環(huán)境工程原理課程教學大綱

1、環(huán)境工程原理課程教學大綱一、課程基本信息課程代碼：260352課程名稱：環(huán)境工程原理英文名稱：PrinciplesofEnvironmentalEngineering課程類別：專業(yè)基礎課學時：40學時，其中理論學時40。學分：2.5適用對象：環(huán)境工程專業(yè)考核方式：考試先修課程：高等數(shù)學、物理、無機及分析化學、有機化學、物理化學等。二、課程簡介環(huán)境工程原理是環(huán)境工程、環(huán)境科學、給水排水工程等相關專業(yè)的主干專業(yè)基礎課，主要講述水處理工程、大氣污染控制工程、固體廢棄物處理處置工程等環(huán)境污染防治以及生態(tài)修復工程中涉及的具有共性的基本現(xiàn)象和基本過程的基本原理。主要內容包括環(huán)境工程原理基礎、分離過程原理和

2、反應工程原理三部分。環(huán)境工程原理基礎部分主要講述物料與能量守恒原理、傳遞過程等。分離過程原理部分主要講述沉淀、過濾、吸收、吸附的基本原理。反應工程原理部分講述化學和生物反應計量學、動力學、各類反應器的過程解析等，此節(jié)內容暫時不講。三、課程性質與教學目的環(huán)境工程原理是環(huán)境工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，該課程的主要任務是系統(tǒng)、深入地闡述環(huán)境污染控制工程，即水質凈化與水污染控制工程、大氣（包括室內空氣）污染控制工程、固體廢物處理與處置及資源化工程、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學基礎基本過程和現(xiàn)象，以及污染控制裝置的基本原理，為后期相關的專業(yè)課學習打下良好基礎。通過教學使學

3、生掌握以下內容：1 .環(huán)境工程學的基本概念和基本理論：主要包括物料與能量衡算、流體流動、熱量傳遞和質量傳遞過程的基本概念和基本理論。2 .分離過程的原理：主要包括沉淀、過濾、吸收、吸附、離子交換、膜分離等基本分離過程的原理。3 .反應工程原理：主要包括化學與生物反應計量學及動力學，各類化學與生物反應器的解析與基本設計理論等。（由于時間原因，此節(jié)內容暫時不講）四、教學內容及要求第一章緒論（一）目的與要求1、了解環(huán)境問題與環(huán)境學科的發(fā)展；了解環(huán)境工程學的學科體系。2、了解環(huán)境凈化與污染控制的基本方法與原理。3、了解環(huán)境工程原理課程的主要內容及學習方法。（二）教學內容1 .環(huán)境問題與環(huán)境學科的發(fā)展2

4、 .環(huán)境污染與環(huán)境工程學3 .污染控制技術體系，包括水污染控制技術體系大氣污染控制技術體系固體廢物處理處置技術體系等。4 .污染控制技術原理的基本類型5 .環(huán)境工程原理課程的主要內容（三）課后練習教材10-11頁：1.1-1.7（四）教學方法與手段本章主要以教師講授為主，采用多媒體輔助教學（PPT課件），適當開展討論。第二章質量與能量衡算（一）目的與要求1 .熟練掌握各種濃度的表示方法及其相互換算。2 .熟練掌握質量衡算方法和能量衡算方法。3 .掌握常用物理量及其單位換算，掌握量綱的概念。（二）教學內容第一節(jié)常用物理量1、主要內容：計量單位、物理量的單位換算、量綱和無量綱準數(shù)、常用物理量及其表

5、示方法。1 .基本概念和知識點：單位其單位換算，量綱，濃度及其表示方法，流速、流量、通量的概念2 .要求重點掌握各種濃度的表示方法及相互換算，掌握常用物理量的單位換算。掌握流速、流量、通量的概念及其相互關系。第二節(jié)質量衡算1、主要內容：質量衡算的基本概念，總質量衡算。2、基本概念和知識點：衡算系統(tǒng)的界定、總衡算與微分衡算、總物料衡算、某元素或某物質的衡算、穩(wěn)態(tài)非反應系統(tǒng)的衡算、穩(wěn)態(tài)反應系統(tǒng)的衡算、非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的衡算。3、能力要求：熟練掌握各種質量衡算。第三節(jié)能量衡算1 .主要內容：能量衡算方程，熱量衡算方程，封閉系統(tǒng)的熱量衡算，開放系統(tǒng)的熱量衡算。2 .基本概念和知識點：封閉系統(tǒng)的熱量衡算（無相

