復(fù)旦環(huán)境工程基礎(chǔ)課件05反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器

5.1反應(yīng)動力學(xué)5.1.1反應(yīng)的分類5.1.1.1按化學(xué)反應(yīng)特性分類(1)按反應(yīng)機理的繁簡程度與彼此間的關(guān)系分類：簡單反應(yīng)和復(fù)雜反應(yīng)。復(fù)雜反應(yīng)又可按基元步驟間的關(guān)系不同，再分為平行反應(yīng)、連續(xù)反應(yīng)、同時反應(yīng)和集總反應(yīng)等。(2)按化學(xué)反應(yīng)的可逆性分類：可逆反應(yīng)和不可逆反應(yīng)。(3)按反應(yīng)物的性質(zhì)分類：可分為無機反應(yīng)、有機反應(yīng)和生化反應(yīng)等。(4)按反應(yīng)的動力學(xué)特性分類：可分為零級反應(yīng)、一級反應(yīng)、二級反應(yīng)和多級反應(yīng)等。另外，還可以把反應(yīng)分成單分子反應(yīng)、雙分子反應(yīng)和三分子反應(yīng)。(5)按化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)分類：放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)。

第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器5.1.1.2按反應(yīng)過程條件進行的分類(1)從反應(yīng)物質(zhì)所處狀態(tài)不同進行分類：氣相反應(yīng)、液相反應(yīng)、固相反應(yīng)和多相反應(yīng)等。(2)按溫度條件分類：等溫反應(yīng)、絕熱反應(yīng)、非絕熱變溫反應(yīng)。(3)按壓力條件分類：常壓、加壓和減壓反應(yīng)等。(4)按反應(yīng)流動條件分類：理想流動模型（平推流、全混流）、非理想流動模型。(5)按化學(xué)反應(yīng)操作方法進行分類：間歇反應(yīng)、連續(xù)反應(yīng)、半間歇反應(yīng)。5.1.1.3按化學(xué)反應(yīng)各元素反應(yīng)特征進行的分類(1)按反應(yīng)中電子得失進行可以分為氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)。(2)按反應(yīng)中化學(xué)粒子特征可以分為分子反應(yīng)、離子反應(yīng)、原子反應(yīng)。第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器5.1.2反應(yīng)速率及方程影響反應(yīng)速率的主要因素有：反應(yīng)物、產(chǎn)物、催化劑等的濃度；系統(tǒng)的溫度、壓力以及反應(yīng)環(huán)境（包括溶劑性質(zhì)、離子強度等）?；瘜W(xué)動力學(xué)主要考慮濃度與溫度這兩個因素影響反應(yīng)速率的規(guī)律。

第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器

5.1.2.1反應(yīng)速率化學(xué)動力學(xué)所研究的是反應(yīng)的速率和反應(yīng)的歷程。

第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器

5.1.2.1反應(yīng)速率化學(xué)動力學(xué)所研究的是反應(yīng)的速率和反應(yīng)的歷程。

第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器

5.1.2.1反應(yīng)速率

第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器

5.1.2.2反應(yīng)級數(shù)

第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器

5.1.2.2反應(yīng)級數(shù)

第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器

5.1.2.2反應(yīng)級數(shù)

第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器

5.1.2.2反應(yīng)級數(shù)

5.1.2.3基元反應(yīng)反應(yīng)的級數(shù)與化學(xué)計量方程中的系數(shù)不相等的原因:一般的反應(yīng)都是從原始的反應(yīng)物經(jīng)過一序列簡單的反應(yīng)步驟后，才出現(xiàn)最終產(chǎn)物的，而化學(xué)計量方程則僅僅給出原始的反應(yīng)物與最終產(chǎn)物間的關(guān)系，完全不考慮中間的反應(yīng)步驟?；磻?yīng)：能一步完成的化學(xué)反應(yīng)。即反應(yīng)物的分子、原子、離子或自由基等通過一次碰撞(或化學(xué)行為)直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)。絕大多數(shù)的基元反應(yīng)，其反應(yīng)級數(shù)與化學(xué)計量系數(shù)完全相等。構(gòu)成一個化學(xué)計量方程的反應(yīng)序列稱為原來反應(yīng)的機理。第五章化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)

第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器

5.1.2.3基元反應(yīng)

第五章反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器

5.1.2.3基元反應(yīng)

