第三章水处理方法概论
第三章 水处理方法概论
3.」物料衡算与质量传递 3.1.1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j,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 (3-1) 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+单位时间反应 量=0
3．1 物料衡算与质量传递 3.1.1 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 (3—1) 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+单位时间反应 量＝0
312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 主沉传递 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 dc D (3-2) 式中:J物质扩散通量,单:摩尔面积间]或 [质量单位面积时间] DB—一分子扩散系数,单位:[面积时间] 积/组分的浓度,单位:摩尔体积]或质量单位体 C X浓度梯度方向的坐标
3.1.2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 (3—2) 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 dx i dC J = −DB
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; dci D dx (3-3) 式中:DC——称紊流扩散系数
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； (3—3) 式中：DC——称紊流扩散系数。 d x i d C c D c J = −
3,2理想反应器模型 321理想反应器分类 见图31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
3．2 理想反应器模型 3.2.1 理想反应器分类 见图3-1,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
反应物C 反应物C 物Ce=C1 产物Ce C 产物Ce (1)CMB型 (2)CSTR型 (3)PF型 图3-1理想反应器图示
反应物 产物 反应物 产物 反应物C0 产物 (1)CMB型 (2)CSTR型 (3)PF型 图 3-1 理想反应器图示
322完全混合间歇式反应器(CMB型) 物料衡算式为 C (3-4 =r(C dt t0,Ci=C0;tt,C=Ci,积分上式得: cidc 0 (3-5) 设为一级反应,r(ci)=kCi,贝 dci 0 In 0-k (3-6) 设为二级反应,r(Ci)=kC2,则: ci dci C-C2k(c;-℃0 (3-7)
3.2.2 完全混合间歇式反应器（CMB型） 物料衡算式为： (3—4) t=0，Ci=C0；t=t，C=Ci，积分上式得： (3—5) 设为一级反应，r（Ci）=-kCi，则 (3—6) 设为二级反应，r（Ci）=-kCi2，则： (3—7) ( ) i r C dt i dC = = i c c o Ci r d Ci t ( ) Ci C k i c o c k Ci d Ci t 0 ln 1 = − = ) 0 1 1 ( 1 2 k Ci C i c o c Ci k i d C t = − − =
323完全混合连续式反应器 物料衡算式为 de Q·C-Q.C+p·r(C)(3=8) 按稳态考虑,即“C=0,于是: dt QCo-QC+r(Ci)=0 (3-9) 设为一级反应,r(Ci)=kCi,则 @Co-QCi-VkC=0 因,故 0 (3-10) K
3.2.3 完全混合连续式反应器 物料衡算式为： （3—8） 按稳态考虑，即 ，于是： （3—9） 设为一级反应， r（Ci）=-kCi，则 因，故 （3—10） ( ) 0 i i i Q C Q C V r C dt dC V = = − + = 0 dt dCi QC0 − QCi +Vr(Ci) = 0 QC0 − QCi −VkCi = 0 ( 1) 1 0 = − Ci C k t
324推流型反应器 现取长为c的微元体积,列物料平衡式 dc wtcd=w:v·C;=vC;+C;)+r(C;),w·t 稳态时 do dt=0 9 dc v dr =r(i) (3-12) x=0,C=c0;X=t,C=Ci,积分上式得 dc or(C:) (3-13)
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： （3—12） x=0，Ci=C0；x=t，C=Ci，积分上式得 （3—13） w dx i r C i dC i w v C i w v C dt i dC wdx = − ( + ) + ( ) = 0 dt i dC ( ) i r C dx i dC v = = = i c c o i r C i dC v x t ( )
33非理想反应器 3.31一般概念 PF型和CSTR型反应器是两种极端的、假 想的流型。图3-3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型反应器中存在返混,即停留时间不 同的物料之间混合
3.3非理想反应器 3.3.1 一般概念 PF型和CSTR型反应器是两种极端的、假 想的流型。图3—3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型反应器中存在返混，即停留时间不 同的物料之间混合
