環(huán)境工程原理重點(diǎn)

1、 環(huán)境工程原理重點(diǎn)第一部分一、 量綱與無(wú)量綱1. 量綱：用來(lái)描述物體或系統(tǒng)物理狀態(tài)的可測(cè)量性質(zhì)。 量綱與單位不同，其區(qū)別在于，量綱是可測(cè)量的性質(zhì)，而單位是測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，用這些標(biāo)準(zhǔn)和確定的數(shù)值可以定量的描述量綱。表示：如【長(zhǎng)度】或【L】表示長(zhǎng)度的量綱，不是具體確定數(shù)值的某一長(zhǎng)度。分類：基本量（質(zhì)量M、長(zhǎng)度L、時(shí)間t、溫度T）和導(dǎo)出量。導(dǎo)出量量綱可用基本量量綱組合形式表示。2. 無(wú)量綱準(zhǔn)數(shù)：由各種變量和參數(shù)組合而成的沒(méi)有單位的群數(shù)。無(wú)量綱準(zhǔn)數(shù)實(shí)際上量綱為1，其數(shù)值與所選單位制無(wú)關(guān)，但組合群數(shù)單位統(tǒng)一。 雷諾數(shù)Re：慣性力與黏性力之比，用于判斷流體的流動(dòng)狀態(tài)。定義式： Re=u L/（：密度，kg/m

2、³；u：流速，m/s；：黏度，kg/(m· s)）二、 常用物理量及其表示方法（一） 濃度1.質(zhì)量濃度：A =mA/V（A：組分A的質(zhì)量濃度，kg/m³；mA：混合物中組分A的質(zhì)量，kg；V：混合物的體積，m³）2.物質(zhì)的量濃度：cA=nA/V（cA：組分A的物質(zhì)的量濃度，kmol/m³；nA：混合物中組分A的物質(zhì)的量，kmol）3.兩者關(guān)系：cA=A/MA（MA：組分A的摩爾質(zhì)量，kg/kmol）4.質(zhì)量分?jǐn)?shù)：xmA=mA/m(xmA：組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；m：混合物的總質(zhì)量，kg)5.理想氣體狀態(tài)方程：pVA=nART（p：混合氣體的絕對(duì)壓力，

3、Pa；VA：組分A的體積，m³；nA：組分A的物質(zhì)的量，mol；R：理想氣體常數(shù)，8.314 J/（mol· K）；T：混合氣體的絕對(duì)溫度，K）6.摩爾分?jǐn)?shù)：xA=nA/n（xA：組分A的摩爾分?jǐn)?shù)；n：混合物總物質(zhì)的量，mol）7.質(zhì)量比：混合物中某組分的質(zhì)量與惰性組分質(zhì)量的比值。以XmA表示。 XmA=mA/(m-mA) (XmA：組分A的質(zhì)量比，量綱為1；m-mA：混合物中惰性物質(zhì)的質(zhì)量，kg) 摩爾比：混合物中某組分的物質(zhì)的量與惰性組分物質(zhì)的量的比值。以X表示。 XA=nA/（n-nA） (XA：組分A的摩爾比，量綱為1；n-nA：混合物中惰性組分的物質(zhì)的量，mol)

4、（二） 流量：qV=V/t（m³/s）體積流量 qm=V/t（kg/s）質(zhì)量流量 qm=qv（三） 流速：um=qv/(d²/4)（m/s） （經(jīng)常使用圓形管，d為內(nèi)徑）（四） 通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的物理量。表示傳遞速率的重要物理量。三、 熱量衡算方程：E=HP-HF+Eq （HF：?jiǎn)挝粫r(shí)間輸入系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和，kJ/s；HP：?jiǎn)挝粫r(shí)間輸出系統(tǒng)的物料的焓值總和，及物料帶出的能量總和，kJ/s；Eq：?jiǎn)挝粫r(shí)間系統(tǒng)內(nèi)部物料能量的積累，kJ/s；E：?jiǎn)挝粫r(shí)間系統(tǒng)內(nèi)部總能量的變化，kJ/s）四、 流體流動(dòng)（um2/um1=(d1/d2)²

