个人环境工程原理总结

1、0101环境工程原理重点第四章热量传递(至少一个计算题)1.传热的几种形式热传导：物体各部分之间无宏观运动，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，仅发生在液体和气体中。通常认为是流体与固体壁面之间的热传递过程辐射传热：物体由于热的原因而发出辐射能的过程2.傅立叶定律：,Q,dTP122qAdy热量通量与温度梯度成正比、负号表示热量通量方向与温度梯度的方向相反，即热量是沿着温度降低的方向传递。dT单层壁传导：平壁厚度为b,壁面两侧温度分别为T1、T2、T1T2。一维稳态热传导Q=-A-【例题4.2.1】某平壁厚度b

2、为400mm，内表面温度T1=950C，外表面温度T2=300C，导热系数W/(mK),T的单位为C。若将导热系数分别按常量(取平均导热系数)和变量计算，试求导热热通量和平壁内的温度分布。01010101十L”几解：(1)导热系数按平壁的平均温度取为常数T+T950+300T，_2，625CW/m2九,1.0+0.001625，1.625m22m01010101TT950300q，九12，1.625，26411-mb0.4以x表示沿壁厚方向上的距离，在x处等温面上的温度为T，T即温度分布为直线关系。dTdT(2)导热系数取为变量q,灵，(1.0+0.001T)dx分离变量并积分Jt2(1.0+

3、0.001T)dT，-扎dxx，95026411.625x，9501625x对于平壁上的稳态一维热传导,热量通量不变。因此（T-T）+q1（T-T）+b1040.001仟丁、-(T2T2)12212“(950300)+0001(95023002)2120.001(T2-T2)qb2122641W/m2在x处(TT)+Q，Q01(T2T2)qx(950-T)+气!(950-T2)=2641x整理，得0001T2+T1401+2641x=02多层壁传导（主要串联热阻叠加原则）QA+鶯:曙123T-T1bbb3.圆管热导、圆管多层dT12d3T对于半径为r的等温圆柱面，根据傅立叶定律，有Q-XAdT

4、-X（2”rL）巴稳态导热时，径向的Q为常数，将上式分离变量并积分drdrQ”dr-”kdTQ2”XLTi-T2Tiln二r1r1rIn2rR=J-2”XL4.对流传热：牛顿冷却公式dQ=dAAT九dT、ATQyy05.保温层临界直径、间壁传热（考试最可能考）TTTTr1fcifQln(d/d)121+2”XL”dL当保温层厚度增加2(即1R+R12ln(d/d)R2112”kLR12”dL2时R1增加，R2减少d2增大）丄、d222ln（d/d）121kddd2保温层的临界厚度6.P155、159平均温差：（1）逆流和并流时的传热温差在微元中热、冷流体的温差为ATT-Thc平均传热温差，对数

5、平均温差:2”L(TT)dQc1dd2f2kd由此得到热损失Q为最大值时的保温层直径d主d2cATmATAT2A1换热器两端温差大的数值AT，换热器两端温差小的数值ATAT12ln2AT1错流和折流时的传热温差2）按逆流计算对数平均温差，再乘以温度修正系数AT申ATmATm温度修正系数，无量纲，AT按逆流计算的对数平均温差。温度修正系数小于1,即m错流和折流时的传热温差小于逆流时的温差。传热单元数：Q，KAATm第六章沉降斯托克斯公式（算完后要检验）层流区：Rep2CD=24/Rep1一，u,Pgd2ut颗粒终端沉降速度t18Pt厂18.5(-)gdRe0.6过渡区：2Reptf停沉去除的条件