5.1.3均相反應(yīng)動力學(xué)

5.1.3.1單一組分反應(yīng)

1．零級反應(yīng)5.1.3均相反應(yīng)動力學(xué)

5.1.3.1單一組分反應(yīng)

1．零級反應(yīng)5.1.3均相反應(yīng)動力學(xué)

5.1.3.1單一組分反應(yīng)

2.一級反應(yīng)5.1.3均相反應(yīng)動力學(xué)

5.1.3.1單一組分反應(yīng)

2.一級反應(yīng)5.1.3均相反應(yīng)動力學(xué)

5.1.3.1單一組分反應(yīng)

2.一級反應(yīng)5.1.3均相反應(yīng)動力學(xué)

5.1.3.1單一組分反應(yīng)

2.一級反應(yīng)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.1酶催化反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.2微生物群體生長規(guī)律5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.3微生物反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.3微生物反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.3微生物反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.3微生物反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.3微生物反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.3微生物反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.3微生物反應(yīng)動力學(xué)5.1.4生化反應(yīng)動力學(xué)

5.1.4.3微生物反應(yīng)動力學(xué)1.反應(yīng)器：反應(yīng)器是進行生物或化學(xué)反應(yīng)的容器。通過一系列工程措施，在容器中提供一定的反應(yīng)條件，使反應(yīng)更快、更高效地向所希望的方向進行。如活性污泥法處理城市污水，就是通過在曝氣池中充空氣（氧氣）、攪拌、回流等一系列工程措施，使微生物分解污水中有機污染物為CO2和H2O的生化反應(yīng)，相比其模擬的河流自然生化過程，更快、更高效的進行。5.2反應(yīng)器2.反應(yīng)工程學(xué):反應(yīng)工程學(xué)是把生物或化學(xué)反應(yīng)與工程中的問題統(tǒng)一起來考慮，研究反應(yīng)器的設(shè)計放大和過程最優(yōu)化。它包括生物/化學(xué)反應(yīng)宏觀動力學(xué)，即生物/化學(xué)反應(yīng)速率與各參數(shù)之間的定量關(guān)系；連續(xù)流動反應(yīng)器物料的返混作用與停留時間的分布；反應(yīng)器的特性及反應(yīng)過程的最優(yōu)化等。反應(yīng)工程學(xué)就是研究大規(guī)模生物/化學(xué)反應(yīng)的過程、設(shè)備特性的基本規(guī)律和各種參數(shù)間的相互關(guān)系。5.2反應(yīng)器反應(yīng)工程學(xué)的具體任務(wù)：（1） 反應(yīng)器的正確選型與合理設(shè)計。（2） 利用實驗室的研究數(shù)據(jù)進行有效放大，解決在實際工程應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題。（3） 實現(xiàn)反應(yīng)過程的設(shè)計和控制最優(yōu)化。（4） 改進和強化現(xiàn)有的技術(shù)與設(shè)備，降低能耗，提高經(jīng)濟效益。

通過小試或中試，不僅要找到合適的工藝條件，更重要的是要建立該生物/化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)模型；另外，還要對反應(yīng)器的傳遞過程進行研究，建立物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動模型，獲得有關(guān)傳遞過程的參數(shù)。這樣，就能大幅度縮短反應(yīng)器放大時間，也能在較寬廣的范圍內(nèi)找出最佳工藝條件和操作條件。5.2反應(yīng)器5.2.1反應(yīng)器內(nèi)物料的流動模型5.2.1.1基本概念物料質(zhì)點：物料質(zhì)點是指代表物料特性的微元或微團。物料由無數(shù)個質(zhì)點組成。停留時間：連續(xù)操作過程中，物料質(zhì)點從反應(yīng)器入口到出口經(jīng)歷的時間。在實際的反應(yīng)器中，各物料質(zhì)點的停留時間不盡相同，存在一個分布，即停留時間分布。平均停留時間：各質(zhì)點的停留時間的平均稱平均停留時間。5.2反應(yīng)器5.2.1.2流動模型流動模型：理想流動模型和非理想流動模型理想流動模型：平推流模型和全混流模型1.平推流模型（活塞流模型、理想置換模型、理想排擠模型）：物料進入反應(yīng)器后沿著流動方向象氣缸里的活塞一樣向前移動，彼此不相混合。5.2反應(yīng)器(1)模型特點

