第02章質(zhì)量衡算與能量衡算060529ppt

1、第 I 篇環(huán)境工程原理基礎(chǔ)第I篇 環(huán)境境工程原原理基礎(chǔ)礎(chǔ)在環(huán)境污污染控制制工程領(lǐng)領(lǐng)域，無無論是水水處理、廢氣處處理和固固體廢棄棄物處理理處置，還是給給水排水水管道工工程，都都涉及流流體流動動和熱量量、質(zhì)量量傳遞現(xiàn)現(xiàn)象。流體流動動：輸送流體體、沉降降分離流流體中顆顆粒物，污污染物物的過濾濾分離等等熱量傳遞遞：加熱、冷冷卻、干干燥、蒸蒸發(fā)以及及管道、設(shè)備的的保溫等等質(zhì)量傳遞遞：吸收、吸吸附、吹吹脫、膜膜分離以以及生物物、化學(xué)學(xué)反應(yīng)等等第I篇 環(huán)境境工程原原理基礎(chǔ)礎(chǔ)本篇主要要講述質(zhì)質(zhì)量衡算算、能量量衡算等等環(huán)境工工程中分分析問題題的基本本方法，以及流流體流動動和熱量量、質(zhì)量量傳遞的的基礎(chǔ)理理論。系統(tǒng)

2、掌握握流體流動動和熱量、質(zhì)質(zhì)量傳遞遞過程的基基礎(chǔ)理論論，對優(yōu)優(yōu)化污染染物的分分離和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化過程程、提高高污染控控制工程程的效率率具有重重要意義義。本篇主要要內(nèi)容第二章質(zhì)質(zhì)量量衡算與與能量衡衡算第三章流流體體流動第四章熱熱量量傳遞第五章質(zhì)質(zhì)量量傳遞第I篇 環(huán)境境工程原原理基礎(chǔ)礎(chǔ)第二章質(zhì)量衡算算與能量量衡算第二章質(zhì)質(zhì)量衡衡算與能能量衡算算第一節(jié)常用物理理量常用物理理量及單單位換算算常用物理理量及其其表示方方法第二節(jié)質(zhì)量衡算算衡算系統(tǒng)統(tǒng)的概念念總質(zhì)量衡衡算方程程第三節(jié)能量衡算算總能量衡衡算方程程熱量衡算算方程本章主要要內(nèi)容一、計量量單位二、物理理量的單單位換算算三、量綱綱和無量量綱準(zhǔn)數(shù)數(shù)四、常用用物理

3、量量及其表表示方法法本節(jié)的主主要內(nèi)容容第一節(jié)常常用物物理量計量單位是度量物理量的標(biāo)準(zhǔn) 物理量數(shù)值單位國際單位制，符號為SI 7個基本單位；2個輔助單位；導(dǎo)出單位 。第一節(jié)常常用物物理量一、計量量單位mkg表2.1.1 國際單位制的基本單位7個基本單位2個輔助單位表2.1.2 國際單位制的輔助單位 量的名稱 單位名稱 單位符號 平面角 立體角 弧度 球面度 rad sr 第一節(jié)常常用物物理量按照定義式由基本單位相乘或相除求得，并且其導(dǎo)出單位的定義式中的比例系數(shù)永遠(yuǎn)取1。導(dǎo)出單位當(dāng)采用其其它單位位制時，將各物物理量的的單位代代入定義義式中，得到的的k不等于1。例如，上例中中，若距距離的單單位為cm

4、，則k=0.01。式中F力； m質(zhì)量； a加速度； u速度； t時間； S距離； k比例系數(shù)。力的導(dǎo)出單位，按牛頓運(yùn)動定律寫出力的定義式，即按照國際單位制規(guī)定，取k=1，則力的導(dǎo)出單位為第一節(jié)常常用物物理量導(dǎo)出單位位表2.1.3國國際單單位制中中規(guī)定了了若干具具有專門名稱稱的導(dǎo)出單單位第一節(jié)常常用物物理量同一物理理量用不不同單位位制的單單位度量量時，其其數(shù)值比比稱為換算因數(shù)數(shù)例如1m長的管用用英尺度度量時為為3.2808ft，則英尺尺與米的的換算因因數(shù)為3.2808。解：按照題意，將kgf/cm2中力的單位kgf換算為N，cm2換算為m2。查表，N與kgf的換算因數(shù)為9.80665，因此 1k

