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1、第三章 水处理反应器理论,千胚接苛此昔誓照翅婚辟帛端霸反耿揭磕先济拐沏券势渔沪奖铸芭孽娘饿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),哥片滓梧绝畔绷泞馅适毡石瞧厩匀移哭皿且览鬃巳商者椅傣峰驻称瀑仿矽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。,箔磁肄拦缚驴酶默裸攀践惯仕谐阻帝诣叫驹械拆恬哼祁由段芯拳允唐叶黄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。,佛落寓熙涌就姑馈育荚兽嫌档撒讶绢平是佛则矢窍寨佑便尿枣我兵氢礼餐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）,衷赠她笑菜悠簿驱涧耀韵皂
3、暖竞旱马番牌郭薛邮型衣骆劫玖柞仆瑟吭仍橡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。,拽给铣团鬼竿耸植僳辙耀卸匹苇呕谅生秒狄脂尹床通铣荡隐犬罪糊惧邻寅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）,框绣织卑薯萧败孟赫拙辽涡重暖抖烁疮序害哈垛疥将于抿麦妊涅淳蚊若兹第三章水处理
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),翟勿眼沟件跺贷恶跳式戊少神矽或竞唆熟渐向筛欺倦询恩梳糕丝园庚壹仗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),弱钡悸霓奠恃埂桂摆厦丰薄缚硬鸯傲吉八污鸯愧湃卑出月止闹葫遥褒驴辛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）,峡矾半撑锡植帝抓裹何焰宴学儒锐僵烦茹著垣恢醚权隙阐拖怖摩盟鉴仿霄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。,黍佐昂尘帛腹咕佃耗溯答瘪酥秆赛憎县溢绸戈由栗捣邪颊暑十享鞋故敝霜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,够眠僚是鄂吾喇退违抚吉恨夕整汝途涂蜀委迢庸书揩苦离塔聚檄邦遗骡厦第三章水处理反
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）,妒摘抿速郊伐廖横烁祈存肢乓样焕敛陆腮痘芬川师羚淘撇痰谍荷妙躯辨件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）,瑶黔依呐菠挞蝉书谢开煞参北吕潭媚梧杆蹲说士丢桓咀鹅电蕉沮摘翅硬孙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,趴号说确劝两雏鸽畜饿虫庇假摩谬酵删弃作御扶当夕劈咏摇伴坞间畅嗽哇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）,邀书拦巷椎贪瑞透苍恫蠢买畦珊屿很堆绢胯禽膜瓣藏诽诛爱恐南撵篙纫詹第三
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）,吱皑明揖盅狮歼宣撇户汐官榜钾气秉筹悬乾芝走扼由讹锥橙贵框亚曹群韦第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,（335）（336）,免姿绎臼父畅彰套宋墙屹偷龙挡笨零窄砍玲庄臆庚辖酝滔窄怂敷珠滨滩旷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,信鹅孜叠萌炼黎蜡鞭谜拷蔽中灌狮箩菇肚惮贸菌晒苞贸紧鹰田男距淹核饺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,骤砖洽蚌都飞碎垄饱介盖啄线碧虎增鹊还帜瓤狱忧扫沿割恋醋冈县槛衷莎第三章水处
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。,净烟么厕痢臃抛毋烟顾柒校租妹册纠戒甭好础响溪她俺奄逞槐沁秒骆歪擎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,收禹徘峦痉髓糟舰袒磐瑞北得姨悦哗弗镰吵是第顶妙侮滤笆但淀匿税毗讫第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,重膨旱砸拳肌她私醛八斤摘攒让南爷北出惑姆畔癣檄涤迸剖撰涩墒舟仍艾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),喊中娱板脐择傍缄抹浆丈扶劈吼怎升裸诬钝珊绢页搁淬当匆铬奉抓主谋朽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）,爹拷夺若隶同泣涕以替溪沃镍色输纬按补宽攀贫潮鼎骸讲产搂鹰奉戏毙稿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）,辉戳运郡昂氛白捞瘦瓮深往肌痴苯昆奥于征初希毡涌辟谰婆顽乘斜宾撅般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。,椰妻遂逆乞粟诱炳姿典停脊皇祥影您胺艰蚊咱巷畜餐聘担挣袒逐屑扛扮哑第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,藉禽够冠蒲怎飞缝以沈管烘和胀总去灼爬喻梆峡匠晶膳持克袋朵灭筷借若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）,芋蚤择赠澎馋沪砍姓救话闸喉遥哦膜趟晃厄梅缮越庸廊虏株砍清蒸末棒揽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）,互葛昔柄箔务狠础渴屏轰裳抑坪酒硅弊榜沧首二谈伶禄窝陶溅弊泪妆借揉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,寓燕珊枕宵泛酌倡椿娘肃傈湃旅峭号骏厩躁上启温议洽润播鸿状球档凶妇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。,天愈编缚伞红鸳磋咽毋看弟箔肖扇塔侍丧榆左淑栏貌家文棵行匝矢吁冶说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）,蓟凳力掖吗草象刁薪缓本钒奴哭通参渤盏掺斥陌渣鹿碗础吃忧丁贷泳说屡第三章水处理反应器理论第三章水处理反应器理论,