a.物料參數(shù)（溫度、濃度、壓力等）沿流動方向連續(xù)變化；

b.垂直于流動方向的任一截面上的物料參數(shù)相同（沒有邊界層）；

c.沿流動方向的截面間不相混合；

d.任一截面上的物料質(zhì)點的停留時間相同；

e.返混＝0,不同停留時間的物料質(zhì)點不相混合。(2)適用范圍管式反應(yīng)器：L/D（高徑比或長徑比）較大。5.2反應(yīng)器2.全混流模型（理想混合模型、連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器模型）：物料進入反應(yīng)器后，在一瞬間，進入反應(yīng)器的物料和反應(yīng)器內(nèi)的物料達到完全混合。(1)模型特點：a.反應(yīng)器內(nèi)物料質(zhì)點完全混合，物料參數(shù)處處相同，且等于出口處的參數(shù)；b.同一時刻進入反應(yīng)器的物料在瞬間分散混合；c.反應(yīng)器內(nèi)物料質(zhì)點的停留時間不同。同一時刻離開反應(yīng)器的物料中，質(zhì)點的停留時間也不相同。d.返混＝∞(2)適用范圍：連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器。5.2反應(yīng)器3軸向返混模型物料在流動體系中流動情況偏離平推流的程度可以通過在平推流的主體上疊加一個軸向擴散或叫做軸向返混來描述，軸向返混的方向與主體流動方向相反。如圖5-19所示。5.2反應(yīng)器5.2反應(yīng)器5.2.2反應(yīng)器及運行方式5.2.2.1按流態(tài)分類根據(jù)反應(yīng)物的流動與混合狀態(tài)，可分為理想流反應(yīng)器和非理想流反應(yīng)器。理想流反應(yīng)器又可分完全混合流（全混流）反應(yīng)器和推流反應(yīng)器。5.2.2.2按反應(yīng)混合物的相態(tài)可分為均相反應(yīng)器和多相反應(yīng)器。均相反應(yīng)器的特點是，反應(yīng)只在一個相內(nèi)進行，通常在一種氣體或液體內(nèi)進行。當反應(yīng)器內(nèi)必須有兩相以上才能進行反應(yīng)時，則稱為多相反應(yīng)器。5.2反應(yīng)器5.2.2反應(yīng)器及運行方式5.2.2.1按操作狀況根據(jù)反應(yīng)物料加入反應(yīng)器的方式：間歇反應(yīng)器、連續(xù)反應(yīng)器、半間歇或半連續(xù)反應(yīng)器和序批式反應(yīng)器等。1.間歇反應(yīng)器：按反應(yīng)物“一罐一罐地”進行反應(yīng)操作的，反應(yīng)物料一次加入，經(jīng)過一定時間達到反應(yīng)要求后，反應(yīng)產(chǎn)物一次卸出，過程為間歇地分批進行。5.2反應(yīng)器間歇反應(yīng)器的主要特征：(1)操作特點：反應(yīng)過程中沒有物料的輸入，也沒有物料的輸出，不存在物料的進與出。一般用于均質(zhì)的液相反應(yīng)，特別是用于吞吐量不大的情況。(2)基本特征：反應(yīng)過程中反應(yīng)體系的各種參數(shù)（如濃度、溫度等）隨著反應(yīng)時間變化而變化，但不隨反應(yīng)器內(nèi)空間位置而變化；物料經(jīng)歷的反應(yīng)時間都相同。(3)主要優(yōu)點：操作靈活，設(shè)備費低，適用于小批量生產(chǎn)或小規(guī)模水處理。(4)主要缺點：設(shè)備利用率低，勞動強度大，每批的操作條件不易相同，不便自動控制。5.2反應(yīng)器2.連續(xù)反應(yīng)器：進料和出料都是連續(xù)不斷地進行，反應(yīng)器內(nèi)的參數(shù)不隨時間發(fā)生變化，但可隨位置而變。連續(xù)反應(yīng)器有兩種不同的類型，分別稱為推流式反應(yīng)器（plugflowreactor）及連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器（CFSTRconstantflowstirredtankreactor）。3.半連續(xù)反應(yīng)器/半間歇反應(yīng)器：一種或幾種反應(yīng)物先一次加入反應(yīng)器，而另外一種反應(yīng)物或催化劑則連續(xù)注入反應(yīng)器，這是一種介于連續(xù)和間歇之間的操作方式，反應(yīng)器內(nèi)物料參數(shù)隨時間發(fā)生變化。5.2反應(yīng)器4.序批式反應(yīng)器（SequencingBatchReactor,SBR）是一個時間上不斷循環(huán)的間歇式反應(yīng)器，在水處理中廣泛應(yīng)用且反應(yīng)器體積和處理的水量可以非常大，自動化程度也高。如活性污泥法中的序批式反應(yīng)器，不斷重復(fù)如下5個步驟：（1）充水；（2）反應(yīng)（曝氣）；（3）沉降（沉淀）；（4）排水；（5）閑置。5.連續(xù)流序批式反應(yīng)器在時間上和空間上都不斷循環(huán)的，具有連續(xù)進料和出料的反應(yīng)器，如三槽式氧化溝，UNITANK的反應(yīng)器等。如三槽式氧化溝的邊槽不斷重復(fù)如下4個步驟：（1）充水，（2）反應(yīng)（曝氣），（3）沉降（沉淀），（4）排水；而中間槽不斷重復(fù)復(fù)如下2個步驟：（1）直接充水、反應(yīng)（曝氣），（2）從邊槽沖水、反應(yīng)（曝氣）。從流態(tài)上分，它是一個介于推流式反應(yīng)器和連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器之間的一種更接近于后者的反應(yīng)器。5.2反應(yīng)器5.2.2.4按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式可歸納為管式、槽（釜）式和塔式、固定床、膨脹床和流化床等反應(yīng)器。管式反應(yīng)器是長（高）徑比很大，物料混合作用很小，一般用于連續(xù)操作過程。槽（釜）式反應(yīng)器的高徑比較小，一般接近于1。通常槽（釜）內(nèi)裝攪拌器，器內(nèi)混合比較均勻。此類反應(yīng)器既可用于連續(xù)操作，也可用于間歇操作。塔式反應(yīng)器高徑比在以上兩者之間（一般地講，高徑比還是較大的），采用連續(xù)操作方式。5.2反應(yīng)器1）釜式：連續(xù)流完全混合式2）管式：推流，傳統(tǒng)活性污泥法3）塔式：塔濾4）固定床：普通生物濾池5）流化床：厭氧流化床各種結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)器的示意圖