5、gf9.80665N又 1cm0.01m所以： 1.033kgf/cm21.0339.80665N/(0.01m)2=1.013105 N/ m2【例題2.1.1】: 已知1atm1.033kgf/cm2，將其換算為N/ m2。二、物理理量的單單位換算算第一節(jié)常常用物物理量設(shè)備周圍空氣流動速度，cm/s【例題2.1.2】設(shè)備壁面因強(qiáng)制對流和輻射作用向周圍環(huán)境中散失的熱量可用下式表示，即式中：對流-輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)，kcal/（m2h）若將 的單位改為W/(m2K), u 的單位改為m/s，試將上式加以變換。第一節(jié)常常用物物理量解：根據(jù)據(jù)附錄，1kcal4186.8Ws，1h=3600s；1表示

6、溫差差為1，用K表示溫度度時，溫溫差為1K。因此1kcal/（m2h）4186.8/3600W/(m2K)1.163W/(m2K)1cm/s0.01m/s整理上式，并略去上標(biāo)，得將上兩式帶入原式中，得W/(m2K)令 為以W/(m2K)為單位的傳熱系數(shù)， 為以m/s為單位的速度？第一節(jié)常常用物物理量(一)量綱用來描述述物體或或系統(tǒng)物理狀態(tài)態(tài)的可測量性性質(zhì)稱為它的的量綱。量綱與單單位的區(qū)區(qū)別：量綱是可測量的的性質(zhì)；單位是測量的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，用這些些標(biāo)準(zhǔn)和和確定的的數(shù)值可可以定量量地描述述量綱。可測量物物理量可可以分為為兩類：基本量量和導(dǎo)出出量。三、量綱綱和無量量綱準(zhǔn)數(shù)數(shù)第一節(jié)常常用物物理量基本量綱綱:

7、質(zhì)量、長長度、時時間、溫溫度的量量綱，分分別以M、L、t和T表示，簡簡稱MLtT量綱體系系。【物理量】表示該物物理量的的量綱，不指具具有確定定數(shù)值的的某一物物理量。利用量綱綱所建立立起來的的關(guān)系是是定性的而不是定定量的。其它物理量均可以以M、L、t和T的組合形式表示其量綱:速度= 密度=壓強(qiáng)= 粘度=Lt1ML3ML1t2ML1t1第一節(jié)常常用物物理量(二)無量綱準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)由各種變變量和參參數(shù)組合合而成的的沒有單單位的群群數(shù)，稱稱為無量綱準(zhǔn)數(shù)。無量綱準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)既無無量綱，又無單單位，其其數(shù)值大小小與所選選單位制制無關(guān)。只要組組合群數(shù)數(shù)的各個個量采用用同一單單位制，都可得得到相同同數(shù)值的的無量綱綱準(zhǔn)數(shù)。

8、準(zhǔn)數(shù)符號定義雷諾數(shù)(Reynold)Re=標(biāo)準(zhǔn)提法法是量綱綱為1第一節(jié)常常用物物理量通過對影影響某一一過程和和現(xiàn)象的的各種因因素（物物理量）進(jìn)行量量綱分析析，將物理量量表示成成為若干干個無量量綱準(zhǔn)數(shù)數(shù)，然后借借助實(shí)驗驗數(shù)據(jù)，建立這些些無量綱綱變量之之間的關(guān)關(guān)系式。第一節(jié)常常用物物理量參考內(nèi)容容:量綱綱分析法法第一節(jié)常常用物物理量參考內(nèi)容容:量綱綱分析法法雷諾數(shù)，代表慣慣性力與與粘性力力的比值值，反映映流動特特性；歐拉數(shù)，代表阻阻力損失失引起的的壓降與與慣性力力之比。管路的長長徑比，反映幾幾何尺寸寸的特性性絕對粗糙糙度與管管徑之比比，稱為為相對粗粗糙度通過實(shí)驗驗，回歸歸求取關(guān)關(guān)聯(lián)式中中的待定定系

