環(huán)境工程原理重點(diǎn)

1、環(huán)境工程原理重點(diǎn)第一部分量綱與無(wú)量綱1. 量綱：用來(lái)描述物體或系統(tǒng)物理狀態(tài)的可測(cè)量性質(zhì)。量綱與單位不同，其區(qū)別在丁，量綱是可測(cè)量的性質(zhì)，而單位是測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，用這些標(biāo)準(zhǔn)和確定的數(shù)值可以定量的描述量綱。表示：如【長(zhǎng)度】或【L】表示長(zhǎng)度的量綱，不是具體確定數(shù)值的某一長(zhǎng)度。分類：基本量（質(zhì)量M、長(zhǎng)度L、時(shí)間t、溫度T）和導(dǎo)出量。導(dǎo)出量量綱可 用基本量量綱組合形式表示。2. 無(wú)量綱準(zhǔn)數(shù)：由各種變量和參數(shù)組合而成的沒有單位的群數(shù)。無(wú)量綱準(zhǔn)數(shù)實(shí)際上量綱為1,其數(shù)值與所選單位制無(wú)關(guān),但組合群數(shù)單位統(tǒng)一。雷諾數(shù)Re：慣性力與黏性力之比，用丁判斷流體的流動(dòng)狀態(tài)。定義式：Re=p u L/p（ P :密度，kg/m

2、3;u:流速,m/s;從:黏度,kg/（m s）常用物理量及其表示方法（一）濃度1. 質(zhì)量濃度：p a =mA/V （ p a：組分A的質(zhì)量濃度，kg/m3; mA：混合物中組分A的質(zhì)量，kg； V:混合物的體積，m3）2. 物質(zhì)的量濃度：oa=Ha/V （ca：組分A的物質(zhì)的量濃度，kmol/m 3; nA：混合物中組分A的物質(zhì)的量，kmol）3. 兩者關(guān)系：ca=p a/Ma（Ma：組分A的摩爾質(zhì)量，kg/kmol）4. 質(zhì)量分?jǐn)?shù)：XmA=mA/m （xmA：組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；m：混合物的總質(zhì)量，kg）5. 理想氣體狀態(tài)方程：pVa=HaRT （p：混合氣體的絕對(duì)壓力，Pa； Va：組分A

3、的體積，m3; nA:組分A的物質(zhì)的量，mol； R:理想氣體常數(shù)，8.314 J/（mol K）; T: 混合氣體的絕對(duì)溫度，K）6. 摩爾分?jǐn)?shù)：xA=nA/n （xa:組分A的摩爾分?jǐn)?shù)；n：混合物總物質(zhì)的量，mol）7. 質(zhì)量比：混合物中某組分的質(zhì)量與惰性組分質(zhì)量的比值。以XmA表示。XmA=mA/（m-mA）（XmA：組分A的質(zhì)量比，量綱為1； m-mA：混合物中惰性物質(zhì)的質(zhì)量，kg）摩爾比：混合物中某組分的物質(zhì)的量與惰性組分物質(zhì)的量的比值。以X表示。Xa=Oa/ （n-m）（Xa：組分A的摩爾比，量綱為1; n-n:混合物中惰性組分的物質(zhì)的量，mol）（二）流量：qv=V/t （m3/

4、s）體積流量 qm=Vp /t （kg/s）質(zhì)量流量qm=qv p（三）流速：Um=qv/（兀d2/4） （m/s）（經(jīng)常使用圓形管，d為內(nèi)徑）（四）通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的物理量。表示傳遞速率的重要物理量。三、熱量衡算方程： EHP-EHF+Eq （E HF:單位時(shí)間輸入系統(tǒng)的物料的焰值總和，即物料帶入的能量總和，kJ/s； £ Hp：?jiǎn)挝粫r(shí)間輸出系統(tǒng)的物料的焰值總和，及物料帶出的能量總和，kJ/s； Eq：?jiǎn)挝粫r(shí)間系統(tǒng)內(nèi)部物料能量的積累，kJ/s； £'：?jiǎn)挝粫r(shí)間系統(tǒng)內(nèi)部總能量的變化，kJ/s）四、流體流動(dòng)（Um2/Um1=（d1/d2）2圓形管道）1.

