环境工程原理教案大纲(尧).doc

环境工程教案授课教师： 钱力尧课程名称环境工程原理授课对象环境工程专业考核方式考试课程 教学基本目的和要求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。教学重点和难点教学重点：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。教学难点：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。教材、参考书柴诚敬主编，化工原理（上，下册），高等教育出版社，2005年。蒋维钧，戴猷元，顾惠君编著，化工原理（第二版），清华大学出版社，2003年。姚玉英主编，化工原理（第一版），天津科学技术出版社，1993年。余国琮主编，化学工程辞典（第二版），化学工业出版社，2003年。邓修，吴俊生编著，化工分离工程（第一版），科学出版社，2002年。丛德滋,丛梅,方图南;化工原理详解与应用,化学工业出版社 授课内容第一章 绪论教学目的和要求1、了解环境问题与环境学科的发展；了解环境工程学的学科体系。 2、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。重点难点重点：环境净化与污染控制的基本方法与原理。教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)PPT教学1、 环境问题与环境学科的发展2、 环境污染与环境工程学3、 环境净化与污染控制技术概述4、 环境净化与污染控制技术原理5、 环境工程原理课程的主要内容思考题、课后作业(1) “环境工程学”的主要研究对象是什么？(2) 去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？各种方法的技术原理是什么？教学提升环境工程专业目前就业方向、就业形势与专业提升方向。备注授课内容第二章 质量与能量衡算教学目的和要求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。重点难点重点：各种浓度的表示方法及其相互换算难点：各种浓度的表示方法及其相互换算。教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学2.1 常用物理量2.1.1 计量单位2.1.2 物理量的单位换算2.1.3 量纲与无量纲准数2.1.4 常用物理量及其表示方法2.2质量衡算2.2.1 衡算的基本概念2.2.2 总质量衡算2.3能量衡算2.3.1能量衡算方程2.3.2 热量衡算方程2.3.3 封闭系统的热量衡算2.3.4 开放系统的热量衡算主要内容：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。思考题、课后作业（1）什么是换算因数？英尺和米的换算因数是多少？（2）什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？（3）质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的应用实例。教学提升结合学生实际能力，进行重点内容备注，强调环境学中的重要符号。备注授课内容第三章 流体流动教学目的和要求掌握管流系统的质量衡算和能量衡算。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。掌握流体流动的阻力损失计算。 掌握管路计算和流体流速与流量的测量。重点难点重点：掌握流体流动的阻力损失计算。难点：掌握流体流动的阻力损失计算。教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学3.1 管流系统的衡算方程3.2 流体流动的内摩察力3.3 边界层理论3.4 流体流动的阻力损失3.5 管路计算3.6 流体测量实验：转子流量计流量测定实验：流体流动阻力的测定思考题、课后作业（1）用圆管道输送水，流量增加1倍，若流速不变或管径不变，则管径或流速如何变化？（2）当布水孔板的开孔率为30时，流过布水孔的流速增加多少？教学提升鉴于我校实际情况，实验内容部分增加动态PPT演示，开展教学互动。备注 授课内容第四章 热量传递教学目的和要求掌握阻力损失的影响因素及阻力损失的计算。重点难点重点：热传导难点：热传导教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学4.1 热量传递的方式4.2 热传导4.3 对流传热4.4 辐射传热4.5 换热器思考题、课后作业(1)简述换热器的类型。(2)什么是间壁式换热器，主要包括哪几种类型？(3)列管式换热器式最常用的换热器，说明什么是管程、壳程，并分析当气体和液体换热时，气体宜通入哪一侧？教学提升本章教学内容在生活中的应用，国内外知名的换热器品牌及厂商。备注 授课内容第五章 质量传递教学目的和要求掌握传质的基本概念。了解环境工程中常见的传质过程。 掌握分子传质和对流传质的传质速率方程和传质系数。重点难点重点：质量传递难点：质量传递教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学5.1 环境工程中的传质过程5.2 质量传递的基本原理5.3 分子传质5.4 对流传质思考题、课后作业(1)简述对流传质的机理和传质阻力的分布。(2)传质边界层的范围如何确定？试分析传质边界层与流动边界层的关系。教学提升环境工程原理基础的温故与总结归纳备注 授课内容第六章 沉降教学目的和要求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。 了解电除尘器和惯性除尘器的工作原理重点难点重点：质量传递难点：质量传递教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学6.1 沉降分离的基本概念6.1.1 沉降分离的一般原理和类型6.1.2 流体阻力与阻力系数6.2 重力沉降6.2.1 重力场中颗粒的沉降过程6.2.2 沉降速度的计算6.2.3 沉降分离设备6.3 离心沉降6.3.1 离心力场中颗粒的沉降分析6.3.2 旋流器工作原理6.3.3 离心沉降机工作原理6.4 其他沉降6.4.1 电沉降6.4.2 惯性沉淀思考题、课后作业(1)电沉降过程中颗粒受力情况如何，沉降速度与哪些因素有关？(2)简述电除尘器的组成和原理。教学提升沉降原理利用历史以及工艺的进展备注 授课内容第七章 过滤教学目的和要求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。掌握恒压过滤常数的计算方法和测定方法。重点难点重点：过滤过程的计算难点：过滤过程的计算教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学7.1 过滤操作的基本概念7.1.1 过滤过程7.1.2 过滤介质7.1.3 过滤分类7.2 表面过滤的基本理论7.2.1 过滤基本方程7.2.2 过滤过程的计算7.2.3 过滤常数的测定7.2.4 滤饼洗涤7.2.5 过滤机生产能力的计算7.3 深层过滤的基本理论7.3.1 流体通过颗粒床层的流动7.3.2 深层过滤过程中悬浮颗粒的运动7.3.3 深层过滤的水力学思考题、课后作业(1)悬浮颗粒在床层中的运动包括哪些主要行为？(2) 流体在深层过滤中的水头损失如何变化，主要存在哪些变化情况？