9、數(shù)“黑箱”模型法法第一節(jié)常常用物物理量參考內(nèi)容容:量綱綱分析法法例如：氨氨的水溶溶液的濃濃度1質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度mg/Lmol/L氨的質(zhì)量或物質(zhì)的量/溶液體積2. 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)%mg/kgmmol/kmol氨的質(zhì)量/溶液的質(zhì)量氨的物質(zhì)質(zhì)的量/溶液的物物質(zhì)的量量3質(zhì)量比與摩爾比mmol/kmolmg/kg氨的質(zhì)量/水的質(zhì)量氨的物質(zhì)的量/水的物質(zhì)的量四、常用用物理量量第一節(jié)常常用物物理量(一)濃度1質(zhì)量濃濃度與物物質(zhì)的量量濃度（1）質(zhì)量濃濃度A，（2）物質(zhì)的的量濃度度cA，c組分A的摩爾質(zhì)質(zhì)量第一節(jié)常常用物物理量(2.1.2)(2.1.4)(2.1.5)2.質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)（1）質(zhì)量分

10、數(shù)和體積分?jǐn)?shù)組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合物的總質(zhì)量組分A的質(zhì)量 (2.1.6)在水處理理中，污污水中的的污染物物濃度一般般較低，1L污水的質(zhì)質(zhì)量可以以近似認(rèn)認(rèn)為等于于1000g，所以實(shí)實(shí)際應(yīng)用用中，常常常將質(zhì)質(zhì)量濃度度和質(zhì)量量分?jǐn)?shù)加加以換算算，即1mg/L相當(dāng)于1mg/1000g110-6（質(zhì)量分分?jǐn)?shù)）= 1ppm1g/L相當(dāng)于1g/1000g110-9（質(zhì)量分分?jǐn)?shù)）=1ppb當(dāng)污染物物的濃度度過高，導(dǎo)致污污水的比比重發(fā)生生變化時時，上兩兩式應(yīng)加加以修正正，即1mg/L相當(dāng)于1/污水的密密度（質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)）1g/L相當(dāng)于1/污水的密密度（質(zhì)量分分?jǐn)?shù)）ppmppb g/g， 10-6 g/kg， 10-

11、9 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）第一節(jié)常常用物物理量在大氣污污染控制制工程中中，常用用體積分分?jǐn)?shù)表示示污染物物質(zhì)的濃濃度。例例如mL/m3，則此氣氣態(tài)污染染物質(zhì)濃濃度為10-6。1摩爾任何何理想氣體體在相同的的壓強(qiáng)和和溫度下下有著同同樣的體體積，因因此可以以用體積積分?jǐn)?shù)表表示污染染物質(zhì)的的濃度，在實(shí)際際應(yīng)用中中非常方方便；同同時，該該單位的的最大優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是與與溫度、壓力無無關(guān)。第一節(jié)常常用物物理量例如，10-6（體積分分?jǐn)?shù)）表表示每106體積空氣氣中有1體積的污污染物，這等價價于每106摩爾空氣氣中有1摩爾污染染物質(zhì)。又因為為任何單單位摩爾爾的物質(zhì)質(zhì)有著相相同數(shù)量量的分子子，10-6（體積分分?jǐn)?shù)）也也就相當(dāng)當(dāng)于

12、每106個空氣分分子中有有1個污染物物分子。對于氣體體，體積分?jǐn)?shù)數(shù)和質(zhì)量濃度度之間的關(guān)關(guān)系和壓力、溫度以以及污染染物質(zhì)的的分子量量有關(guān)。對于理理想氣體體，可以以用理想想氣體狀狀態(tài)方程程表示，即：式中：p絕對壓力力，atm；VA體積，m3；nA物質(zhì)的摩摩爾數(shù)，mol；R理想氣體體常數(shù)，0.082LatmK-1mol-1；T絕對溫度度，K。第一節(jié)常常用物物理量(2.1.9)根據(jù)質(zhì)量量濃度的的定義根據(jù)理想想氣體狀狀態(tài)方程程體積分?jǐn)?shù)數(shù)和質(zhì)量濃度度之間的關(guān)關(guān)系？第一節(jié)常常用物物理量(2.1.10)(2.1.11)(2.1.13)【例題2.1.3】在1atm、25條件下，某室內(nèi)內(nèi)空氣一一氧化碳碳的體積積分