5、機(jī)械能衡算方程設(shè)計(jì)的能量分為兩類：1）機(jī)械能：包括動(dòng)能、位能及靜壓能。在流體流動(dòng)過(guò)程中可以相互轉(zhuǎn)變，也可轉(zhuǎn)變?yōu)闊岷蛢?nèi)能；2）內(nèi)能和熱：不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而用丁流體的輸送。2. 方程：1/2 Um2+gA/+ p/ p =-We-E hf3. 伯努利方程：1/2 Um2+mz+A p/ p =04. 雷諾數(shù)：Re=p u L/p （圓管內(nèi)：Re<2000時(shí)，流動(dòng)總是層流，成為層流區(qū)； 當(dāng)Re>4000時(shí)，一般出現(xiàn) 湍流，稱為湍流區(qū)）5. 牛頓黏性定律：r =w - dux/dy （ r :剪切應(yīng)力，N/m2; :動(dòng)力黏性系數(shù)，簡(jiǎn)稱黏度，Pa s； dux/dy:垂直丁流動(dòng)方向的速度

6、梯度，或稱剪切變形速率，s-1） 該定律指出，相鄰流體層之間的剪切應(yīng)力i與該處垂直丁流動(dòng)方向的速度梯度dux/dy成正比。適用丁層流運(yùn)動(dòng)。6. 黏度：v = ”p （v :流體運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s; p :流體密度，kg/m 3）溫度對(duì)黏度的影響較大，由丁內(nèi)聚力是影響?zhàn)ざ鹊闹饕蛩兀虼?，?duì)丁液體，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子間距離增大，吸引力減小，因而使速度梯度所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力減小，即黏度減??；對(duì)丁氣體，由丁氣體分子間距大，內(nèi) 聚力很小，所以黏度主要是由氣體分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)量交換的結(jié)果所引起的，溫度 升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，動(dòng)量交換頻繁，所以黏度增加。7. 流動(dòng)狀態(tài)對(duì)剪切應(yīng)力的影響：流動(dòng)的剪切應(yīng)力除了由分子運(yùn)動(dòng)引

7、起外，還由 質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)引起。由丁質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)對(duì)流體之間的相互影響遠(yuǎn)大丁分子運(yùn)動(dòng)，因此 剪切應(yīng)力將大大增加。8. 阻力損失起因：黏性流體的內(nèi)摩擦造成的摩擦阻力和物體前后壓強(qiáng)差引起的 形體阻力。損失影響因素：1）富諾數(shù)大小;2）物體形狀;3）物體表面粗糙度9. 范寧公式： Pf=入 l/d p Um2/2 （摩擦系數(shù)入是流體的物性和流動(dòng)狀態(tài)的函數(shù)，量綱為1）摩擦系數(shù) 入與雷諾數(shù)Re及相對(duì)粗糙度&/d的關(guān)系P82 （P113,3.5,3.12）10. 局部阻力損失：hf=Eum2/2 （ E :局部阻力系數(shù)，無(wú)量綱，£=入l/d）11. 流體測(cè)量計(jì)：1）測(cè)速管；2）孔板流量計(jì)；3）文丘里

8、流量計(jì)；4）轉(zhuǎn)子流量計(jì)五、熱量傳遞1. 熱量傳遞的方式：1）導(dǎo)熱；2）熱對(duì)流;3）熱輻射2. 傅立葉定律：q=Q/A=-入dT/dy （Q：傳熱速率，W； q：熱流密度，W/m2;入：導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m - K）； dT/dy:熱度梯度，K/m; A:垂直丁熱流方向的面積，m2）3. 普蘭德數(shù)：Pr=v /a= p cp/入運(yùn)動(dòng)黏度v越大，表明該物體傳遞動(dòng)量的能力越大，流速受影響的范圍越廣， 即流動(dòng)邊界層增厚；導(dǎo)熱系數(shù)a越大，熱量傳遞越迅速，溫度變化范圍越大，即 傳熱邊界層增厚。4. 保溫層的臨界直徑：dc=2入/ a （de：臨界直徑；入：導(dǎo)熱系數(shù)；a :對(duì)流傳熱系數(shù)） 保溫層的臨界厚度：0

9、.5 （dc-di） （d1：保溫層內(nèi)徑）5. 熱輻射：物體由丁熱的原因以電磁波的形式向外發(fā)射能量的過(guò)程。不需要媒介。6. 輻射傳熱：物質(zhì)之間相互輻射和吸收輻射能的傳熱過(guò)程。7. 黑體：落在物體表面的輻射能全部被物體吸收，這種物體稱為絕對(duì)黑體。黑體具有最大的吸收能力，也具有最大的輻射能力。入mT=數(shù)=2.9X 10-38. 灰體：物體能以相同的吸收率吸收所有波長(zhǎng)范圍的輻射能，則物體對(duì)投入輻射 的吸收率與外界無(wú)關(guān)，這種物體成為灰體。六、質(zhì)量傳遞1. 傳遞機(jī)理：1）分子擴(kuò)散;2）渦流擴(kuò)散2. 費(fèi)克定律：Naz=-Dab dCa/dz （Naz:擴(kuò)散通量或擴(kuò)散速率，kmol/ （m2s）; ca:組