5、圓形管道）1. 機(jī)械能衡算方程設(shè)計(jì)的能量分為兩類：1）機(jī)械能：包括動(dòng)能、位能及靜壓能。在流體流動(dòng)過(guò)程中可以相互轉(zhuǎn)變，也可轉(zhuǎn)變?yōu)闊岷蛢?nèi)能；2）內(nèi)能和熱：不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而用于流體的輸送。2. 方程：1/2um2+gz+p/=-We-hf3. 伯努利方程：1/2um2+gz+p/=04. 雷諾數(shù)：Re=u L/（圓管內(nèi)：Re<2000時(shí)，流動(dòng)總是層流，成為層流區(qū)；當(dāng)Re>4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，稱為湍流區(qū)）5. 牛頓黏性定律：=-·dux/dy (：剪切應(yīng)力，N/m2;：動(dòng)力黏性系數(shù)，簡(jiǎn)稱黏度，Pa·s；dux/dy：垂直于流動(dòng)方向的速度梯度，或稱剪切變形速率

6、，s-1)該定律指出，相鄰流體層之間的剪切應(yīng)力與該處垂直于流動(dòng)方向的速度梯度dux/dy成正比。適用于層流運(yùn)動(dòng)。6. 黏度：=/（：流體運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；：流體密度，kg/m3） 溫度對(duì)黏度的影響較大，由于內(nèi)聚力是影響?zhàn)ざ鹊闹饕蛩兀虼?，?duì)于液體，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子間距離增大，吸引力減小，因而使速度梯度所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力減小，即黏度減?。粚?duì)于氣體，由于氣體分子間距大，內(nèi)聚力很小，所以黏度主要是由氣體分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)量交換的結(jié)果所引起的，溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，動(dòng)量交換頻繁，所以黏度增加。7. 流動(dòng)狀態(tài)對(duì)剪切應(yīng)力的影響：流動(dòng)的剪切應(yīng)力除了由分子運(yùn)動(dòng)引起外，還由質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)引起。由于質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)對(duì)流體之間的相

7、互影響遠(yuǎn)大于分子運(yùn)動(dòng)，因此剪切應(yīng)力將大大增加。8. 阻力損失起因：黏性流體的內(nèi)摩擦造成的摩擦阻力和物體前后壓強(qiáng)差引起的形體阻力。損失影響因素：1）雷諾數(shù)大小；2）物體形狀；3）物體表面粗糙度9. 范寧公式：pf=·l/d·um2/2 (摩擦系數(shù)是流體的物性和流動(dòng)狀態(tài)的函數(shù)，量綱為1)摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re及相對(duì)粗糙度/d的關(guān)系P82（P113,3.5,3.12）10. 局部阻力損失：hf=um2/2（：局部阻力系數(shù)，無(wú)量綱，=l/d）11. 流體測(cè)量計(jì)：1）測(cè)速管；2）孔板流量計(jì)；3）文丘里流量計(jì)；4）轉(zhuǎn)子流量計(jì)五、 熱量傳遞1.熱量傳遞的方式：1）導(dǎo)熱；2）熱對(duì)流；3）熱輻

8、射2.傅立葉定律：q=Q/A=-dT/dy (Q：傳熱速率，W；q：熱流密度，W/m2；：導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；dT/dy：熱度梯度，K/m；A：垂直于熱流方向的面積，m2)3.普蘭德數(shù)：Pr=/a=cp/ 運(yùn)動(dòng)黏度越大，表明該物體傳遞動(dòng)量的能力越大，流速受影響的范圍越廣，即流動(dòng)邊界層增厚；導(dǎo)熱系數(shù)a越大，熱量傳遞越迅速，溫度變化范圍越大，即傳熱邊界層增厚。4.保溫層的臨界直徑：dc=2/ （dc：臨界直徑；：導(dǎo)熱系數(shù)；：對(duì)流傳熱系數(shù)） 保溫層的臨界厚度：0.5（dc-d1）(d1：保溫層內(nèi)徑)5.熱輻射：物體由于熱的原因以電磁波的形式向外發(fā)射能量的過(guò)程。不需要媒介。6.輻射傳熱

9、：物質(zhì)之間相互輻射和吸收輻射能的傳熱過(guò)程。7.黑體：落在物體表面的輻射能全部被物體吸收，這種物體稱為絕對(duì)黑體。黑體具有最大的吸收能力，也具有最大的輻射能力。mT=常數(shù)=2.9×10-38.灰體：物體能以相同的吸收率吸收所有波長(zhǎng)范圍的輻射能，則物體對(duì)投入輻射的吸收率與外界無(wú)關(guān)，這種物體成為灰體。六、 質(zhì)量傳遞1. 傳遞機(jī)理：1）分子擴(kuò)散；2）渦流擴(kuò)散2. 費(fèi)克定律：NAz=-DAB·dca/dz （NAz：擴(kuò)散通量或擴(kuò)散速率，kmol/（m2·s）；cA：組分A的物質(zhì)的量，kmol/m3；DAB：組分A在組分B中進(jìn)行擴(kuò)散的分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s）3. 施密特?cái)?shù)：SC