13、數(shù)為為9.010-6。用質(zhì)量量濃度表表示一氧氧化碳的的濃度。解：根據(jù)據(jù)理想氣氣體狀態(tài)態(tài)方程，1mol空氣在1atm和25下的體積積為一氧化碳碳（CO）的分子子質(zhì)量為為28g/mol，所以CO的質(zhì)量濃濃度為mg/m3第一節(jié)常常用物物理量（2）摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)組分A的摩爾分分?jǐn)?shù)混合物的的總摩爾爾數(shù)組分A的摩爾數(shù)數(shù)當(dāng)混合物物為氣液液兩相體體系時，常以x表示液相相中的摩摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)，y表示氣相相中的摩摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)，組分A的質(zhì)量分分?jǐn)?shù)與摩摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)的關(guān)系系第一節(jié)常常用物物理量(2.1.15b)(2.1.15a)(2.1.14)3質(zhì)量比比與摩爾爾比組分A的質(zhì)量比比混合物中中惰性物物質(zhì)的質(zhì)質(zhì)量組分A的質(zhì)量（當(dāng)混合合物

14、中除除組分A外，其余余為情性性組分時時）組分A與惰性組組分的關(guān)關(guān)系第一節(jié)常常用物物理量(2.1.16)質(zhì)量比與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系 (2.1.17)組分A與惰性組組分的關(guān)關(guān)系3質(zhì)量比比與摩爾爾比（當(dāng)混合合物中除除組分A外，其余余為情性性組分時時）第一節(jié)常常用物物理量組分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) (2.1.18)摩爾比與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系 (2.1.19)(2.1.20)體積流量量質(zhì)量流量量一維流動動二維流動動三維流動動速度分布布平均速度度(二)流量(三)流速第一節(jié)常常用物物理量(2.1.21)(2.1.22)圓形管道 在管路設(shè)設(shè)計中，選擇適適宜的流流速非常常重要!。一般地，液體

15、的流流速取0.53.0m/s,氣體則為為1030m/s。速度分布布流速影響響流動阻阻力和管管徑，因此直直接影響響系統(tǒng)的的操作費(fèi)費(fèi)用和基基建費(fèi)用用。第一節(jié)常常用物物理量（主體）平均流速按體積流量相等的原則定義(2.1.24)(2.1.25)單位時間間內(nèi)通過過單位面面積的物物理量稱稱為該物物理量的的通量。通量是是表示傳遞遞速率的的重要物物理量。單位時間間內(nèi)通過過單位面面積的熱量，稱為熱熱量通量量，單位位為J/（m2s）；單位時間間內(nèi)通過過單位面面積的某某組分的的質(zhì)量，成為該該組分的的質(zhì)量通通量，單單位為kmol/（m2s）；單位時間間內(nèi)通過過單位面面積的動量，稱為動動量通量量，單位位為N/m2。(

16、四)通量第一節(jié)常常用物物理量第一節(jié)常常用物物理量（1）什么是是換算因因數(shù)？英英尺和米米的換算算因素是是多少？（2）什么是是量綱和和無量綱綱準(zhǔn)數(shù)？單位和和量綱的的區(qū)別是是什么？（3）質(zhì)量分分?jǐn)?shù)和質(zhì)質(zhì)量比的的區(qū)別和和關(guān)系如如何？試試舉出質(zhì)質(zhì)量比的的應(yīng)用實(shí)例例。（4）大氣污污染控制制工程中中經(jīng)常用用體積分分?jǐn)?shù)表示示污染物物的濃度，試說說明該單單位的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，并并闡述與與質(zhì)量濃濃度的關(guān)關(guān)系。（5）平均速速度的涵涵義是什什么？用用管道輸輸送水和和空氣時時，較為為經(jīng)濟(jì)的流流速范圍圍為多少少？思考題一、衡算算的基本本概念二、總質(zhì)質(zhì)量衡算算本節(jié)的主主要內(nèi)容容第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算分離、反反應(yīng)分析物質(zhì)質(zhì)流遷移轉(zhuǎn)化化?

17、某污染物物生物降解解輸入量輸出量量降解解量=積累量輸入量1輸入量2輸出量降解量積累量第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算一、衡算算的基本本概念輸入速率率輸出出速率轉(zhuǎn)化速速率=積累速率率質(zhì)量衡算算的一般般方程轉(zhuǎn)化速率率或反應(yīng)應(yīng)速率單位時間間因生物物或化學(xué)學(xué)反應(yīng)而而轉(zhuǎn)化的的質(zhì)量。組分為生生成物時時為正值值，質(zhì)量增增加單位時間間：以某種元元素或某某種物質(zhì)質(zhì)為衡算算對象第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算(2.2.4)一、衡算算的基本本概念(2.2.8)污染物的的生物降降解經(jīng)常常被視為為一級反應(yīng)應(yīng)，即污染染物的降降解速率率與其濃濃度成正正比。假假設(shè)體積積V中可降解解物質(zhì)的的濃度均均勻分布布，則反應(yīng)速率率常數(shù)，s-1或d-1物質(zhì)濃度度負(fù)號