10、分A的物質(zhì)的量，kmol/m3; Dab:組分A在組分B中進(jìn)行擴(kuò)散的分子 擴(kuò)散系數(shù)，m2/s）3. 施密特?cái)?shù)：Sc=v /Dab傳遞邊界層厚度ac與流動(dòng)邊界層厚度a一般并不相等，他們的關(guān)系取決 丁 Sc。Sc是分子動(dòng)量傳遞能力和分子擴(kuò)散能力的比值，表示物性對(duì)傳質(zhì)的影 響，代表了壁面附近速率分布與濃度分布的關(guān)系。第二部分一、沉降1. 污染體系分為均相和非均相；分離技術(shù)分為傳質(zhì)分離（均相）和機(jī)械分離（非 均相）。2. 沉降分離主要用丁顆粒物從流體中的分離。其原理是將含有顆粒物的流體（水或氣體）至丁某種力場(chǎng)（重力場(chǎng)、離心力 場(chǎng)、電場(chǎng)或慣性場(chǎng)）中，使顆粒物與連續(xù)相的流體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沉降 到器壁、

11、器底或其他沉積表面，從而實(shí)現(xiàn)顆粒物與流體的分離。沉降分離包括重力沉降（重力）、離心沉降（離心力）、電沉降（電場(chǎng)力）、慣 性沉降（慣性力）和擴(kuò)散沉降（熱運(yùn)動(dòng)）。3. 顆粒流體阻力由形狀阻力和摩擦阻力組成。4. 重力沉降受重力、浮力和阻力；離心沉降受離心力和周圍流體浮力。5. 層流區(qū)：Rep<2, ut=1/18 （ p p-p ） / 從-gdp2 斯托克斯（Stoke 公式）過(guò)渡區(qū)：2<Rq<103,艾倫（Allen）公式湍流區(qū)：103<R<2X 105,牛頓（Newton）公式K。6. 沉降速度的計(jì)算方法有：試差法、摩擦數(shù)群法、無(wú)量綱判據(jù)7. 與重力沉降比，離心

12、沉降有如下特征：P224 （了解，不考）8. 旋風(fēng)分離器針對(duì)氣體非均相混合物，旋流分離器針對(duì)液體非均相混合物9. 離心沉降機(jī)主要用丁懸浮液的固、液分離。二、過(guò)濾1. 按過(guò)濾機(jī)理可分為表面過(guò)濾和深層過(guò)濾；按促使流體流動(dòng)的推動(dòng)力可分為重 力過(guò)濾、真空過(guò)濾、壓力差過(guò)濾和離心過(guò)濾。2. 表面過(guò)濾通常發(fā)生在過(guò)濾液體中顆粒濃度較高或過(guò)濾速度較慢，濾餅層容易 形成的條件下；深層過(guò)濾現(xiàn)象通常發(fā)生在以固體顆粒為過(guò)濾介質(zhì)的操作中。3. 表面過(guò)濾的過(guò)濾阻力由過(guò)濾介質(zhì)和過(guò)濾層的阻力組成。4. 叵壓過(guò)濾：V2+2VVJ=KA2t; q2+2qqe=Kt 化簡(jiǎn)為 V2=Kat; q2=Kt叵速過(guò)濾：V2+VVe=K/2

13、A2t; q2+qqe=K/2 t 化簡(jiǎn)為 V2=K/2 A2t; q2=K/2 t5. 深層過(guò)濾速度與阻力和推動(dòng)力的關(guān)系：u=z/（ rL）= p/ （ k R） （r、R:阻 力；?:推動(dòng)力）6. 懸浮顆粒的運(yùn)動(dòng)包括的主要行為有：遷移行為、附著行為和脫落行為。7. 遷移行為的作用力包括：1）擴(kuò)散作用力（布朗運(yùn)動(dòng)）；2）重力沉降；3）流 體運(yùn)動(dòng)作用力（慣性力）附著行為的作用力包括：靜電斥力、靜電引力和范德華引力脫落行為的作用力包括：剪切作用和碰撞作用8. 水頭損失變化圖P257 三、吸收1. 吸收是依據(jù)混合氣體各組分在同一種液體溶劑中的物理溶解度（或化學(xué)反應(yīng) 活性）的不同，而將氣體混合物分離