6、。Vu,ulb流体中直径为q的颗粒完全3.P225离心沉降离心沉降速度重力沉降u，t4(P-)dgpp3PCD旋风分离器（临界直径、影响因素（填空题）根据颗粒离心沉降速度方程式，假设气体密度P颗粒密度Pp,相应于临界直径-的颗粒1P-PPd2u2沉降速度为：u，pr2d2，廿亠根据假设颗粒在沉降过程中所穿过的气t18mp18rm流最大厚度等于进气口宽度B。颗粒最大沉降时间为:B18prB，m沉ud2u2tcPi若气体进入排气管之前在筒内旋转圈数为N则运行的距离为2叫N,故气体在筒内的停留d,9凹c兀uNiP2兀rN时间为t=m令t-=t停，得:停u沉停i一般旋风分离器以圆筒直径D为参数，其它参

7、数与D成比例，B=D/4。D增加，dc增大，分离效率减少。第七章过滤P243过滤理论:过滤速度u定义为内通过过滤面的滤液量,m3dVu=Adtdt微分过滤时间，sA过滤面积,m2dVdt时间pu二(RR中mcp(rL+rL)卩r：与过滤介质上形成的滤饼层的孔隙结构特性有关过滤速度与推动力之间的关系可用下式（Darcy定律）表示：Rm：过滤介质过滤阻力,1/mRc：滤饼层过滤阻力，1/m假设rm，r分别为过滤介质和滤饼层的过滤比阻,1/m2Rm=rmLm；Rc=rLL：与滤液量有关，在过滤过程中是变化的假设每过滤1m3滤液得滤饼f（m3）fV=LA可把过滤介质的阻力转化成厚度为Le的滤饼层阻力r

8、mLm=rLe匕dV_A2p则矿_r卩f（VVe）（1）r_rps可压缩滤饼：0r0：单位压差下滤饼的比阻，m-2Pa-i；将比阻计算式代入式（1）dV_AApi-sAdt_r卩f（V+V）0“2Api-s主要掌握K的表达形式：K_f贝hs：滤饼的压缩指数,dV_KAAdt_2(V+V)e2)恒压过滤：在过滤过程中，过滤压差自始自终保持恒定，K为常数JV2（V+V）dV_ftKA2dtV2+2VV_KA21若过滤介质阻力可忽略不计，则简化V2_KA21q2_Kt恒速过滤：恒速过滤是指在过滤过程中过滤速度保持不变，即滤液量与过滤时间q_utdVV常数dVKA2呈正比一一常数AdtAt代入式（2）

9、dt2(V+V)eV2+VVe2A2t若忽略过滤介质阻力，则简化为：V2_KA212第八章吸收吸收的基本概念：依据混合气体各组分在同一种液体溶剂中物理溶解度(或化学反应活性)的不同，而将气体混合物分离的操作过程。本质上是混合气体组分从气相到液相的相间传质过程。类型：(1)按溶质和吸收剂之间发生的反应：物理吸收：水净化含SO2锅炉尾气化学吸收：碱液净化含SO2锅炉尾气按混合气体中被吸收组分数目：单组分吸收：如用水吸收HCI气体制取盐酸多组分吸收：碱液吸收烟气(含SO2,NOx,CO2,CO等)按体系温度是否变化：如果液相温度明显升高称为非等温吸收如果液相温度基本保持不变称为等温吸收物理吸收(亨利

10、定律)在稀溶液条件下漏度一定|总压不大时，气体溶质的平衡分压和溶解度成正比:*阳溶质在令相中的平衡分压，Pa=Exa麵溶质在液相中的摩尔分数B一亨利系数Pa.判断传质的方向：根据相平衡，计算平衡时溶质在气相或液相中的组成。与实际的组成比较，可以判断传质方向。实际液相组成平衡组成，溶质从气相液相双膜理论，怎么画过程要清楚P270相互接触的气液两相流体间存在着稳定的相界面,界面两侧分别有一层虚拟的气膜和液膜。在相界面处，气液两相在瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力。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111Kg与kG之间关系搞清楚（例题8.2.2P274）丁

