环境工程复习总结.doc

环境工程原理一、知识点第一章1、环境、环境污染的定义环境：是一个相对的概念，它是与某个中心事物相关的周围事物的总称。环境污染：它主要是由于人为因素造成的环境质量恶化，从而扰乱和破坏了生态系统、生物生存和人类生活条件的一种现象。2、了解各种环境净化与控制技术；从技术原理上的分类（隔离、分离、转化）各种环境净化与控制技术：水质净化与水污染控制技术、空气净化与大气污染控制技术、土壤净化与污染控制技术、固体废物处理处置与资源化、物理性污染控制技术、生物污染控制、面源与移动源污染防治技术。隔离（扩散控制）、分离（不同介质间的迁移）、转化（化学生物反应）隔离：是将污染物或污染介质隔离，从而切断污染物向周围环境的扩散途径，防止污染进一步扩大。分离：利用污染物与污染介质或其他污染物在物理性质或化学性质上的差异使其与介质分离，从而达到污染物去除或回收利用的目的。转化：利用化学反应或生物反应，使污染物转化成无害物质易于分离的物质，从而使污染介质得到净化与处理。第二章1.环境工程“三传”原理：传质、传热、动量传递2.国际单位制中的7个基本单位和2个辅助单位；物理单位间的换算国际单位制的7个基本单位：长度（米m）、质量（千克kg）、时间（秒s）、电流（安培A） 、热力学温度（开尔文K）、物质的量（摩尔mol）、发光强度（坎德拉cd）。2个辅助单位：平面角（弧度rad） 立面角 （球面度sr）物理单位间的换算（见课本22页）3.量纲；MLtT量纲体系；常用物理量及其表示方法；特别是浓度各种表示方法之间的换算量纲：用来描述物体或系统物理状态的可测量性质。MLtT量纲体系在SI中将质量、长度、时间、温度的量纲作为基本量纲，分别以M、L、t、T表示。简称为MLtT量纲体系。常用物理量及其表示方法；特别是浓度各种表示方法之间的换算（见课本26页）4.衡算系统；稳态系统与非稳态系统；开放系统与封闭系统衡算系统：衡算的空间范围稳态系统：系统中流速，压力，密度等物理量只是位置的函数，而不随时间变化；非稳态系统：当系统中流速，压力，密度等物理量不仅随位置变化，而且随时间变化。封闭系统：只有能量可以穿越边界而物质不能穿越边界的系统；开放系统：物质和能量都能够穿越系统边界的系统。5.压力单位换算（见课本24页例2.1.1）第三章1.流体携带的能量；牛顿黏性定律；黏性系数；柏努力方程及应用流体携带的能量：内能（物质内部所具有能量的总和，来自分子与原子的运动以及彼此的相互作用）、动能（流体以一定速度流动时，便具有一定的动能，其大小等于从静止加速到速率为v时外界对其所做的功）、位能（流体质点受重力的作用）及静压能。牛顿黏性定律（见课本63页）黏性系数(见课本64页)柏努力方程及应用(见课本59页)2.边界层理论；边界层分离现象及条件边界层理论：（）当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面处存在非常薄的一层区域，在此区域内，流体的流速很小，但速度分量沿壁面法向的变化非常迅速，即速度梯度很大，依牛顿粘性定律可知，在较大的情况下，即使对于很小的流体，其粘性力仍然可以达到很高的数值，因此它所起的作用与惯性力同等重要。这一区域称为边界层或流动边界层，也称为速度边界层。在边界层内不能全部忽略粘性力。（）边界层外的整个流动区域称为外部流动区域，在该区域内，法向速度梯度很小，因此粘性力很小，在大情况下，粘性力比惯性力小得多，因此可将粘性力全部忽略，将流体的流动近似看成是理想流体流动。边界层分离现象：物体表面曲率较大时，往往会出现边界层与固体壁面相脱离的现象，此时，壁面附近的流体将发生倒流并产生漩涡，导致流体能量大量损失的现象。边界层分离的必要条件：存在黏性作用和逆压梯度。（但不是充分条件，边界层分离与否取决于流动的特征以及物体表面的曲率等）3.