环境工程原理pp第02章质量衡算与能量衡算.ppt

(二)无量纲准数 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 圆形管道 在管路设计中，选择适宜的流速非常重要!!! 一般地，液体的流速取0.5~3.0m/s，气体则为10~30m/s。 速度分布 流速影响流动阻力和管径，因此直接影响系统的操作费用和基建费用。 第一节 常用物理量 （主体）平均流速 按体积流量相等的原则定义 (2.1.24) (2.1.25) 单位时间内通过单位面积的物理量称为该物理量的通量。通量是表示传递速率的重要物理量。 单位时间内通过单位面积的热量，称为热量通量，单位为J/（m2·s）； 单位时间内通过单位面积的某组分的质量，成为该组分的质量通量，单位为kmol/（m2·s）； 单位时间内通过单位面积的动量，称为动量通量，单位为N/m2。 (四)通量 第一节 常用物理量 第一节 常用物理量 （1）什么是换算因数？英尺和米的换算因数是多少？ （2）什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？ （3）质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的 应用实例。 （4）大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓 度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。 （5）平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为 经济的流速范围为多少？ 本节思考题 一、衡算的基本概念 二、总质量衡算 本节的主要内容 第二节 质量衡算 分离、反应—— 分析物质流迁移转化 ? 某污染物 生物降解 输入量－输出量＋转化量=积累量 输入量1 输入量2 输出量 降解量 积累量 第二节 质量衡算 一、衡算的基本概念 ? ? 输入速率－输出速率＋转化速率=积累速率 质量衡算的一般方程 转化速率或反应速率——单位时间因生物反应或化学反应而转化的质量。组分为生成物时为正值，质量增加 单位时间： 以某种元素或某种物质为衡算对象 第二节 质量衡算 (2.2.4) 一、衡算的基本概念 (2.2.8) 污染物的生物降解经常被视为一级反应，即污染物的降解速率与其浓度成正比。假设体积V中可降解物质的浓度均匀分布，则 反应速率常数，s-1或d-1 物质质量浓度 负号表示污染物随时间的增加而减少 体积 反应速率 第二节 质量衡算 稳态系统 非稳态系统 组分发生反应 组分不发生反应 以某组分为对象 以全部组分为对象 以总质量表示 以单位时间质量表示 第二节 质量衡算 二、总质量衡算 划定衡算的系统 确定衡算的对象 某组分 衡算的范围 某组分，和全部组分 单位时间，某时间段内，或一个周期 总衡算和微分衡算 第二节 质量衡算 ——用来分析质量迁移的特定区域，即衡算的空间范围 ?环境设备或管道中一个微元体——微分衡算 ?一个反应池、一个车间，或者一个湖泊、一段河流、一座城市上方的空气，甚至可以是整个地球——总衡算 (一)衡算系统 第二节 质量衡算 质量衡算系统图 单位要统一 第二节 质量衡算 【例题2.2.3】一个湖泊的容积为10.0×106m3。有一流量为5.0m3/s、污染物浓度为10.0mg/L的受污染支流流入该湖泊.同时，还有一污水排放口将污水排入湖泊，污水流量为0.5m3/s，质量浓度为100mg/L。污染物的降解速率常数为0.20 d-1。假设污染物质在湖泊中完全混合，且湖水不因蒸发等原因增加或者减少。求稳态情况下流出水中污染物的质量浓度。 解：假设完全混合意味着湖泊中的污染物质量浓度等于流出水中的污染物质量浓度 (二)稳态反应系统 第二节 质量衡算 解：假设完全混合意味着湖泊中的污染物质量浓度等于流出水中的污染物质量浓度 输入速率 输出速率 降解速率 第二节 质量衡算 (二)稳态反应系统 【例题】一条河流的上游流量为10.0m3/s，氯化物的质量浓度为20.0mg/L，有一条支流汇入，流量为5.0m3/s，其氯化物质量浓度为40.0mg/L。视氯化物为不可降解物质，系统处于稳定状态，计算汇合点下游河水中的氯化物质量浓度，假设在该点流体完全混合。 解：首先划定衡算系统，绘制质量平衡图 第二节 质量衡算 (三)稳态非反应系统 氯化物的输出速率为 氯化物的输入速率为 第二节 质量衡算 解：根据质量衡算方程 【例题2.2.5】一圆筒形储罐，直径为0.8m。罐内盛有2m深的水。在无水源补充的情况下，打开底部阀门放水。已知水流出的质量流量与水深Z的关系为 kg/s，求经过多长时间后，水位下降至1m？ kg/s kg t=1518 s 第二节 质量衡算 ≠0 (2.2.3) (二)非稳态系统 稳态流动的数学特征： 当系统