环境工程原理PPT第12章__反应动力学的解析方法详解
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反应动力学基础.ppt
以及质量和能量传递特性）。
同一反应在具有不同特性的反应器内进行， 会产生不同的反应结果。
反应器的操作方式（间歇操作）
• 将反应原料一次加入反 应器，反应一段时间或 达到一定的反应程度后 一次取出全部的反应物 料，然后进入下一轮操 作。 • 基本特征：间歇反应过 程是一个非稳态的过程，
浓度 cA
物质的量 nA 体积V
流体
反应器操作的工程概念
• 空间速度（空速）(space velocity，SV) 单位反应器有效体积所能处理的物料的体积流量。 空间速度 • 注意： 单位为时间的倒数。 表示单位时间内能处理几倍于反应器体积的物料， 反映了一个反应器的强度。（SV＝2 h-1表示1h处理2 倍于反应体积的流体。） 空速越大，反应器的负荷越大。
反应器操作的工程概念
空间时间（空时、空塔接触时间）(space time， τ) • 反应器有效体积(V)与物料体积流量(qv)之比值。 • • 注意： 具有时间的单位，但和反应时间、接触时间不同 空间时间
处理与反应器等体积的物料所需要的时间。
例：τ＝30s 表示了每30s处理与反应器有效体积相等的
完全混合流反应器 浓 度
反应器内组成随时间变
化而变化。
反应产物 反应物
反应时间
反应器的操作方式（间歇操作）
• 主要优点：操作灵活，设备费低，适用于小批量生产 或小规模废水的处理。 • 主要缺点：设备利用率低，劳动强度大，每批的操作 条件不易相同，不便自动控制。
• 常见的间歇反应器: 高压锅、序列间歇式活性污泥法
反应器操作的工程概念
反应持续时间 (reaction time)：简称反应时间，主要 用于间歇反应器，指达到一定反应程度所需的时间。 停留时间 (retention time)：亦称接触时间，指连续操 作中一物料“微元”从反应器入口到出口经历的实际 时间。 平均停留时间：在实际的反应器中，各物料“微元”的 停留时间不尽相同，存在一个分布，即停留时间分布。 各“微元”的停留时间的平均称平均停留时间。
环境工程原理课件(陈孟林)(2024)
噪声控制技术原理
声学原理
掌握声音的产生、传播和 接收的基本原理，以及声 波的反射、折射、衍射等 现象。
噪声测量
了解噪声测量仪器和测量 方法，包括声级计、频谱 分析仪等的使用。
噪声控制方法
通过源头控制、传播途径 控制和接收者保护等措施 ，实现噪声的有效控制。
噪声控制案例分析
城市交通噪声控制
工业噪声控制
脱硝技术
通过选择性催化还原（SCR）或选择性非催化还原（SNCR）等方法，将烟气中的氮氧化物转化为氮气和水。 SCR技术利用催化剂降低反应活化能，使反应在较低温度下进行；SNCR技术则通过向高温烟气中喷入还原剂， 使氮氧化物被还原为氮气。
04
固体废弃物处理与处置工程原理
固体废弃物分类与特点
固体废弃物的分类
环境影响评价法规及标准
03
介绍与环境影响评价相关的法律法规、政策文件及评价标准。
规划环境影响评价内容及方法
规划环境影响评价内容
阐述规划环境影响评价的主要任务和内容，包括规划分析、环境现状调查、环境影响识 别与预测、环境承载力分析等。
规划环境影响评价方法
介绍规划环境影响评价中常用的方法和技术，如清单分析法、矩阵法、网络法、情景分 析法等。
厌氧生物处理
在无氧条件下，利用厌氧微生物的代谢作用，将有机物分解为甲烷、二氧化碳等 气体，同时产生污泥状残渣。该方法适用于处理高浓度有机废水。
03
大气污染控制工程原理
大气污染物来源及危害
污染源
工业排放、交通尾气、农业活动、生 活垃圾等。
危害
对人体健康、生态环境和气候变化造 成严重影响。
污染物种类
规划环境影响评价与项目环境影响评价的关系
《环境工程原理》课件
在环境工程中，物质平衡原理的应用非常广泛，例如在废水处理中，通过物质平衡原理可以确定废水中 污染物的去除效率，从而优化处理工艺。
物质平衡原理还可以用于预测和评估环境中的物质迁移、转化和归趋，为环境管理和保护提供科学依据 。
能量守恒原理
能量守恒原理是指能量在转换和传递过程中保持守恒 ，即能量不能凭空产生或消失，只能从一种形式转化
新兴环境工程技术的发展
总结词
新兴环境工程技术是应对当前复杂环境问题的关键， 包括新型水处理技术、空气污染控制技术、土壤修复 技术等。
详细描述
随着环境问题的多样化和复杂化，传统的环境工程技术 已经难以满足需求。因此，新兴环境工程技术的发展至 关重要。例如，新型水处理技术包括高级氧化技术、膜 分离技术等，能够更高效地处理污水和废水；空气污染 控制技术则包括挥发性有机化合物处理技术、细颗粒物 去除技术等，能够有效降低空气中的污染物浓度；土壤 修复技术则针对土壤污染问题，通过物理、化学和生物 方法修复污染的土壤，使其恢复原有功能。
定义与特点
定义
环境工程是一门应用自然科学和社会 科学原理来研究人类活动对环境的影 响，以及如何运用技术和法律手段保 护和改善环境的工程学科。
特点
环境工程具有跨学科性、实践性和综 合性，旨在解决实际环境问题，实现 环境保护和可持续发展。
环境工程的重要性
环境保护
环境工程是环境保护的重要手段 ，通过减少污染、改善环境质量 ，保障人类健康。
自然净化技术
利用自然界的净化能力，如森林、草 地等植物的净化作用，对空气进行净 化。