主要反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式，適用的相態(tài)和生產(chǎn)上的應(yīng)用舉例5.2反應(yīng)器

1）原則：物質(zhì)不滅定律，能量守恒定律2）對某一體系單位時間內(nèi)物料的輸入量＝單位時間內(nèi)物料的輸出量＋單位時間內(nèi)物料的積累量＋單位時間內(nèi)由于反應(yīng)而消失的物料量3）代入相應(yīng)的反應(yīng)速率方程4）根據(jù)反應(yīng)器的特點確定邊界條件5）獲得達到一定濃度或轉(zhuǎn)化率所需的時間6）根據(jù)處理量，即可獲得相應(yīng)的反應(yīng)器體積5.2.3理想均相反應(yīng)器的計算5.2.3理想均相反應(yīng)器的計算5.2.3.1間歇釜式反應(yīng)器在間歇操作的攪拌釜中，物料一次加入反應(yīng)器進行反應(yīng)，待反應(yīng)達到要求的轉(zhuǎn)化率，物料一次放出。特點1）分批操作，反應(yīng)物料一次加入，反應(yīng)后一次排出，所有物料的反應(yīng)時間相同。2）在恒溫和恒壓條件下，反應(yīng)物和生成物的濃度均隨時間變化，故反應(yīng)速率也隨時間變化。間歇式反應(yīng)器及其性能示意圖5.2反應(yīng)器