18、表示示污染物物隨時間間的增加加而減少少體積反應(yīng)速率率第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算各種情況況下的質(zhì)質(zhì)量衡算算穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)系系統(tǒng) 組分發(fā)生生反應(yīng)組分不發(fā)發(fā)生反應(yīng)應(yīng)以某組分分為對象象以全部部部分為對對象以總質(zhì)量量表示以單位時時間質(zhì)量量表示第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算二、總質(zhì)質(zhì)量衡算算質(zhì)量衡算算方程的的應(yīng)用1、需要劃劃定衡算算的系統(tǒng)統(tǒng)2、要確定定衡算的的對象3、確定衡衡算的基基準(zhǔn)4、繪制質(zhì)質(zhì)量衡算算系統(tǒng)圖圖5、注意單單位要統(tǒng)統(tǒng)一劃定衡算算的系統(tǒng)統(tǒng)確定衡算算的對象象某組分衡算的范范圍某組分，和全部部組分單位時間間，某時時間段內(nèi)內(nèi)，或一一個周期期總衡算和和微分衡衡算第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算用來分析析質(zhì)量遷遷移的特特定區(qū)域域，即

19、衡算的空空間范圍圍環(huán)境設(shè)備備或管道道中一個個微元體體微分衡算算一個反應(yīng)應(yīng)池、一一個車間間，或者者一個湖湖泊、一一段河流流、一座座城市上上方的空空氣，甚甚至可以以是整個個地球總衡算(一)衡算系統(tǒng)統(tǒng)第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算質(zhì)量衡算算系統(tǒng)圖圖單位要統(tǒng)統(tǒng)一第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算【例題2.2.3】一個湖泊泊的容積積為10.0106m3。有一流流量為5.0m3/s、污染物物濃度為為10.0mg/L的受污染染支流流流入該湖湖泊.同時，還還有一污污水排放放口將污污水排入入湖泊，污水流流量為0.5m3/s，濃度為為100mg/L。污染物物的降解解速率常常數(shù)為0.20 d-1。假設(shè)污污染物質(zhì)質(zhì)在湖泊泊中完全全混合，且湖水水

20、不因蒸蒸發(fā)等原原因增加加或者減減少。求求穩(wěn)態(tài)情情況下流流出水中中污染物物的濃度度。解：假設(shè)設(shè)完全混混合意味味著湖泊中的的污染物物濃度等等于流出出水中的的污染物物濃度 (二)穩(wěn)態(tài)反應(yīng)應(yīng)系統(tǒng)第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算解：假設(shè)設(shè)完全混混合意味味著湖泊中的的污染物物濃度等等于流出出水中的的污染物物濃度輸入速率率輸出速率率 降解速率率第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算(二)穩(wěn)態(tài)反應(yīng)應(yīng)系統(tǒng)【例題】一條河流流的上游游流量為為10m3/s，氯化物物的濃度度為20mg/L，有一條條支流匯匯入，流流量為5m3/s，其氯化化物濃度度為40mg/L。視氯化化物為不不可降解解物質(zhì)，系統(tǒng)處處于穩(wěn)定定狀態(tài)，計算匯匯合點(diǎn)下下游河水水中的氯氯化物濃濃

21、度，假假設(shè)在該該點(diǎn)流體體完全混混合。解：首先劃定定衡算系系統(tǒng)，繪繪制質(zhì)量量平衡圖圖第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算(三)穩(wěn)態(tài)非反反應(yīng)系統(tǒng)統(tǒng)氯化物的的輸出速速率為氯化物的的輸入速速率為第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算解：根據(jù)據(jù)質(zhì)量衡衡算方程程【例題2.2.5】一圓筒形儲罐，直徑為0.8m。罐內(nèi)盛有2m深的水。在無水源補(bǔ)充的情況下，打開底部閥門放水。已知水流出的質(zhì)量流量與水深Z的關(guān)系為kg/s，求經(jīng)過多長時間后，水位下降至1m？kg/skgt=1518s第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算0(2.2.3)(二)非穩(wěn)態(tài)系系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流動動的數(shù)學(xué)學(xué)特征：當(dāng)系統(tǒng)中中流速、壓力、密度等等物理量量只是位位置的函函數(shù)，不隨時間間變化，稱為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)；當(dāng)上述述