14、的操作過(guò)程。按溶質(zhì)和吸收劑之間發(fā)生的作用吸收分為：物理吸收和化學(xué)吸收按混合氣體中被吸收組分的數(shù)目吸收分為：?jiǎn)谓M份吸收和多組分吸收按在吸收過(guò)程中溫度是否會(huì)變化吸收分為：等溫吸收和非等溫吸收2. 亨利定律：pa*=Exa（PA:組分A在氣相中的平衡分壓，Pa； XA：溶質(zhì)A在 液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；E：亨利系數(shù)，Pa）3. 溶質(zhì)在氣、液兩相中如果不是處丁平衡狀態(tài)，必然要從一相傳遞到另一相， 使氣、液兩相逐漸達(dá)到平衡，溶質(zhì)傳遞的方向就是系統(tǒng)趨丁平衡的方向。4. 吸收過(guò)程的傳遞基本步驟：1溶質(zhì)由氣相主體傳遞至氣、液兩相界面的氣相 一側(cè)，即氣相內(nèi)的傳遞；2）溶質(zhì)在兩相界面由氣相溶解丁液相，即相際傳遞； 3）

15、溶質(zhì)由相界面的液相一側(cè)傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的傳遞。5. 雙模理論的基本論點(diǎn)：1）相互接觸的氣、液兩相流體問(wèn)存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)分別有一層虛擬的氣膜和液膜。溶質(zhì)分子以穩(wěn)態(tài)的分子擴(kuò)散連續(xù)通 過(guò)這兩層膜；2）在相界面處，氣、液兩相在瞬間即可達(dá)到平衡，界面上沒有 傳質(zhì)阻力，溶質(zhì)在界面上兩相的組成存在平衡關(guān)系；3）在膜層以外，氣、液兩相流體都充分湍動(dòng)，不存在濃度梯度，組成均一，沒有傳質(zhì)阻力；溶質(zhì)在 每一相中的傳質(zhì)阻力都集中在虛擬的膜層內(nèi)。因此，相際傳質(zhì)的阻力就全部 集中在兩層膜中，故該模型乂稱雙阻力模型。6. 氣相總傳質(zhì)速率方程：Na=Kg（Pa-Pa*）液相總傳質(zhì)速率方程：Na=K l（c

16、a*-ca） , 1/K L=H/k G+1/k l7. 傳質(zhì)總阻力包括氣膜阻力和液膜阻力，即1/K L=H/k G+1/k l或 1/KG=1/k G+1/Hk l8. 化學(xué)吸收除了溶質(zhì)組分在氣、液兩相之間的相平衡關(guān)系之外，還有溶質(zhì)在液 相中的化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系。四、吸附1. 吸附分離操作是通過(guò)多孔固體物料與某一混合組分體系接觸，有選擇地使體 系中的一種或多種組分附著丁固體表面，從而實(shí)現(xiàn)特定組分分離的操作過(guò)程2. 按作用力性質(zhì)吸附分為：物理吸附和化學(xué)吸附按吸附劑再生方法分為：變溫吸附和變壓吸附按原料組成吸附可分為：大吸附量分離和雜志去除按分離機(jī)理吸附可分為：位阻效應(yīng)、動(dòng)力學(xué)效應(yīng)和平衡效應(yīng)3.

17、常用的吸附劑有：活性炭、活性炭纖維、炭分子篩、硅膠、活性氧化鋁和沸 石分子篩4. 在一定條件下吸附劑與吸附質(zhì)接觸時(shí)，吸附質(zhì)會(huì)在吸附劑上發(fā)生凝聚，與此 同時(shí)，凝聚在吸附劑表面的吸附質(zhì)也會(huì)向氣相中逸出。當(dāng)兩者的變化速率相 等，吸附質(zhì)在氣、固兩相中的濃度不再隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，稱這種狀態(tài)為吸 附平衡狀態(tài)。q=f （p, T）（氣相）；q=f （c, T）（液相）圖P3055. Freundlich 方程：q=kp 1/n6. Langmuir方程基本假定：1）吸附劑表面性質(zhì)均一，每一個(gè)具有剩余價(jià)力的表面分子或原子吸附一個(gè)氣體分子；2）氣體分子在固體表面為單層吸附：3） 吸附是動(dòng)態(tài)的，被吸附分子受熱運(yùn)動(dòng)

