文档介绍：第七讲曝气原理和曝气设备
李春杰
曝气原理
曝气系统的计算方法
曝气设备
曝气池
目前气液传质理论
双膜理论
浅层理论
表面更新理论
目前工程和理论上应用较多的为双膜理论。
氧转移的双膜理论
层流层流
边界层
紊流紊流
Pg ≈ Pi
Pg
气 Pi 液
相 yg yl 相
主主
Ci = Cs
体体
CL
气膜液膜
对流扩散分子扩散对流扩散
双膜理论的基点
在气液界面存在着处于层流状态的气膜和液膜,在其外
侧则分别为处于紊流状态的气相主体和液相主体。气体
分子以分子扩散方式从气相主体通过气膜和液膜传递到
液相主体。
由于气液两相主体均处于紊流状态,其中物质浓度基本
上是均匀的,不存在浓度差,也不存在传质阻力,气体
分子从气相主体传递到液相主体,阻力仅存在于气、液
层流膜中。
在气膜中存在氧的分压梯度,在液膜中存在氧的浓度梯
度,它们是氧转移的推动力。
氧难溶于水,因此氧转移的决定性阻力又集中在液膜
上,因此氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤。
氧转移过程中的传质推动力就可以认为主要是界
面上的饱和溶解氧浓度值(Cs)与液相主体中的溶
解氧浓度值(CL)之差。
Cs:与气相主体中氧分压相当的饱和溶解氧浓
度;
CL:液相主体中所要求的溶解氧浓度
FickFick定律定律
Fick定律认为:扩散过程的推动力是物质在界面
两侧的浓度差,物质的分子会从浓度高的一侧向
浓度低的一侧扩散、转移。
dC
v = −D
d L dX
式中:Vd——物质的扩散速率,单位时间、
单位断面上通过的物质数量
DL——扩散系数
dC 为浓度梯度,即单位长度内浓度的变化值。
dX
双膜理论和氧总转移系数
以M表示在单位时间t内,通过界面扩散 dM
v = / A
的物质数量;以A表示界面面积,则 d dt
dM
dM dC
因此 dC dt
− D = = −DL ⋅ A
L dX A dt dX
设液膜厚度为Xf(该值极低),则在液膜溶解氧浓度梯度为
dC C − C
−= s
dX X f
代入得 dM Cs − C
= DL ⋅ A
dt X f
dM dC Cs − C A
进一步可得/V = = DL ⋅ A = K L ⋅()Cs − C
dt dt X f ⋅V V
K L 为液膜中氧分子传质系数,m/h
dC A
则前式可改写成= K ()C − C
dt L V s
A
由于A值难测,通常 K 项用 K 总的传质系数(h-1)
L V La
dC
因此= K ()C − C
dt La s
讨论
(1)提高KLa:加强液相主体紊流,加速气液界
面更新,增大气液接触面积、降低液膜厚度;
(2)提高Cs:提高气相中氧分压,如纯氧曝气、
深井曝气。