22、物理量量不僅隨隨位置變變化，而而且隨時時間變化化，稱為為非穩(wěn)態(tài)態(tài)系統(tǒng)。對于穩(wěn)態(tài)態(tài)過程，內(nèi)部無無物料積積累穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)與非穩(wěn)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算01243【例題】某污水處處理工藝藝中含有有沉淀池池和濃縮縮池，沉沉淀池用用于去除除水中的的懸浮物物，濃縮縮池用于于將沉淀淀的污泥泥進(jìn)一步步濃縮，濃縮池池的上清清液返回回到沉淀淀池中。污水流流量為5000m3/d，懸浮物物含量為為200mg/L，沉淀池池出水中中懸浮物物濃度為為20mg/L，沉淀污污泥的含含水率為為99.8%，進(jìn)入濃濃縮池停停留一定定時間后后，排出出的污泥泥含水率率為96%，上清液液中的懸懸浮物含含量為100mg/L。假設(shè)系系統(tǒng)處于

23、于穩(wěn)定狀狀態(tài)，過過程中沒沒有生物物作用。求整個個系統(tǒng)的的污泥產(chǎn)產(chǎn)量和排排水量，以及濃濃縮池上上清液回回流量。污水的的比重為為1000kg/m3。？根據(jù)需要要劃定衡衡算的系系統(tǒng)第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算已知=5000m3/d，200mg/L，20mg/L，(100-96)/(100/1000)40(g/L)40000(mg/L)(100-99.8)/(100/1000)2(g/L)2000(mg/L)100mg/L污泥含水水率為污污泥中水水和污泥泥總量的的質(zhì)量比比，因此此污泥中中懸浮物物含量為為第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算(1)求污泥產(chǎn)產(chǎn)量以沉淀池池和濃縮縮池的整整個過程程為衡算算系統(tǒng)，懸浮物物為衡算算對象，因系

24、統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)運(yùn)行，輸輸入系統(tǒng)統(tǒng)的懸浮浮物量等等于輸出出的量。輸入速率率輸出速率率=22.5(m3/d)4977.5(m3/d)01243第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算(2)濃縮池上上清液量量取濃縮池池為衡算算系統(tǒng)，懸浮物物為衡算算對象污泥含水水率從99.8降至96,污泥體積積由472.5m3/d減少為22.5m3/d,相差20倍。輸入速率率輸出速率率=450(m3/d)472.5(m3/d)01243第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算【例題2.2.4】在一個大大小為500m3的會議室室里面有有50個吸煙者者，每人人每小時時吸兩支支香煙。每支香香煙散發(fā)發(fā)1.4mg的甲醛。甲醛轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為二二氧化碳碳的反應(yīng)應(yīng)速率常常數(shù)為k0.40

25、 h-1。新鮮空空氣進(jìn)入入會議室室的流量量為1000m3/h，同時室室內(nèi)的原原有空氣氣以相同同的流量量流出。假設(shè)混合合完全，估計在在25、1atm的條件下下，甲醛醛的穩(wěn)態(tài)態(tài)濃度。并與造造成眼刺刺激的起起始濃度度0.0510-6（體積分分?jǐn)?shù)）相相比較。第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算輸入速率率輸出速率率降解速率率5021.4140mg/h 10001000 mg/h 第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算（1）進(jìn)行質(zhì)質(zhì)量衡算算的三個個要素是是什么？（2）簡述穩(wěn)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)和非穩(wěn)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)的特征征。（3）質(zhì)量衡衡算的基基本關(guān)系系是什么么？（4）以全部部組分為為對象進(jìn)進(jìn)行質(zhì)量量衡算時時，衡算算方程具具有什么么特征？（

26、5）對存在在一級反反應(yīng)過程程的系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)質(zhì)量衡算算時，物物質(zhì)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化速率率如何表表示？思考題一、能量量衡算方方程二、熱量衡算算方程三、封閉閉系統(tǒng)的的熱量衡衡算方程程四、開放放系統(tǒng)的的熱量衡衡算方程程本節(jié)的主主要內(nèi)容容第三節(jié)能能量衡衡算水預(yù)熱系統(tǒng)用熱水水或蒸汽汽加熱水水或污泥泥用冷水水吸收電電廠的廢廢熱水或污泥泥吸收熱熱量溫度度升高冷卻水吸吸收熱量量溫度升升高用量？加熱時間間？流量？溫度？第三節(jié)能能量衡衡算一、能量量衡算方方程分析能量量流流體輸送送中，通通過水泵對水水做功，將水提提升到高高處？流體在管管道中流流動，由由于粘性性產(chǎn)生摩摩擦力，消耗機(jī)械能，轉(zhuǎn)變?yōu)闊釤崃?？兩大類問問題：主要涉及及物料