6、變條件下的能量衡算，有相變條件下的熱量衡算），開放體系的熱量衡算。3 .能力要求：熟練掌握能量衡算方法。（三）課后練習思考題與習題：教材45-47頁：2.1、2.3、2.5、2.7、2.10、2.14。（四）教學方法與手段本章主要以教師講授為主，采用多媒體輔助教學（PPT課件），適當開展討論。第三章流體流動（一）目的與要求1 .掌握管流系統(tǒng)的質量衡算和能量衡算。2 .掌握液體流動狀態(tài)及雷諾數(shù)、理想流體、實際流體、動力黏性系數(shù)的概念，掌握牛頓黏性定律。3 .掌握流體流動的阻力損失計算。4 .掌握管路計算和流體流速與流量的測量。（二）教學內容第一節(jié)管流系統(tǒng)的衡算方程1 .主要內容：管流系統(tǒng)的質量衡

7、算方程、管流系統(tǒng)的能量衡算方程2 .基本概念和知識點：管流系統(tǒng)的質量衡算、管流系統(tǒng)的總能量衡算和機械能衡算。3 .能力要求：掌握管流系統(tǒng)的質量衡算、總能量衡算和機械能衡算方法。第二節(jié)流體流動的內摩擦力1 .主要內容：流體的流動狀態(tài)、流體流動的內摩擦力。2 .基本概念和知識點：流體的層流和湍流、雷諾數(shù)及其與流體流動狀態(tài)的關系，牛頓黏性定律、動力黏性系數(shù)、流體類別、流動狀態(tài)對剪切應力的影響。3 .能力要求：掌握液體流動狀態(tài)及雷諾數(shù)、理想流體、實際流體、動力黏性系數(shù)的概念，掌握牛頓黏性定律。第三節(jié)邊界層理論1 .主要內容：邊界層理論的概念，邊界層的形成過程，邊界層分離。2 .基本概念和知識點：普蘭德

8、邊界層理論的要點，繞平板流動的邊界層的形成，圓直管內流動的邊界層，邊界層分離。3 .能力要求：一般掌握邊界層理論和邊界層的形成過程。第四節(jié)流體流動的阻力損失1 .主要內容：阻力損失的影響因素，圓直管內流動的沿程阻力損失，管道內的局部阻力損失。2 .基本概念和知識點：阻力產生的原因及阻力損失的影響因素，圓直管內流動的阻力損失通式，圓管內層流流動的速度分布和阻力損失，圓管內湍流流動的速度分布和阻力損失，管道內的局部阻力損失。3 .能力要求：掌握阻力損失的影響因素及阻力損失的計算。第五節(jié)管路計算1 .主要內容：簡單管路的計算，復雜管路的計算2 .基本概念和知識點：簡單管路的計算，分支管道計算，并聯(lián)管

9、路。3 .能力要求：熟練掌握道路計算。第六節(jié)流體測量1 .主要內容：測速管，孔板流量計，文丘里流量計，轉子流量計，2 .基本概念和知識點：流體流速和流量的測定的原理和方法。3 .能力要求：掌握流體流速和流量的測定的原理和方法。（四）實踐環(huán)節(jié)與課后練習本章設置一個實驗，既流體流動阻力的測定，實驗為3個學時。思考題與習題：教材105-109頁：3.1、3.4、3.5、3.7、3.93.16c（五）教學方法與手段本章主要以教師講授為主，采用多媒體輔助教學（PPT課件），適當開展討論，安排1次實驗，1次習題課。第四章熱量傳遞（一）目的與要求1、了解熱傳導的基本原理，掌握傅立葉定律及平壁和圓筒壁的熱傳導