11、p+示总传质阻力等于气膜阻力和液膜阻力之和GGL传质阻力分析（选择、简答）化学吸收不要求书上P2735.吸收因数（考试时会告诉公式）例8.4.1第九章吸附1、概念、分类、常见吸附剂及其性质吸附操作是通过多孔固体物质与某一混合组分体系（气体或液体）接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。按作用力性质分类：分物理吸附和化学吸附按吸附剂再生方法分类：变温吸附和变压吸附按原料组成分类：大吸附量分离和杂质去除按分离机理分类：位阻效应、动力学效应和平衡效应常用吸附剂的主要特性吸附容量大：由于吸附过程发生在吸附剂表面，所以吸附容量取决于吸附剂表面积的大小。选择性

12、高：对要分离的目的组分有较大的选择性。稳定性好：吸附剂应具有较好的热稳定性，在较高温度下解吸再生其结构不会发生太大的变化。同时，还应具有耐酸碱的良好化学稳定性。适当的物理特性：适当的堆积密度和强度廉价易得几种常用的吸附剂：活性炭（a.比表面积越大，吸附量越大：但应注意对一些大分子，微孔所提供的比表面积基本上不起作用。b.表面化学特性：活性炭本身是非极性的，但由于表面共价健不饱和易与其它元素如氧、氢结合，生成各种含氧官能团）活性炭纤维、硅胶、活性氧化铝、沸石分子筛怎么选一个吸附剂需要根据被分离对象、分离条件和吸附剂本身的特点确定需要进行试验研究3吸附平衡（很少考计算，考填空）：朗格缪尔公式（单层

13、）与弗兰德里希方程的区别（多层）_1弗兰德里希（Freunlich）方程:q，kpi/n两边取对数lgq_g十匚lgPq平衡吸附量，L/kgk和吸附剂种类、特性、温度以及所用单位有关的常数n常数，和温度有关p吸附质气相中的平衡分压,Pa随着p增大，吸附量q随之增加。但p增加到一定程度后，q不再变化Freundlich方程为经验公式。压力范围不能太宽，低压或高压区域不能得到满意的实验拟合结果。朗格谬尔（langmuir）公式:条件：吸附剂表面性质均一，每一个具有剩余价力的表面分子或原子吸附一个气体分子。吸附质在吸附剂表面为单分子层吸附。吸附是动态的，被吸附分子受热运动影响可以重新回到气相。吸附过

14、程类似于气体的凝结过程，脱附类似于液体的蒸发过程吸附在吸附剂表面的吸附质分子之间无作用力kTOC o 1-5 h z吸附达到平衡时，吸附速度与脱附速度相等，贝V：厂二厂Pp吸附质的平衡分压，Padq,qm分别为吸附量和单分子层吸附容量，L/kgk1Langmuir常数，与吸附剂和吸附质的性质和温度有关，该值越大表示吸附剂的吸附能力越强。公式变换得：1,11亠1qkqpq1mm当p很小时，贝V：q=k1qmp呈亨利定律，即吸附量与气体的平衡分压成正比。当px时，q=qm此时，吸附量与气体分压无关，吸附剂表面被占满，形成单分子层4.吸附动力学：传质过程（简述）P315（1）吸附质从流体主体扩散到吸

15、附剂外表面外扩散（2）吸附质由吸附剂的外表面向微孔中的内表面扩散内扩散（3）吸附质在吸附剂的内部表面上被吸附一般第（3）步的速度很快，吸附传质速率主要取决于第（1）和（2）两步。外扩散速度很慢外扩散控制内扩散速度很慢内扩散控制6.P318吸附操作、概念、计算（例9.5.2）、穿透曲线、穿透点、穿透时间单级吸附I,Xj溶剂量G利吸附剂量L不变=根据质量守恒立律：对于第1级,对干第2级:g（P9p）=（旺）0：濬剂呈，m5；=吸附剂量，kg和吸附质在进、出换阳横的吸附剂中罰浓度，kg（吸附质）/kg（吸附剂）刖,円：吸附质在进、出吸附槽的溶港中的浓度，kg（吸附匿）/m3（溶剂）穿透曲线示意图G:

