《环境工程原理》课程教学大纲.doc

环境工程原理课程教学大纲 （Principles of Environmental Engineering）一、课程基本信息课程代码：2306614学 分： 4总 课 时：64课程性质：专业必修课适用专业：环境工程先修课程：无机及分析化学、有机化学、物理化学二、课程简介环境工程原理是环境工程、环境科学、给水排水工程等相关专业的主干专业基础课，主要讲述水处理工程、大气污染控制工程、固体废弃物处理处置工程等环境污染防治以及生态修复工程中涉及的具有共性的基本现象和基本过程的基本原理。主要内容包括环境工程原理基础、分离过程原理和反应工程原理三部分。环境工程原理基础部分主要讲述物料与能量守恒原理、传递过程等。分离过程原理部分主要讲述沉淀、过滤、吸收、吸附的基本原理。反应工程原理部分讲述化学和生物反应计量学、动力学、各类反应器的过程解析等。三、课程性质与教学目的环境工程原理是环境工程专业的重要专业基础课，该课程的主要任务是系统、深入地阐述环境污染控制工程，即水质净化与水污染控制工程、大气（包括室内空气）污染控制工程、固体废物处理与处置及资源化工程、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学基础基本过程和现象，以及污染控制装置的基本原理，为后期相关的专业课学习打下良好基础。通过教学使学生掌握以下内容：1. 环境工程学的基本概念和基本理论：主要包括物料与能量衡算、流体流动、热量传递和质量传递过程的基本概念和基本理论。2. 分离过程的原理：主要包括沉淀、过滤、吸收、吸附、离子交换、膜分离等基本分离过程的原理。3. 反应工程原理：主要包括化学与生物反应计量学及动力学，各类化学与生物反应器的解析与基本设计理论等。四、教学内容及要求 第一章 绪论要 求：1.要求了解环境问题与环境学科的发展。2.了解环境工程学的学科体系；了解环境净化与污染控制的基本方法与原理。3.了解环境工程原理课程的主要内容及学习方法。重点内容：环境污染与环境工程学。环境工程原理课程的主要内容。 第二章 质量与能量衡算要 求：1. 熟练掌握各种浓度的表示方法及其相互换算。2. 熟练掌握质量衡算方法和能量衡算方法。3. 掌握常用物理量及其单位换算， 掌握量纲的概念。 重点内容：计量单位、物理量的单位换算、量纲和无量纲准数、常用物理量及其表示方法。质量衡算的基本概念，总质量衡算。能量衡算方程，热量衡算方程，封闭系统的热量衡算，开放系统的热量衡算。难点内容：流速、流量、通量的概念及其相互关系。稳态非反应系统的衡算、稳态反应系统的衡算、非稳态系统的衡算。开放体系的热量衡算。第三章 流体流动要 求：1. 掌握管流系统的质量衡算和能量衡算。2. 掌握液体流动状态及雷诺数、理想流体、实际流体、动力黏性系数的概念，掌握牛顿黏性定律。3. 掌握流体流动的阻力损失计算。 4. 掌握管路计算和流体流速与流量的测量。 重点内容：管流系统的质量衡算方程、管流系统的能量衡算方程。流体的流动状态、流体流动的内摩擦力。边界层理论的概念，边界层的形成过程，边界层分离。阻力损失的影响因素，圆直管内流动的沿程阻力损失，管道内的局部阻力损失。简单管路的计算，复杂管路的计算难点内容：边界层理论和边界层的形成过程。阻力损失的影响因素及阻力损失的计算。第四章 热量传递要 求：1.了解热传导的基本原理，掌握傅立叶定律及平壁和圆筒壁的热传导计算。2.理解对流传热的基本原理，牛顿冷却定律及影响对流传热系数的因素，掌握对流传热系数的物理意义及经验关联式的用法，使用条件及注意事项。3.理解辐射传热的基本概念及两固体辐射传热的计算。4.掌握传热过程的计算，传热速度方程式，传热负荷，平均温度差，总传热系数计算及了解强化传热过程，途径。5.了解工业生产中常用换热器的类型，结构，并能进行列管式换热器的选型计算。重点内容：热量传递的方式。傅立叶定律、导热系数、通过平壁的稳定热传导、通过圆管壁的稳定热传导。对流传热的影响因素、对流传热的机理、对流传热速率、对流传热的经验公式、保温层的临界直径、间壁传热过程计算。辐射传热的基本概念、物体的辐射能力、物体间的辐射传热、气体的辐射传热、对流和辐射联合传热。换热器的分类与结构形式、管式换热器、板式换热器、强化换热器传热过程的途径。难点内容：傅立叶定律、导热系数和热传导的计算。对流传热的机理及其影响因素，掌握对流传热速率及传热系数的计算，掌握间壁传热过程的计算。换热器结构特点和传热性能。第五章 质量传递要 求：1. 掌握传质的基本概念。了解环境工程中常见的传质过程。 2. 掌握分子传质和对流传质的传质速率方程和传质系数。