GIÁO TRÌNH HÓA LÝ LỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG - Chương 2 BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG – CÂN BẰNG VẬT CHẤT TRONG HỆ THỐNG MÔI TRƯỜNG

BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG MÔI TRƯỜNG 2.1.1. Cơ chế của chất rắn Bảo toàn khối lượng là khái niệm cơ bản của vật lý cùng với bảo toàn năng lượng và bảo toàn động lượng. Trong một phạm vị nghiên cứu, định luật bảo toàn khối lượng phát biểu rằng lượng khối lượng giữ nguyên không đổi – khối lượng hoặc không được sinh ra hoặc không bị mất đi. Khối lượng (m) của bất kỳ một vật thể nào có thể được xác định bằng cách nhân thể tích ( v) vật thể với mật độ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
GIÁO TRÌNH HÓA LÝ LỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG - Chương 2 BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG – CÂN BẰNG VẬT CHẤT TRONG HỆ THỐNG MÔI TRƯỜNG Chöông 2 BAÛO TOAØN KHOÁI LÖÔÏNG – CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT TRONG HEÄ THOÁNG MOÂI TRÖÔØNG 2.1. BAÛO TOAØN KHOÁI LÖÔÏNG TRONG HEÄ THOÁNG MOÂI TRÖÔØNG 2.1.1. Cô cheá cuûa chaát raén Baûo toaøn khoái löôïng laø khaùi nieäm cô baûn cuûa vaät lyù cuøng vôùi baûo toaøn naêng löôïng vaø baûo toaøn ñoäng löôïng. Trong moät phaïm vò nghieân cöùu, ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng phaùt bieåu raèng löôïng khoái löôïng giöõ nguyeân khoâng ñoåi – khoái löôïng hoaëc khoâng ñöôïc sinh ra hoaëc khoâng bò maát ñi. Khoái löôïng (m) cuûa baát kyø moät vaät theå naøo coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch nhaân theå tích ( v) vaät theå vôùi maät ñoä (ρ ) cuûa noù: m = v× ρ (2.1) b a Hình2.1. Cô cheá cuûa chaát raén Khi ta di chuyeån moät vaät theå raén (H.2.1), vaät theå giöõ nguyeân hình daïng, maät ñoä vaø theå tích. Do vaäy khoái löôïng cuûa vaät theå khoâng thay ñoåi giöõa a vaø b. 2.1.2. Tónh hoïc cuûa chaát loûng a b Hình 2.2. Cô cheá cuûa chaát loûng Xem xeùt moät löôïng chaát loûng tónh (chaát loûng cuûa chaát khí), neáu thay ñoåi töø traïng thaùi “a” tôùi traïng thaùi khaùc “b” coù theå thaáy raèng khoâng gioáng nhö chaát raén, chaát loûng coù theå thay ñoåi hình daùng (H. 2.2). Tuy nhieân löôïng cuûa chaát laø khoâng ñoåi. Löôïng cuûa chaát loûng ñöôïc xaùc ñònh baèng tích soá cuûa maät ñoä vaø theå tích. Vì khoái 31 löôïng khoâng ñoåi neân maät ñoä vaø theå tích cuõng khoâng ñoåi. Roõ raøng raèng, hình daùng thay ñoåi nhöng khoái löôïng ñöôïc giöõ nguyeân. 2.1.3. Ñoäng hoïc chaát loûng a b Hình 2.3. Moâ hình ñoäng hoïc chaát loûng Söï thay ñoåi cuûa chaát loûng khi di chuyeån töø a tôùi b (H. 2.3), khoâng coù söï tích luõy hoaëc thieáu huït khoái löôïng. Giaû söû löôïng cuûa chaát loûng ñi töø a trong moät thôøi gian t. Neáu chaát loûng qua dieän tích A ôû toác ñoä v , theå tích chaát loûng (V) seõ laø : = A×v×t ( 2.2) V (dieän tích × quaõng ñöôøng / thôøi gian × thôøi gian = dieän tích × quaõng ñöôøng = theå tích. Nhö vaäy khoái löôïng ôû ñieåm “a” laø m a baèng maät ñoä r nhaân vôùi theå tích taïi a: = (r × A × v × t)a ma (2.3) Neáu nhö so saùnh doøng chaûy qua ñieåm khaùc trong vuøng nghieân cöùu, ñieåm “b” ñoái vôùi cuøng löôïng thôøi gian t, khoái löôïng taïi b laø mb seõ baèng : mb = ( r × A × v * t )b (2.4) Töø ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng, hai khoái löôïng ma vaø mb laø baèng nhau : ( r × A × v ) a = ( r × A × v )b (2.5) vaäy : r × A × V = haèng soá 32 Ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng cho pheùp deã daøng xaùc ñònh toác ñoä cuûa doøng chaûy trong oáng neáu nhö maät ñoä laø moät haèng soá. Neáu coù theå xaùc ñònh (hoaëc ñaët) toác ñoä ôû moät vaøi dieän tích ñaõ bieát, phöông trình seõ cho bieát toác ñoä ñoái vôùi moät dieän tích baát kyø. 2.1.4. Moät soá ví duï aùùp duïng baûo toaøn khoái löôïng Ví duï 2.1 Moät doøng khí beân ngoaøi ñöôïc ñöa vaøo thieát bò kieåm soaùt oâ nhieãm khoâng khí vôùi toác ñoä 10,000 lb/h trong söï coù maët cuûa 20,000 lb/h khoâng khí. Vì yeâu caàu ñoøi hoûi naêng löôïng cuûa thieát bò, ngöôøi ta theâm 1,250 lb/h taùc nhaân ñieàu kieän ôû theå hôi ñeå trôï giuùp xöû lyù doøng khí. Xaùc ñònh toác ñoä chaát khí taïo ra theo ñôn vò pound trong moãi giôø. Giaû söû ñieàu kieän traïng thaùi oån ñònh: Giaûi: Ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng coù theå aùp duïng cho baát kyø quaù trình cuûa heä. Daïng toång quaùt cuûa ñònh luaät laø: Khoái löôïng tích luyõ = khoái löôïng vaøo – khoái löôïng ra + khoái löôïng sinh ra (2.6) AÙp duïng ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng cho thieát bò kieåm soaùt : Toác ñoä khoái löôïng vaøo – Toác ñoä khoái löôïng ra + Toác ñoä khoái löôïng sinh ra = Toác ñoä khoái löôïng tích luõy. (2.7) Vieát laïi phöông trình theo caùc ñieàu kieän cuûa baøi toaùn: Toác ñoä khoái löôïng vaøo = Toác ñoä khoái löôïng ra ( 2.8) m in = m out hoaëc: (2.9) Chuù yù raèng khoái l ...