《水污染控制原理》课程教学课件（知识点PPT）第5讲 传质与曝气

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

水污染控制原理第五讲传质与曝气主讲人：方继敏E-mail: 196379@163.com

第五讲 传质与曝气 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：亨利定律、数学模型描述传质过程（Whitman理论）重点：双膜理论

水污染控制原理 ⚫ 主要内容： 亨利定律、数学模型描述传质过程（Whitman理论） ⚫ 重点： 双膜理论

第一节传质的定义水污染控制原理1.传质的定义：传质是质量传递的简称。凡是由于某种推动力（drivingforce）所引起的物质分子或流体微元（fluidelement）的运动都称为传质。区别于物质的输送，其包括了分子扩散和物质迁移。2.传质的内容：在静正介质中的分子扩散：在层流流体中的分子扩散：在自由紊动液流中的漩涡扩散；在两相间的传质

第一节 传质的定义 水污染控制原理 1.传质的定义： 传质是质量传递的简称。凡是由于某种推动力（driving force） 所引起的物质分子或流体微元（fluid element）的运动都称为传 质。区别于物质的输送，其包括了分子扩散和物质迁移。 2.传质的内容： 在静止介质中的分子扩散； 在层流流体中的分子扩散； 在自由紊动液流中的漩涡扩散； 在两相间的传质

第二节亨利定律水污染控制原理1.水溶液的亨利定律水溶液的亨利定律表示为：CA =HAPA(5.1)式中:H一亨利常数的另一形式，单位为mol/L·Pa，其表达式55.49为HA=；CA一气体A的物质量的浓度；PA一气体A在气相总压力p中所占的分压，以Pa计

第二节 亨利定律 水污染控制原理 1.水溶液的亨利定律 水溶液的亨利定律表示为： （5.1） 式中:HA—亨利常数的另一形式，单位为mol/L·Pa，其表达式 为HA= ；cA—气体A的物质量的浓度；pA—气体A在气相总压 力p中所占的分压，以Pa计。 A A A c H p = 55.49 A k

第二节亨利定律水污染控制原理1.水溶液的亨利定律当污染物在水中溶解所产生的烩变化不受温度的影响时，亨利常数KA与温度间的关系可表示为下列公式：-AH0+Klg ka =(5.2)RT式中：R一一摩尔气体常数；T一一热力学温度；△H一一A溶于水中产生的恰变化，J/mol;K一一常数

第二节 亨利定律 水污染控制原理 1.水溶液的亨利定律 当污染物在水中溶解所产生的焓变化不受温度的影响时，亨利 常数KA 与温度间的关系可表示为下列公式： （5.2） 式中：R——摩尔气体常数； T——热力学温度； △H——A溶于水中产生的焓变化，J/mol； K——常数 。 K RT H kA + −  =  lg

第三节双膜理论水污染控制原理1.三个假定：A在气-水交界面的两边各有一层不动的膜：B.氧的传递过程是稳定的，即通过气膜通量与通过水膜的通量是相等的；C.在交界面上，气与水立即达到平衡状态

第三节 双膜理论 水污染控制原理 1.三个假定： A.在气-水交界面的两边各有一层不动的膜； B.氧的传递过程是稳定的，即通过气膜通量与通过水膜的通量 是相等的； C.在交界面上，气与水立即达到平衡状态

第三节双膜理论水污染控制原理2.示意图交界面交界面Ci浓度c气主体水主体6.18图5-2双膜理论图5-1传质的膜示意图

第三节 双膜理论 水污染控制原理 2.示意图 图5-1 传质的膜示意图 图5-2 双膜理论

第三节双膜理论水污染控制原理3.双膜理论由气膜一侧来表示氧的通量No为No=kg(Pb-Pi)。式中：kg一推动力（Pb-P）与通量No间的比例常数，即气膜的质系数，量纲为摩尔/面积·时间·大气压。上式可改成下列形式H(P-P)N。=(5.3)k式中：H一亨利定律常数。由上式知Hpb=c*，Hp=Ci，即分子项代表了一个浓度差，因此分母H/kg相当于一个阻力，称为气膜的阻力

第三节 双膜理论 水污染控制原理 3.双膜理论 由气膜一侧来表示氧的通量NO为NO=kg(Pb-Pi)。 式中：kg—推动力（Pb -Pi）与通量NO间的比例常数，即气膜的 质系数，量纲为摩尔/面积·时间·大气压。上式可改成下列形式： （5.3） 式中：H—亨利定律常数。由上式知Hpb=c*, Hpi=ci，即分子项 代表了一个浓度差，因此分母H/kg相当于一个阻力，称为气膜的阻 力。 g i 0 ) K H H P P N b − = （

第三节双膜理论水污染控制原理在水膜一侧，氧的通量仍为No，但用水膜的参数可表示为N。=k,(c-Ck)式中：k一水膜的传质系数，量纲为长/时间。同样得知1/k，表示液膜内的阻力。当N用mol/cm??s表示，浓度用mol/cm3表示时，k，的单位为cm/s。由亨利定律关系进一步推导得出：N。=KL（c*-cp）k.k，为总传质系数，量纲为长度/时间。式中：Kt=Hk,+ks由上式得：1H.k+k.H1(5.4)K,kg·kikgki式中，1/K,代表总阻力，H/k。及1/k,分别代表气膜及水膜的阻力，即总阻力为两者之和，这是双膜理论的基本点

第三节 双膜理论 水污染控制原理 在水膜一侧，氧的通量仍为NO，但用水膜的参数可表示为N0=k1 (ci -ck ) 式中：k1—水膜的传质系数，量纲为长/时间。同样得知1/k1表示液膜内 的阻力。当N0用mol/cm2·s表示，浓度用mol/cm3表示时，k1的单位为cm/s。 由亨利定律关系进一步推导得出：N0=KL (c* -cb ) 式中： 为总传质系数，量纲为长度/时间。 由上式得： （5.4） 式中，l/KL代表总阻力，H/kg及1/k1分别代表气膜及水膜的阻力，即总阻 力为两者之和，这是双膜理论的基本点。 g g L H k k k K + = 1 1 k 1 g 1 1 k 1 k 1 k = +   + = H k k H k K g g L