水處理課件-水處理反應(yīng)器理論

第三章水處理反應(yīng)器理論

3．1幾種常見的反應(yīng)

3.1.1反應(yīng)速率與反應(yīng)級數(shù)

1.反應(yīng)速率單位時(shí)間、單位體積內(nèi)某物質(zhì)量的變化，單位為molm-3s-1。表示為：(3－1)式中的可以和V組合成A的濃度，因此(3－2)

當(dāng)A代表反應(yīng)物時(shí)，反應(yīng)速率應(yīng)為負(fù)值；當(dāng)A代表產(chǎn)物時(shí)，則應(yīng)為正值，如圖3－1所示。

2.反應(yīng)級數(shù)對于反應(yīng)(3－3)產(chǎn)物P的反應(yīng)速率可以表示為：(3－4)則P為A的a級，B的b級，合為a+b級。反應(yīng)物可以分別表示為：(3－5)(3－6)需注意的是：（1）濃度均為反應(yīng)物；（2）系數(shù)不一定等于A、B前的系數(shù)；（3）如不存在如此關(guān)系，叫無反應(yīng)級數(shù)的提法。

3．基元反應(yīng)構(gòu)成化學(xué)計(jì)量方程的反應(yīng)序列中的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。絕大多數(shù)的基元反應(yīng)，其反應(yīng)級數(shù)與化學(xué)計(jì)量系數(shù)完全相等，例如：引發(fā)（3－7）傳遞（3－8）傳遞（3－9）（3－10）（3－11）

3.1.2單一組分的零級反應(yīng)如果已知單一組分的反應(yīng)為零級反應(yīng)，則（3－12）邊界條件：t=0cA=cA0t=tcA=cA，故

（3－13）（3－14）零級反應(yīng)濃度隨時(shí)間的變化見圖3-2。

3.1.3單一組分的一級反應(yīng)如果反應(yīng)為一級反應(yīng)，則（3－15）（3－16）（3－17）（3－18）由于，為P的濃度，由式（3－16）得（3－19）

一級反應(yīng)的濃度隨時(shí)間的變化見圖3-3。對方程（3－18）進(jìn)行變換可得(3－20)

用式（3-20）作圖，見圖3-4，根據(jù)其坡度可求k。

一級反應(yīng)的反應(yīng)物的半衰期可按3-5求得。

(3－21)

3.1.4兩種反應(yīng)物的二級反應(yīng)如果已知下列兩種反應(yīng)物的反應(yīng)是一個(gè)二級反應(yīng)，A及B的初始濃度分別為及,則的表達(dá)式按以下方法求得。1.當(dāng)時(shí)，t=0cA=cA0cB=cB0cP=0t=tcA=cA0-xcB=cB0-xcP=x

（3－22）

（3－23）

根據(jù)3-23式作圖，見圖3-6，可求得二級反應(yīng)的速率常數(shù)。利用此圖求常數(shù)k。

2當(dāng)時(shí)（3-24）在（0，t）內(nèi)積分得：（3-25）半衰期:對于二級反應(yīng)：所需時(shí)間所需時(shí)間故二級反應(yīng),衰減越來越慢

3.1.5平行反應(yīng)（3－26）（3－27）（3－28）（3－29）

（3－30）同理（3－31）

3.1.6可逆反應(yīng)邊界條件:t=0t=t

進(jìn)行積分得：

（3－32）當(dāng)（3－33）

3.3串連反應(yīng)條件:邊界條件：t=0t=t①（3－34）

②

（3－35）

③

（3－36）

3．2物料衡算與質(zhì)量傳遞

3.2.1物料衡算方程設(shè)在反應(yīng)器內(nèi)某一指定部位，任選某一物組分i，可寫出如下物料平衡式：單位時(shí)間變化量=單位時(shí)間輸入量-單位時(shí)間輸出量+單位時(shí)間反應(yīng)量(3—38)當(dāng)變化量為零時(shí)，稱為穩(wěn)態(tài)，即：單位時(shí)間輸入量-單位時(shí)間輸出量+單位時(shí)間反應(yīng)量＝0

