廢水生物處理》第四章懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型ppt課件

1、廢水生物處置廢水生物處置東南大學(xué)研討生課程?hào)|南大學(xué)研討生課程 主講：李先寧主講：李先寧 數(shù)學(xué)模型的首要功能是將復(fù)雜系統(tǒng)簡(jiǎn)化、用最少的方程項(xiàng)進(jìn)展描畫，以便于運(yùn)用，協(xié)助我們了解系統(tǒng)如何呼應(yīng)條件的變化。 普通，數(shù)學(xué)模型并不可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展完全性的描畫，但是，假設(shè)謹(jǐn)慎選擇工程，模型呼應(yīng)能定性地與真實(shí)系統(tǒng)比較。 第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 我們采用的模型是以質(zhì)量、動(dòng)量和能量的轉(zhuǎn)換為根底的過程傳送模型。 這些模型根本上是屬于景象類型的，由于其速率表達(dá)式只是以根本方式描畫了反響的根本機(jī)理。 這些模型是閱歷性的，由于模型運(yùn)用的最終檢驗(yàn)是經(jīng)過實(shí)踐觀測(cè)和閱歷而不是憑根本原理推導(dǎo)。 4.1 4

2、.1 微生物系統(tǒng)模型微生物系統(tǒng)模型 第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.1 4.1 微生物系統(tǒng)模型微生物系統(tǒng)模型 傳質(zhì)模型基于質(zhì)量、動(dòng)量和能量的守恒。但是，對(duì)于大多數(shù)懸浮生長(zhǎng)式生物反響器模型，只需求質(zhì)量平衡。 質(zhì)量平衡方程：?jiǎn)挝唬嘿|(zhì)量/時(shí)間 物質(zhì)在限定體積內(nèi)凈累積速率 = 限定體積的輸入速率 - 限定體積的輸出速率 + 限定體積的凈生成速率 可簡(jiǎn)化為： 累積= 輸入 - 輸出 + 生成4.2 4.2 質(zhì)量平衡方程質(zhì)量平衡方程 第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)

3、模型 4.3 4.3 反響器類型反響器類型 延續(xù)攪拌式反響器CSTR，又稱為延續(xù)流攪拌式反響器CFSTR ，反混式反響器，完全混合式反響器。 4.3.1 4.3.1 理想式反響器理想式反響器 延續(xù)攪拌式反響器延續(xù)攪拌式反響器CSTRCSTR 第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 VrCFCFdtdCVAAAA00第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.1 4.3.1 理想式反響器理想式反響器 延續(xù)攪拌式反響器延續(xù)攪拌式反響器CSTRCSTR )(0AAACCVFrVrCFCFdtdCVAAAA00第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.1

4、4.3.1 理想式反響器理想式反響器 延續(xù)攪拌式反響器延續(xù)攪拌式反響器CSTRCSTR AAArCCFV)(0AAACCVrF0第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.1 4.3.1 理想式反響器理想式反響器 延續(xù)攪拌式反響器延續(xù)攪拌式反響器CSTRCSTR 第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.1 4.3.1 理想式反響器理想式反響器 推流式反響器推流式反響器 選取微體積元V，其中濃度均勻。反響物在微體積元中的質(zhì)量平衡為 XArCFCFtCXACAXXAXAAC)(CAXAXXAACArXCFCFtCA第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模

5、型 4.3.1 4.3.1 理想式反響器理想式反響器 推流式反響器推流式反響器 CAAACArXCFtCA)(CAAArdXdCF0dXdCCFrAAA第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.1 4.3.1 理想式反響器理想式反響器 推流式反響器推流式反響器 運(yùn)用質(zhì)量平衡方程的主要目的是：根據(jù)知的進(jìn)水流量和濃度所需求到達(dá)的處置要求來確定反響器的容積。假設(shè)知反響速率方程，那么，AA0CCAACL0CrdCFVFLAFdXA第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.1 4.3.1 理想式反響器理想式反響器 推流式反響器推流式反響器 間歇式反響器在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中

