кість реакції за законом діючих мас пропорційна концентраціям реагуючих речовин. Для реакції (5.6) швидкість реакції дорівнює
де nA і nB - приватні порядки реакції по компоненту «А» і компоненту «В» відповідно.
Константа швидкості реакції не залежить від концентрації реагентів і часу реакції.
У закритих системах концентрація вихідних речовин з часом зменшується, і швидкість реакції падає. У відкритих системах при стаціонарному процесі (більшість процесів у проточних промислових реакторах) концентрації реагуючих речовин і швидкості хімічного процесу в даній області реактора залишаються постійними.
Слід зауважити, що при збільшенні початкової концентрації забруднюючої речовини в 10 раз не значно вплине на швидкість хімічної реакції, а, отже, на час очищення, що далі буде приведено у розрахунках.
. 3 Розрахунок кінетики біологічного очищення нізкоконцентрірованной розчинів від органічних речовин
Кінетику біологічної очистки стічних вод будемо розраховувати виходячи з наступних даних: К1=0,32 год - 1, К2/К1== 2,7, t1=17 0C, t2=27 0С, при цьому Порядок реакції (n) приймемо рівний 1.
Направимо розбавлений розчин з концентрацією C0=16,47 г/л на біологічну очистку. Необхідно провести зниження концентрації N-метил-формамід до ГДК Cк=10 мг/л шляхом біохімічного розкладання.
Відомо, що розкладання N-метілформаміда описується кінетичним рівнянням першого порядку з константою швидкості К1=0,32 год - 1 при температурі 17 0С.
Рівняння кінетики першого порядку
Поділяємо змінні та інтегруємо це рівняння
де С0, С - концентрації C2H5NO в моменти часу 0 і?.
Підставляємо в нього вихідні дані. При цьому концентрацію С0 розбавляємо в 10 разів, тобто С0=16470/10 мг/л=тисячу шістсот сорок сім мг/л. Наприкінці отримуємо рівняння, які дозволяють прогнозувати зміну концентрації C2H5NO і швидкості процесу в часі.
Для побудови кінетичної кривої по рівняннях (5.9) і (5.10) розраховуємо зміна концентрації і швидкості процесу в довільні моменти часу до досягнення концентрації N-метілформаміда нижче ГДК. Отримані дані зводимо в таблиці 5.1.
Таблиця 5.1 - Кінетика біохімічного розкладання C2H5NO
?, ч24681012141618lnC6,776,135,494,854,213,572,932,291,65C, мг/л8684582421276735199,85,2?, мг/ч * л27814677412211,35,973,151,66
З таблиці 5.1 видно, що ГДК може бути досягнута за час менше 18 ч. Швидкість розкладання N-метілформаміда велика на початку процесу, коли концентрація N-метілформаміда в розчині велика, а потім швидко зменшується через зниження рушійної сили процесу - різниці робочої і рівноважної концентрацій. Кінетичні криві, побудовані згідно обчисленням, наведені на малюнку 5.2: спостерігається лінійна залежність lnC=f (?), Кінцевий ділянка кривої представлений в більшому масштабі (права вісь і права крива).
Час досягнення ГДК можна обчислити за рівнянням (5.9)
Крім концентрації на швидкість істотно впливає температура. У даному випадку при збільшенні температури до 27 0С константа швидкості зросла в два рази. Це дозволяє обчислити енергію активації E і за допомогою рівняння Арреніуса (5.2) прогнозувати швидкість процесу при зміні температури.
Вирішуючи систему рівнянь (5.2) і (5.3), обчислюємо енергію активації E і предекспоненціальний множник K0:
Рис. 5.2 Кінетичні криві очищення розчину від C2H5NO
Таким чином, для даного процесу рівняння Арреніуса можна записати у вигляді
Енергія активації E=71,8 кДж/моль gt; 30 кДж/моль характерна для кінетичної області протікання процесу біологічної очистки. Додаткову інформацію про процес можна отримати з рівняння кінетики перехідного стану (5.5):
Отримані дані дозволяють обчислити:
Енергія Гіббса освіти перехідного стану буде дорівнює
т.е. в даному випадку основне значення при утворенні перехідного стану має енергетична складова (), ентропійний член (на кілька порядків нижче.
5.4 Прогноз зміни часу процесу при коливаннях температури ± 5 0С і збільшенні концентрації стічних вод в 10 разів
Отримані вище дані дозволяють прогнозувати час контакту стічних вод з активним мулом при зміні концентрації N-метілформаміда і температури середовища. Це є спільне рішення рівнянь (5.8) і (5.11)
Розглянемо як зміниться час очищення ...