固体废物处理与资源化
填埋法
将固体废物填入洼地或地下，进行物理或化 学稳定化处理。
焚烧法
将固体废物在高温下燃烧，使有机物转化为 灰烬和气体。
物质平衡原理还可以用于预测和评估环境中的物质迁移、转化和归趋，为环境管理和保护提供科学依据 。
能量守恒原理
能量守恒原理是指能量在转换和传递过程中保持守恒 ，即能量不能凭空产生或消失，只能从一种形式转化
新兴环境工程技术的发展
总结词
新兴环境工程技术是应对当前复杂环境问题的关键， 包括新型水处理技术、空气污染控制技术、土壤修复 技术等。
详细描述
随着环境问题的多样化和复杂化，传统的环境工程技术 已经难以满足需求。因此，新兴环境工程技术的发展至 关重要。例如，新型水处理技术包括高级氧化技术、膜 分离技术等，能够更高效地处理污水和废水；空气污染 控制技术则包括挥发性有机化合物处理技术、细颗粒物 去除技术等，能够有效降低空气中的污染物浓度；土壤 修复技术则针对土壤污染问题，通过物理、化学和生物 方法修复污染的土壤，使其恢复原有功能。
定义与特点
定义
环境工程是一门应用自然科学和社会 科学原理来研究人类活动对环境的影 响，以及如何运用技术和法律手段保 护和改善环境的工程学科。
特点
环境工程具有跨学科性、实践性和综 合性，旨在解决实际环境问题，实现 环境保护和可持续发展。
环境工程的重要性
环境保护
环境工程是环境保护的重要手段 ，通过减少污染、改善环境质量 ，保障人类健康。
自然净化技术
利用自然界的净化能力，如森林、草 地等植物的净化作用，对空气进行净 化。
固体废物处理与资源化
填埋法
将固体废物填入洼地或地下，进行物理或化 学稳定化处理。
焚烧法
将固体废物在高温下燃烧，使有机物转化为 灰烬和气体。
《环境工程学原理》课件
02
该原理是环境工程学的基础，用于指导如何减少污染物的排放和合理利用资源。
03
物质平衡原理的应用包括物料平衡计算、污染物排放控制和废物资源化等方面。
04
在实际应用中，需要考虑不同物质特性和系统边界条件，以确，指导如何合理利用环境的自净能力，降低污染物对环境的影响。
挥发性有机物控制
通过吸附、冷凝、燃烧等技术处理挥发性有机物，以减少其对空气的污染。
颗粒物控制
通过过滤、吸附、静电除尘等技术去除空气中的颗粒物，如PM2.5和PM10。
填埋法
将固体废物填入地下进行处置，需选择合适的场地和防渗措施。
焚烧法
通过高温焚烧将固体废物转化为灰烬和气体，可回收热能和减少体积。
堆肥法
《环境工程学原理》ppt课件
目录
环境工程学概述环境工程学原理环境工程学技术与方法环境工程学实践与应用环境工程学未来发展与挑战
01
CHAPTER
环境工程学概述
总结词
基本定义与特性
详细描述
环境工程学是一门研究如何保护和改善环境的学科，它涉及到自然环境与人类活动之间的相互作用，以及如何利用工程技术手段解决环境问题。环境工程学具有综合性、系统性、实践性和跨学科性的特点。
03
工业固体废物处理
采用资源化利用、压缩减量、填埋等方式，对工业固体废物进行合理处置。
01
工业废水处理
针对不同工业废水的特点，采用物理、化学、生物等方法进行处理，减少废水对环境的污染。
02
工业废气处理
通过除尘、脱硫、脱硝等技术，对工业废气进行治理，减少废气对大气环境的污染。
通过水体保护、水域生态修复等措施，保护流域水资源的安全与可持续利用。
资源化原则的应用包括废物回收、废物再利用和废物转化为能源等方面。
反应动力学基础PPT课件
rkf(XA)kg(XA)
r 0
r (T)xA
f(XA)d dkT g(XA)d dkT
kf(XA)kg(XA)
放热反应
E＜E
dk kE dT RT 2
dk kE dT RT 2
1 RT2
kf
(XA)R1T2
kg(XA)
( T r)xAR E2T kf(XA)R E2T kg(XA)
第20页/共85页
dk kE dT RT 2
RE2 T kf(XA)＞RE2 T kg(XA)
( T r)xAR E2T kf(XA)R E2T kg(XA)
第19页/共85页
r ＞0 T X A
2.3 温度对反应速率的影响
Temperature Dependent Term of a Rate Equation
E
k Ae RT
第10页/共85页
2.3 温度对反应速率的影响
Temperature Dependent Term of a Rate Equation
kAexE p/R ( )T
k为反应速率常数，其意义是所有反应组分的浓度均 为1时的反应速率。
Where: E = activation energy (cal/mol) R = gas constant (cal/mol*K) T = temperature (K) A = frequency factor (units of A, and k, depend on overall reaction order)
1 RT2
kf
(XA)R1T2
kg(XA)
( T r)xAR E2T kf(XA)R E2T kg(XA)
第21页/共85页
北京科技大学环境工程12 ppt课件
• 同时，消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定 的。因此，剩余污泥处理和处置简单、运行费 用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。