6、沒有流量輸入。最簡(jiǎn)單的過程周期是先迅速進(jìn)料或者進(jìn)水，然后反響，反響終了后排出。 假定間歇式反響器內(nèi)完全混合，任何時(shí)辰反響器內(nèi)的成分都是均勻分布的。 反響物A在間歇式反響器內(nèi)的質(zhì)量平衡方程為：Vr00t)V(AAdCdtrddCAA第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.1 4.3.1 理想式反響器理想式反響器 間歇式反響器間歇式反響器 Vr00t)V(AAdCdtrddCAA第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.1 4.3.1 理想式反響器理想式反響器 間歇式反響器間歇式反響器 方程闡明：在間歇式反響器實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得反響物濃度隨時(shí)間的變化，就可到達(dá)該反響

7、器的反響速率值。求得反響速率與反響物濃度的數(shù)據(jù)后，那么可推出反響速率方程。再將其與質(zhì)量平衡方程結(jié)合，從而可以根據(jù)所需到達(dá)的處置程度來確定反響時(shí)間或反響器體積。 比較 dXdCCFrAAAtrddCAA和第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.1 4.3.1 理想式反響器理想式反響器 間歇式反響器間歇式反響器 F(t)停留時(shí)間停留時(shí)間第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.2 4.3.2 非理想式反響器非理想式反響器t) t (F) t (EddF(t)停留時(shí)間停留時(shí)間第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.2 4.3.2 非理想式反響

8、器非理想式反響器/ te1) t (E第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.2 4.3.2 非理想式反響器非理想式反響器第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.2 4.3.2 非理想式反響器非理想式反響器第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.2 4.3.2 非理想式反響器非理想式反響器0F)t (F1 SFF(t) t (SFT0T) t (SFSFF(t)TT0T0TS/ ) t (SF(t) 第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.2 4.3.2 非理想式反響器非理想式反響器第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型

9、懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.2 4.3.2 非理想式反響器非理想式反響器t/ ) t (F) t (Edd第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.2 4.3.2 非理想式反響器非理想式反響器第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.3.2 4.3.2 非理想式反響器非理想式反響器串聯(lián)CSTR模型軸向分散模型 第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.4 4.4 非理想式反響器模型非理想式反響器模型第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.4 4.4 非理想式反響器模型非理想式反響器模型串聯(lián)串聯(lián)CSTRCSTR模型模型 設(shè)有一系列的N

10、個(gè)CSTR，具有一樣的容積V，如流量為F，每個(gè)反響器的平均水力停留時(shí)間為。 在時(shí)間為零時(shí)，向第一個(gè)反響器輸入示蹤劑濃度ST0。然后，第一個(gè)反響器的呼應(yīng)成為第二個(gè)反響器的輸入，第二個(gè)反響器的呼應(yīng)成為第三個(gè)反響器的輸入，依次類推。 列出和求解每一個(gè)反響器的質(zhì)量平衡方程，可以得到：/ t1 -N2T0TNe )!1(N)/ t (! 2)/ t (/ t1 1SS 第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.4 4.4 非理想式反響器模型非理想式反響器模型串聯(lián)串聯(lián)CSTRCSTR模型模型F(t)時(shí)間時(shí)間t第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.4 4.4 非理想式反響器模

11、型非理想式反響器模型串聯(lián)串聯(lián)CSTRCSTR模型模型E(t)時(shí)間時(shí)間t第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.4 4.4 非理想式反響器模型非理想式反響器模型串聯(lián)串聯(lián)CSTRCSTR模型模型第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.4 4.4 非理想式反響器模型非理想式反響器模型串聯(lián)串聯(lián)CSTRCSTR模型模型第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.4 4.4 非理想式反響器模型非理想式反響器模型軸向分散模型軸向分散模型 AAALArxSAFxSDtS22AAALArzSzSvLDS22第四章第四章 懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型懸浮生長(zhǎng)式系統(tǒng)模型 4.4 4.4 非理想式反響器模型非理想式反響器模型軸向分散模型軸向分散模型 5 . 05 . 0)()(21