重点内容：环境工程中常见的传质过程。传质机理、分子扩散、涡流扩散。单向扩散、等分子反向扩散、界面上有化学反应的稳态传质。对流传质机理及传质边界、对流传质速率方程、典型情况下的对流传质系数。难点内容：费克定律、分子扩散系数、涡流扩散与涡流扩散系数的概念。分子传质的扩散通量与浓度分布的计算。对流传质的机理、传质速率方程和传质系数。第六章 沉降要 求：1.了解重力沉降和离心沉降的基本原理，掌握沉降速度基本计算方法及沉降鉴定，旋风分离器的主要性能。 2.了解电除尘器和惯性除尘器的工作原理。重点内容：沉降分离的一般原理和类型，流体阻力与阻力系数。重力场中颗粒的沉降过程、沉降速度的计算、沉降分离设备。离心力场中颗粒的沉降分析、旋流器的工作原理、离心沉降机工作原理。电沉降、惯性沉降。难点内容：流体阻力与阻力系数及其与颗粒几何特性参数的关系。重力沉降速度的计算方法和重力沉降分离设备的结构与工作原理。旋流分离器的工作原理及有关计算、离心沉降机工作原理及有关计算。第七章 过滤要 求：1.掌握过滤操作的基本概念，过滤和过滤速率、恒压过滤，恒速过滤。 2.掌握恒压过滤常数的计算方法和测定方法。重点内容：过滤过程、过滤介质、过滤分类。表面过滤的基本方程、过滤过程的基本计算、过滤常数的测定、滤饼洗涤、过滤机生产能力的计算。流体通过颗粒床层的流动、深层过滤过程中悬浮颗粒的运动。难点内容：过滤常数测定，过滤机生产能力的计算。流体通过颗粒床层的流动、深层过滤过程中悬浮颗粒的运动特性。 第八章 吸收要 求：1.了解吸收的概念和吸收的类型、掌握气-液平衡和亨利定律及其应用。 2. 掌握双膜理论的要点及传质速率方程。 3. 熟练掌握吸收塔的物料衡算方程和操作线方程。4. 熟练掌握吸收剂用量的计算、填料层高度的计算。 重点内容：吸收的定义与应用、吸收的类型。物理吸收的热力学基础、物理吸收的动力学基础。化学吸收的特点、化学吸收的平衡关系、化学吸收的传质速率。吸收设备工艺简述、填料的类型及特性、填料塔吸收过程的物料衡与操作线方程、吸收剂的用量计算、填料层高度的计算、吸收过程的计算类型。难点内容：气-液平衡与亨利定律的关系，相平衡关系与吸收过程的判别、吸收过程的双膜理论、传质速率方程与传质系数。掌握化学吸收过程的平衡关系及化学吸收的传质速率。吸收塔物料衡算与操作线方程，掌握填料层高度的计算方法。第九章 吸附要 求：1. 掌握吸附分离操作的有关概念。2. 掌握等温吸附方程及吸附动力学方程。 3. 掌握吸附操作与吸附穿透曲线的有关概念及计算。 重点内容：吸附分离操作的分类、吸附分离操作的应用。常用吸附剂的特性、几种常用的吸附剂。单组分吸附气体，双组分气体吸附，液相吸附。吸附剂颗粒外表面界膜传质速率、吸附剂颗粒内表面扩散速率、内表面扩散阻力控制时的吸附过程、外表面界膜控制时的吸附过程。接触过滤吸附、固定床吸附。难点内容：吸附平衡理论、等温吸附方程（Freundlich方程、Langmuir方程、BET方程）、温度对吸附平衡的影响。吸附剂颗粒外表面界膜传质速率方程和吸附剂颗粒内表面扩散速率方程。单级吸附、多级吸附、逆流多级吸附的概念和固定床吸附中的穿透点和穿透曲线、穿透时间的概念及有关计算。第十章 其他分离过程要 求：1. 掌握离子交换的基本原理；掌握离子交换速度的控制及其影响因素。2. 掌握萃取剂的选择及萃取过程的流程与计算。3. 了解膜分离的原理、特点及发展状况。重点内容：离子交换剂概述、离子交换的基本原理、离子交换的速度。萃取分离的特点、萃取过程的热力学基础、萃取剂的选择、萃取过程的流程和计算。膜分离概述、膜分离过程的传递过程、反渗透和纳滤、微滤与超滤、电渗析、其它膜分离。难点内容：离子交换速度的控制及其影响因素。萃取过程的热力学基础、萃取剂的选择及萃取过程的流程与计算。膜分离的特点及发展状况。第十一章 反应动力学基础要 求：1. 了解反应器的类型及操作方式、掌握反应器操作的几个工程概念。2. 掌握反应式与计量方程、反应进度和转化率的概念及有关计算。 3. 掌握反应速率的定义及表示方法、反应速率方程的表达式、均相反应动力学及有关计算。 重点内容：反应操作、反应器、反应器的操作方式、反应器内物料的流动与混合状态、反应器的类型、反应器的设计、反应器的放 大。反应式与计量方程、反应的分类、反应进度与转化率。反应速率的定义及表示方法、反应速率方程、均相反应动力学。难点内容：反应进度与转化率的概念。反应速率方程的表达式、均相反应动力学及有关计算。第十二章 反应动力学的解析方法要 求：1.了解反应器动力学实验的一般步骤、掌握动力学实验数据的一般解析方法及反应器的物料衡算。 2.了解间歇反应器的基本方程，掌握间歇反应器的动力学实验方法及实验数据的解析方法。 