《环境工程原理》课程教学大纲

PAGEPAGE3《环境工程原理》课程教学大纲PrinciplesofEnvironmentalEngineering（环境工程专业）一、课程基本信息学时：80（理论70+实验10）学分：5考核方式：考试。课堂考勤和实验占30%，考试占70%。中文简介：《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。二、教学目的与要求《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。先修课程：高等数学、物理、无机及分析化学、有机化学、物理化学等。三、教学方法与手段主要以教师讲授为主，采用多媒体辅助教学（PPT课件），适当开展讨论，安排3次实验。四、教学内容及要求教学内容教学目标学时分配第一章绪论理解1第一节环境问题与环境学科的发展第二节环境污染与环境工程学第三节污染控制技术体系、污染控制技术原理的基本类型第四节环境工程原理课程的主要内容重点与难点：环境工程学的学科体系。环境净化与污染控制的基本方法与原理。环境环境工程学的学科体系及学习方法。衡量学习是否达到目标的标准：清楚环境工程学的学科体系第二章质量与能量衡算掌握3第一节常用物理量第二节质量衡算第三节能量衡算重点与难点：1.常见物理量的单位及其相互换算。2.质量衡算方法和能量衡算方法。3.量纲的概念。衡量学习是否达到目标的标准：1.熟练掌握常用物理量单位及其相互换算。2.熟练掌握质量衡算方法和能量衡算方法。3.掌握量纲的概念。第三章流体流动掌握10第一节管流系统的衡算方程第二节流体流动的内摩擦力第三节边界层理论第四节流体流动的阻力损失第五节管路计算第六节流体测量重点与难点：1.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。2.流体流动的阻力损失计算。3.掌握管路计算和流体流速与流量的测量。衡量学习是否达到目标的标准：可通过雷诺数判定液体流动状态。掌握理想流体、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。掌握流体流速与流量的测量测定方法。第四章热量传递掌握9第一节热量传递的方式第二节热传导第三节对流传热第四节辐射传热第五节换热器重点与难点：傅立叶定律及平壁和圆筒壁的热传导计算。牛顿冷却定律及影响对流传热系数的因素，对流传热系数的物理意义及经验关联式的用法。辐射传热两固体辐射传热的计算。传热过程的计算，其中包含传热速度方程式，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。常用热交换器的类型，结构，并能进行列管式换热器的选型计算。衡量学习是否达到目标的标准：掌握热传导的基本原理，掌握傅立叶定律及平壁和圆筒壁的热传导计算。掌握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。掌握辐射传热的基本概念及两固体辐射传热的计算。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。第五章质量传递理解6第一节环境工程中的传质过程第二节质量传递的基本原理第三节分子传质第四节对流传质重点与难点：1.传质的基本概念。2.分子传质速率方程、对流传质的传质速率方程和传质系数。衡量学习是否达到目标的标准：1.掌握传质的基本概念。2.掌握分子传质速率方程、对流传质的传质速率方程和传质系数。掌握第六章沉降3第一节沉降分离的基本概念第二节重力沉降第四节其他沉降重点与难点：重力沉降和离心沉降的基本原理。电除尘器和惯性除尘器的工作原理衡量学习是否达到目标的标准：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掌握第七章过滤6第一节过滤操作的基本概念第二节表面过滤的基本理论第三节深层过滤的基本理论重点与难点：过滤操作的基本概念，过滤和过滤速率、恒压过滤，恒速过滤。恒压过滤常数的计算方法和测定方法。衡量学习是否达到目标的标准：掌握过滤、过滤速率、恒压过滤和恒速过滤等基本概念。掌握恒压过滤常数的计算方法和测定方法。第八章吸收掌握10第一节吸收的基本概念第二节物理吸收第三节化学吸收重点与难点：气-液平衡、亨利定律。双膜理论的要点、传质速率方程、吸收塔的物料衡算方程和操作线方程。吸收剂用量的计算、填料层高度的计算。衡量学习是否达到目标的标准：掌握双膜理论的要点、传质速率方程、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。第九章吸附掌握5第一节吸附分离操作的基本概念第二节吸附剂第三节吸附平衡第四节吸附动力学第五节吸附操作与吸附穿透曲线重点与难点：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。掌握吸附操作与吸附穿透曲线的有关概念及计算。衡量学习是否达到目标的标准：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。掌握吸附操作与吸附穿透曲线的有关概念及计算。第十章其他分离过程理解4第一节离子交换第二节萃取第三节膜分离重点与难点：离子交换的基本原理；离子交换速度的控制及其影响因素。萃取剂的选择及萃取过程的流程与计算。膜分离的原理。衡量学习是否达到目标的标准：掌握离子交换的基本原理、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。第十一章反应动力学基础掌握6第一节反应器和反应操作第二节反应的计量关系第三节反应动力学重点与难点：反应器的类型及操作方式。