16、溶液流入速率（m3/（m2s）p0：溶液中溶质浓度（kg/m3）z:固定床吸附塔填充高度（m）pB：穿透点浓度（kg/m3）pE：穿透曲线终点浓度（kg/m3）B:出口处溶质浓度达到pB时的流量(m3/m2)a：吸附区移动了吸附区高度za区间的流量(m3/m2)aa穿透时间：伯哈特-亚当斯(Bohart-Adams)法通过实验发现，在一定的初始浓度、空床速度和达到一定的穿透浓度的条件下，固定床的床高和穿透时间呈直线关系。该关系又称BDST法(BedDepthServiceTime)。利用该关系可以较方便地计算时间：1匕_tb穿透时间，h;bpvpKp叫吸附剂的动态吸附容量，kg/m3；Bz床高

17、，m;p0入口料液中吸附剂浓度，kg/m3；v空床线速度，m/hK比例系数，m3/(kgh);pB穿透浓度，kg/m3第十一章反应动力学基础1、P397反应操作、反应器概念、反应器操作方式反应操作：利用化学或生物反应进行工业生产或污染物处理时，需要通过反应条件等的控制，使反应向有利的方向进行。为达到这种目的而采取的一系列工程措施通称为反应操作。反应器：进行化学或生物反应的容器的总称。反应器的操作方式：间歇操作(分批操作)、充/排式操作、连续操作、半间歇操作、半连续操作2、反应动力学：气液气固反应速率表征反应速率的定义及表示方法：一般定义：气一固相反应的反应速率表示方法：以固体催化剂的质量(m)

18、、表面积、颗粒体积(Vp)为基准的反应速率-小二(-QW二(_嗨)5=(-%)咖气一液相反应的反应速率表示方法：以液相界面积、液相体积为基准的反应速率（）不可逆单一反应1-单组分反应鮭击=kef=kcAOnl-xj11肚二丄-)&不等于1)1J%kt=In(cAC/cA)=lncA()lncA(ii等于L)单一反应（恒温恒容）的速率方程反应反应速率方程速率方程的积分形式半衰期t/2AP一r=kkt=(C-C)C/(2k)（0级）AA0AAoAP一r=kCkt=ln(C/C)ln2/k（1级）AAA0A2AP一r=kC2kt=-卅1/(kC)（2级）AACACA0AoA+BPln(C/C)(C/

19、C)CABr=kCCkt=1At-B吩aln(2-BAr)AABC-Ck(C-C)C（2级）AB0BA0ABoBAoABonAPr=kCn11kt=(1-)2n-11(n级,n#1)AAn，1Cn，1Cn，1kCn，1(n，1)AAoAo注：a、b为计量系数第十五章反应动力学解析方法P530间歇反应解析、物料守恒间歇反应动力学实验及其数据的解析方法：积分法:判断实验数据与某积分形式的速率方程是否一致微分法:根据试验数据求出不同浓度时的反应速率（作图法或计算法），之后根据反应速率与反应物浓度的关系，确定反应速率方程。积分解析法：例题12.2.1污染物A在某间歇反应器中发生分解反应，于不同时间测得

20、反应器中A的浓度如下表所示。试分别利用积分法和微分法求出A的反应速率方程表达式t(min)07.51522.530cA(mg/L)50.832.019.712.37.6积分解析法:假设反应为零级反应一防k汗即血屈萨一k,以二一ktw师根据表中数据做以一t的曲线.TVT发现没有线性关系。假设错误！40402.0505332(-l&LU=_ou_k=O.06341,即一入=0.06341Ca微分法解析法假设反应为一级反应一rA=kcA!即dcA/dt=kcA)lncA=kt+lnco根据表中数据做lncA-t的曲线4.0发现有线性关系假设正确(min)根据表中数据做Cat