教学提升结合学生实际参与过的过滤实验进行讲解备注 授课内容第八章 吸收教学目的和要求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。 掌握双膜理论的要点及传质速率方程。 熟练掌握吸收塔的物料衡算方程和操作线方程。熟练掌握吸收剂用量的计算、填料层高度的计算。重点难点重点：填料塔吸收过程的物料衡算与操作线方程难点：填料塔吸收过程的物料衡算与操作线方程教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学8.1 吸收的基本概念8.2 物理吸收8.3 化学吸收8.4 吸收设备的主要工艺计算思考题、课后作业(1)吸收塔中气液两相的流动方式有几种，各有什么优缺点？(2)板式塔和填料塔的主要区别是什么？教学提升目前国内外常见的吸收设备以及新工艺介绍备注 授课内容第九章 吸附教学目的和要求掌握吸附分离操作的有关概念。掌握等温吸附方程及吸附动力学方程。 重点难点重点：吸附动力学难点：吸附动力学教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学9.1 吸收分离操作的基本概念（1学时）9.2 吸附剂（1学时）9.3 吸附平衡（1学时）9.4 吸附动力学（0.5学时）9.5 吸附操作与吸附穿透曲线（0.5学时）思考题、课后作业(1)常见的吸附分离设备和操作方式有哪些？(2)接触过滤吸附中，单级吸附、多级吸附和多级逆流吸附的平衡线和操作线关系如何， 教学提升吸附操作与吸附穿透曲线的有关概念及计算技巧 备注 授课内容第十章 其他分离过程教学目的和要求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。掌握萃取剂的选择及萃取过程的流程与计算。了解膜分离的原理、特点及发展状况。重点难点重点：反渗透和纳滤难点：反渗透和纳滤教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学10.1 离子交换（1学时）10.1.1 离子交换剂概述10.1.2 离子交换基本原理10.1.3 离子交换速度10.2 萃取（1学时）10.2.1 萃取分离的特点10.2.2 萃取过程的热力学基础10.2.3 萃取剂的选择10.2.4 萃取过程的流程和计算10.3 膜分离（2学时）10.3.1 膜分离概述10.3.2 膜分离过程中的传递过程10.3.3 反渗透和纳滤10.3.4 微滤和超滤10.3.5 电渗析10.3.6 其他膜分离思考题、课后作业（1）简述膜分离过程的类型、推动力和特点。（2）膜组件有哪些主要形式？教学提升现实生活中大中型企业常用方式与原因（引导学生进行成本核算）备注 授课内容第十一章 反应动力学基础教学目的和要求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。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。 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。 重点难点重点：反应式与计量方程难点：反应式与计量方程教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学11.1 反应器和反应操作11.1.1 反应操作11.1.2 反应器11.1.3 反应器的操作方式11.1.4 反应器内物料的流动与混合状态11.1.5 反应器的类型11.1.6 反应器的设计11.1.7 反应器的放大11.2 反应的计量关系11.2.1 反应式与计量方程11.2.2 反应的分类11.2.3 反应进度与转化率11.3 反应动力学11.3.1 反应速率的定义及表示方法11.3.2 反应速率方程11.3.3 均相反应动力学思考题、课后作业(1) 若将反应速率的定义写成rAdcA/dt，该定义式成立的条件是什么？说明理由。(2) 气固相反应的反应速率有哪几种表达方式？气液相反应情况又如何？教学提升各种反应器操作方式类比以及混合使用的条件与技巧备注 授课内容第十二章 反应动力学的解析方法教学目的和要求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。 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。 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。 重点难点重点：反应器的物料衡算难点：反应器的物料衡算教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学12.1 动力学实验及实验数据的解析方法12.1.1 动力学实验的一般步骤12.1.2 动力学实验数据的一般解析方法12.1.3 反应器的物料衡算12.2 间歇反应器的解析12.2.1 间歇反应器的基本方程12.2.2 间歇反应器的动力学实验方法12.2.3 实验数据的积分解析法12.2.4 实验数据的微分解析法12.3 连续反应器的解析12.3.1 槽式连续反应器的基本方程12.3.2 平推流反应器思考题、课后作业(1) 在稳态状态下，槽式连续反应器内的组分组成和转化率随时间变化吗？为什么？(2) 试用流程图表达利用槽式连续反应器进行动力学实验的一般步骤。教学提升反应器解析的一般步骤备注 授课内容第十三章 均相化学反应器教学目的和要求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。 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。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。 重点难点重点：间歇与半间歇反应器难点：间歇与半间歇反应器教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学13.1 间歇与半间歇反应器（2学时）13.1.1 间歇反应器13.1.2 半间歇反应器13.2 完全混合流反应器（1学时）13.2.1 单级反应器13.2.2 多级串联反应器13.3 平推流反应器（1学时）13.3.1 简单的平推流反应器13.3.2 具有循环操作的平推流反应器思考题、课后作业对于一个实际规模的反应器，在什么条件下可视为平推流反应器？教学提升工业生产中常见情况介绍备注 授课内容第十四章 非均相化学反应器教学目的和要求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。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。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。教学内容重点难点重点：掌握流体流动的阻力损失计算。难点：掌握流体流动的阻力损失计算。教学安排(含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)利用多媒体课件（PPT）进行讲授式、讨论式教学14.1 固相催化反应器（2学时）14.1.1 固相催化反应与固体催化剂14.1.2 固相催化反应过程14.1.3 固相催化反应的本征动力学14.1.4 固相催化反应的宏观动力学14.1.5 固相催化反应的设计与操作14.2 气-液相反应器（2学时）14.2