发制冷、干燥、蒸发及管道、设备保温等质量传递：吸收、吸附、窜气、膜分离及生物、化学反应等，第篇环境工程原理的基础，本篇主要阐述了系统掌握流体流动与热、质量传递过程的基础理论，总结了污染物的第2章质量平衡补正算和能量平衡补正算第3章流体流动第4章热传递第5章质量传达、第I篇环境工程原理基础、第2章质量平衡补正算和能量平衡补正算、 第二章质量平

2、衡修正计算和能量平衡修正计算第一节常用物理量和单位换算常用物理量及其表示方法第二节质量平衡计算系统的概念总质量平衡计算方程式第三节能量平衡计算总能量平衡计算方程式热量计算方程式、本章的主要内容、一、修正量单位二、物理量的单位换算三、维和无量纲准数四、 常用物理量及其表示方法、本节的主要内容、第一节常用物理第一节常用物理量、一、修正量单位、第一节常用物理量、采用其他单位制时，将各物理量的单位代入定义式，得到的k不等于1。 例如，在上面的示例中，如果距离单位为cm，则k=0.01。 按照国际单位制的规定，当k=1时，力的导出单位在第一节常用物理量、导出单位、表2.1.3国际单位制中规定了几个具有专

3、业名称的导出单位，在以第一节常用物理量、同一物理量不同的单位制的单位进行测定的情况下，其数值比被称为换算系数，二、物理量的单位如果温度差为1，并且温度由k表示，则温度差为1-k。 因此，1 kcal/(m2h ) 4186.8/3600 w/(m2k )1. 163 w/(m2k )1cm/s0. 01 m/s，在第一节中经常使用物理量、(1)维度。 维度和单位的不同：维度是可测量的性质，单位是测量的标准，可以用这些个的标准和决定的数值定量地描述维度。 的双曲馀弦值。 可测量的物理量可分为基本量和导出量两种。三、维和无量纲的准数、第一节常用物理量、基本维：质量、长度、时间、温度的维分别用m、l

4、、t和t表示，简称MLtT维体系。 【物理量】表示该物理量的维度，并不指具有特定数值的某物理量。 利用维度建立的关系是定性的而不是定量的。 第1节将常用物理量、(2)无量纲准数、各种变量和残奥仪表组合而成的无单位的群数称为无量纲准数。 无量纲基准数在无量纲和单位两者中，该数值的大小与选择的单位制无关。 当组合的数量中的每个采用相同的单位制时，可以获得相同数值的无量纲基准数量。 Re=，标准萃取法是维数为1，在第一节中经常使用的物理量，通过对某个过程和影响现象的各种要素(物理量)进行维数分析，以使物理量表现为若干无量纲基准数，并通过实验数据，建立这些个无量纲变量之间的关系式。 代表第一节常用物理

5、量、参考内容：维分析法、第一节常用物理量、参考内容：维分析法、雷诺数、惯性力与黏滞力的比，反映流动特性，欧拉数表示电阻损耗引起的电压降与惯性力的比。反映管路的屏幕纵横比、几何尺寸的特性、绝对粗糙度和管径的比，称为相对粗糙度、通过实验，回归求关联式中的保留系数，黑匣子模型法，第一节常用物理量，内容：维分析法，例如1质量浓度和物质的量浓度(1)质量浓度a，(2)物质的量浓度cc 换算质量浓度和质量分数，1mg/L相当于1mg/1000g 110-6 (质量分数)=1ppm 1g/L相当于1g/1000g 110-9 (质量分数)=1ppb，污染物浓度即1mg/L相当于1/污水的密度(质量分数)1g