阻力损失产生的原因：摩擦阻力（产生原因：流体与物体的接触表面上存在剪切应力；影响因素：边界层内的流体状态及边界层的厚度）和形体阻力（产生原因：流体流过表面是曲面的物体时，物体表面的压强分布沿程发生变化）。4.沿程阻力：流体流经直管时的阻力（见课本页）局部阻力：流体流经管件（如弯头、三通、阀门等）时的阻力。（见课本页）5.分支管路/并联管路的特点、规律、计算分支管路的特点：（）对于不可压缩流体，总管的流量等于各支管流量之和；（）由于存在分流，所以主管内各段的流量不同，阻力损失需分段加以计算；（）流体在分支点处无论以后向何处分流，其总机械能为一定值。（见课本页）并联管路的特点：对于不可压缩流体，若忽略交叉点处的局部阻力损失，应有（）总流量等于各支管流量之和；（）各支管中的阻力损失相等；（）通过各支管的流量依据阻力损失相同的原则进行分配。（见课本页）第四章1.热量传递的方式及表述、白体黑体灰体镜体热量传递的三种方式：热传导（通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程）；对流传热（流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程）；辐射传热（通过电磁波传递能量的过程）；黑体：落在物体表面上的辐射能全部被物体吸收的物体；白体：落在物体表面上的辐射能全部以漫反射的形式被反射出去的物体（平面反射则为镜体）；透热体：落在物体表面的辐射能全部穿透过去的物体；灰体：如果物体能以相同的吸收率吸收所有波长范围的辐射能，则物体对投入辐射的吸收率与外界无关的物体（气体不能看成灰体）。2.热传导规律及传热影响因素；对流传热及影响对流传热的因素；辐射传热的规律及传热影响因素；会解释温室效应热传导规律及传热影响因素：对流传热：指流体中质点发生相对位移而发生的热量传递过程。影响对流传热的因素：（）物性特征：流体的物性将影响传热；（）几何特征：这类因素包括固体壁面的形状、尺寸、方位、粗糙度、是否处于管道进口段，以及是弯管还是直管等；（）流动特征：包括流动起因（自然对流、强制对流），该流动状态（层流、湍流），有无相变（液体沸腾、蒸汽冷凝）等。辐射传热的规律：如果辐射传热是在两个温度不等的物体间进行，则辐射传热的结果是热量由高温物体由高温物体向低温物体传递；当物体与周围环境温度相等时，辐射传热量等于零，但辐射与吸收过程仍在不停地进行，系统处于动态热平衡状态。传热影响因素：温室效应：二氧化碳及其他温室气体对于来自太阳的短波相对透明，但是他们往往吸收那些由地球辐射出去的长波，所以在大气中积累的温室气体，就像一床包裹在地球外表面的毯子，搅乱了地球的辐射平衡，到之地球温度升高。3.传热边界层理论；逆流与并流的传热效果比较；保温层的临界直径传热边界层理论：逆流与并流的传热效果比较：见课本页例.保温层的临界直径：见课本页4.管式换热器的类型、强化换热器的途径管式换热器的类型：蛇管式换热器、套管式换热器、列管式换热器强化换热器传热过程的途径：增加传热面积：减小管径、异形表面、加装翅片；增大平均温差：改变两侧流体的相互流向、提高蒸汽的压强可提高温度、增加列管式换热器的壳程数。提高传热系数：提高流体的速度、增强流体的扰动、在流体中加固体颗粒、在气流中喷入液滴、采用短管换热器、防止结垢和及时清除污垢。第五章1.吸收/解析、吹脱/汽提、吸附/再生、离子交换、膜分离定义吸收：指根据气体混合物中各组分在同一溶剂中的溶解度不同，使气体与溶剂充分接触，其中易溶的组分溶于溶剂进入液相，而与非溶解的气体组分分离。解析：被吸收的气体组分从吸收剂中脱出的过程。吹脱：利用空气作为解析剂。汽提：利用蒸汽作为解析剂吸附：当某种固体与气体或液体混合物接触时，气体或液体中的某个或某些组分能以扩散的方式从气相或液相进入固相。离子交换：依靠阴阳离子交换树脂中的可交换离子与水中带同种电荷的阴阳离子进行交换，从而使离子从水中除去。