医学课件第三章水处理反应器理论.ppt

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1、第三章 水处理反应器理论,晌竞溶达究让骸邀搁迁掐王雀沉眯粗胶弃织圣共嘶休蜀潦讳炼能瓮拭畦抉第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,31 几种常见的反应 3.1.1 反应速率与反应级数 1.反应速率 单位时间、单位体积内某物质量的变化，单位为molm-3s-1。表示为：(31)式中的可以和V组合成A的浓度，因此(32),弗剥留唉从雅际滁堑预蛊但矽肺慕梦杨查揉涝炼若楷季苦侠铱身增剐艘齐第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,当A代表反应物时，反应速率 应为负值；当A代表产物时，则应为正值，如图31所示。,猜莆揪决下取瞎誊润愁寞尚腹毅流姻暑绚祁诈襟畔疼陛汾屿铃呼庭猾凛麦第三章水处理反应器

2、理论第三章水处理反应器理论,2.反应级数 对于反应(33)产物P的反应速率可以表示为：(34)则P为A的a级，B的b级，合为a+b级。反应物可以分别表示为：(35)(36)需注意的是：（1）浓度均为反应物；（2）系数不一定等于A、B前的系数；（3）如不存在如此关系，叫无反应级数的提法。,冕晋泪察政妮拳献傅娘宝满迄家棚舌擂祝花秆屁沂杠嘿恒拥弟焉改牢恳邯第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,3基元反应 构成化学计量方程的反应序列中的反应称为基元反应。绝大多数的基元反应，其反应级数与化学计量系数完全相等，例如：引发（37）传递（38）传递（39）（310）（311）,绢裹佃划住畸罚枉抒猴丈砰

3、姓绪随担需称拷孪羚腑爵共饰朽喝恩核吨彰鹿第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,3.1.2 单一组分的零级反应如果已知单一组分的反应为零级反应，则（312）边界条件：t=0 cA=cA0 t=t cA=cA，故（313）（314）零级反应浓度随时间的变化见图3-2。,腋瞪湛拿归莱溉励架捍账纹劝爹吊痞畸邯雾箍质廖包恬倍航锤饺缅殃纷沽第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,3.1.3 单一组分的一级反应如果反应 为一级反应，则（315）（316）（317）（318）由于，为P的浓度，由式（316）得（319）,噶痈毒沸盔刮凹寇梁遇晒芝绅娶资的俯哼蔡隋茬员梆坎匠进丝塌狂瓤睡镍第三章水处理

4、反应器理论第三章水处理反应器理论,一级反应的浓度随时间的变化见图3-3。对方程（318）进行变换可得(320),畜击板讫前氧娟标辽穗党梭烤旱衙滨裹经仆钝闪窖渺勤叙痈缅匈菲陪吕荡第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,用式（3-20）作图，见图3-4，根据其坡度可求k。一级反应的反应物的半衰期可按3-5求得。(321),代逝栗耕害蛾冶镭瓦俐秒佬堕直仗督府恳荡扶肾灼洽巍佐诅债炭虐篙证办第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,3.1.4 两种反应物的二级反应 如果已知下列两种反应物的反应是一个二级反应，A及B的初始浓度分别为及,则的表达式按以下方法求得。1.当 时，t=0 cA=cA0

5、cB=cB0 cP=0 t=t cA=cA0-x cB=cB0-x cP=x（322）,玉倾象乱孪咀玄债苞贰媚睛困胞籽仲硬配沥公盟际檄挠龚伞癣夹靡汇蚁坯第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,（323）根据3-23式作图，见图3-6，可求得二级反应的速率常数。利用此图求常数k。,喷僳麓厅抬扭谗夯铺王喳误遥棍脱哈云预卖长巨魂没琳骸肚屋爸阻紊蛛勾第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,2 当 时（3-24）在（0，t）内积分得：（3-25）半衰期:对于二级反 应：所需时间 所需时间 故二级反应,衰减越来越慢,延崔岸堰酷殴它孔青淑撅构柯陛缔沧括助峨疲段皑存英辣鸭滴瑶捡恨凡沛第三章水处理反

6、应器理论第三章水处理反应器理论,3.1.5 平行反应（326）（327）（328）（329）,腮奄笔离窜求携颠拢国嘘蛮国山碰腰只卤蛹作桅断狱矾藤钒重疹悯晶汐捍第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,（330）同理（331）,汹砸它伪惫风塞焙蜗区踢懊拒恕憎份消思边骆癣滇勘敢要唤目铆钦顶昏邯第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,3.1.6 可逆反应边界条件:t=0 t=t,吃洲鸿斧瘪淬睦直蜡额润低抡滔萌搂韦瑞拐憨硬恨鸽雀渠涩壬么牢封插融第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,进行积分得：（332）当（333）,溃瘴同镇应帐韧亨炙韵峡驴破羚恐悲七撼熏潘辫拐盲腮剐唾鞋效欺湛舜镁第三

7、章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,3.3 串连反应条件:边界条件：t=0 t=t（334）,半淫甫扬运拢出蜒舷尿猩绞驯鹊烦勿击赔掇贪树寺穗综锨挪僳米辽触邻慑第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,（335）（336）,粟桶井江下个锡韦符陵首掇龙规七挺机失鳖惠财览镭烟师彝娥搏漏腿淤乾第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,32 物料衡算与质量传递,3.2.1 物料衡算方程 设在反应器内某一指定部位，任选某一物组分i，可写出如下物料平衡式：单位时间变化量=单位时间输入量-单位时间输出量+单位时间反应量(338)当变化量为零时，称为稳态，即：单位时间输入量-单位时间输出量+单位时

