《環(huán)境工程原理》課程教學大綱

PAGEPAGE3《環(huán)境工程原理》課程教學大綱PrinciplesofEnvironmentalEngineering（環(huán)境工程專業(yè)）一、課程基本信息學時：80（理論70+實驗10）學分：5考核方式：考試。課堂考勤和實驗占30%，考試占70%。中文簡介：《環(huán)境工程原理》是環(huán)境工程、環(huán)境科學、給水排水工程等相關專業(yè)的主干專業(yè)基礎課，主要講述水處理工程、大氣污染控制工程、固體廢棄物處理處置工程等環(huán)境污染防治以及生態(tài)修復工程中涉及的具有共性的基本現(xiàn)象和基本過程的基本原理。主要內(nèi)容包括環(huán)境工程原理基礎、分離過程原理和反應工程原理三部分。環(huán)境工程原理基礎部分主要講述物料與能量守恒原理、傳遞過程等。分離過程原理部分主要講述沉淀、過濾、吸收、吸附的基本原理。反應工程原理部分講述化學和生物反應計量學、動力學、各類反應器的過程解析等。二、教學目的與要求《環(huán)境工程原理》是環(huán)境工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，該課程的主要任務是系統(tǒng)、深入地闡述環(huán)境污染控制工程，即水質(zhì)凈化與水污染控制工程、大氣（包括室內(nèi)空氣）污染控制工程、固體廢物處理與處置及資源化工程、物理污染控制工程，以及其他污染控制工程中涉及的具有共性的工程學基礎基本過程和現(xiàn)象，以及污染控制裝置的基本原理，為后期相關的專業(yè)課學習打下良好基礎。通過教學使學生掌握以下內(nèi)容：1.環(huán)境工程學的基本概念和基本理論：主要包括物料與能量衡算、流體流動、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞過程的基本概念和基本理論。2.分離過程的原理：主要包括沉淀、過濾、吸收、吸附、離子交換、膜分離等基本分離過程的原理。3.反應工程原理：主要包括化學與生物反應計量學及動力學，各類化學與生物反應器的解析與基本設計理論等。先修課程：高等數(shù)學、物理、無機及分析化學、有機化學、物理化學等。三、教學方法與手段主要以教師講授為主，采用多媒體輔助教學（PPT課件），適當開展討論，安排3次實驗。四、教學內(nèi)容及要求教學內(nèi)容教學目標學時分配第一章緒論理解1第一節(jié)環(huán)境問題與環(huán)境學科的發(fā)展第二節(jié)環(huán)境污染與環(huán)境工程學第三節(jié)污染控制技術體系、污染控制技術原理的基本類型第四節(jié)環(huán)境工程原理課程的主要內(nèi)容重點與難點：環(huán)境工程學的學科體系。環(huán)境凈化與污染控制的基本方法與原理。環(huán)境環(huán)境工程學的學科體系及學習方法。衡量學習是否達到目標的標準：清楚環(huán)境工程學的學科體系第二章質(zhì)量與能量衡算掌握3第一節(jié)常用物理量第二節(jié)質(zhì)量衡算第三節(jié)能量衡算重點與難點：1.常見物理量的單位及其相互換算。2.質(zhì)量衡算方法和能量衡算方法。3.量綱的概念。衡量學習是否達到目標的標準：1.熟練掌握常用物理量單位及其相互換算。2.熟練掌握質(zhì)量衡算方法和能量衡算方法。3.掌握量綱的概念。第三章流體流動掌握10第一節(jié)管流系統(tǒng)的衡算方程第二節(jié)流體流動的內(nèi)摩擦力第三節(jié)邊界層理論第四節(jié)流體流動的阻力損失第五節(jié)管路計算第六節(jié)流體測量重點與難點：1.