3.2.2質(zhì)量傳遞傳遞機(jī)理可分：主流傳遞；分子擴(kuò)散傳遞；紊流擴(kuò)散傳遞。1.主流傳遞物質(zhì)隨水流主體而移動，稱主流傳遞。它與液體中物質(zhì)濃度分布無關(guān)，而與流速有關(guān)。傳遞速度與流速相等，方向與水流方向一致。2.分子擴(kuò)散傳遞(3—39)式中:J——物質(zhì)擴(kuò)散通量，單位：[摩爾/面積/時(shí)間]或[質(zhì)量單位/面積/時(shí)間]DB——分子擴(kuò)散系數(shù)，單位：[面積/時(shí)間]Ci——組分I的濃度，單位：[摩爾/體積]或[質(zhì)量單位/體積]x——濃度梯度方向的坐標(biāo)3.紊流浪擴(kuò)散傳遞紊流擴(kuò)霧散通量鼠可寫成業(yè)類似于大分子擴(kuò)矩散通量谷式；(3—4盟0)式中：D牙C——稱該紊流擴(kuò)散爪系數(shù)。3．3理想反應(yīng)間器模型3.3梯.1超理想反糕應(yīng)器分少類見圖3幟-7,尚有完全鋪混合間四歇式反弄應(yīng)器（做CMB斬型）、棒完全混環(huán)合連續(xù)騙式反應(yīng)處器（C驗(yàn)STR蓄型）、繭推流式輪反應(yīng)器貫（PF弦型）等雜三種3.3錦.2希完攝全混合龍間歇式匆反應(yīng)器肥（CM氣B型）物料衡算簽式為：(3—4喇1)t=0累，Ci低=C0驅(qū)；t=言t，C該=Ci校，積分樓上式得蒜：(3—坊42)設(shè)為一級犧反應(yīng)，r旬（Ci）部=-kC駝i，則(3—4帖3)設(shè)為二級朵反應(yīng)，r姓（Ci）繪=-kC憲i2，則倡：(3—符44)3.3.第3磚完全混合織連續(xù)式反肌應(yīng)器物料衡間算式為傾：（3—4興5）按穩(wěn)態(tài)考灰慮，即群，于是梢：（3—4棉6）設(shè)為一級品反應(yīng)，r（Ci）=-kCi，則因，允故（3—粗47）3.2.激4魚推流型反利應(yīng)器現(xiàn)取長為dx的微元體淹積，列物栗料平衡式匙：穩(wěn)態(tài)時(shí)棕，蠅，則膀：（3—拍48）x=0賭，Ci=C0；x=t，問C=Ci，積分上軋式得（3—4乏9）3.4非立理想反應(yīng)吧器3.4.流1一獵般概念PF型射和CS開TR型養(yǎng)反應(yīng)器榮是兩種猴極端的翁、假想汽的流型兼。圖3甘—9表獲示兩種墾理想反凝應(yīng)器自狐進(jìn)口端鼠至出口鞋端的濃些度分布轟。PF型歲反應(yīng)器饑在進(jìn)口刺端是在茂高濃度C0下進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，欲只是在模出口端凡才在低輛濃度C小e下進(jìn)墨行反應(yīng)郊。而C無STR狼型始終鍛在低濃招度Ce下進(jìn)行反痰應(yīng)，故反練CSTR談型反應(yīng)器劃生產(chǎn)能力凈低于PF枝型。CST鋒R型反謹(jǐn)應(yīng)器中揚(yáng)存在返鄰混，即醋停留時(shí)兇間不同醉的物料安之間混霞合?？v向分散滑模型見圖改3-10得，其基本餃設(shè)想是在幕推流型基魔礎(chǔ)上加上芹一個(gè)縱向薯混合?？v垃向混合可傅以用縱向檢分散系數(shù)洲D(zhuǎn)1來表薪征它的特迎性：（3—5漏0）取出一演個(gè)微元漂長度，儲列物料武衡算式稻：輸入量紅：輸出量：反應(yīng)量：物料變埋化量：則：翻（3—開51）穩(wěn)態(tài)時(shí)芹，雞故：（3—5扯2）3.5德反返應(yīng)器理衰論在水鮮處理中續(xù)的應(yīng)用3.5.欣1水處戀理中常見宰的反應(yīng)器水處理中仍常見的反護(hù)應(yīng)器的?；\見反應(yīng)器自見表3-揉1。表3-叔1湊水處理老中的常極見反應(yīng)朱器反應(yīng)器期望的反應(yīng)器設(shè)計(jì)反應(yīng)器期望的反應(yīng)器設(shè)計(jì)快速混合器絮凝器沉淀砂濾池吸附離子交換完全混合局部完全混合的活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流軟化加氯污泥反應(yīng)器生物濾池化學(xué)澄清活性污泥完全混合活塞流局部完全混合的活塞流活塞流完全混合完全混合及活塞流3.5譯.2粘計(jì)算化南學(xué)反應(yīng)制的轉(zhuǎn)化駛率1轉(zhuǎn)汽化率經(jīng)過一被定的反勁應(yīng)時(shí)間發(fā)以后，慶已反應(yīng)促的反應(yīng)柳物分子藥數(shù)與起百始的反粘應(yīng)物分弓子數(shù)之薦比。如鈔果反應(yīng)球前后總貨體積沒檢有變化南，其轉(zhuǎn)坡化率可換以用反釣應(yīng)物濃蕉度的變愈化來計(jì)樓算，即（3—?jiǎng)?3）式中貓—轉(zhuǎn)化率宣；V—產(chǎn)