10、計算。2、理解對流傳熱的基本原理，牛頓冷卻定律及影響對流傳熱系數(shù)的因素，掌握對流傳熱系數(shù)的物理意義及經驗關聯(lián)式的用法，使用條件及注意事項。3、理解輻射傳熱的基本概念及兩固體輻射傳熱的計算。1 .掌握傳熱過程的計算，傳熱速度方程式，傳熱負荷，平均溫度差，總傳熱系數(shù)計算及了解強化傳熱過程，途徑。2 .了解工業(yè)生產中常用換熱器的類型，結構，并能進行列管式換熱器的選型計算。（二）教學內容第一節(jié)熱量傳遞的方式1 .主要內容：熱量傳遞的方式。2 .基本概念和知識點：熱傳導、對流傳熱、輻射傳熱。3 .能力要求：了解熱量傳遞的方式。第二節(jié)熱傳導1 .主要內容：傅立葉定律、導熱系數(shù)、通過平壁的穩(wěn)定熱傳導、通過圓

11、管壁的穩(wěn)定熱傳導。2 .基本概念和知識點：傅立葉定律、導熱系數(shù)、通過平壁的穩(wěn)定熱傳導（單層平壁的熱傳導、多層平壁的熱傳導），通過圓管壁的穩(wěn)定熱傳導。3 .能力要求：掌握傅立葉定律、導熱系數(shù)和熱傳導的計算。第三節(jié)對流傳熱1 .主要內容：對流傳熱的影響因素、對流傳熱的機理、對流傳熱速率、對流傳熱的經驗公式、保溫層的臨界直徑、間壁傳熱過程計算。2 .基本概念和知識點：對流傳熱的影響因素、對流傳熱的機理（流動邊界層的傳熱機理及溫度分布，傳熱邊界層），對流傳熱速率（牛頓冷卻定律，對流傳熱系數(shù)）、對流傳熱的經驗公式（對流傳熱微分方程式、無量綱方程式、管內強制對流傳熱、大空間自然對流傳熱、蒸氣冷凝傳熱）。保

12、溫層的臨界直徑、間壁傳熱過程計算（總傳熱速率方程、總傳熱系數(shù)、傳熱推動力、換熱器的傳熱效率，傳熱單元數(shù)。3 .能力要求：掌握對流傳熱的機理及其影響因素，掌握對流傳熱速率及傳熱系數(shù)的計算，掌握間壁傳熱過程的計算。第四節(jié)輻射傳熱1 .主要內容：輻射傳熱的基本概念、物體的輻射能力、物體間的輻射傳熱、氣體的輻射傳熱、對流和輻射聯(lián)合傳熱。2 .基本概念和知識點：熱輻射、熱輻射對物體的作用、輻射傳熱；黑體的輻射能力、灰體的輻射能力，物體的輻射能力與吸收能力的關系；物體間的輻射傳熱；氣體輻射的特點、氣體的輻射能力E和黑度8;對流和輻射聯(lián)合傳熱。第五節(jié)換熱器1 .主要內容：換熱器的分類與結構形式、管式換熱器、

13、板式換熱器、強化換熱器傳熱過程的途徑。2 .基本概念和知識點：換熱器的分類與結構形式、各類管式換熱器、板式換熱器的結構特點和換熱性能。提高傳熱效率和能力的途徑。3 .能力要求：了解換熱器的分類，掌握各種換熱器結構特點和傳熱性能。（三）實踐環(huán)節(jié)與課后練習實驗：對流傳熱系數(shù)的測定，4學時。思考題與習題：教材176-177:4.14.14選才？8-10道題。（四）教學方法與手段本章節(jié)的主要教學手段是多媒體教學，通過電子圖片來講解不同熱交換設備的結構特點、原理、技術參數(shù)和選擇原則，并將各種熱交換設備與環(huán)境工程的實際應用結構起來。安排實驗1次，習題課1次。第五章質量傳遞（一）目的與要求1 .掌握傳質的基