3.了解间歇反应器的基本方程，掌握间歇反应器的动力学实验方法及实验数据的解析方法。 重点内容：动力学实验的一般步骤、动力学实验数据的一般解析方法、反应器的物料衡算。间歇反应器的基本方程、间歇反应器的动力学实验方法、实验数据的积分解析法、实验数据的微分解析法。槽式连续反应器、平推流反应器。难点内容：动力学实验数据的一般解析方法及反应器的物料衡算。间歇反应器的动力学实验方法及实验数据的解析方法。第十三章 均相化学反应器要 求：1.了解间歇反应器和半间歇反应器的操作方法，掌握间歇反应器和半间歇反应器的设计计算。 2.掌握单级反应器和多级串联反应器的操作方法及其设计计算方法。3.掌握简单的平推流反应器和推流循环反应器操的操作方法及其设计计算方法。 重点内容：间歇反应器、半间歇反应器。单级反应器、多级串联反应器平推流反应器、循环操作的平推流反应器。难点内容：间歇反应器和半间歇反应器的设计计算。单级反应器和多级串联反应器的操作方法及其设计计算方法。平推流反应器和推流循环反应器操的操作方法及其设计计算方法。第十四章 非均相化学反应器要 求：1.了解催化反应的特征及其在环境工程中的应用、固体催化剂、固相催化反应过程、反应物的化学吸附与脱附速率、表面化学反应。 2. 一般掌握催化反应的动力学研究方法，掌握固体床催化反应器和流化床反应器的设计计算与操作。 3. 掌握气液反应的动力学方程，掌握填料反应器和鼓泡塔的设计计算。重点内容：固相催化反应与固相催化剂、固相催化反应过程、固相催化反应的本征动力学、固相催化反应的宏观动力学、固相催化反应器的设计与操作。气液反应、气液反应动力学、气液反应器的设计。难点内容：固相催化反应的本征动力学和宏观动力学的研究方法；固相催化反应器的设计与操作。气液反应的动力学方程，填料反应器和鼓泡塔的设计计算。第十五章 微生物反应器要 求：1.了解微生物反应的特点及其影响因素，微生物反应在污染控制中的利用。2.了解微生物浓度的表达方式、微生物细胞的组成、微生物反应的综合计量式，掌握各种细胞产率系数和代谢产物的产率系数的计算。 3.掌握各种生物反应器内基质浓度与细胞浓度的计算方程和设计计算。重点内容：微生物及其特性、微生物反应、及其在污染控制中的利用。微生物反应综合方程、细胞产率系数、代谢产物的产率系数。微生物生长速率、基质消耗速率、微生物生长速率与基质消耗速率的关系、代谢产物的生成速率。微生物的间歇培养、微生物的半连续培养、微生物的连续培养。难点内容：各种细胞产率系数和代谢产物的产率系数的计算。微生物生长速率及其与基质浓度及基质消耗速率的关系和微生物生长的拟制因子及其影响作用，代谢产物的生成速率。各种生物反应器内基质浓度与细胞浓度的计算方程和设计计算。五、各教学环节学时分配各教学环节学时分配表章内容授课习题课总参考时数第一章绪论11第二章质量与能量衡算33第三章流体流动41.55.5第四章热量传递41.55.5第五章质量传递41.55.5第六章沉降33第七章过滤33第八章吸收527第九章吸附44第十章其他分离过程44第十一章反应动力学基础41.55.5第十二章反应动力学的解析方法33第十三章均相化学反应器31.54.5第十四章非均相化学反应器33第十五章微生物反应器31.54.5合 计531164六、考核方式及成绩评定标准 考核方式：闭卷 成绩评定标准：成绩评定为百分制。其中平时成绩30（含实验成绩）、期末考试成绩70。七、推荐教材和教学参考资源教材：胡洪营等编，环境工程原理，普通高等教育“十五”国家级规划教材，高等教育出版社，2005年。参考书：1. 柴诚敬主编，化工原理（上，下册），高等教育出版社，2005年。 2. 丛德滋,丛梅,方图南,化工原理详解与应用,化学工业出版社。H!EYAUwQsioflb730-K&G#CWyTvPrhnd9:63N)K&G#CWySuPrhnd9;63N)J%G#CWySuOqhnd9;52=M(I$EYAVxRtjpflc8.40-K*H!DXzTvPsioeka:63N)J%FZCWySuOqgnd9;51+M(I$EYAUwRtjpflb8.40-K&G!DXzTvPrioeka:640-K&G#CXzTvPrhneka:630-K&G#CWzTvPrhnda:63N)K&G#CWySvPrhnd9;63N)J&G#CWySuOrhnd9;52=M(I$EYBVxRtjpflc8.40-L*H!DXzTvQsioeka:63N)J%F#CWySuOqgnd9;51=M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPrioeka:63N)J%FZBWySuOqgmc9;51+L(I$EYAUwQtjpflb7.40-K&G#DXzTvPrhneka:630-K&G#CWzTvPrhndka:63N-K&G#CWySvPrhnd9:63N)J&G#CWySuPrhnd9;53N)J%F#CWySuOqhnd9;51=M(I$EYAVxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPsioeka:63N)J%FZCWySuOqgmd9;51+L(I$EYAUwRtjpflb7.40-K&G!DXzTvPrhoeka:630-K&G#CXzTvPrhndka:63N)J%F#CWySuOqgnd9;51+M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPrioeka:640-K&G#DXzTvPrhneka:630-K&G#CWzTvPrhnda:63N-K&G#CWySvPrhnd9:63N)J&G#CWySuOrhnd9;53N)J%F#CWySuOqhnd9;51=M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPsioeka:63N)J%FZBWySuOqgmd9;51+L(I$EYAUwRtjpflb7.40-K&G#DXzTvPrhoeka:630-K&G#CXzTvPrhndka:63N-K&G#CWyTvPrhnd9:62=M(I%FZBVxRtjqgmc8.41+L*H!DXAUwQsieka:640-K&G#DXzTvPrhneka:630-K&G#CWzTvPrhnda:63N-K&G#CWySvPrhnd9:63N)J&G#CWySuOrhnd9;53N)J%F#CWySuOqhnd9;51=M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPsioeka:63N)J%FZBWySuOqgmd9;51+L(I$EYAUwRtjpflb7.40-K&G#DXzTvPrhoeka:630-K&G#CXzTvPrhndka:63N-K&G#CWyTvPrhnd9:63N)J&G#CWySuPrhnd9;53N)J%G#CWySuOqhnd9;51=M(I$EYAVxRtjpflb8.40-K*H!DXzTvPsioeka:63N)J%FZCWySuOqgmd9;51+M(I$EYAUwRtjpflb7.40-K&G!DXzTvPrhoeka:63N)J&G#CWySuOrhnd9;53N)J%F#CWySuOqgnd9;51=M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPrioeka:63N)J%FZBWySuOqgmd9;51+L(I$EYAUwQtjpflb7.40-K&G#DXzTvPrhoeka:630-K&G#CWzTvPrhndka:63N-K&G#CWyTvPrhnd9:63N)J&G#CWySuPrhnd9;53N)J%G#CWySuOqhnd9;51=M(I$EYAVxRtjpflb8.40-K*H!DXzTvPsioeka:63N)J%FZCWySuOqgmd9;51+M(I$EYAUwRtjpflb7.40-K&G!DXzTvPrhoeka:63N)J&G#CWySuOrhnd9;53N)J%F#CWySuOqgnd9;51=M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPrioeka:63N)J%FZBWySuOqgmd9;51+L(I$EYAUwQtjpflb7.40-K&G#DXzTvPrhoeka:630-K&G#CWzTvPrhndka:63N-K&G#CWyTvPrhnd9:63N)J&G#CWySuPrhnd9;53N)J%G#CWySuOqhnd9;51=M(I$EYAVxRtjpflb8.40-K*H!DXzTvPsioeka:63N)K&G#CWySvPrhnd9;63N)J&G#CWySuOrhnd9;52=M(I$EYBVxRtjpflc8.40-L*H!DXzTvQsioeka:63N)J%F#CWySuOqgnd9;51=M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPrioeka:63N)J%FZBWySuOqgmc9;51+L(I$EYAUwQtjpflb7.40-K&G#DXzTvPrhneka:630-K&G#CWzTvPrhndka:63N-K&G#CWySvPrhnd9:63N)JFZBVySuOqgmc9;51+L*I$EYAUwQtjpflb740-K&G#CXzTvPrhneka:630-K&G#CWzTvPrhnda:63N)K&G#CWySvPrhnd9;63N)J&G#CWySuOrhnd9;52=M(I$EYBVxRtjpflc8.40-L*H!DXzTvQsioeka:63N)J%F#CWySuOqgnd9;51=M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPrioeka:63N)J%FZBWySuOqgmc9;51+L(I$EYAUwQtjpflb7.40-K&GWySuPrhnd9;53N)J%G#CWySuOqhnd9;52=M(I$EYAVxRtjpflb8.40-K*H!DXzTvPsioeka:63N)J%FZCWySuOqgmd9;51+M(I$EYAUwRtjpflb8.40-K&G!DXzTvPrhoeka:640-K&G#CXzTvPrhneka:630-K&G#CWyTvPrhnda:63N)K&G#CWySvPrhnd9;63N)J%G#CWySuOrhnd9;52=M(I$EYBVxRtjpflc8.40-K*H!DXzTvQsioe:63N-K&G#CWyTvPrhnd9:63N)K&G#CWySuPrhnd9;53N)J%G#CWySuOqhnd9;52=M(I$EYAVxRtjpflb8.40-K*H!DXzTvPsioeka:63N)J%FZCWySuOqgmd9;51+M(I$EYAUwRtjpflb8.40-K&G!DXzTvPrhoeka:640-K&G#CXzTvPrhneka:630-K&G#CWyTvPrhnda:62M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPrioeka:63N)J%FZBWySuOqgmd9;51+L(I$EYAUwQtjpflb7.40-K&G#DXzTvPrhoeka:630-K&G#CWzTvPrhndka:63N-K&G#CWyTvPrhnd9:63N)J&G#CWySuPrhnd9;53N)JZBVxSuOqgmc8;51+L*H$EYAUwQsipflb730-K&G#CWzTvPrhnda:63N-K&G#CWySvPrhnd9;63N)J&G#CWySuOrhnd9;53N)J%F#CWySuOqgnd9;51=M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPrioeka:63N)J%FZBWySuOqgmd9;51+L(I$EYAUwQtjpflb7.40-K&G#DXzTvPrhoeka:630-K&G#CWzTvPrhndka:63N)J%FZCWySuOqgnd9;51+M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&G!DXzTvPrioeka:640-K&G#CXzTvPrhneka:630-K&G#CWzTvPrhnda:63N)K&G#CWySvPrhnd9;62=M(IYAUwRtjpflb7.40-K&G!DXzTvPrhoeka:630-K&G#CXzTvPrhndka:630-K&G#CWyTvPrhnd9:63N)K&G#CWySuPrhnd9;63N)J%G#CWySuOqhnd9;52=M(I$EYAVxRtjpflc8.40-K*H!DXzTvPsioeka:63N)J%FZCWySuOqgnd9;51+M(I$EYAUwRtjpflb8.4N-K&G#CWySvPrhnd9:63N)J&G#CWySuPrhnd9;53N)J%F#CWySuOqhnd9;51=M(I$EYAVxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPsioeka:63N)J%FZCWySuOqgmd9;51+L(I$EYAUwRtjpflb7.40-K&G!DXzTvPrhoeka:63N)J%G#CWySuOrhnd9;52=M(I$EYBVxRtjpflc8.40-K*H!DXzTvQsioeka:63N)J%F#CWySuOqgnd9;51+M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K&H!DXzTvPrioeka:640-K&G#DXzTvPr