膜分离：是以天然或人工合成的高分子薄膜为分离介质，当膜的两侧存在某种推动力时，混合物中的某个组分或某些可透过膜，从而与混合物中的其他组分分离。2.传质机理传质机理包括分子扩散（由分子的微观运动引起的物质扩散；静止流体及固体中）和涡流扩散（流体质点强烈掺混所导致的物质扩散称为涡流扩散；远大于分子扩散，随湍动程度的增加而增大）。3.传质边界层理论具有浓度梯度的流体层称为传质边界层；质量传递的全部阻力都集中在边界层内。第六章1.沉降分离的一般原理及类型原理：是将含有颗粒物的流体置于某种力场中，使颗粒物与连续相的流体之间发生相对运动，沉降到器壁、器底或其他沉积表面，从而实现颗粒物与流体的分离类型：包括重力沉降，离心沉降，电沉降，惯性沉降和扩散沉降。2.重力沉降与离心沉降的比较；旋风分离器的工作原理；离心分离因数比较：与重力沉降相比，离心沉降有如下特征：（1） 沉降方向不是向下，而是向外,即背离旋转中心。（2） 由于离心力随旋转半径而变化，致使离心沉降速率也随颗粒所处的位置而改变，所以颗粒的离心沉降速率不是恒定的，而重力沉降速率则是不变的。（3） 离心沉降速率在数值上远大于重力沉降速率，对于细小颗粒以及密度与流体相近的颗粒的分离，利用离心沉降要比重力沉降有效得多。3.离心分离效率的指标：临界直径和分离效率；粒级效率与总效率间的关系、分割粒径离心分离设备的重要性能指标：离心分离因数。（离心加速度与重力加速度的比值Kc）临界直径：临界直径是指在旋风分离器中能够从气体中全部分离出来的最小颗粒的直径分离总效率：总效率是指进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来粉尘的比例；粒级效率：粒级效率表示进入旋风分离器的粒径为被分离下来的比例。（有公式）粒级效率与总效率间的关系：0=m ii 0总效率 i粒级效率 m i粒径为di的颗粒占总颗粒的质量分数分割粒径：粒径效率为50%时的颗粒的直径第七章1. 表面过滤/深层过滤的定义并且会分类；表面过滤:采用的过滤介质（如织物，多孔固体等）的孔一般要比待过虑流体中的固体颗粒的粒径小，过滤时这些固体颗粒被过滤介质截留，并在其表面逐渐积累成滤饼，此时沉积的滤饼亦起过滤作用。因此又称为滤饼过滤。（特点：过滤介质层用织物、多孔固体等；过滤介质的孔一般比待测流体中的固体颗粒的粒径小；能形成同样起过滤作用的滤饼；能形成架桥现象；过滤流体中颗粒物的浓度较高、过滤速度慢。实例：真空过滤机、板框式压滤机、慢滤池、袋滤池等）深层过滤：通常发生在以固体颗粒为过滤介质的过滤操作中，由固体颗粒堆积而成的过滤介质层通常都较厚，过滤通道长而曲折，过虑介质层的空隙大于带过滤流体中的颗粒物的粒径。（特点：过滤介质是固体颗粒，且较厚；过滤通道长而曲折；过滤介质层的空隙大于待过滤流体中的颗粒物的粒径；待过滤流体中颗粒物含量少。实例：水的净化、烟气除尘、快滤池）。区别自己;体会。按推动力分为重力过滤、真空过滤、压力差过滤和离心过滤2.深层过滤中颗粒的运动；深层过滤机理深层过滤中悬浮颗粒物的运动行为：（1）迁移行为：流体中的悬浮颗粒运动到滤料层空隙表面的行为。作用力扩散作用（布朗运动）重力沉降流体运动作用力（惯性力）（2）附着行为：接触凝聚，电化学作用，吸附，分子引力。（3）脱落行为：流体对附着颗粒的剪切作用，运动对附着颗粒的碰撞作用。深层过滤机理：流体中的悬浮颗粒物随流体在流经介质床层的过程中，附着在介质上而被去除。因此深层过滤实际上是流体通过颗粒过滤介质床层的流动过程，流体通过颗粒床层的流动规律是描述深层过滤过程的基础。3.恒压过滤/恒速过滤恒压过虑：最常用的过滤方式，过滤过程中过滤压差自始至终保持恒定。恒速过虑：指在过滤过程中过滤速率保持不变，即滤液量与过滤时间成正比。第八章1.吸收的定义、类型定义：是依据混合气体各组份在同一种液体溶剂中的物理溶解度（或化学反应活性）的不同，而将气体混合物分离的操作过程。