14、本概念。了解環(huán)境工程中常見的傳質過程。2 .掌握分子傳質和對流傳質的傳質速率方程和傳質系數(shù)。（二）教學內容第一節(jié)環(huán)境工程中的傳質過程1 .主要內容：環(huán)境工程中常見的傳質過程。2 .基本概念和知識點：吸收與吹脫（汽提）、萃取、吸附、離子交換、膜分離。3 .能力要求：了解環(huán)境工程中常見的傳質過程。第二節(jié)質量傳遞的基本原理1 .主要內容：傳質機理、分子擴散、渦流擴散。2 .基本概念和知識點：費克定律、分子擴散系數(shù)、渦流擴散與渦流擴散系數(shù)。3 .能力要求：掌握費克定律、分子擴散系數(shù)、渦流擴散與渦流擴散系數(shù)的概念。第三節(jié)分子傳質1 .主要內容：單向擴散、等分子反向擴散、界面上有化學反應的穩(wěn)態(tài)傳質。2 .

15、基本概念和知識點：分子傳質中的單向擴散的擴散通量與濃度分布、等分子反向擴散的擴散通量與濃度分布、界面上有化學反應的穩(wěn)態(tài)傳質。3 .能力要求：掌握分子傳質的擴散通量與濃度分布的計算。第四節(jié)對流傳質1 .主要內容：對流傳質機理及傳質邊界、對流傳質速率方程、典型情況下的對流傳質系數(shù)。2 .基本概念和知識點：對流傳質機理及傳質邊界、對流傳質速率方程的一般形式、單向擴散時的傳質系數(shù)、等分子反向擴散的傳質系數(shù)。平板壁面上的層流傳質和湍流傳質、圓管內的層流對流傳質、繞固體球的強制對流傳質。3 .能力要求：掌握對流傳質的機理、傳質速率方程和傳質系數(shù)。（三）課后練習與思考題教材204-205頁，5.1-5.9選

16、擇5-6道題。（四）教學方法與手段本章主要以教師講授為主，采用多媒體輔助教學（PPT課件），適當開展討論。第六章沉降（一）目的與要求1 .了解重力沉降和離心沉降的基本原理，掌握沉降速度基本計算方法及沉降鑒定，旋風分離器的主要性能。2 .了解電除塵器和慣性除塵器的工作原理（二）教學內容第一節(jié)沉降分離的基本概念1 .主要內容：沉降分離的一般原理和類型，流體阻力與阻力系數(shù)2 .基本概念和知識點：沉降分離的一般原理和類型，單顆粒的幾何特性參數(shù)、流體阻力與阻力系數(shù)。3 .能力要求：了解沉降分離的類型和一般原理、掌握流體阻力與阻力系數(shù)及其與顆粒幾何特性參數(shù)的關系。第二節(jié)重力沉降1 .主要內容：重力場中顆粒

17、的沉降過程、沉降速度的計算、沉降分離設備。2 .基本概念和知識點：重力場中顆粒的沉降過程、沉降速度的計算方法、重力沉降分離設備的結構和工作原理。3 .能力要求：掌握重力沉降速度的計算方法和重力沉降分離設備的結構與工作原理。第三節(jié)離心沉降1 .主要內容：離心力場中顆粒的沉降分析、旋流器的工作原理、離心沉降機工作原理。2 .基本概念和知識點：離心力場中顆粒的沉降分析、旋風分離器的基本操作原理及其主要分離性能指標、旋流分離器的工作原理及有關計算、離心沉降機工作原理及有關計算。3 .能力要求：掌握旋風分離器的基本操作原理及其主要分離性能指標、旋流分離器的工作原理及有關計算、離心沉降機工作原理及有關計算

18、。第四節(jié)其他沉降1 .主要內容：電沉降、慣性沉降2 .基本概念和知識點：電除塵器的工作原理、慣性除器塵的工作原理。3 .能力要求：掌握電除塵器的工作原理、慣性除器塵的工作原理。（三）課后練習思考題與習題：教材235-237頁6.16.16選才?7-8道題。（五）教學方法與手段本章的主要教學手段是多媒體教學，通過電子圖片來講解不同沉降設備結構特點、原理和設計參數(shù)，并將各種沉降設備與環(huán)境工程的實際應用結構起來。第七章過濾（一）目的與要求1. 掌握過濾操作的基本概念，過濾和過濾速率、恒壓過濾，恒速過2. 掌握恒壓過濾常數(shù)的計算方法和測定方法。（二）教學內容第一節(jié)過濾操作的基本概念1 .主要內容：過濾