3）反應(yīng)器的有效容積VRVR=(+‘)×日處理量/24=v(+‘)式中：

v——平均每小時處理的物理量，m3/h;‘——每批操作中加料、出料和清洗等輔助時間，h。4）反應(yīng)器的總體積VT：VR=VT為裝料系數(shù)：（1）不發(fā)生泡沫，不沸騰的液體，＝0.7～0.8（2）其它物料：＝0.4～0.6污水處理：超高5）反應(yīng)器個數(shù)的確定2.連續(xù)（流動）操作的管式反應(yīng)器（推流式，continuousplug-flow)其示意圖見p.280:圖6.3。反應(yīng)物料連續(xù)不斷地加入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)后的物料連續(xù)不斷地排出反應(yīng)器。特點1）操作為連續(xù)進料和連續(xù)出料；2）在恒定溫度、壓力和流量時，反應(yīng)器內(nèi)任一截面上的物料濃度不隨時間變化，但不同截面上的物料濃度不同；3）當處理量大時，管內(nèi)物料通常處于高度湍流狀態(tài)，各物料微團在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間大致相同。5.2.2幾種典型的基本反應(yīng)器3.連續(xù)操作的攪拌釜其示意圖見p.280:圖6.4。連續(xù)操作的攪拌釜和間歇操作的攪拌釜相類似，只是原料和產(chǎn)物同時連續(xù)不斷地進入和排出反應(yīng)器。特點1）操作為連續(xù)進料和連續(xù)出料；2）在恒定溫度、壓力和流量時，反應(yīng)器內(nèi)物料濃度不隨時間變化，處于常態(tài)；3）新進入的物料在釜內(nèi)很快分散并與原有物料混合，致使物料微團在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間不一致。故停留時間常以平均停留時間來表示，而最終反應(yīng)轉(zhuǎn)化率亦應(yīng)為平均轉(zhuǎn)化率。5.2.2幾種典型的基本反應(yīng)器CA)5.2.3.3連續(xù)操作的攪拌釜4.幾種反應(yīng)器所需有效時間的比較1)間歇式反應(yīng)器與連續(xù)操作的管式反應(yīng)器2)連續(xù)操作的管式反應(yīng)器和連續(xù)操作的攪拌釜（1）對于零級反應(yīng)（2）對于一級反應(yīng)（3）產(chǎn)生這種差別的原因5.2.3反應(yīng)器及運行方式練習(xí)：請推導(dǎo)當化學(xué)反應(yīng)速率級數(shù)分別為零級反應(yīng)、一級反應(yīng)、二級反應(yīng)，且反應(yīng)為均相定容不可逆時，在間歇式反應(yīng)器、連續(xù)操作的管式反應(yīng)器、連續(xù)操作的攪拌釜中達到一定轉(zhuǎn)化率和一定濃度所需的時間。5.2.3反應(yīng)器及運行方式4.串聯(lián)的連續(xù)操作的攪拌釜其示意圖見p.286:圖5.20。串聯(lián)的連續(xù)操作攪拌釜是由若干連續(xù)操作攪拌釜串聯(lián)而成的，物料在每一釜內(nèi)充分混合，而釜與釜之間互不混合。特點1）操作為連續(xù)進料和連續(xù)出料；2）每一級內(nèi)有確定不變的物料濃度，但各級內(nèi)的反應(yīng)物濃度不同，便于分段操作控制；3）物料通過串聯(lián)的多釜之后，其停留時間可相對集中，串聯(lián)的釜數(shù)越多，停留時間越趨于一致。5.2.2幾種典型的基本反應(yīng)器5.2.3.4多釜串聯(lián)反應(yīng)器1.多釜串聯(lián)反應(yīng)器的二個基本方程2.四個需計算求解的參數(shù)：每個反應(yīng)器的有效容積VRi,反應(yīng)器釜數(shù)N,最終轉(zhuǎn)化率xAN和最終濃度cAN1）代數(shù)法：已知動力學(xué)模型2）圖解法：無動力學(xué)模型，但有一組動力學(xué)數(shù)據(jù)5.2.3反應(yīng)器及運行方式5.2.4.1以生產(chǎn)強度為優(yōu)化目標選擇反應(yīng)器1.反應(yīng)器的生產(chǎn)強度：反應(yīng)器的生產(chǎn)強度是指反應(yīng)器的單位體積所具有的生產(chǎn)能力。2.