第1周，第2、3讲次课程名称：《水质工程学1》摘要1—4反应器(上)授课题目（章、节）【目的要求】了解反应器的概念，主要单元处理方法。【重点】物料平衡理论及应用；反应器停留时间。【难点】反应器停留时间的数学推导。内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】1—4反应器反应器是化工生产过程中的核心部分。在反应器中所进行的过程，既有化学反应过程，又有物理过程，影响因素复杂基本概念1、反应器：工程工艺设备中，发生化学反应的容器称为反应器。2、反应器中的过程：包括：化学过程：化学反应物理过程：传递（传质），温度压力等因素过程。3、反应工程：研究反应器有关问题的学科称为反应工程。4、水处理反应器特点：含义较广。水处理设备与池子都作为反应器来进行分析研究，包括化学反应；物理化学过程；生物化学反应；纯物理过程等。如：水的氯化消毒池，除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等。一段河流自净过程等，都可应用反应器原理和方法进行分析、研究
课程名称：《水质工程学 I》 第 1 周，第 2、3 讲次 摘 要 授课题目（章、节） 1—4 反应器(上) 【目的要求】了解反应器的概念，主要单元处理方法。 【重 点】物料平衡理论及应用；反应器停留时间。 【难 点】反应器停留时间的数学推导。 内 容 【本讲课程的引入】 【本讲课程的内容】 1—4 反应器 反应器是化工生产过程中的核心部分。在反应器中所进行的过程，既有化 学反应过程，又有物理过程，影响因素复杂 基本概念 1、反应器：工程工艺设备中，发生化学反应的容器称为反应器。 2、反应器中的过程： 包括：化学过程：化学反应 物理过程：传递 (传质) ，温度压力等因素过程。 3、反应工程：研究反应器有关问题的学科称为反应工程。 4、水处理反应器特点：含义较广。水处理设备与池子都作为反应器 来进行分析研究，包括化学反应；物理化学过程；生物化学反应；纯 物理过程等。 如：水的氯化消毒池，除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀 池等。一段河流自净过程等，都可应用反应器原理和方法进行分析、 研究
一、化学反应动力学（一）基本概念：1、化学反应：由分子或离子碰撞导致电子转移或原子的重新排列组合，导致反应物消失；生成物形成的过程。通式：XA+yB-pC+qD2、反应速率：化学反应速率是指单位时间。单位体积由反应物消失的数量或生成物增加的数量。或者说：单位时间内，反应物浓度减小或生成物浓度增加的数值。量纲：（摩尔／时间·体积）或（质量单位／时间、体积）。dC,r(C)=公式表示：dt式中：Ci一反应物种i的浓度。Ci表示反应物，在公式右边为负值，Ci表示生成物，公式右边变为正值。由实验，如果反应物种i反应速率为dCA=kC.CBr(C)= dt并知a和β的数值，则反应级数为（α+β)，即浓度的指数之和。①，速率公式，是通过实验求得的一种表达式；②，a和β一定和化学计量式（14一2）的系数x和y相同③，（α十β）值可以为零、一、二等，分别称零级、一级和二级反应：三极反应极少。（大于三级反应的至今未发现。）（化学反应是由分子碰撞而引起的。分子碰撞导致电子转移或原子的重新排列组合，于是引起反应物的消失以及生成物的形成。）（反应的快慢，取决于分子碰撞次数的多少。而分子碰撞次数直接与反应浓度有关。因而，反应速率也就与反应物浓度的乘积成正比关系。）
一、化学反应动力学 （一）基本概念： 1、化学反应：由分子或离子碰撞导致电子转移或原子的重新排列组合， 导致反应物消失；生成物形成的过程。 通式： xA+yB→pC+qD 2、反应速率：化学反应速率是指单位时间。单位体积由反应物消失的数 量或生成物增加的数量。 或者说：单位时间内，反应物浓度减小或生成物浓度增加的数值。 量纲：（摩尔／时间·体积）或（质量单位／时间、体积）。 公式表示： dt dC r C i ( i ) = 式中：Ci—反应物种 i 的浓度。 Ci 表示反应物，在公式右边为负值， Ci 表示生成物，公式右边变为正值。 由实验，如果反应物种 i 反应速率为： A B A A k C C dt dC r(C ) = = • • 并知α和β 的数值，则反应级数为（ α ＋ β ），即浓度的指数之和。 ①，速率公式，是通过实验求得的一种表达式； ②，α和β 一定和化学计量式（14－2）的系数 x 和 y 相同 ③，(α ＋ β )值可以为零、一、二等，分别称零级、一级和二级反应， 三极反应极少。（大于三级反应的至今未发现。） （化学反应是由分子碰撞而引起的。分子碰撞导致电子转移或原子的重新排 列组合，于是引起反应物的消失以及生成物的形成。） (反应的快慢，取决于分子碰撞次数的多少。而分子碰撞次数直接与反应 浓度有关。因而，反应速率也就与反应物浓度的乘积成正比关系。)
3、反应速率常数k：式中k值称反应速率常数，k与温度T有关k与时间无关。4、化学反应类型：反应类型和典型反皮式反应类型综典型反应式号AL>B单分子反应简单反应双分于反应+B→C+B1+B-o+1可逆反应ks平行反应0复杂反应EREG连串反应8+885-催化反应+R+PE.t:（二）、反应动力学方程：化学反应速度与其影响因素之间的数理模式。1、零级反应：反应速度与反应物浓度（的零次方程正比）无关的化学反应。反应速率为：r(C)- C --k C) =-kdtdC, =-kdt[ dc, =-k ]" dtr (C) CC,=Co-kt-kr(C)一t曲线