19、過程、過濾介質、過濾分類、2 .基本概念和知識點：過濾的概念與過濾介質，按過濾機理分類、按促使流體流動的推動力分類。3 .能力要求：了解過濾的概念及類型。第二節(jié)表面過濾的基本理論1 .主要內容：表面過濾的基本方程、過濾過程的基本計算、過濾常數(shù)的測定、濾餅洗滌、過濾機生產能力的計算。2 .基本概念和知識點：表面過濾的基本方程、恒壓過濾與恒速過濾的計算、過濾常數(shù)及其計算、壓縮指數(shù)、濾餅洗滌的速度與時間、間歇式和連續(xù)式過濾機的生產能力的計算。3 .能力要求：掌握過濾過程的基本計算、過濾常數(shù)及其測定，掌握過濾機生產能力的計算。第三節(jié)深層過濾的基本理論1.主要內容：流體通過顆粒床層的流動、深層過濾過程中

20、懸浮顆粒的運動。2. 基本概念和知識點：混合顆粒的幾何特性、顆粒床層的幾何特性、流體在顆粒床層中的流動、深層過濾過程中懸浮顆粒的運動、深層過濾的水力學（清潔濾料床層、運行過程中的濾料床層）。3. 能力要求：了解混合顆粒的幾何特性，掌握流體通過顆粒床層的流動、深層過濾過程中懸浮顆粒的運動特性。（三）實踐環(huán)節(jié)與課后練習本章實驗：過濾常數(shù)的測定實驗，3個學時。課后作業(yè)：教材262264頁，7.17.16中選擇6-8題。（四）教學方法與手段本章節(jié)的主要教學手段是多媒體教學，通過電子圖片來講解過濾操作及有關計算，安排實驗1次。第八章吸收（一）目的與要求1 .了角吸收的概念和吸收的類型、掌握氣-液平衡和亨

21、利定律及其應用。2 .掌握雙膜理論的要點及傳質速率方程。3 .熟練掌握吸收塔的物料衡算方程和操作線方程。4 .熟練掌握吸收劑用量的計算、填料層高度的計算。（二）教學內容第一節(jié)吸收的基本概念1 .主要內容：吸收的定義與應用、吸收的類型2 .基本概念和知識點：吸收的定義、吸收在環(huán)境工程領域中的應用、吸收的分類。3 .能力要求：了解吸收的類型及其環(huán)境工程中的應用。第二節(jié)物理吸收1 .主要內容：物理吸收的熱力學基礎、物理吸收的動力學基礎。2 .基本概念和知識點：氣-液平衡與亨利定律、相平衡關系在吸收過程中的應用、吸收過程的機理、雙膜理論、總傳質速率方程、傳質系數(shù)、傳質阻力分析。3 .能力要求：掌握氣-

22、液平衡與亨利定律的關系，相平衡關系與吸收過程的判別、吸收過程的雙膜理論、傳質速率方程與傳質系數(shù)。第三節(jié)化學吸收1 .主要內容：化學吸收的特點、化學吸收的平衡關系、化學吸收的傳質速率。2 .基本概念與識知點：化學吸收的特點、吸收過程中的化學反應及其平衡關系（溶質與吸收劑反應、溶質與吸收劑中的活性組分反應）化學吸收的傳質速率。3 .能力要求：了解化學吸收的特點、掌握化學吸收過程的平衡關系及化學吸收的傳質速率。第四節(jié)吸收設備及其主要工藝計算1 .主要內容：吸收設備工藝簡述、填料的類型及特性、填料塔吸收過程的物料衡與操作線方程、吸收劑的用量計算、填料層高度的計算、吸收過程的計算類型。2 .基本概念與知

