环工原理计算题2.

求： qv1，qv2，qv3 qv2 排水量 ρ2
进水量 进浓缩池水量 污泥产量
qv0 ρ0
qv4 ρ4
上清液流量
qv1 ρ1
qv3 ρ3
(2) 浓缩池上清液量：浓缩池为衡算系统，悬浮物为衡算对象
qv2 排水量 ρ2 进水量 qv0 ρ0
Ⅱ 进入浓 缩池水量 qv4 ρ4 上清液流量 qv3 ρ3 污泥产量 qv1 ρ1
分离变量，在 t1= 0、 t2 =t和z1 = 2 m、z2 = 1 m间积分：
1 dz 0.274 0 502 dt 2 z t
解得： t = 1518 s
*【例 2.3.5】 燃煤发电厂将煤化学能的三分之一转化为电能，输出 电能 1000MW 。其余三分之二的化学能以废热形式释放到环境中， 其中 15%的废热从烟囱排出，其余 85%的余热随冷却水进入附近河 流中。河流上游流速为100m3/s，水温为20℃。试计算： （1）若冷却水温度只升高10℃，冷却水的流量为多少？ （2）这些冷却水进入河流后，河水温度将变化多少？
解：假设完全混合，即湖中污染物的质量浓度等于流
出水中污染物的质量浓度。
以湖为衡算系统，污染物为衡算对象，取1s为衡算基准
注意: 对0.2 d-1进行单位换算
qV 2
输入速率 qm1 qV 1 1 qV 2 2
qV 1
qm 2 qV m m ( qV 1 qV 2 )
解：池中污水温度随时间变化，为非稳态过程，以污水池为衡 算系统，以0℃的污水为温度物态基准。
池中污水混合均匀，任意时刻从池中排 出污水温度与池中相同，设其为T。 输入系统的焓 输出系统的焓 系统内积累的焓 不考虑池散热
qQ V
非稳态过程
H H
F
qV c pT3
qV c pT dT Eq V c p dt q=0
qm百度文库 11
qm 1 qm 2
dm dt
m
z
q m 22
qm 1 0 qm 2 0.274 z
灌中水的瞬时质量为：
π 0.82 m Az 1000 z 502 z 4
dm dz 502 故： dt dt
将已知数据代入衡算式：
dz 0.274 z 502 dt
*【例题2.2.2】污水处理工艺的沉淀池用于去除水中 悬浮物，浓缩池用于进一步浓缩沉淀的污泥，将上 清液返回到沉淀池。污水流量 5000m3/d，悬浮物含 量 200mg/L，沉淀池出水中悬浮物浓度 20mg/L，沉 淀污泥含水率99.8%，进入浓缩池停留一定时间后， 排 出 污 泥 含 水 率 为 96% ， 上 清 液 悬 浮 物 含 量 100mg/L 。设系统处于稳态，过程中无生物作用， 求整个系统污泥产量和排水量以及浓缩池上清液回 流量。污水密度103kg/m3。(p31，看书1分钟）
水的密度为1000kg/m3，故水的体积流量为40.6 m3/s。
（2）以河流水为衡算对象。
1700MW 40.6 m3/s
？
在100m3/s的流量下，吸收1700MW能量后河水温度的变化为
1700 106 T ＝4.1 ℃ 3 100 10 4184
河水温度升高了4.1℃，变为24.1℃。
【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 qm 2 0.274 z kg/s，求经过多长时间后，水位下降至1m？
解：以储罐为衡算系统，罐内水为衡算对象，取1s为衡算基准 根据质量衡算方程
2 =200mg/L, 2 =20mg/L, 已知：qv0=5000m3/d, 3 =100mg/L， 污泥含水率为污泥中水和污泥总量的 质量比，因此污泥中悬浮物含量为
1 = (100－96)/(100/1000) = 40 g/L = 40000 mg/L 4 = (100 －99.8)/(100/1000) = 2 g/L = 2000 mg/L
输出速率
m
qm r k V
降解速率
qVm
质量衡算方程为： 1.0 105 5.5 10 3 23.1 10 3 0
3.5mg / L
(三) 非稳态系统
dm ≠0 1 2 dt
采用微分衡算方程，通过对初始状态 和最终状态进行积分，求得未知量。
输入 输出
qm1 4qV 4 qm 2 1qV 1 3qV 3
4qV 4 1qV 1 3qV 3
qV 4 qV 1 qV 3
qv3 = 450 m3/d， qv4 = 472.5 m3/d 污泥含水率从99.8％降至96％,污泥体积由472.5 m3/d减少为22.5m3/d，相差20倍。
【例题2.3.4】一污水池内有50m3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，污水密度为1000kg/ m3，不 考虑池散热，问污水加热到所需温度需要多少时间？
【例题 2.2.3】一湖泊容积为 10×106m3。有一流量为 5.0m3/s 、污染物浓度为 10.0mg/L 的支流流入。同时， 有一排放口将流量为 0.5m3/s ，质量浓度为 100mg/L 的污水排入，污染物降解速率常数为0.20d-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：（1）以冷却水为衡算对象
1700MW ？
？
冷却水吸收热量速率为
2 q 1000 3 0.85 1700MW 3
设冷却水的质量流量为 qm 则冷却水热量的变化率为
H H
P
F
qm c p T
1700 qm 4184 10.0 10-6
1700 3 qm＝ ＝ 40.6 10 kg/s －6 4184 10.0 10