液體流動狀態(tài)及雷諾數(shù)、理想流體、實際流體、動力黏性系數(shù)的概念，掌握牛頓黏性定律。2.流體流動的阻力損失計算。3.掌握管路計算和流體流速與流量的測量。衡量學習是否達到目標的標準：可通過雷諾數(shù)判定液體流動狀態(tài)。掌握理想流體、實際流體、動力黏性系數(shù)的概念。掌握牛頓黏性定律。掌握流體流動的阻力損失計算。掌握管路計算。掌握流體流速與流量的測量測定方法。第四章熱量傳遞掌握9第一節(jié)熱量傳遞的方式第二節(jié)熱傳導第三節(jié)對流傳熱第四節(jié)輻射傳熱第五節(jié)換熱器重點與難點：傅立葉定律及平壁和圓筒壁的熱傳導計算。牛頓冷卻定律及影響對流傳熱系數(shù)的因素，對流傳熱系數(shù)的物理意義及經(jīng)驗關聯(lián)式的用法。輻射傳熱兩固體輻射傳熱的計算。傳熱過程的計算，其中包含傳熱速度方程式，傳熱負荷，平均溫度差，總傳熱系數(shù)計算及了解強化傳熱過程，途徑。常用熱交換器的類型，結構，并能進行列管式換熱器的選型計算。衡量學習是否達到目標的標準：掌握熱傳導的基本原理，掌握傅立葉定律及平壁和圓筒壁的熱傳導計算。掌握牛頓冷卻定律及影響對流傳熱系數(shù)的因素，掌握對流傳熱系數(shù)的物理意義及經(jīng)驗關聯(lián)式的用法。掌握輻射傳熱的基本概念及兩固體輻射傳熱的計算。掌握傳熱過程的計算，傳熱速度方程式，傳熱負荷，平均溫度差，總傳熱系數(shù)計算及了解強化傳熱過程，途徑。第五章質(zhì)量傳遞理解6第一節(jié)環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程第二節(jié)質(zhì)量傳遞的基本原理第三節(jié)分子傳質(zhì)第四節(jié)對流傳質(zhì)重點與難點：1.傳質(zhì)的基本概念。2.分子傳質(zhì)速率方程、對流傳質(zhì)的傳質(zhì)速率方程和傳質(zhì)系數(shù)。衡量學習是否達到目標的標準：1.掌握傳質(zhì)的基本概念。2.掌握分子傳質(zhì)速率方程、對流傳質(zhì)的傳質(zhì)速率方程和傳質(zhì)系數(shù)。掌握第六章沉降3第一節(jié)沉降分離的基本概念第二節(jié)重力沉降第四節(jié)其他沉降重點與難點：重力沉降和離心沉降的基本原理。電除塵器和慣性除塵器的工作原理衡量學習是否達到目標的標準：掌握沉降速度基本計算方法及沉降鑒定，旋風分離器的主要性能。了解電除塵器和慣性除塵器的工作原理掌握第七章過濾6第一節(jié)過濾操作的基本概念第二節(jié)表面過濾的基本理論第三節(jié)深層過濾的基本理論重點與難點：過濾操作的基本概念，過濾和過濾速率、恒壓過濾，恒速過濾。恒壓過濾常數(shù)的計算方法和測定方法。衡量學習是否達到目標的標準：掌握過濾、過濾速率、恒壓過濾和恒速過濾等基本概念。掌握恒壓過濾常數(shù)的計算方法和測定方法。第八章吸收掌握10第一節(jié)吸收的基本概念第二節(jié)物理吸收第三節(jié)化學吸收重點與難點：氣-液平衡、亨利定律。雙膜理論的要點、傳質(zhì)速率方程、吸收塔的物料衡算方程和操作線方程。吸收劑用量的計算、填料層高度的計算。衡量學習是否達到目標的標準：掌握雙膜理論的要點、傳質(zhì)速率方程、吸收塔的物料衡算方程和操作線方程。熟練掌握吸收劑用量的計算、填料層高度的計算。