类型：（1）按溶质和吸收剂之间发生的作用：物理吸收和化学吸收（2）按混合气体中被吸收组分的数目：单组份吸收和多组分吸收（3）按在吸收过程中温度是否改变：等温吸收和非等温吸收2.吸收的基本步骤（1）溶质由气相主体传递至气液两相界面的气相一侧，即气相内的传递（2）溶质在两相界面由气相溶解于液相，即相际传递（3）溶质由相界面的液相一侧传递至液相主体，即液相内的传递3.物理吸收的热力学基础（气-液平衡、亨利定律）及应用气-液平衡：在一定条件（温度压力等）下，气象溶质与液相吸收剂接触，溶质不断地溶解在吸收剂中，同时溶解在吸收剂中的溶质也在向气相挥发。随着气相中溶质分压的不断减小，吸收剂中溶质浓度的不断增加，气相溶质向吸收剂的溶解速率与溶质从吸收剂向气相的挥发速率趋于相等，及气相中溶质的分压和液相中溶质的浓度都不再变化，保持恒定。亨利定律：在稀溶液条件下，温度一定，总压不大时，气体溶质的平衡分压和溶解度成正比，其相平衡曲线是一条通过原点的直线，这一关系称为亨利定律应用：（1）判断传质过程的方向（2）计算相际传质过程的推动力（3）确定传质过程的极限4.双膜理论吸收传质过程的双膜理论要点：相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧在分别有一层虚拟的停滞气膜和停滞液膜。溶质分子以稳态的分子扩散连续通过这两层膜。相界面处，气、液两相在瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力，溶质在界面上两相的 存在平衡关系。在膜层以外，气、液两相流体都充分湍动，不存在浓度梯度，组成均一，没有传质阻力；溶质在每一相中的传质阻力都集中在虚拟的膜层内。第九章1.吸附分离机理吸附分离的机理是位阻效应（由沸石的分子筛分性质产生的，当流体通过吸附剂时，只有足够小且形状适当的分子才能扩散进入吸附剂微孔，而其他分子则被阻挡在外）、动力学效应（借助不同分子的扩散速率之差来实现）和平衡效应（流体的平衡吸附）。2.吸附剂主要特征常用吸附剂的主要特性吸附容量大（吸附剂表面积）；选择性强；稳定性好（热稳定性、化学稳定性）；适当的物理性质（流动性、适当的堆积密度，阻力小，机械强度）；价廉易得。3.吸附的过程及控制过程：（1）吸附质由流体相扩散到吸附剂外表面，称为外扩散（2）吸附质由吸附剂外表面向微孔中的内表面扩散，称为内扩散（3）吸附质被吸附剂表面吸附4.固定床吸附器吸附传质过程、穿透曲线过程：见P326图穿透曲线：以流出流体量或流出时间为横坐标，出口流体浓度为纵坐标得到的浓度变化曲线称为穿透曲线第十章1.离子交换树脂的（按活性基团）分类、结构、交换反应；离子交换过程；离子交换速度影响因素；分类：（1）按树脂的物理结构：分为凝胶型，大孔型和等孔型（2）按合成树脂所用的单体:分为苯乙烯系，酚醛系和丙烯酸系等（3）按其活性基团性质：强酸性，弱酸性（阳离子交换树脂），强碱性，弱碱性（阴离子交换树脂）离子交换树脂的结构：是具有特殊网状结构的高分子化合物，由空间网状结构骨架（即母体）和附着在骨架上的许多活性基团构成。活性基团遇水电离，分成两部分：固定部分，仍与骨架牢固结合，不能自由移动；活动部分，能在一定的空间内自由移动，并与周围溶液中的其他同性离子进行交换反应。离子交换的动力学过程：边界水膜内的迁移；交联网孔内的扩散；离子交换（速度很快）；交联网内的扩散；边界水膜内的迁移。（总体速度由步或步控制）离子交换速度的影响因素：离子性质（化合价和离子大小）；树脂的交联度（交联度大，受孔道扩散控制）；树脂的粒径（粒径小，速度大）；水中离子浓度（浓度大，受孔道扩散控制）；溶液温度(温度高，速度大)；流速或搅拌速度（提高流速，加强水流紊流，增加液膜扩散速度）2.膜分离特点；渗透和纳滤；浓差极化现象膜分离特点：（1）膜分离过程不发生相变，与其他方法相比能耗较低，能量的转化效率高(2)膜分离过程可在常温下进行，特别适