4 水处理反应器理论
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章 水处理反应器理论
• 物料在反应器内的停留时间和停留时间分布 平均停留时间：t=v/q
• 停留时间分布函数E(t) • 停留时间分布函数E(t)可以通过实验测定得到 方法：示
踪物法
第3章 水处理反应器理论
• 几种典型反应器的停留时间分布函数P39 • 1、间歇式反应器 • 2、活塞流反应器 • 3、恒流搅拌反应器
基本上没有混合；基本上均匀混合；介于两者之间，建立起三种流 动模型： • 理想混合流动模型 • 活塞流流动模型 • 轴向扩散流动模型和多级串联流动模型
第3章 水处理反应器理论
反应物
反应物
产物
反应物C0
产物
产物 (1)CMB型 间歇
(2)CSTR型恒流搅拌
图 3-7 理想反应器图示
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）
第3章 水处理反应器理论
计算化学反应的转化率 1 转化率
经过一定的反应时间以后，已反应的反应物分子数与起始的反应
物分子数之比。如果反应前后总体积没有变化，其转化率可以用
反应物浓度的变化来计算，即
式中
xA xA —转化率；
(cA0 cA ) /V cA0 / V
cA0 cA c A0
（3—53）
个平均值，即 因为
所以
x x(t) dN
0
N
dN E(t)dt
N
x x(t)E(t)dt
0
连续反应器的两种完全对立的理想类型：活塞流和恒流搅拌反应器。
第3章 水处理反应器理论
• 间歇式、活塞流反应器和恒流搅拌反应器的比较：（从流动形态、停留时间、 反应速度、反应物浓度比较）
间歇式反应器 停留时间相等，反应物浓度随时间变化，反应速度也随时间变化。
活塞流反应器 停留时间相等，反应速度、浓度沿管长变化
V —反应前后的总体积；
c A0 —t=0时A的浓度； c A0 —t=t时A的浓度。
第3章 水处理反应器理论
2 一般反应器的转化率计算
化学反应的转化率与反应时间有很大关系，因为反应时间的长短直接
影响反应物的量。一般反应器中的物料的停留时间不均匀一致。设停留
时间为t的那部分物料的转化率是x(t)，而在此反应器里的转化率应是
第3章 水处理反应器理论
主讲人：王东亮 水资源与环境工程学院
第3章 水处理反应器理论
3.1反应器的概念及其在水处理中的应用
• 水处理的许多单元环节是由化学工程移植、发展而来的。 • 3.1.1反应器的类型 • 反应器：在化工生产过程中，把发生化学反应的生产核心的容器称为反
应器。水处理中加以拓展，包括发生物理过程的设备。 • 分类： • 按反应器内物料形态：均相反应器和多相反应器 • 按反应操作情况：间歇、连续流式反应器
恒流搅拌反应器 反应物浓度完全均匀，不随时间变化，反应速度不变 恒流搅拌反应器串联 在级内是充分混合的，级间是不混合的
第3章 水处理反应器理论
物料在反应器内的流动模型
• 利用流体力学知识建立起一组偏微分方程可以描述物料在反应器中 的流动特点。
• 一般用流动模型来描述。 • 物料在反应器内的流动情况，可以分为三类：
第3章 水处理反应器理论
水处理中的常见反应器
反应器
期望的反应器设计
反应器 期望的反应器设计
快速混合器 絮凝器 沉淀
砂滤池 吸附
完全混合 局部完全混合的
活塞流 活塞流
活塞流 活塞流
软化 加氯 污泥反应器
生物滤池 化学澄清
完全混合
活塞流
局部完全混合的活 塞流
活塞流 完全混合
离子交换
活塞流
活性污泥 完全混合及活塞流
• 物料在反应器内的停留时间和停留时间分布 平均停留时间：t=v/q
• 停留时间分布函数E(t) • 停留时间分布函数E(t)可以通过实验测定得到 方法：示
踪物法
第3章 水处理反应器理论
• 几种典型反应器的停留时间分布函数P39 • 1、间歇式反应器 • 2、活塞流反应器 • 3、恒流搅拌反应器
基本上没有混合；基本上均匀混合；介于两者之间，建立起三种流 动模型： • 理想混合流动模型 • 活塞流流动模型 • 轴向扩散流动模型和多级串联流动模型
第3章 水处理反应器理论
反应物
反应物
产物
反应物C0
产物
产物 (1)CMB型 间歇
(2)CSTR型恒流搅拌
图 3-7 理想反应器图示
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）
第3章 水处理反应器理论
计算化学反应的转化率 1 转化率
经过一定的反应时间以后，已反应的反应物分子数与起始的反应
物分子数之比。如果反应前后总体积没有变化，其转化率可以用
反应物浓度的变化来计算，即
式中
xA xA —转化率；
(cA0 cA ) /V cA0 / V
cA0 cA c A0
（3—53）
个平均值，即 因为
所以
x x(t) dN
0
N
dN E(t)dt
N
x x(t)E(t)dt
0
连续反应器的两种完全对立的理想类型：活塞流和恒流搅拌反应器。
第3章 水处理反应器理论
• 间歇式、活塞流反应器和恒流搅拌反应器的比较：（从流动形态、停留时间、 反应速度、反应物浓度比较）
间歇式反应器 停留时间相等，反应物浓度随时间变化，反应速度也随时间变化。
活塞流反应器 停留时间相等，反应速度、浓度沿管长变化
V —反应前后的总体积；
c A0 —t=0时A的浓度； c A0 —t=t时A的浓度。
第3章 水处理反应器理论
2 一般反应器的转化率计算
化学反应的转化率与反应时间有很大关系，因为反应时间的长短直接
影响反应物的量。一般反应器中的物料的停留时间不均匀一致。设停留
时间为t的那部分物料的转化率是x(t)，而在此反应器里的转化率应是
第3章 水处理反应器理论
主讲人：王东亮 水资源与环境工程学院
第3章 水处理反应器理论
3.1反应器的概念及其在水处理中的应用
• 水处理的许多单元环节是由化学工程移植、发展而来的。 • 3.1.1反应器的类型 • 反应器：在化工生产过程中，把发生化学反应的生产核心的容器称为反
应器。水处理中加以拓展，包括发生物理过程的设备。 • 分类： • 按反应器内物料形态：均相反应器和多相反应器 • 按反应操作情况：间歇、连续流式反应器
恒流搅拌反应器 反应物浓度完全均匀，不随时间变化，反应速度不变 恒流搅拌反应器串联 在级内是充分混合的，级间是不混合的
第3章 水处理反应器理论
物料在反应器内的流动模型
• 利用流体力学知识建立起一组偏微分方程可以描述物料在反应器中 的流动特点。
• 一般用流动模型来描述。 • 物料在反应器内的流动情况，可以分为三类：
第3章 水处理反应器理论
水处理中的常见反应器
反应器
期望的反应器设计
反应器 期望的反应器设计
快速混合器 絮凝器 沉淀
砂滤池 吸附
完全混合 局部完全混合的
活塞流 活塞流
活塞流 活塞流
软化 加氯 污泥反应器
生物滤池 化学澄清
完全混合
活塞流
局部完全混合的活 塞流
活塞流 完全混合
离子交换
活塞流
活性污泥 完全混合及活塞流