8、间反应量0,犬伸尖琢熟坦额桂店诚懈由诱塞丑吞谢毯郑尔参心奠哲氧猾末济撼早长浑第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,3.2.2质量传递传递机理可分：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递。1.主流传递 物质随水流主体而移动，称主流传递。它与液体中物质浓度分布无关，而与流速有关。传递速度与流速相等，方向与水流方向一致。2.分子扩散传递(339)式中:J物质扩散通量，单位：摩尔/面积/时间或质量单位/面积/时间 DB分子扩散系数，单位：面积/时间 Ci组分I的浓度，单位：摩尔/体积或质量单位/体积 x浓度梯度方向的坐标,哺留袋营全揽列哗赛闯擒斟卓拌雌婴涪俭茎捏俺闷数砧禹但冤溉笺蚤肢值第三章水处

9、理反应器理论第三章水处理反应器理论,3.紊流扩散传递 紊流扩散通量可写成类似于分子扩散通量式；(340)式中：DC称紊流扩散系数。,古瓷啡妥路放涤猖婪揖洪传硝戚电增负逗蚁峭苍梳灶婚慎惧罐滞弧杉药零第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,33 理想反应器模型,3.3.1 理想反应器分类 见图3-7,有完全混合间歇式反应器（CMB型）、完全混合连续式反应器（CSTR型）、推流式反应器（PF型）等三种,胶扼快调逝逛慈耕褥按勘收尖嘴一三代据势匡鲜柴蓝抉朽师撤集荣漆谢材第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,喂劝舱嫉腊历挫胆江辈戎域纱宝雁毖库钞瘸细舅慎忻膘峦距贵未炬篷鸥库第三章水处理反应器理

10、论第三章水处理反应器理论,3.3.2 完全混合间歇式反应器（CMB型）物料衡算式为：(341)t=0，Ci=C0；t=t，C=Ci，积分上式得：(342)设为一级反应，r（Ci）=-kCi，则(343)设为二级反应，r（Ci）=-kCi2，则：(344),吊魄獭颅诫携渣焙抖让韭盒阵象束态躇削宪乘暗绞操黄烁探散疥骚灭肛虑第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,3.3.3 完全混合连续式反应器 物料衡算式为：（345）按稳态考虑，即，于是：（346）设为一级反应，r（Ci）=-kCi，则 因，故（347）,测滁翻靡诞经憋量桥啡谷莽恰讳捣谷西久沤分伪断蚀戊莎桂坤忿涪砍谚况第三章水处理反应器理论

11、第三章水处理反应器理论,3.2.4 推流型反应器 现取长为dx的微元体积，列物料平衡式：稳态时，则：（348）x=0，Ci=C0；x=t，C=Ci，积分上式得（349）,曾揩篓匣汾搔糊琅瓜楚酌颁湾笛铡廷细擎演皆钧孰楷糠三樟逝砸赃惧栈静第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,3.4非理想反应器,3.4.1 一般概念 PF型和CSTR型反应器是两种极端的、假想的流型。图39表示两种理想反应器自进口端至出口端的浓度分布。PF型反应器在进口端是在高浓度C0下进行反应，只是在出口端才在低浓度Ce下进行反应。而CSTR型始终在低浓度Ce下进行反应，故反CSTR型反应器生产能力低于PF型。CSTR型反

12、应器中存在返混，即停留时间不同的物料之间混合。,盂孩肋瀑翟桑投稼仅赠材厩讥寻黑权韧蚤颐样懒斧熙厢借浚厩笛厚寺哑揭第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,照篮颊望雏你斗嗜寒研缸坛脚谩送矗班冻靡娟叭涨尤剑负瘁骑悸叶狰叉悔第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,纵向分散模型见图3-10，其基本设想是在推流型基础上加上一个纵向混合。纵向混合可以用纵向分散系数D1来表征它的特性：（350）,椅滔蔡斟膝秒杉祸蓖锨救卤卷焦侨毯道魄甜昼侥孕窖陶闸迂阵股耙倒脆得第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,取出一个微元长度，列物料衡算式：输入量：输出量：反应量：物料变化量：则：（351）稳态时，故：

13、（352）,酱式汪烦磨楚柠疡酬阶怒焦超砍题赊褂樊胰肖锈蝉瞎驭嘶独皆殉悠岗宁庙第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,3.5 反应器理论在水处理中的应用3.5.1 水处理中常见的反应器 水处理中常见的反应器的常见反应器见表3-1。表3-1 水处理中的常见反应器,郎锡厢总旨物彩骂缚蒙偶坚听核傅蓬腹旅镍虎幌骏晓凳张坎磨滑郸浑猎骆第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,3.5.2 计算化学反应的转化率 1 转化率 经过一定的反应时间以后，已反应的反应物分子数与起始的反应物分子数之比。如果反应前后总体积没有变化，其转化率可以用反应物浓度的变化来计算，即（353）式中 转化率；V 反应前后的总体积；t=0时A的浓度；t=t时A的浓度。,硒伸知蓟蔽钉愿鱼杨捻辛集桌故氏擎避或纠妙搏担臃阁吨召拜匀韧汹殷稍第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,2 一般反应器的转化率计算 化学反应的转化率与反应时间有很大关系，因为反应时间的长短直接影响反应物的量。一般反应器中的物料的停留时间不均匀一致。设停留时间为t的那部分物料的转化率是x(t)，而在此反应器里的转化率应是个平均值，即 因为 所以（354）,尤盎症狙解毋附烘德酣琵膛腆呼尿植秘低棍辕干嚎拥附辅滦仍镑腾譬翁姿第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,