21、的曲线t(min)ooooooo654321吞利用切线法求出不同5对应的反应速率加恒容全混流反应器的设计方程以一広对以作图得到线性关系一肓0.06342恥所以该反应为一级反应。反应速率常数为0.0634min1D匚一LU-IjmE)VI微分解析的一般步骤把对时间作图，并描出圆滑的曲线利用图解法（切线法）或计算法，求得不同滋时的反应速率，即一dcA/dtJ把得到的反应速率值对1浓度f（cj作图nAz假设一个速率方程，若x/弘的切线与实验数据相符，则假吋斜率g设成立之后可以求出动力学参数恒容全混流反应器的设计方程反应器的物料衡算:A的排出量A的流入量qnA(kmol/s)AiAD(kmol/s)只

22、的存在量单位时间内A的物料衡算式如下：A的进入量三A的捉出量+A的反应量牛A的积累量气的基本方程!A的反应量；RA(kmol/s)qnAO=q也+(広世土W鱼第十二章均相化学反应器间歇反应器的操作方法将反应物料按一定比例一次加到反应器内，然后开始搅拌，使反应器内物料的浓度和温度保持均匀。反应一定时间，反应率达到所定的目标之后，将混合物料排出反应器。之后再加入物料，进行下一轮操作，如此反复。间歇反应器反应时间：fcdet=，!AAeA0，rA恒容恒温间歇与平推流反应器的设计方程反应反应速率方程设计方程AP一r=kAe一e=ex=kt(te/k)AAAAAfoooe=0(te/k)AAr=keAA

23、0ln(eye)=ln(1x)=ktAAA-r=ke2AA117一=kteeAA0，r=kenAAe1，ne1，n=e1，n(1x)i-n1AAAA=(n-1)kt(n1)Ver=m_AAK+emA1t=exKln(1x)VA()AmAmA+aBPB一r=keeAABeee-aexBAAinoinooeee(1-x)B0AB0A=(e-ae)ktBBATT0完全混合流连续反应器反应反应速率方程设计方程AP一r=kcAAc=c/(1kT)AA0-r二kc2AAc-1(1+4kTc)K1A2kTA0-r二kcnAAT-(cc)kcnAA/AABP一r=kccAAB07xckT-AA0(1一x)(c

24、/c一x)ABJA.AJAkjPAQ一r=(k+k)cA12Ar=kcP1Ar=kcQ2AccAOA1+(k+k)t12ckTcP1+(k+k)t12ckTcQ1+(k+k)t12APQ一r=kcA1Ar=kc一kcP1A2Pr=kcQ2Pca-itk1ckTcA.1P(1+kt)(1+kt)12ckkt2cAo12Q(1+kT)(1+kT)12例12.2.2：乙酸的水解反应，可以近似地看作一级反应，该反应在300K时的速率方程为:-rA=2.77x10-3CAmol/(m3s)。将乙酸浓度为600mol/m3的液体以0.050m3/min的速度送入一完全混合流反应器。试求以下几种情况时的乙酸

25、的转化率。反应器的体积为0.80m3时0.40m3的反应器，二个串联使用时0.20m3的反应器，四个串联使用时反应器的体积为0.80m3时平均空间时间r=-8=960.50 x103/60S一1十阮一1十2710-3x960_16伽皿“(2)0.40m3的反应器，二个串联使用时，每个槽的平均空间时间(3)0.20m3的反应器，四个串联使用时，每个槽的平均空间时间第十三章扩散过程动力学过程(表面过程)反应物的外扩散、反应物的内扩散、反应物的吸附、表面反应、产物的脱附、产物的内扩散、产物的外扩散1.本征动力学推导形式P460基本假设：三个反应步骤中必然存在一个控制步骤；除控制步骤外，其他步骤处于平

26、衡状态；吸附过程和脱附过程属理想过程，即可用兰格谬尔吸附模型来描述。反应AP的基本过程A,oAAoPPoP,各过程的速率方程A的吸附速率：vkp0-k0AaAvaA表观反应速率：rk0-k0ssAsPP的脱附速率：v，k-kpPPPPPvrA二5Z反应物吸附和产物的脱附达到平衡lKPpP0v=OF7Kp-(K/K)pr，kaapspAS1+Kp+KpAAPP产物脱附2.固相催化反应的宏观动力学P463宏观反应速率（一RA）:催化剂颗粒体积为基准的平均反应速率。vp（r）dV-Ra与一rA之间的关系R，APAAAVPdV0P影响因素：本征反应速率、催化剂颗粒大小、形状、扩散速率效率因子和西勒模数