容積效率（或有效利用系數(shù)）：對同一反應(yīng)，在同溫度、同產(chǎn)量和同轉(zhuǎn)化率條件下，平推流反應(yīng)器的有效容積（反應(yīng)體積）與全混流反應(yīng)器的有效容積之比稱為容積效率（或有效利用系數(shù)）1）零級反應(yīng):(5-89）2）一級反應(yīng):(5-90)3）二級反應(yīng):(5-91)5.2.4理想均相反應(yīng)器的優(yōu)化選擇5.2.4.1以生產(chǎn)強度為優(yōu)化目標選擇反應(yīng)器3.容積效率與轉(zhuǎn)化率xA和反應(yīng)級數(shù)的關(guān)系:圖5.294.多釜串聯(lián)反應(yīng)器釜數(shù)對反應(yīng)器有效容積的影響一級反應(yīng):（5-92）和圖5.305.2.4理想均相反應(yīng)器的優(yōu)化選擇5.2.4.2以產(chǎn)率和選擇性為優(yōu)化目標選擇反應(yīng)器1.轉(zhuǎn)化率(x)轉(zhuǎn)化率(x)=轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物和副產(chǎn)物的反應(yīng)物量/進入反應(yīng)器的反應(yīng)物量＝反應(yīng)物被消耗的量/反應(yīng)物起始量2.收率()收率()=轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的反應(yīng)物量/進入反應(yīng)器的反應(yīng)物量3.選擇性()選擇性()=轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的反應(yīng)物量/轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物和副產(chǎn)物的反應(yīng)物量5.2.4理想均相反應(yīng)器的優(yōu)化選擇5.2.4.2以產(chǎn)率和選擇性為優(yōu)化目標選擇反應(yīng)器4.三者關(guān)系：原料不循環(huán)返回反應(yīng)器：收率()＝選擇性()×轉(zhuǎn)化率(x)一般在工業(yè)上常用收率表示原料的有效利用程度，而在理論探討時，往往用選擇性來表示。5.提高收率的方法1）平行反應(yīng)2）串聯(lián)反應(yīng)5.2.4理想均相反應(yīng)器的優(yōu)化選擇5.提高收率的方法1）平行反應(yīng)[1]:當1>2:選用平推流反應(yīng)器或間歇式反應(yīng)器采用較小的單程轉(zhuǎn)化率用濃度高的進料對氣相反應(yīng)，增加系統(tǒng)的壓強[2]:當1<2:選用全混流反應(yīng)器采用較大的單程轉(zhuǎn)化率用部分反應(yīng)后的物料循環(huán)，以降低進料中的反應(yīng)物濃度加入惰性稀釋劑對氣相反應(yīng)，減壓操作[3]:當1＝2改變溫度，采用催化劑來增大k1,減小k2環(huán)境工程中微生物反應(yīng)器的分類1.反應(yīng)器的操作方式：間歇反應(yīng)器、連續(xù)反應(yīng)器、半間歇或半連續(xù)反應(yīng)器和序批式反應(yīng)器2.反應(yīng)物的流動與混合狀態(tài)：理想流反應(yīng)器和非理想流反應(yīng)器理想流反應(yīng)器：理想流反應(yīng)器又可分完全混合流（全混流）反應(yīng)器和推流反應(yīng)器3.反應(yīng)混合物的相態(tài)：均相反應(yīng)器和多相反應(yīng)器活性污泥中的曝氣池：微生物（主要是細菌）是固相，污染物為液相，為好氧微生物提供的空氣（氧氣）為氣相，這個過程實際是一個多相反應(yīng)，且微生物細胞本身也是一個復(fù)雜的多相反應(yīng)器，但我們將其簡化為在液相中進行的理想均相反應(yīng)5.3微生物反應(yīng)器環(huán)境工程中微生物反應(yīng)器有效體積的計算基本方程式：物質(zhì)不變定律和能量守恒定律為基礎(chǔ)的物料衡算式代入物料衡算式的相應(yīng)的反應(yīng)速率方程通常是Monod公式，然后根據(jù)反應(yīng)器的操作方式特點確定邊界條件，即可獲得達到一定污染物濃度或去除率所需的時間，然后根據(jù)處理量，即可獲得相應(yīng)的微生物反應(yīng)器體積