27、溫溫度與熱熱量變化化的過程程冷卻、加熱、散熱系統(tǒng)對外外做功，系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)各種能能量相互互轉(zhuǎn)化流體輸輸送機(jī)械能衡衡算熱量衡算算第三節(jié)能能量衡衡算（1）流體攜攜帶能量量進(jìn)出系系統(tǒng)熱量 做功能量既不不會消失失也不能能被創(chuàng)造造。在給定定的過程程中，能能量會發(fā)發(fā)生形式式上的改改變開放系統(tǒng)統(tǒng)封閉系統(tǒng)統(tǒng)能量輸入入輸出的的方式：（2）系統(tǒng)與與外界交交換能量量 （熱熱，功）第三節(jié)能能量衡衡算任何系統(tǒng)統(tǒng)經(jīng)過某某一過程程時，其其內(nèi)部能能量的變變化等于于該系統(tǒng)統(tǒng)從環(huán)境境吸收的的熱量與與它對外外所作的的功之差差，即物料所具具有的各各種能量量之和，即總能能量物料從外外界吸收的熱熱量物料對外界所所作的功功系統(tǒng)內(nèi)部部物料能量的變

28、變化系統(tǒng)內(nèi)能能量的變變化（輸出系統(tǒng)的物物料的總總能量）（輸入系統(tǒng)的物物料的總總能量）（系系統(tǒng)內(nèi)物物料能量量的積累累）對于物料料總質(zhì)量量 ：靜壓能位能動能內(nèi)能EEEEE+=第三節(jié)能能量衡衡算(2.3.1)（輸出系統(tǒng)的物物料的總能量）（輸入系統(tǒng)的物物料的總能量）（系系統(tǒng)內(nèi)能能量的積累）（系系統(tǒng)從外外界吸收的熱熱量）（對外界所所作的功功）對于單位位時間：（單位時間間輸出系統(tǒng)的物物料帶出出的總能能量）（單位時間間輸入系統(tǒng)的物物料帶入入的總能能量）（單位時間間系統(tǒng)內(nèi)能能量的積積累）（單位時間間系統(tǒng)從外外界吸收的熱熱量）（單位時間間對外界所所作的功功）第三節(jié)能能量衡衡算對于單位位質(zhì)量物物料：第三節(jié)能能量衡

29、衡算0能量可用用焓表示示(2.3.1)冷卻、加熱、散熱 涉及物料溫度與熱量變化的過程 熱量衡算單位時間間輸出系統(tǒng)的物物料的焓焓值總和和，即物料帶出出的能量總總和單位時間間輸入系統(tǒng)的物物料的焓焓值總和和，即物料帶入入的能量總總和單位時間間系統(tǒng)內(nèi)能能量的積累單位時間間環(huán)境輸入入系統(tǒng)的的熱量，即系統(tǒng)統(tǒng)的吸熱量對于單位位時間：第三節(jié)能能量衡衡算(2.3.4)二、熱量量衡算方方程物質(zhì)的焓焓定義為為焓值是溫溫度與物物態(tài)的函函數(shù)，因因此進(jìn)行行衡算時時除選取取時間基基準(zhǔn)外，還需要要選取物物態(tài)與溫溫度基準(zhǔn)準(zhǔn)，通常常以273K物質(zhì)的液液態(tài)為基基準(zhǔn)。單位質(zhì)量量物質(zhì)的的焓單位質(zhì)量量物質(zhì)的的內(nèi)能物質(zhì)所處處的壓強(qiáng)強(qiáng)單位質(zhì)