2020/10/28
7
（5）氮、磷营养需要量较少
• 好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧 法的BOD:N:P为l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的 工业废水所需投加的营养盐量较少。
2020/10/28
5
（2）能耗低
• 好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用 随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法 不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。
• 废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以 抵偿消耗能量。研究表明，当原水BOD5达 到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩 余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。
• 与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢 体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。
• 厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要 类群的细菌，即：
水解产酸细菌(fermentative bacteria) 产氢产乙酸细菌(acetogenic bacteria) 产甲烷细菌(methanogenic bacteria)的联合作用完成。
（6）有杀菌作用
• 厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废 水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。
（7）污泥易贮存
• 厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以 季节性或间歇性运转。
2020/10/28
8
（8）厌氧生物处理法也存在下列缺点:
（a）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设 备启动和处理所需时间比好氧设备长；
有机酸
(1)水解酸化
乙酸
(2)产氢产乙酸
(3)产甲烷
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（5）氮、磷营养需要量较少
• 好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧 法的BOD:N:P为l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的 工业废水所需投加的营养盐量较少。
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（2）能耗低
• 好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用 随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法 不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。
• 废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以 抵偿消耗能量。研究表明，当原水BOD5达 到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩 余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。
• 与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢 体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。
• 厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要 类群的细菌，即：
水解产酸细菌(fermentative bacteria) 产氢产乙酸细菌(acetogenic bacteria) 产甲烷细菌(methanogenic bacteria)的联合作用完成。
（6）有杀菌作用
• 厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废 水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。
（7）污泥易贮存
• 厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以 季节性或间歇性运转。
