第02章质量衡算与能量衡算06052资料.ppt

(二)无量纲准数 某市燃煤电厂使用高硫煤发电，市环保局要求其必须采取脱硫措施，使废气中二氧化硫达标排放，该电厂已经安装有石灰湿式脱硫装置，并承诺对废气进行脱硫处理，若环保局未安装在线监测仪器，如何监督核察该电厂每月是否对其排放废气进行脱硫处理？ 各种情况下的质量衡算 质量衡算方程的应用 1、需要划定衡算的系统 2、要确定衡算的对象 3、确定衡算的基准 4、绘制质量衡算系统图 5、注意单位要统一 输入系统总能量＝输入流体携带能量+吸收热量 比热容：单位质量物质的温度升高1K所需要的热量，单位：kJ/(kg*K) 液体或固体的比热容随温度的变化很小，可视为常数。 比热容分为比定容热容（cp）和比定压热容（cv） ， 气体吸收热量时温度升高，体积膨胀，对环境作功，如果升高同样的温度，体积膨胀的气体所吸收的热量比体积保持不变的所吸收热量多， 气体的比定容热容小于比定压热容，气体加热或冷却后体积保持不变时，采用比定容热容，压力不发生改变时采取比定压热容。 不可压缩物质，如常温下的固体和液体，比定容热容（cp）和比定压热容（cv） 一致。 作业： 1、一加热炉用空气（含O20.21，N20.79）燃烧天然气（不含O2和N2）分析燃烧所得烟道气，其组成的摩尔分数为CO2 0.07，H2O 0.14，O2 0.056，N2 0.734.求每通入100m3、30℃的空气能产生多少体积的烟道气？烟道气温度为300℃，炉内为常压。（理想气体状态方程） 作业： 2、假设某城市上方的空气为一长度均为100km、高为1.0km的空箱模型。干净的空气以4m/s的流速从一边进入。假设某种空气污染物以10.0kg/s的总排放速率进入空箱，其降解反应速率常数为0.20h-1。假设完全混合。求稳态情况下的污染物浓度。 物质的潜热， 溶解热或汽化热， kJ/kg 热量衡算方程 第三节 能量衡算 三、封闭系统的热量衡算 有相变情况下， 物质吸收或放出的潜热，温度不变， 系统能量变化为 【例题2.3.1】热水器发热元件的功率是1.5kW，将水20L从15℃加热到65℃，试计算需要多少时间？假设所有电能都转化为水的热能，忽略水箱自身温度升高所消耗的能量和从水箱向环境中散失掉的能量。 系统吸收的热量来自发热元件，加热时间为 ， 输入的热量为 Q＝1.5×Δt＝1.5Δt kW·h 水中能量的变化为 ＝20×1×4.18×（65－15）＝4180 kJ 输入的能量等于水中能量的变化 水 ＝0.77 h 第三节 能量衡算 解：以热水器中水所占的体积为衡算系统，为封闭系统。 ℃ ℃ ℃ 第三节 能量衡算 kJ －与环境既有物质交换又有能量交换的系统 对于单位时间物料进行衡算 对于稳态过程 第三节 能量衡算 四、开放系统的热量衡算 (2.3.12) 开放系统 【例题2.3.3】在一列管式换热器中用373K的饱和水蒸气加热某液体，液体流量为1000kg/h。从298K加热到353K，液体的平均比热容为3.56kJ/(kg·K)。饱和水蒸气冷凝放热后以373 K的饱和水排出。换热器向四周的散热速率为10 000 kJ/h。试求稳定操作下加热所需的蒸气量。 解：取整个换热器为衡算系统，时间基准为1h，物态温度基准为273K液体。 第三节 能量衡算 四、开放系统的热量衡算 373K饱和水的焓： 353K的液体： 第三节 能量衡算 输入系统的物料的焓值包括： 设饱和水蒸气用量为G kg/h，查得373K的饱和水蒸气的焓为2677 kJ/kg，饱和水的焓为418.68 kJ/kg 输出系统的物料的焓值包括： =－10000 kJ/h 解得G＝91.1 kg/h 饱和水蒸气的焓： 298K的液体： 饱和水蒸气的焓 298K的液体 353K的液体 373K饱和水的焓 Q 【例题2.3.4】一污水池内有50m3的污水，温度为15℃，为加速消化过程，需将其加热到35℃。采用外循环法加热，使污水以5 m3/h的流量通过换热器，换热器用水蒸气加热，其出口温度恒定为100℃。假设罐内污水混合均匀，污水的密度为1000kg/ m3，不考虑池的散热，问污水加热到所需温度需要多少时间？ 非稳态过程 解：池中污水混合均匀，因此任意时刻从池中排出的污水温度与池中相同，设其为T℃。以污水池为衡算系统，以0℃的污水为温度物态基准。 输出系统的焓 系统内积累的焓 输入系统的焓 T 第三节 能量衡算 边界条件： ℃ ℃ h 第三节 能量衡算