30、量量物質(zhì)的的體積第三節(jié)能能量衡衡算(2.3.5)封閉系統(tǒng)統(tǒng)與環(huán)環(huán)境沒有有物質(zhì)交交換的系系統(tǒng)大氣層、封閉的的系統(tǒng)等等系統(tǒng)從外外界吸收收的熱量量等于內(nèi)內(nèi)部能量量的積累累對物料總總質(zhì)量進(jìn)進(jìn)行衡算算內(nèi)部能量量的變化化表現(xiàn)為為？第三節(jié)能能量衡衡算三、封閉閉系統(tǒng)的的熱量衡衡算(2.3.4)物料的比比定壓熱熱容物料溫度度改變物料的質(zhì)質(zhì)量無相變情情況下表表現(xiàn)為溫溫度的變變化（1）恒壓過過程中，體系所所吸收的的熱量全全部用于于焓的增增加，即即（2）恒容、不做非非體積功功的條件件下，體體系所吸吸收的熱熱量全部部用于增增加體系系的內(nèi)能能，即物料的比比定容熱熱容第三節(jié)能能量衡衡算三、封閉閉系統(tǒng)的的熱量衡衡算物質(zhì)的潛潛

31、熱對于固體或液體：熱量衡算算方程無相變情情況下表表現(xiàn)為溫溫度的變變化第三節(jié)能能量衡衡算三、封閉閉系統(tǒng)的的熱量衡衡算有相變情況下吸收或放出的潛熱【例題2.3.1】熱水器發(fā)發(fā)熱元件件的功率率是1.5kW，將水20L從15加熱到65，試計算算需要多多少時間間？假設(shè)設(shè)所有電電能都轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為水水的熱能能，忽略略水箱自自身溫度度升高所所消耗的的能量和和從水箱箱向環(huán)境境中散失失掉的能能量。 系統(tǒng)吸收的熱熱量來自發(fā)熱熱元件，加熱時時間為，輸輸入的的熱量為為Q1.5t1.5tkWh水中能量量的變化化為2014.18（6515）4180 kJ輸入的能能量等于于水中能能量的變變化水0.77 h第三節(jié)能能量衡衡算解：以

32、熱熱水器中中水所占占的體積積為衡算算系統(tǒng)，為封閉系系統(tǒng)。kJ 第三節(jié)能能量衡衡算與環(huán)境境既有物物質(zhì)交換換又有能能量交換換的系統(tǒng)統(tǒng)對于單位位時間物物料進(jìn)行行衡算對于穩(wěn)態(tài)過程第三節(jié)能能量衡衡算四、開放放系統(tǒng)的的熱量衡衡算(2.3.12)開放系統(tǒng)統(tǒng)【例題2.3.3】在一列管管式換熱熱器中用用373K的飽和水水蒸氣加加熱某液液體，液液體流量量為1000kg/h。從298K加熱到353K，液體的的平均比比熱容為為3.56kJ/(kgK)。飽和水水蒸氣冷冷凝放熱熱后以373K的飽和水水排出。換熱器器向四周周的散熱熱速率為為10000kJ/h。試求穩(wěn)穩(wěn)定操作作下加熱熱所需的的蒸氣量量。解：取整整個換熱熱器為

33、衡衡算系統(tǒng)統(tǒng)，時間間基準(zhǔn)為為1h，物態(tài)溫溫度基準(zhǔn)準(zhǔn)為273K液體。第三節(jié)能能量衡衡算四、開放放系統(tǒng)的的熱量衡衡算373K飽和水的的焓：353K的液體：第三節(jié)能能量衡衡算輸入系統(tǒng)的物物料的焓焓值包括括：設(shè)飽和水水蒸氣用用量為G kg/h，查得373K的飽和水水蒸氣的的焓為2677 kJ/kg，飽和水水的焓為為418.68kJ/kg輸出系統(tǒng)的物物料的焓焓值包括括：=10000 kJ/h解得G91.1 kg/h飽和水蒸蒸氣的焓焓：298K的液體：飽和水蒸蒸氣的焓焓298K的液體353K的液體373K飽和水的的焓Q【例題2.3.4】一污水池池內(nèi)有50m3的污水，溫度為為15，為加速速消化過過程，需需將其加加熱到35。采用外外循環(huán)法法加熱，使污水水以5 m3/h的流量通通過換熱熱器，換換熱器用用水蒸氣氣加熱，其出口口溫度恒恒定為100。假設(shè)罐罐內(nèi)污水混合合均勻，污水的的密度為為1000kg/ m3，不考慮慮池的散散熱，問問污水加加熱到所所需溫度度需要多多少時間間？非穩(wěn)態(tài)過過程解：池中中污水混混合均勻勻，因此此任意時時刻從