23、識點：吸收塔、全塔物料衡算與操作線方程、吸收劑用量的確定、填料層高度的計算方法（傳質高度的計算、傳質單元數(shù)計算的對數(shù)平均推動力法和吸收因數(shù)法）。3 .能力要求：了解吸收塔的結構、填料的類型及特性；掌握吸收塔物料衡算與操作線方程，掌握填料層高度的計算方法。（三）實踐環(huán)節(jié)與課后練習實踐環(huán)節(jié)：本章安排實驗課一次，實驗內容：（計算機仿真實驗演示）課后練習：教材299-301,思考題與習題8.1-8.13選才?6-7題。（四）教學方法與手段本章主要采用多媒體教學手段進行教學，利用圖片、動畫介紹吸收設備，安排習題課1次。第九章吸附（一）目的與要求1 .掌握吸附分離操作的有關概念。2 .掌握等溫吸附方程及吸

24、附動力學方程。3 .掌握吸附操作與吸附穿透曲線的有關概念及計算。（二）教學內容第一節(jié)吸附分離操作的基本概念1 .主要內容：吸附分離操作的分類、吸附分離操作的應用。2 .基本概念和知識點：吸附分離操作分類的依據(jù)、方法、吸附分離操作在工業(yè)生產和環(huán)境保護方面的應用。3 .能力要求：掌握吸附的基本概念、了解吸附分離的類型及其應用第二節(jié)吸附劑1 .主要內容：常用吸附劑的特性、幾種常用的吸附劑。2 .基本概念和知識點：吸附劑的主要特性、幾種常用吸附劑及其特點。3 .能力要求：了解常用吸附劑的種類、性質及用途。第三節(jié)吸附平衡1 .主要內容：單組分吸附氣體，雙組分氣體吸附，液相吸附。2 .基本概念和知識點：吸

25、附平衡理論、等溫吸附方程（Freundlich方程、Langmuir方程、BET方程）、溫度對吸附平衡的影響、吸附位勢、吸附熱、雙組分氣體吸附、液相吸附。3 .能力要求：掌握吸附平衡理論、等溫吸附方程（Freundlich方程、Langmuir方程、BE*程）、溫度對吸附平衡的影響。第四節(jié)吸附動力學1 .主要內容：吸附劑顆粒外表面界膜傳質速率、吸附劑顆粒內表面擴散速率、內表面擴散阻力控制時的吸附過程、外表面界膜控制時的吸附過程。2 .基本概念和知識點：吸附劑顆粒外表面界膜傳質速率方程、吸附劑顆粒內表面擴散速率方程、內表面擴散阻力控制時的吸附過程、外表面界膜控制時的吸附過程。3 .能力要求：掌握

26、吸附劑顆粒外表面界膜傳質速率方程和吸附劑顆粒內表面擴散速率方程。第五節(jié)吸附操作與吸附穿透曲線1 .主要內容：接觸過濾吸附、固定床吸附。2 .基本概念和知識點：接觸過濾吸附中的單級吸附、多級吸附、逆流多級吸附；固定床吸附中的穿透點和穿透曲線、穿透時間。3 .能力要求：掌握接觸過濾吸附中的單級吸附、多級吸附、逆流多級吸附的概念和固定床吸附中的穿透點和穿透曲線、穿透時間的概念及有關計算。3.課后練習教材338-339:思考題與習題9.1-9.4。（四）教學方法與手段本章主要采用多媒體教學手段進行教學。第十章其他分離過程（一）目的與要求1 .掌握離子交換的基本原理；掌握離子交換速度的控制及其影響因素。

27、2 .掌握萃取劑的選擇及萃取過程的流程與計算。3 .了解膜分離的原理、特點及發(fā)展狀況。（二）教學內容第一節(jié)離子交換1 .主要內容：離子交換劑概述、離子交換的基本原理、離子交換的速度2 .基本概念和知識點：離子交換劑的分類、離子交換樹脂的結構及其物理化學性質；離子交換反應、離子交換平衡和選擇性系數(shù)；離子交換速度的控制步驟、離子交換速度的表達式、離子交換速度的影響因素。3 .能力要求：了解離子交換劑的類型、結構、理化性質；掌握離子交換的基本原理；掌握離子交換速度的控制及其影響因素。第二節(jié)萃取1 .主要內容：萃取分離的特點、萃取過程的熱力學基礎、萃取劑的選擇、萃取過程的流程和計算。2 .基本概念和知識點：萃取過程的