10、=/DAB傳遞邊界層厚度c與流動(dòng)邊界層厚度一般并不相等，他們的關(guān)系取決于SC。SC是分子動(dòng)量傳遞能力和分子擴(kuò)散能力的比值，表示物性對(duì)傳質(zhì)的影響，代表了壁面附近速率分布與濃度分布的關(guān)系。第二部分一、 沉降1. 污染體系分為均相和非均相；分離技術(shù)分為傳質(zhì)分離（均相）和機(jī)械分離（非均相）。2. 沉降分離主要用于顆粒物從流體中的分離。其原理是將含有顆粒物的流體（水或氣體）至于某種力場(chǎng)（重力場(chǎng)、離心力場(chǎng)、電場(chǎng)或慣性場(chǎng)）中，使顆粒物與連續(xù)相的流體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沉降到器壁、器底或其他沉積表面，從而實(shí)現(xiàn)顆粒物與流體的分離。沉降分離包括重力沉降（重力）、離心沉降（離心力）、電沉降（電場(chǎng)力）、慣性沉降（慣性力

11、）和擴(kuò)散沉降（熱運(yùn)動(dòng)）。3顆粒流體阻力由形狀阻力和摩擦阻力組成。4. 重力沉降受重力、浮力和阻力；離心沉降受離心力和周圍流體浮力。5. 層流區(qū)：Rep2，ut=1/18·（p-）/·gdp2 (斯托克斯（Stokes）公式) 過(guò)渡區(qū)：2<Rep<103，艾倫（Allen）公式 湍流區(qū)：103<Rep<2×105，牛頓（Newton）公式6. 沉降速度的計(jì)算方法有：試差法、摩擦數(shù)群法、無(wú)量綱判據(jù)K。7. 與重力沉降比，離心沉降有如下特征：P224（了解，不考）8. 旋風(fēng)分離器針對(duì)氣體非均相混合物，旋流分離器針對(duì)液體非均相混合物。9離心沉降機(jī)主

12、要用于懸浮液的固、液分離。二、 過(guò)濾1. 按過(guò)濾機(jī)理可分為表面過(guò)濾和深層過(guò)濾；按促使流體流動(dòng)的推動(dòng)力可分為重力過(guò)濾、真空過(guò)濾、壓力差過(guò)濾和離心過(guò)濾。2. 表面過(guò)濾通常發(fā)生在過(guò)濾液體中顆粒濃度較高或過(guò)濾速度較慢，濾餅層容易形成的條件下；深層過(guò)濾現(xiàn)象通常發(fā)生在以固體顆粒為過(guò)濾介質(zhì)的操作中。3. 表面過(guò)濾的過(guò)濾阻力由過(guò)濾介質(zhì)和過(guò)濾層的阻力組成。4. 恒壓過(guò)濾：V2+2VVe=KA2t；q2+2qqe=Kt 化簡(jiǎn)為 V2=Kat；q2=Kt恒速過(guò)濾：V2+VVe=K/2·A2t；q2+qqe=K/2·t 化簡(jiǎn)為 V2=K/2·A2t；q2=K/2·t5. 深層過(guò)

13、濾速度與阻力和推動(dòng)力的關(guān)系：u=p/(rL)=p/（R）（r、R：阻力；p：推動(dòng)力）6. 懸浮顆粒的運(yùn)動(dòng)包括的主要行為有：遷移行為、附著行為和脫落行為。7. 遷移行為的作用力包括：1）擴(kuò)散作用力（布朗運(yùn)動(dòng)）；2）重力沉降；3）流體運(yùn)動(dòng)作用力（慣性力）附著行為的作用力包括：靜電斥力、靜電引力和范德華引力脫落行為的作用力包括：剪切作用和碰撞作用8. 水頭損失變化圖P257三、 吸收1. 吸收是依據(jù)混合氣體各組分在同一種液體溶劑中的物理溶解度（或化學(xué)反應(yīng)活性）的不同，而將氣體混合物分離的操作過(guò)程。按溶質(zhì)和吸收劑之間發(fā)生的作用吸收分為：物理吸收和化學(xué)吸收按混合氣體中被吸收組分的數(shù)目吸收分為：?jiǎn)谓M份吸收

