第三章水处理反应器理论名师编辑课件-资料.ppt

1、 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)(1dtdnVrAAdtdcdtAdrAA 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。图31 反应物及产物浓度的历时曲线cAt0A为产物A为反应物 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 级，B的 级，合为级。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。qQpPbBaAbBaA

2、PPCkCdtdcdtPdrbBaAACCkr.bBaABCCkr 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）BrBrkk2212 HHBrHBrk22BrHBrBrHk3223222BrHkHHBrkHBrkrHBr23222BrHkHHBrkHBrkrHBr 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。kdt

3、dcrAAtccAkdtdcAA00ktccAA0图32 零级反应的c-t曲线cA0ctO 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）PAkAAkcdtdctccAAkdtcdcAA00ktccInIncIncAAAA00)exp(0ktccAA0APAccc)exp(00ktcccAAP 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)图33 一级反应的浓度时间曲线cocA0cPcAt0lg303.2lgAActkc 用式（3-20）作图，见图3-4，根据其坡度可求

4、k。一级反应的反应物的半衰期可按3-5求得。(321)olgcA0图34 求一级反应的速率常数lgcA坡度k/2.303kkInteccktAA693.022121021100502512.50cA0/%t1/2t1/2t1/2图35 一级反应的半衰期 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，（322）PBAk00BAcc)(00 xcxckckcdtdxBABA（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。ktxccxcccckdtxcxcdxBAAB

5、BAtxBA)()(lg303.2)(0000000000t0图36 求二级反应的速率常数lgcB0（cA0-x）cA0（cB0-x）坡度（cA0-cB0）k2.303 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00BAcc2)(0 xckdtdxAktxccxAA)(00021Acx 0211Akct043Acx 0413Akct0021AAcc01Akc004121AAcc02Akc 3.1.5 平行反应 （326）（327）（328）（329）CABAkk 21AAAckckdtdc21ABckdtdc1

6、Bcckdtdc2tkkAAecc)(021 （330）同理 （331）2101)(2101)(0010)(01212121kkckekkckcdteckdceckdtdcAtkkABtkktAcBtkkABBtkkABekkckc)(2101211tkkACekkckc)(2102211 3.1.6 可逆反应边界条件:t=0 t=t BAk1BAk10AAcc0BBccxccAA0 xccBB0 xtBABABABAAdtckckxkxkdxckckxkxkxckxckdtdxxckxckdtxcd00010111010111010101010)()()()()()()()()(进行积分得：

7、（332）当 （333）tkkeNx)(211110101kkckckNBA01k0AcN tkAAAtkAecxccecx11000)1(3.3 串连反应条件:边界条件：t=0 t=t （334）CBAkk2121kk 0AAcc0Bc0CcAAccBBcc CCcc0ACBAccccAAckdtdc1ktAAecc0 （335）（336）BktABABckeckckckdtdc20121)(211201tktkABeekkckc)(21120212tktkABCeekkckkckdtdc)1(1221012kkekekcctktkAC dxidCDJB dxidCcDcJ 图 3-7 理想

8、反应器图示(3)PF型(2)CSTR型(1)CMB型产物反应物C0产物反应物产物反应物 )(iCrdtidC icociCridCt)(iCCkicocikCidCt0ln1 )011(12CiCkicociCkidCt )(0iiiCrVCQCQdtdCV 0 dtdCi0)(0 CiVrQCQCi00 iiVkCQCQC)1(10 iCCkttQV dxwiCridCiCvwiCvwdtidCwdx )()(0 dtidC)(iCrdxidCv icociCridCvxt)(+CSTR0图3-8推流式反应器内物料变化图 3-9理想反应器中浓度分布 （350）dxdCDJi11 xLxCii

9、D-（扩散）iC（主流）xxCCiixxCCxDiii)(iCxr图 3-10 纵向分散模型（PFD型）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：（352）)(1xCDwCwvii )()(1xxCCxDwxxCCwviiii)(iCrxw tCxwi )(221iiiiCrxCvxCDtC 0 tCi)(221iiiCrxCDxCv 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反应器期望的反应器设计 反应器期望的反应器设计快速混合器絮凝器沉 淀砂滤池吸 附离子交换完全混合局部完

10、全混合的活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流软化加氯污泥反应器生物滤池化学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 3.5.2 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。0000/)(AAAAAAAcccVcVccxAx0Ac0Ac 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 的那部分物料的转化率是，而在此反应器里的转化率应是个平均值，即 因为 所以 （354）0)(NdNtxxdttENdN)(0)()(dttEtxx