3、反应速率常数 k ： 式中 k 值称反应速率常数， k 与温度 T 有关， k 与时间无关。 4、化学反应类型： （二）、反应动力学方程： 化学反应速度与其影响因素之间的数理模式。 1、零级反应：反应速度与反应物浓度（的零次方程正比）无关的化学反 应。 反应速率为： C C kt dC k dt dC kdt k C k dt dC r C i i C C t i i i i i i i = − = − = − = = − = − 0 0 0 0 ( ) -k r(Ci) r(Ci)—t曲线 t
CAlCAOCAO/KT零级反应C-t曲线2、一级反应：一级反应就是反应速率与反应物浓度的一次方成正比。反应速率为：r(C)= G --k.C,dtrc. dC = -k f' dtJco C,JIn C, -In C,o = -ktC,=CoeklgC,=lgCro-0.4343k-t如何确定未知反应为一级反应：将实验数据在半对数坐标纸上放点，看是否趋于为一直线，如果是，直线斜率为一0.434k，截距为Cao一级反应在水处理中是最为常见的。虽然一级反应通常是单分子IgCAl反应，但并非一级反应一定是单分子反应。以下几种情况都可能应用一级反应速率方程加以描述。+0-t一级反应t-C曲线
2、一级反应: 一级反应就是反应速率与反应物浓度的一次方成正比。 反应速率为： C C k t C C e C C kt k dt C dC k C dt dC r C i i kt i i i i C t C i i i i i i i = − = − = − = − = = − − lg lg 0.4343 ln ln ( ) 0 0 0 0 0 如何确定未知反应为一级反应：将实验数据在半对数坐标纸上放点，看 是否趋于为一直线，如果是，直线斜率为－0.434k，截距为 CA0。 一级反应在水处理中是最为常见 的。虽然一级反应通常是单分子 反应，但并非一级反应一定是单 分子反应。以下几种情况都可能 应用一级反应速率方程加以描 述
①有些双分子或多分子反应，其中只有一种物质浓度发生变化而其余物质浓度保持不变，对该种浓度会发生变化的物质而言，它是一级反应，通常称伪一级反应。水溶液中的化学反应往往会出现这种现象。因为溶液中的水，可认为浓度不变。②某些复杂的化学反应，也用一级反应来表达。例如，在污水处理中有机物生化降解的耗氧速度与有机物的浓度成正比，是一级反应形式。氯化消毒时，细菌被杀灭的速度与尚存活的细菌浓度也呈一级反应形式。③某些纯物理过程，例如固体或气体在水中的溶解速度与当时的浓度和饱和浓度之差成正比，也是一级反应3、二级反应：设反应为：A+B-→P设初始浓度分别为：CAO；CBO；CPO当反应t时间后，有x浓度发生转化，浓度变为：C；Cg；Cp = k.Cx-C,= k-(Cao- )(Co-x)dtdx=kdt(CA0 - x)·(CBo - x)11dx=kdt10--x111kddxC-CBo (CBo-xCAO-X,-CBo(CAo -x)lr=ktCAo(CBo - x)CAo-CBO2.303CBo(CAo - x)或=ktCAO-CBOCAo(CBO - x)当反应物A：B初始浓度相同时，即：CA-CBo，则= k(Cao-x)dt
①有些双分子或多分子反应，其中只有一种物质浓度发生变化而其余物 质浓度保持不变，对该种浓度会发生变化的物质而言，它是一级反应， 通常称伪一级反应。水溶液中的化学反应往往会出现这种现象。因为溶 液中的水，可认为浓度不变。 ② 某些复杂的化学反应，也用一级反应来表达。例如，在污水处理中有 机物生化降解的耗氧速度与有机物的浓度成正比，是一级反应形式。氯 化消毒时，细菌被杀灭的速度与尚存活的细菌浓度也呈一级反应形式。 ③某些纯物理过程，例如固体或气体在水中的溶解速度与当时的浓度和 饱和浓度之差成正比，也是一级反应 3、二级反应： 设反应为： A B P + ⎯k→ 设初始浓度分别为：CA0；CB0；CP0 当反应 t 时间后，有 x 浓度发生转化， 浓度变为：CA；CB；CP dx kdt C C C x C x kdt C x C x dx k C C k C x C x dt dx A B B A A B A B A B = − − − − = − − = = − − 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) k t C C x C C x C C k t C C x C C x C C dx kdt C C C x C x A B B A A B A B B A A B x t A B B A = − − − = − − • − = − − − − 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 lg 2.303 ln 1 1 1 1 或 当反应物 A；B 初始浓度相同时, 即：CA0=CB0，则 2 0 k(C x) dt dx = A −