6、/L相当于1/1 例如，如果是mL/m3，则该气态污染物的浓度为10-6。 1摩尔的理想瓦斯气体在相同的压力和温度下具有相同的体积，因此污染物的浓度可以用体积分数表示，在实用上非常方便，且该单位的最大优点是与温度、压力无关。 第1节中常用的物理量，例如106 (体积分数)，表示每106体积空气中有1体积的污染物，这等效于每106摩尔空气中有1摩尔的污染物。 另外，由于任何单位摩尔的物质都具有相同数量的分子，因此10-6 (体积分数)也相当于106个空气分子中有1个污染物分子。 就瓦斯气体而言，体积分数与质量浓度的关系与压力、温度及污染物的分子量有关。 对于理想瓦斯气体，理想瓦斯气体的状态方程，

7、即式中： p绝对压力、atm； VA体积、m3； nA物质的摩尔数、摩尔； r理想瓦斯气体常数，0.082 la tmk-1摩尔- 1； t绝对温度，k。第一节常用物理量、(2.1.9)、质量浓度的定义，理想的瓦斯气体状态方程、体积分数与质量浓度的关系，第一节常用物理量、(2.1.10 )、(2.1.11 )、(2.1.13 )、【例题2.1.3】在1atm、25条件下以质量浓度表示一氧化碳的浓度。 根据理想的瓦斯气体状态方程，1mol的空气在1atm和25下的体积，由于一氧化碳(CO )的分子质量为28g/mol，CO的质量浓度为mg/m3，第1节常用物理量，(2)作为摩尔分数的y表示气相中

8、的摩尔分数，成分a的质量分数和摩尔分数的关系，第1节表示物理量，(2. ) (2.1.15a )、(2.1.14 )、3质量比和摩尔常用的第1节常用物理量、(2.1.16 )、成分a和惰性成分的关系、3质量比和摩尔比、(除了混合物中的成分a以外，其馀为情性成分的情况)、第1节常用物理量、体积流量、质量流率、 啊！ 的双曲正切值。 一般而言，液体的流速为0.53.0m/s，气体为1030m/s。 速度分布、流速直接影响流动阻力和管径，从而影响系统的营运成本和建设成本。 第1节中经常使用的物理量，(2.1.25 )，将每单位时间通过单位面积的物理量称为该物理量的通量。 无损音频压缩编码是表示传递速

9、度的重要物理量。单位时间内通过单位面积的热量称为热量通量，单位为J/(m2s )； 每单位时间通过的每单位面积的成分的质量为该成分的质量通过量，单位为kmol/(m2s )； 单位时间内通过单位面积的运动量称为运动量通量，单位为N/m2。 (4)通量，第一节常用物理量，第一节常用物理量，(1)换算系数是指英尺和米的换算因素是多少(2)维和无量纲的标准数是什么？ 单位和维度的区别是什么？ (3)质量分数和质量比的差异和关系如何？ 举一个质量比的应用例子。 (4)用大气污染控制工程常用的体积分数表示污染物的浓度，说明本单位的优点，阐述其与质量浓度的关系。 (5)平均速率的意思是什么？ 在管道输送水

10、和空气的情况下，比较经济的流速范围是多少，思考题，一，平衡计算的基本概念二，总质量平衡计算，本节的主要内容，第二节质量平衡计算，分离，反应分析物质的流动转换？某污染物、生物分解、输入量输出量分解量=蓄积量、输入量1、输入量2、输出量、分解量、蓄积量、第2节质量平衡校正计算、一、平衡校正计算的基本概念、输入速率输出速率转换速率=蓄积速率成分为生成物的情况下为正的值、质量增加、单位时间： 以某元素体或某物质作为平衡补正算的对象，第2节质量平衡补正算、(2.2.4)、第1、平衡补正算的基本概念、(2.2.2. )假定体积v中的分解性物质的浓度均匀分布，则反应速率常数、s-1或d-1、物质浓度、减号是