27、关系（例13.1.1）对反应器不要求球形催化剂的最大反应速率4R3kcn(n级反应)3vAs球形催化剂的内部最大扩散速率式4兀R2D(c/R)催化剂内部球心处的A的浓度为零，浓eAs度梯度达到最大，3(b2s最大反应速率3R3kvCAsR2kcnT内部最大扩散速率4R2D(c/R)3DeAseRkcn-i1=vAsOS称西勒(Thiele)模数s3DSe例13.1.1利用直径为0.3cm的球形硅铝催化剂进行粗柴油的催化分解反应，该反应可以认为一级反应，且在630C时的本征动力学方程为-rA=7.99x10-7pAmol/(scm3)。已知粗柴油的有效扩散系D=7.82xl0-4cm2/s，试计

28、算该催化反应的催化剂的有效系数。n解：根据气体方程：P=RT=cRTAVA所以本征动力学方程的反应常数为：k，7.9910-78.314103(273630)，6.0s-1一级反应的西勒数为：$=:k0.157.82x10-44.38s1，0.211111耳=,tanh334.38tanh(3x4.38)3x4.38ss二级不可逆气液相反应A(g)+，B(l)PB本征反应速率方程为：-r二kccAABdcA的扩散进入量-Da反应量：(r)dzLAdzAddcA的扩散出去量：D(c+adz)LAdzAdz反应物A的物料衡算式：-D伫=(r)dzD(c+竺adz)LAdzALAdzAdzd2cDA

29、=r二级不可逆气液相反应LAdz2A同理，B的基本方程DCb=r=,(r)LBdz2BBA5.界面反应临界浓度P474例13.2.1瞬间反应A(g)+aB(l)TP的反应平面随液相中B的浓度的升高而向气液界面移动。当B的浓度高于某临界浓度cBLC以上时，反应平面与气液界面重合，此时的反应称界面反应。试推导出cBLC的表达式，并给出气液界面反应的宏观速率方程。解：根据题意，在气液界面处A、B的浓度均为零B在液膜中的扩散速率：N=DB(c0)B0BL,CLLA0)=kpGAA由k=D/0得0=D/k故N=DLBkcLALALLLALABDLABL,CA在气膜中的扩散速率：N=k(pD卜LBkCDL

30、ABL,CLAkp=GAAAGAA根据NA和NB的关系式：N=NABA,BB故CBL,C,kD=BGA_LApDkaLBLA例题13.2.2废气中的0.1%硫化氢用乙醇胺溶液(RNH2：CBL=1.2mol/m3)吸收，吸收反应为瞬间反应：HS(g)+RNH(l)HS-+RNH+求总反应吸收速度。气相扩223散阻力很小(pAi=PA)时，求化学吸收增强因子。已知：液相传质系数kLA=4.3x10-5m/s，气相传质系数kGA=5.9xlO-7mol/(m2sPa)，组分A的液相扩散系数DLA=1.48x10-9m2/s组分B的液相扩散系数DLB=0.95x10-9m2/s组分A的亨利常数Ha=12.2Pam3/mol,压力为101.3kPa，温度为293K。解：先确定反应界面在相界面还是在液膜内由例题13.2.1的结果得：cBL,CakDBGA_LApDkaLBLAlx5.9xl0,7xl.48xl0,90.95x10，9x4.3x10，5x101.3x103x0.0012.l7mol/m3由于cBL=1.2mol/m3CBL,c，因此反应在液膜内进行。总传质系数kg的计算1H112.211=A=Kkk4.3x10，55.9x10-75.05x10，7GLAGA由式13.2.26得：-r二K(p+HDBC)二5.0