反应式、计量方程、反应进度和转化率。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。衡量学习是否达到目标的标准：了解反应器的类型及操作方式。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。第十二章反应动力学的解析方法掌握3第一节动力学实验及实验数据的解析方法第二节间歇反应器的解析第三节连续反应器的解析重点与难点：动力学实验数据的一般解析方法及反应器的物料衡算。歇反应器的动力学实验方法及实验数据的解析方法。间歇反应器的动力学实验方法及实验数据的解析方法。衡量学习是否达到目标的标准：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。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。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。第十三章均相化学反应器掌握4第一节间歇与半间歇反应器第二节完全混合流反应器第三节平推流反应器重点与难点：1.间歇反应器和半间歇反应器的设计。2.单级反应器和多级串联反应器设计。3.平推流反应器和推流循环反应器的设计。衡量学习是否达到目标的标准：掌握间歇反应器和半间歇反应器的设计。掌握单级反应器和多级串联反应器设计。掌握平推流反应器和推流循环反应器的设计。 五、实验项目、内容提要与要求实验一流体流动阻力的测定实验类型：综合性实验实验学时：3每组人数：8-10实验目的与教学要求：1.熟练掌握流体流动阻力的概念，了解单相流动阻力测定实验装置的功能与特点。2.掌握实验装置主要部件及其操作方法，能够测量出光滑管、粗糙管的阻力系数与雷诺准数的关系，同时也可以测量阀门局部阻力。3.掌握实验数据的计算和处理方法，绘制摩擦阻力系数与雷诺数之间的关系图。教学方法：教师分配任务，讲解重点要点，明确要求。学生以小组为单位制定方案，经教师批准后实施，教师现场指导。实验内容提要：利用单相流动阻力测定实验装置，通过调节不同阀门，分别测量光滑管、粗糙管不同流量下（从小流量到最大流量，一般测取15～20组数据）直管压差ΔP，同时记录管内径、管长、液体温度、密度、粘度等参数。通过一系列数据处理，计算得出阻力系数与雷诺准数的关系。利用本装置还可以测量阀门局部阻力。实验二恒压过滤常数的测定-板框过滤机实验类型：综合性实验实验学时：4每组人数：8-10实验目的与教学要求1.掌握板框过滤机测定恒压过滤常数的原理。2.熟悉恒压过滤常数测定实验装置（板框过滤机）主要部件及其操作方法。3.通过实验装置测定过滤常数:K，qe，θe及s，k。教学方法：教师分配任务，讲解重点要点，明确要求。学生以小组为单位制定方案，经教师批准后实施，教师现场指导。实验内容提要：利用板框过滤机测定恒压过滤常数。安装好板框过滤机，用压紧装置压紧后待用。板框过滤机板、框排列顺序为：固定头-非洗涤板-框-洗涤板-框-非洗涤板-可动头。滤浆槽内配有一定浓度的轻质碳酸钙悬浮液（浓度在2-4%左右），用电动搅拌器进行均匀搅拌(浆液不出现旋涡为好)。启动旋涡泵，调节阀门3使压力表5指示在规定值。待压力表稳定后，打开过滤入口阀6开始过滤。滤液在计量桶内计量，当计量桶内见到第一滴液体时按表计时，记录滤液每增加高度10mm时所用的时间。当计量桶读数为150mm时停止计时，并立即关闭入口阀。打开阀门3使压力表5指示值下降。开启压紧装置卸下过滤框内的滤饼并放回滤浆槽内，将滤布清洗干净。放出计量桶内的滤液并倒回槽内，以保证滤浆浓度恒定。改变压力，重复实验记录好数据。通过一系列数据处理，计算得出过滤常数:K，qe，θe及s，k。实验三套管换热器气-汽热交换传热系数及膜系数的测定实验类型：综合性实验实验学时：3每组人数：8-10实验目的与教学要求1.掌握气-汽对流传热综合实验装置测定传热系数及膜系数的原理。2.熟悉气-汽对流传热综合实验装置主要部件及其操作方法。3.通过实验装置测定对流传热系数，加深对其概念和影响因素的理解。4.应用线性回归分析方法，确定关联式中常数A、m的值；5.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其强化比，了解强化传热的基本理论和基本方式。教学方法：教师分配任务，讲解重点要点，明确要求。学生以小组为单位制定方案，经教师批准后实施，教师现场指导。实验内容提要：利用气-汽对流传热综合实验装置测定对流传热系数。在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管，实验前确保蒸汽和空气管线的畅通。接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。关闭通向强化套管的阀门5，打开通向简单套管的阀门6，当简单套管换热器的放空口9有水蒸气冒出时，可启动风机，此时要关闭阀门12，打开阀门11。在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气冒出。启动风机后用放空阀14来调节流量，调好某一流量后稳定3-8分钟后，分别测量空气的流量，空气进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量5～6组数据。做完简单套管换热器的数据后，用同样方法进行强化管换热器实验。通过一系列数据处理，可计算得出关联式中的常数项，还可以得出强化套管换热器的强化比。六、推荐教材和教学参考资源推荐教材：胡洪