《水污染控制原理》课程教学课件（知识点PPT）第3讲 反应器

G武汉理工大学研究生精品课程水污染控制原理环境工程学硕学位课主讲人：方继敏

武汉理工大学研究生精品课程 水污染控制原理 环境工程学硕学位课 主讲人：方继敏

水污染控制原理第三讲反应器主讲人：方继敏E-mail: 196379@163.com

第三讲 反应器 主讲人：方继敏 E-mail：196379@163.com 水污染控制原理

水污染控制原理主要内容：（1）Fick第一扩散定律（2）活塞流反应器、连续搅拌反应器重点：活塞流和连续搅拌反应器的区别

水污染控制原理 ⚫ 主要内容： （1）Fick第一扩散定律 （2）活塞流反应器、连续搅拌反应器 ⚫ 重点： 活塞流和连续搅拌反应器的区别

第一节反应器简介水污染控制原理1.反应器设计影响因素反应器的设计涉及了流体力学、传热、传质、化学动力学的知识2.反应器的类型按反应特点分为：均相反应器与多相反应器按运行方式分为：间歇式反应器与连续流式反应器

第一节 反应器简介 水污染控制原理 1.反应器设计影响因素 反应器的设计涉及了流体力学、传热、传质、化学动力学的知识 2.反应器的类型 按反应特点分为：均相反应器与多相反应器 按运行方式分为：间歇式反应器与连续流式反应器

第二节物料衡算方程水污染控制原理物料衡算关系：每秒在内积每秒进入每秒在内产生每秒流出的质量的质量或消失的质量累的质量dpaOps +Vr, =Qpa, +V?dpDdt(3.1)中式 (3.1)虽然称为dt体积V累计项，但它实际是其余三项pt的净效果，即式（3.1）写成下流量洗心QPs产生x的速率=Qex浓度浓度列形式才符合公式推导的思路：dpsin:的变化速率dps =Qps +Vra -QPs.dtdt

第二节 物料衡算方程 水污染控制原理 物料衡算关系： （3.1） 每秒进入 的质量 每秒在内产生 或消失的质量 每秒流出 的质量 每秒在内积 累的质量 dt d Q Vr Q V A Ai A Ao   + =  + 式（3.1）中 虽然称为 累计项，但它实际是其余三项 的净效果，即式（3.1）写成下 列形式才符合公式推导的思路： dt d V  A Ai A Ao A Q Vr Q dt d V    = + −

第三节Fick第一扩散定律水污染控制原理分子扩散：物质通过他们的分子活动而相互渗透的现象。四种扩散：常扩散、压力扩散、强制扩散、温度扩散，一般的扩散指的是常扩散。dxnAB01(3.2)Fick第一扩散定律以表示A相对于固定坐标的通量N.最为合适，得：DAB.,OCAN=(3.3)1-XBz式中DAB为扩散系数

第三节 Fick第一扩散定律 水污染控制原理 分子扩散：物质通过他们的分子活动而相互渗透的现象。 四种扩散：常扩散、压力扩散、强制扩散、温度扩散，一般的扩 散指的是常扩散。 （3.2） Fick第一扩散定律以表示A相对于固定坐标的通量NA最为合适，得： （3.3） 式中DAB为扩散系数。 Z A A AB x J cD   = − z c x D N A B AB A    − = − 1

第三节Fick第一扩散定律水污染控制原理扩散系数DAB：A、B可以同时是气体，同时是液体，或者一种气体和一种液体，一种流体和一种固体等。A与B也可能是同一种物质，这时称为自扩散系数。气体的扩散系数可以通过理论计算得到DAB与实验值相近的数值，但一般的扩散系数主要是通过实验定出来的DAB的值还随A的摩尔分数而略有变化，但在低摩尔分数时，基本上可视为常数

第三节 Fick第一扩散定律 水污染控制原理 扩散系数DAB ： A、B可以同时是气体，同时是液体，或者一种气体和一种液 体，一种流体和一种固体等。A与B也可能是同一种物质，这时称 为自扩散系数。气体的扩散系数可以通过理论计算得到DAB与实验 值相近的数值，但一般的扩散系数主要是通过实验定出来的DAB的 值还随A的摩尔分数而略有变化，但在低摩尔分数时，基本上可视 为常数

第四节活塞流反应器水污染控制原理反应器内浓度及出口浓度：c = c, exp(- ko)(3.4)C。 = c, exp(-kO(3.5)容积=A-△zU-Q/A/反应速率=适用于垂直于液体Ya!Qc;QCz+=Qc.Qc,的流动方向上可能面有混合现象，而在液体流动的方向上完全不存在混合现z(0)4z象。L(@)图2-2活塞流反应器

第四节 活塞流反应器 水污染控制原理 反应器内浓度及出口浓度: （3.4） （3.5） c c ( k ) = i exp − c = c (− k) o i exp 图2-2 活塞流反应器

第五节连续搅拌反应器(CSTR)水污染控制原理1.特点进口反应器的流量皆为Q;容积VA的出口浓度也必然是CA。流量Q流量9A的进口浓度A的出口浓度A的浓度cACA,CAA的反应速率tA图2-3CSTR反应器示意图

第五节 连续搅拌反应器（CSTR） 水污染控制原理 图2-3 CSTR反应器示意图 1.特点 • 进口反应器的 流量皆为Q； • A的出口浓度 也必然是cA

(CSTR)第五节连续搅拌反应器水污染控制原理2.CSTR的一般方程式物料衡算方程：Qca +Vr, =Qca +v dcs(3.6)dt3.一级反应解CA;- exp[- (t / @)(1 +0k)])(3.7)CA1+0kCA(3.8)稳态时可简化为：CA=1+k

第五节 连续搅拌反应器（CSTR） 水污染控制原理 2. CSTR的一般方程式 物料衡算方程： （3.6） 3.一级反应解 （3.7） dt dc Qc Vr Qc V A Ai + A = A +   (t )( k) k c c Ai A − −  +  +  = 1 exp / 1 1 k c c Ai A +  = 1 稳态时可简化为： （3.8）