5.3微生物反應(yīng)器5.3.1間歇式微生物反應(yīng)器5.3.1間歇式微生物反應(yīng)器5.3.1間歇式微生物反應(yīng)器5.3.1間歇式微生物反應(yīng)器5.3.1間歇式微生物反應(yīng)器5.3.1間歇式微生物反應(yīng)器5.3.1間歇式微生物反應(yīng)器5.3.1間歇式微生物反應(yīng)器5.3.1間歇式微生物反應(yīng)器5.3.2.連續(xù)式微生物反應(yīng)器

連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器5.3.2.連續(xù)式微生物反應(yīng)器

連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器5.3.2.連續(xù)式微生物反應(yīng)器

連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器5.3.2.連續(xù)式微生物反應(yīng)器

連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器5.3.2.連續(xù)式微生物反應(yīng)器

連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器5.3.2.連續(xù)式微生物反應(yīng)器

連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器5.3.2.連續(xù)式微生物反應(yīng)器

連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器5.3.2.連續(xù)式微生物反應(yīng)器

連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器5.3.2.連續(xù)式微生物反應(yīng)器

連續(xù)流完全混合式反應(yīng)器習(xí)題：某廢水的分析及處理試驗資料如下:流量為1000m3/d，進水BOD5為400mg/l，出水要求為BOD5為10mg/l，溫度為常溫。設(shè)混合液懸浮揮發(fā)性固體濃度為4000mg/l。通過實驗獲得動力學(xué)參數(shù)為：μmax=1.0d-1,Ks=5mg/l,Yx/s=0.4(mg-VSS/mg-BOD5)。請分別計算采樣連續(xù)流完全混合式活性污泥法和傳統(tǒng)活性污泥法（推流式活性污泥法）處理此廢水時的曝氣池有效體積。5.3微生物反應(yīng)器

6.1.1物料返混和停留時間分布6.1.1.1物料返混1.返混的概念引起返混的原因：（1）攪拌引起的錯流或?qū)Я鳎?）分子擴散或渦流擴散（3）反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)引起的死角、短路和溝流。第六章非理想流動反應(yīng)器

6.1物料停留時間分布和流動模型6.1.1物料返混和停留時間分布6.1.1.1物料返混2.返混對反應(yīng)過程的影響（1）反應(yīng)器進口處反應(yīng)物高濃度區(qū)的消失或減低（2）改變了反應(yīng)器內(nèi)的濃度分布，使器內(nèi)反應(yīng)物的濃度下降，反應(yīng)產(chǎn)物的濃度上升。（3）是反應(yīng)器產(chǎn)生“放大效應(yīng)”（反應(yīng)器的性能隨反應(yīng)器的放大而變差）的主要因素之一。6.1物料停留時間分布和流動模型6.1.1物料返混和停留時間分布6.1.1.2停留時間分布1.停留時間分布(RTD,residencetimedistribution)當反應(yīng)器存在返混時，所有物料微團在反應(yīng)器中的停留時間不一致，呈現(xiàn)一種概率分布，稱為停留時間分布。2.停留時間分布的表示方法1）停留時間分布密度函數(shù)：E()圖6.12）停留時間分布函數(shù)：F()3）停留時間分布密度函數(shù)[E()]與停留時間分布函數(shù)[F()]間關(guān)系的示意圖：圖6.236.1物料停留時間分布和流動模型6.1.1.2停留時間分布3.停留時間分布的表示方法4）分布密度函數(shù)[E()]的性質(zhì)（1）分布密度函數(shù)[E()]曲線下方所包圍的全部面積等于1：(6-1)（2）平均停留時間)（3）停留時間對平均停留時間的離散情況的方差6.1物料停留時間分布和流動模型6.1.2停留時間分布的測定方法1.脈沖法2.階躍法習(xí)題：用脈沖法測定一流動反應(yīng)器的停留時間分布，得出口流體示蹤劑的濃度c()與時間的關(guān)系列于下表中，試求該反應(yīng)器內(nèi)物料的平均停留時間和各時間的E()6.1物料停留時間分布和流動模型6.1.3理想反應(yīng)器的停留時間分布1.理想平推流反應(yīng)器內(nèi)物料停留時間分布2.理想全混流反應(yīng)器內(nèi)物料停留時間分布3.串聯(lián)多釜連續(xù)操作的理想攪拌釜的停留時間分布6.1物料停留時間分布和流動模型6.1.4停留時間分布在非理想流動均相反應(yīng)器中的應(yīng)用和計算1.停留時間分布曲線的作用1）提供理想流動反應(yīng)器內(nèi)停留時間分布曲線的典型圖像。2）定性判斷實際反應(yīng)器較接近的理想流動模型，以及偏離理想流動模型的程度和返混程度。3）定性診斷反應(yīng)器