11、污染物质的路径制作反应速度、第2节质量平衡补正算、各种情况下的质量平衡补正算、表示稳态系非稳态系的第2节质量平衡补正算、二、总质量平衡补正算、质量平衡方程式的应用、1、确定平衡补正算的系统2、确定平衡补正算的对象3、确定平衡补正算的基准4、质量平衡补正算系统图5，将注意单位设为确定平衡运算的系统、确定平衡运算的对象的第二节质量平衡运算是质量移动的特定区域，即平衡运算的空间范围、环境设备或配管中的微小要素体微分平衡运算、反应池、工厂或湖、川、城市上的空气乃至整个地球的平衡运算、(1) 用于分析平衡估算系统的一条产水量为5.0m3/s、污染物浓度为10.0mg/L的支流流入该湖时，污水排放口将污水

12、排放到湖中，污水产水量为0.5m3/s、浓度为100mg/L。 污染物的分解速率常数为0.20 d-1。 假定污染物在湖中完全混合，湖水不会因蒸发等而增加或减少。 求出稳定态流出的水中污染物的浓度。 完全混合意味着湖沼的污染物浓度等于流出水中的污染物浓度，、(二)稳态反应体系，第二节质量平衡修正，解：完全混合意味着湖沼的污染物浓度等于流出水中的污染物浓度，输入速度、输出速度、分解速度将氯化物视为不可分解物质， 假定系统处于稳定状态，修正汇合点下游的河水中的氯化物浓度，在该点流体完全混合。解：首先画出平衡补正算系统，制作质量平衡图，第二节质量平衡补正算，(三)稳态非反应系统，氯化物的输出速率为氯

13、化物的输入速率，第二节质量平衡补正算，解：根据质量平衡补正算方程式，kg/s，kg上述物理量不仅根据位置变化，也根据时间变化的情况为非稳态系统、在稳定工艺方面，有内部没有材料积累、稳定系统和非稳定系统、第二节质量平衡核算、【例题】在某些污水深度处理工艺中含有沉淀池和浓缩池，沉淀池除去水中的悬浊物，浓缩池进一步浓缩沉淀的污泥，浓缩池的上清液返回沉淀池。 污水产水量为5000m3/d，悬浮物含量为200mg/L，沉淀池出水中悬浮物浓度为20mg/L，沉淀污泥的含水率为99.8%，进入浓缩池停留一定时间后，排出的污泥含水率为96%，上清液中的悬浮物含量为100mg/L。 假定系统处于稳定状态，过程中

14、没有生物作用。 求出了系统整体的污泥产量和排水量以及浓缩池上清液的回产水量。 污水的比重为1000kg/m3。 (100-96)/(100/污泥含水率是污泥中水和污泥总量的质量比，因此，污泥中含有漂浮物，根据需要制定平衡补正算的系统，第二节质量平衡补正算，=5000m3/d，200mg/L，20mg/L (1)污泥产量以沉淀池和浓缩池全过程为平衡补正系统，以漂浮物为平衡补正计算对象，为了系统的稳定运行，输入系统的漂浮物量与输出量相等。 输入速率、输出速率、=22.5(m3/d )、4977.5(m3/d )、第二节质量平衡校正计算、(2)浓缩池上清液量以浓缩池作为平衡校正计算系统、悬浮物作为平

15、衡校正计算对象的输入速率、输出速率、=450(m3/d )、472.5(m3/d )。 【例题2.2.4】每支大小为500m3的香烟散发1.4mg甲醛。 甲醛到二氧化碳的反应速率常数为k0.40 h-1。 新鲜空气进入会议室的产水量为1000m3/h，室内的现有空气以相同的产水量流入云同步。 假定混合完全，则在25、1atm的条件下推测甲醛的稳定浓度。 与造成眼刺激的初期浓度0.0510-6 (体积分数)进行了比较。 第二节质量平衡校正计算、输入速率、输出速率、分解速率、5021.4140mg/h、10001000 mg/h、第二节质量平衡校正计算、第二节质量平衡校正计算、(1)进行质量的(2)稳态系统和非稳态系统的特征