第九章吸附掌握5第一節(jié)吸附分離操作的基本概念第二節(jié)吸附劑第三節(jié)吸附平衡第四節(jié)吸附動力學第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線重點與難點：吸附分離操作的有關概念。掌握等溫吸附方程及吸附動力學方程。掌握吸附操作與吸附穿透曲線的有關概念及計算。衡量學習是否達到目標的標準：掌握吸附分離操作的有關概念。掌握等溫吸附方程及吸附動力學方程。掌握吸附操作與吸附穿透曲線的有關概念及計算。第十章其他分離過程理解4第一節(jié)離子交換第二節(jié)萃取第三節(jié)膜分離重點與難點：離子交換的基本原理；離子交換速度的控制及其影響因素。萃取劑的選擇及萃取過程的流程與計算。膜分離的原理。衡量學習是否達到目標的標準：掌握離子交換的基本原理、交換速度的控制及其影響因素。掌握萃取劑的選擇及萃取過程的流程與計算。第十一章反應動力學基礎掌握6第一節(jié)反應器和反應操作第二節(jié)反應的計量關系第三節(jié)反應動力學重點與難點：反應器的類型及操作方式。反應式、計量方程、反應進度和轉化率。反應速率的定義及表示方法、反應速率方程的表達式、均相反應動力學及有關計算。衡量學習是否達到目標的標準：了解反應器的類型及操作方式。掌握反應式與計量方程、反應進度和轉化率的概念及有關計算。掌握反應速率的定義及表示方法、反應速率方程的表達式、均相反應動力學及有關計算。第十二章反應動力學的解析方法掌握3第一節(jié)動力學實驗及實驗數(shù)據(jù)的解析方法第二節(jié)間歇反應器的解析第三節(jié)連續(xù)反應器的解析重點與難點：動力學實驗數(shù)據(jù)的一般解析方法及反應器的物料衡算。歇反應器的動力學實驗方法及實驗數(shù)據(jù)的解析方法。間歇反應器的動力學實驗方法及實驗數(shù)據(jù)的解析方法。衡量學習是否達到目標的標準：掌握動力學實驗數(shù)據(jù)的一般解析方法及反應器的物料衡算。掌握間歇反應器的動力學實驗方法及實驗數(shù)據(jù)的解析方法。掌握間歇反應器的動力學實驗方法及實驗數(shù)據(jù)的解析方法。第十三章均相化學反應器掌握4第一節(jié)間歇與半間歇反應器第二節(jié)完全混合流反應器第三節(jié)平推流反應器重點與難點：1.間歇反應器和半間歇反應器的設計。2.單級反應器和多級串聯(lián)反應器設計。3.平推流反應器和推流循環(huán)反應器的設計。衡量學習是否達到目標的標準：掌握間歇反應器和半間歇反應器的設計。掌握單級反應器和多級串聯(lián)反應器設計。掌握平推流反應器和推流循環(huán)反應器的設計。 五、實驗項目、內(nèi)容提要與要求實驗一流體流動阻力的測定實驗類型：綜合性實驗實驗學時：3每組人數(shù)：8-10實驗目的與教學要求：1.熟練掌握流體流動阻力的概念，了解單相流動阻力測定實驗裝置的功能與特點。2.掌握實驗裝置主要部件及其操作方法，能夠測量出光滑管、粗糙管的阻力系數(shù)與雷諾準數(shù)的關系，同時也可以測量閥門局部阻力。3.掌握實驗數(shù)據(jù)的計算和處理方法，繪制摩擦阻力系數(shù)與雷諾數(shù)之間的關系圖。教學方法：教師分配任務，講解重點要點，明確要求。學生以小組為單位制定方案，經(jīng)教師批準后實施，教師現(xiàn)場指導。實驗內(nèi)容提要：利用單相流動阻力測定實驗裝置，通過調(diào)節(jié)不同閥門，分別測量光滑管、粗糙管不同流量下（從小流量到最大流量，一般測取15～20組數(shù)據(jù)）直管壓差ΔP，同時記錄管內(nèi)徑、管長、液體溫度、密度、粘度等參數(shù)。通過一系列數(shù)據(jù)處理，計算得出阻力系數(shù)與雷諾準數(shù)的關系。