14、和多組分吸收按在吸收過(guò)程中溫度是否會(huì)變化吸收分為：等溫吸收和非等溫吸收2. 亨利定律：pA*=ExA（pA：組分A在氣相中的平衡分壓，Pa；xA：溶質(zhì)A在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；E：亨利系數(shù)，Pa）3. 溶質(zhì)在氣、液兩相中如果不是處于平衡狀態(tài)，必然要從一相傳遞到另一相，使氣、液兩相逐漸達(dá)到平衡，溶質(zhì)傳遞的方向就是系統(tǒng)趨于平衡的方向。4. 吸收過(guò)程的傳遞基本步驟：1）溶質(zhì)由氣相主體傳遞至氣、液兩相界面的氣相一側(cè)，即氣相內(nèi)的傳遞；2）溶質(zhì)在兩相界面由氣相溶解于液相，即相際傳遞；3）溶質(zhì)由相界面的液相一側(cè)傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的傳遞。5. 雙模理論的基本論點(diǎn)：1）相互接觸的氣、液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相

15、界面，界面兩側(cè)分別有一層虛擬的氣膜和液膜。溶質(zhì)分子以穩(wěn)態(tài)的分子擴(kuò)散連續(xù)通過(guò)這兩層膜；2）在相界面處，氣、液兩相在瞬間即可達(dá)到平衡，界面上沒(méi)有傳質(zhì)阻力，溶質(zhì)在界面上兩相的組成存在平衡關(guān)系；3）在膜層以外，氣、液兩相流體都充分湍動(dòng)，不存在濃度梯度，組成均一，沒(méi)有傳質(zhì)阻力；溶質(zhì)在每一相中的傳質(zhì)阻力都集中在虛擬的膜層內(nèi)。因此，相際傳質(zhì)的阻力就全部集中在兩層膜中，故該模型又稱雙阻力模型。6. 氣相總傳質(zhì)速率方程：NA=KG(pA-pA*)液相總傳質(zhì)速率方程：NA=KL(cA*-cA)，1/KL=H/kG+1/kL7. 傳質(zhì)總阻力包括氣膜阻力和液膜阻力，即1/KL=H/kG+1/kL或1/KG=1/kG+

16、1/HkL8. 化學(xué)吸收除了溶質(zhì)組分在氣、液兩相之間的相平衡關(guān)系之外，還有溶質(zhì)在液相中的化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系。四、 吸附1. 吸附分離操作是通過(guò)多孔固體物料與某一混合組分體系接觸，有選擇地使體系中的一種或多種組分附著于固體表面，從而實(shí)現(xiàn)特定組分分離的操作過(guò)程。2. 按作用力性質(zhì)吸附分為：物理吸附和化學(xué)吸附按吸附劑再生方法分為：變溫吸附和變壓吸附按原料組成吸附可分為：大吸附量分離和雜志去除按分離機(jī)理吸附可分為：位阻效應(yīng)、動(dòng)力學(xué)效應(yīng)和平衡效應(yīng)3. 常用的吸附劑有：活性炭、活性炭纖維、炭分子篩、硅膠、活性氧化鋁和沸石分子篩4. 在一定條件下吸附劑與吸附質(zhì)接觸時(shí)，吸附質(zhì)會(huì)在吸附劑上發(fā)生凝聚，與此同時(shí)，凝聚

17、在吸附劑表面的吸附質(zhì)也會(huì)向氣相中逸出。當(dāng)兩者的變化速率相等，吸附質(zhì)在氣、固兩相中的濃度不再隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，稱這種狀態(tài)為吸附平衡狀態(tài)。q=f（p，T）（氣相）；q=f（c，T）(液相) 圖P3055. Freundlich方程：q=kp1/n6. Langmuir方程基本假定：1）吸附劑表面性質(zhì)均一，每一個(gè)具有剩余價(jià)力的表面分子或原子吸附一個(gè)氣體分子；2）氣體分子在固體表面為單層吸附：3）吸附是動(dòng)態(tài)的，被吸附分子受熱運(yùn)動(dòng)影響可以重新回到氣相；4）吸附過(guò)程類似于氣體的凝結(jié)過(guò)程，脫附類似于液體的蒸發(fā)過(guò)程，達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附速率等于脫附速率；5）氣體分子在固體表面的凝結(jié)速率正比于該組分的氣相分壓；