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8
（8）厌氧生物处理法也存在下列缺点:
（a）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设 备启动和处理所需时间比好氧设备长；
有机酸
(1)水解酸化
乙酸
(2)产氢产乙酸
(3)产甲烷
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反应动力学基础PPT课件
式为:
r dFA dW
8
第八页，课件共140页。
空速与接触时间
空速：单位反应体积所处理的混合物的体积流量。因 次为时间的倒数(1／h)。
VSP
VS 0 VR
计算空速时的体积流量一般使用标态体积，特殊说明时可 使用操作状态流量。也有使用摩尔流量的，称为摩尔空速。
是衡量反应器生产强度的重要操作参数。例如：氨合成反应， 压力为10Mpa时，空速为10000(1/h)；而当压力为30Mpa时， 空速则为28000-30000(1/h)。
19
第十九页，课件共140页。
一氧化氮氧化动力学方程建立
由于第二步为速率的控制步骤因此有:
r k2C( NO)2Co2
第一步达到平衡，则 有: C( NO)2 K1CN2O
代入上式得
r k2 K1CN2OCo2 k2CN2OCo2
因此,当得到的速率方程与由质量作用定律得到的形式 相同，不能说明该反应一定是基元反应。但基元反应 的速率方程可用质量作用定律来表示。
20
第二十页，课件共140页。
例：反应机理分析
如果所得动力学实验结果与由所设的反应机理推导得到 的速率方程相符合，绝对不能肯定说所设的反应机理是 正确的。只能说明是一个可能的反应机理，因为不同的反应 机理完全可能推导出形式相同的速率方程 。
例如NO的氧化反应，如果机理为：
NO O2 NO3
例2.2
28
第二十八页，课件共140页。
例题计算结果
29
第二十九页，课件共140页。
2．3 温度对反应速率的影响
在幂函数型速度方程中，以反应速率常数k来体现 温度对反应速率的影响。对于一定的温度，反应 速率k为定值。通常用阿累尼乌斯方程表示反应速率 常数与温度的关系。即：
环境工程原理PPT课件
? 环境问题多种多样，归纳起来有两大类：一类是自然演变和自然灾 害引起的 原生环境问题 ，也叫第一环境问题。如地震、洪涝、干旱、 台风、崩塌、滑坡、泥石流等。一类是人类活动引起的次生环境问 题，也叫第二环境问题和“公害”。次生环境问题一般又分为环境 污染和 生态破坏 两大类。
环境破坏的原因：
人类不但在环境中生存，还同时利用和改造着环境。 近百年来，人类这种利用和改造环境的活动是巨大的：
氯
，而
O
会产生激发态氧原子
3
(O) ，如果 (O) 遇到具有催化活性的基
团、原子或分子，就会 发生化学反应而被消耗掉 。因而 減少了臭氧
量，形成「臭氧洞」。
这种反应活化能很小，反应快速，可循环反应多次， 一个氯原子
可以破坏 10万个O3 。
Cl＋O →ClO＋O ， ClO＋O→Cl＋O
3
2
2
臭氧 減少後， 紫外 線照射到地表的量 會增加 ，危及地表生物的生存。
社会环境——人们生活的社会经济制度和上层建筑的环境 条件。如经济基础、政治制度、法律制度、教育、文 化艺术。
自然环境——人们赖以生存和发展的物质条件，即自然界。 包括：空气、水、土壤、动植物等。各组成不同，又 可分为不同的地理环境：大气圈、水圈、土壤圈、岩 石圈、生物圈、地质和宇宙环境。
我们这里所说的环境主要是人类生存环境，主要指自然环 境，尤其是生物圈。
近100年来，中国平均地表气温明显升高，升温幅度约为 0.5－0.8℃；
近50年中国增暖尤其明显，我国 平均地表气温增加 1.1℃，增温速率
为0.22
℃／10
年，明显高于全球或北半球同期平均增温速率。
自
(
1905
年以来中国地表年平均气温明显增暖 ,升高幅度约为 0.79 ℃,增温速率约为
环境破坏的原因：
人类不但在环境中生存，还同时利用和改造着环境。 近百年来，人类这种利用和改造环境的活动是巨大的：
氯
，而
O
会产生激发态氧原子
3
(O) ，如果 (O) 遇到具有催化活性的基
团、原子或分子，就会 发生化学反应而被消耗掉 。因而 減少了臭氧
量，形成「臭氧洞」。
这种反应活化能很小，反应快速，可循环反应多次， 一个氯原子
可以破坏 10万个O3 。
Cl＋O →ClO＋O ， ClO＋O→Cl＋O
3
2
2
臭氧 減少後， 紫外 線照射到地表的量 會增加 ，危及地表生物的生存。
社会环境——人们生活的社会经济制度和上层建筑的环境 条件。如经济基础、政治制度、法律制度、教育、文 化艺术。
自然环境——人们赖以生存和发展的物质条件，即自然界。 包括：空气、水、土壤、动植物等。各组成不同，又 可分为不同的地理环境：大气圈、水圈、土壤圈、岩 石圈、生物圈、地质和宇宙环境。
我们这里所说的环境主要是人类生存环境，主要指自然环 境，尤其是生物圈。
近100年来，中国平均地表气温明显升高，升温幅度约为 0.5－0.8℃；
近50年中国增暖尤其明显，我国 平均地表气温增加 1.1℃，增温速率
为0.22
℃／10
年，明显高于全球或北半球同期平均增温速率。
自
(
1905
年以来中国地表年平均气温明显增暖 ,升高幅度约为 0.79 ℃,增温速率约为