利用本裝置還可以測量閥門局部阻力。實驗二恒壓過濾常數(shù)的測定-板框過濾機實驗類型：綜合性實驗實驗學時：4每組人數(shù)：8-10實驗目的與教學要求1.掌握板框過濾機測定恒壓過濾常數(shù)的原理。2.熟悉恒壓過濾常數(shù)測定實驗裝置（板框過濾機）主要部件及其操作方法。3.通過實驗裝置測定過濾常數(shù):K，qe，θe及s，k。教學方法：教師分配任務，講解重點要點，明確要求。學生以小組為單位制定方案，經(jīng)教師批準后實施，教師現(xiàn)場指導。實驗內(nèi)容提要：利用板框過濾機測定恒壓過濾常數(shù)。安裝好板框過濾機，用壓緊裝置壓緊后待用。板框過濾機板、框排列順序為：固定頭-非洗滌板-框-洗滌板-框-非洗滌板-可動頭。濾漿槽內(nèi)配有一定濃度的輕質(zhì)碳酸鈣懸浮液（濃度在2-4%左右），用電動攪拌器進行均勻攪拌(漿液不出現(xiàn)旋渦為好)。啟動旋渦泵，調(diào)節(jié)閥門3使壓力表5指示在規(guī)定值。待壓力表穩(wěn)定后，打開過濾入口閥6開始過濾。濾液在計量桶內(nèi)計量，當計量桶內(nèi)見到第一滴液體時按表計時，記錄濾液每增加高度10mm時所用的時間。當計量桶讀數(shù)為150mm時停止計時，并立即關閉入口閥。打開閥門3使壓力表5指示值下降。開啟壓緊裝置卸下過濾框內(nèi)的濾餅并放回濾漿槽內(nèi)，將濾布清洗干凈。放出計量桶內(nèi)的濾液并倒回槽內(nèi)，以保證濾漿濃度恒定。改變壓力，重復實驗記錄好數(shù)據(jù)。通過一系列數(shù)據(jù)處理，計算得出過濾常數(shù):K，qe，θe及s，k。實驗三套管換熱器氣-汽熱交換傳熱系數(shù)及膜系數(shù)的測定實驗類型：綜合性實驗實驗學時：3每組人數(shù)：8-10實驗目的與教學要求1.掌握氣-汽對流傳熱綜合實驗裝置測定傳熱系數(shù)及膜系數(shù)的原理。2.熟悉氣-汽對流傳熱綜合實驗裝置主要部件及其操作方法。3.通過實驗裝置測定對流傳熱系數(shù)，加深對其概念和影響因素的理解。4.應用線性回歸分析方法，確定關聯(lián)式中常數(shù)A、m的值；5.通過對管程內(nèi)部插有螺旋線圈的空氣-水蒸氣強化套管換熱器的實驗研究，測定其強化比，了解強化傳熱的基本理論和基本方式。教學方法：教師分配任務，講解重點要點，明確要求。學生以小組為單位制定方案，經(jīng)教師批準后實施，教師現(xiàn)場指導。實驗內(nèi)容提要：利用氣-汽對流傳熱綜合實驗裝置測定對流傳熱系數(shù)。在該傳熱實驗中，空氣走內(nèi)管，蒸氣走外管，實驗前確保蒸汽和空氣管線的暢通。接通電源總閘，設定加熱電壓，啟動電加熱器開關，開始加熱。關閉通向強化套管的閥門5，打開通向簡單套管的閥門6，當簡單套管換熱器的放空口9有水蒸氣冒出時，可啟動風機，此時要關閉閥門12，打開閥門11。在整個實驗過程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣冒出。啟動風機后用放空閥14來調(diào)節(jié)流量，調(diào)好某一流量后穩(wěn)定3-8分鐘后，分別測量空氣的流量，空氣進、出口的溫度及壁面溫度。然后，改變流量測量下組數(shù)據(jù)。一般從小流量到最大流量之間，要測量5～6組數(shù)據(jù)。做完簡單套管換熱器的數(shù)據(jù)后，用同樣方法進行強化管換熱器實驗。通過一系列數(shù)據(jù)處理，可計算得出關聯(lián)式中的常數(shù)項，還可以得出強化套管換熱器的強化比。六、推薦教材和教學參考資源推薦教材：胡洪