18、6）吸附在固體表面的氣體分子之間無(wú)作用力。=q/qm7. BET理論認(rèn)為吸附過(guò)程取決于范德華力。由于這種力的作用，可使吸附質(zhì)在吸附劑表面吸附一層后，再一層一層吸附下去，只不過(guò)逐漸減弱而已。8. 吸附過(guò)程基本步驟：1）吸附質(zhì)由流體相擴(kuò)散到吸附劑外表面，稱外擴(kuò)散；2）吸附質(zhì)由吸附劑的外表面向微孔中的內(nèi)表面擴(kuò)散，稱內(nèi)擴(kuò)散；3）吸附質(zhì)被吸附劑表面吸附。9. 大部分吸附質(zhì)的吸附發(fā)生在一個(gè)比較窄的區(qū)域內(nèi)，即吸附區(qū)。當(dāng)吸附區(qū)的下端達(dá)到床層底部時(shí)，出口流體的濃度急劇升高，這時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)稱為穿透點(diǎn)。五、 其他分離過(guò)程1. 通過(guò)固體離子交換劑中的離子與溶液中的離子經(jīng)行等當(dāng)量的交換來(lái)去除溶液中的某些離子的操作稱為離子

19、交換。2. 離子交換劑按活性基團(tuán)性質(zhì)分為：強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂、弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂、強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂。3. 交換容量：離子交換樹脂的交換容量是樹脂最重要的性能，它定量的表示樹脂交換能力的大小?？煞譃槿粨Q容量（由滴定法測(cè)定）和工作交換容量。影響工作交換容量因素：再生方式和程度、原水離子成分、樹脂層高度、操作流程和溫度4. 影響離子交換樹脂選擇性的因素：離子的水化半徑和離子的化合價(jià)等。5. 離子交換過(guò)程主要控制步驟：1）邊界水膜內(nèi)的遷移；2）交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)的擴(kuò)散；3）離子交換；4）交聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的擴(kuò)散；5）邊界水膜內(nèi)的遷移。6. 萃取是分離液體混合物的一種重要的單元操作。在預(yù)分

20、離的原料混合液中加入一種與其不相溶或部分互溶的液體溶劑，形成兩相體系，在充分混合的條件下，利用混合液中被分離組分在兩相中分配差異的性質(zhì)，是該組分從混合液轉(zhuǎn)移到液體溶劑中，從而實(shí)現(xiàn)分離。7. 三角形相圖中，3個(gè)頂點(diǎn)A、B、S各代表一種純組分，習(xí)慣上分別表示純?nèi)苜|(zhì)相、純稀釋劑相和純?nèi)軇┫唷Ｈ我庖粭l邊上的任一點(diǎn)均代表一個(gè)二元混合物。三角形內(nèi)任一點(diǎn)代表一個(gè)三元混合物。8. 萃取平衡，共軛液相分為：萃取相E和萃余相R。9. 分配系數(shù)：溶質(zhì)A在兩相中的平衡關(guān)系可以用相平衡常數(shù)k來(lái)表示。K=ymA/xmA10. 選擇性系數(shù)：萃取劑對(duì)原料混合液中兩個(gè)組分的溶解能力的大小，可以用選擇性系數(shù)來(lái)表示。=（ymA/xmA）/(ymB/xmB)=kA/kB11. 膜分離過(guò)程的分類：P361膜分離過(guò)程的特點(diǎn)是： 1) 膜分離過(guò)程不發(fā)生相變化，所以能耗較低，能量轉(zhuǎn)化效率高；2) 膜分離過(guò)程可在常溫下進(jìn)行，特別適于對(duì)熱敏感物質(zhì)的分離； 3) 通常不需要投加其他物質(zhì)，可節(jié)省化學(xué)藥劑，并有利于不改變分離物質(zhì)原有的屬性；4）在膜分離工程中，分離和濃縮同時(shí)進(jìn)行，有利于回收有價(jià)值的物質(zhì)；5）膜分離裝置簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)分離，適應(yīng)性強(qiáng)，操作容易且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。12. 膜分離特征參數(shù)：滲透性和選擇性。