18、影響可以重新回到氣相；4）吸附過(guò)程類 似丁氣體的凝結(jié)過(guò)程，脫附類似丁液體的蒸發(fā)過(guò)程，達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附 速率等丁脫附速率；5）氣體分子在固體表面的凝結(jié)速率正比丁該組分的氣相 分壓；6）吸附在固體表面的氣體分子之間無(wú)作用力。9 =q/q m7. BET理論認(rèn)為吸附過(guò)程取決丁范德華力。由丁這種力的作用，可使吸附質(zhì)在 吸附劑表面吸附一層后，再一層一層吸附下去，只不過(guò)逐漸減弱而已。8. 吸附過(guò)程基本步驟：1）吸附質(zhì)由流體相擴(kuò)散到吸附劑外表面， 稱外擴(kuò)散；2）吸附質(zhì)由吸附劑的外表面向微孔中的內(nèi)表面擴(kuò)散，稱內(nèi)擴(kuò)散；3）吸附質(zhì)被吸附劑表面吸附。9. 大部分吸附質(zhì)的吸附發(fā)生在一個(gè)比較窄的區(qū)域內(nèi)，即吸附區(qū)。當(dāng)

19、吸附區(qū)的下 端達(dá)到床層底部時(shí)，出口流體的濃度急劇升高，這時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)稱為穿透點(diǎn)。五、其他分離過(guò)程1. 通過(guò)固體離子交換劑中的離子與溶液中的離子經(jīng)行等當(dāng)量的交換來(lái)去除溶液 中的某些離子的操作稱為離子交換。2. 離子交換劑按活性基團(tuán)性質(zhì)分為：強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂、弱酸性陽(yáng)離子交 換樹脂、強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂。3. 交換容量：離子交換樹脂的交換容量是樹脂最重要的性能，它定量的表示樹 脂交換能力的大小?？煞譃槿粨Q容量（由滴定法測(cè)定）和工作交換容量。 影響工作交換容量因素：再生方式和程度、原水離子成分、樹脂層高度、操 作流程和溫度4. 影響離子交換樹脂選擇性的因素：離子的水化半徑和

20、離子的化合價(jià)等。5. 離子交換過(guò)程主要控制步驟：1）邊界水膜內(nèi)的遷移；2）交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)的擴(kuò)散; 3）離子交換；4）交聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的擴(kuò)散；5）邊界水膜內(nèi)的遷移。6. 萃取是分離液體混合物的一種重要的單元操作。在預(yù)分離的原料混合液中加 入一種與其不相溶或部分互溶的液體溶劑，形成兩相體系，在充分混合的條 件下，利用混合液中被分離組分在兩相中分配差異的性質(zhì)，是該組分從混合液轉(zhuǎn)移到液體溶劑中，從而實(shí)現(xiàn)分離。7. 三角形相圖中，3個(gè)頂點(diǎn)A、B、S各代表一種純組分，習(xí)慣上分別表示純?nèi)?質(zhì)相、純稀釋劑相和純?nèi)軇┫?。任意一條邊上的任一點(diǎn)均代表一個(gè)二元混合 物。三角形內(nèi)任一點(diǎn)代表一個(gè)三元混合物。8. 萃取平衡，共軸液相分

21、為：萃取相 E和萃余相R。9. 分配系數(shù)：溶質(zhì) A在兩相中的平衡關(guān)系可以用相平衡常數(shù)k來(lái)表示。K=y mA/X mA10. 選擇性系數(shù)：萃取劑對(duì)原料混合液中兩個(gè)組分的溶解能力的大小，可以用選擇性系數(shù) a 來(lái)表小。a = （ ymA/X mA） /（y mB/X mB）=k A/k B11. 膜分離過(guò)程的分類：P361膜分離過(guò)程的特點(diǎn)是：1）膜分離過(guò)程不發(fā)生相變化，所以能耗較低，能量轉(zhuǎn) 化效率高；2）膜分離過(guò)程可在常溫下進(jìn)行，特別適丁對(duì)熱敏感物質(zhì)的分 離；3）通常不需要投加其他物質(zhì)，可節(jié)省化學(xué)藥劑，并有利丁不改變分離物 質(zhì)原有的屆性；4）在膜分離工程中，分離和濃縮同時(shí)進(jìn)行，有利丁回收有價(jià) 值的物質(zhì)；5）膜分離裝置簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)分離，適應(yīng)性強(qiáng)，操作容易且易 丁實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。12. 膜分離特征參數(shù)：滲透性和選擇性。滲透性也稱為通量