華北理工環(huán)境工程原理課程教學(xué)大綱

1、環(huán)境工程原理課程教學(xué)大綱課程名稱：環(huán)境工程原理 課程編號(hào)：H04404 英文名稱：Principles of Environmental Engineering 課程屬性：必修課學(xué) 時(shí)：48 學(xué) 分：3.5分先修課程：無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué) 后續(xù)課程：水污染控制工程、大氣污染控制工程 適用專業(yè)：環(huán)境工程 一、課程簡介 本門課程是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程的主要任務(wù)是深入理解環(huán)境污染控制工程中涉及的具有共性的工程學(xué)基礎(chǔ)、基本過程和現(xiàn)象，系統(tǒng)掌握流體流動(dòng)和熱量與質(zhì)量傳遞過程的基礎(chǔ)理論，系統(tǒng)掌握常用分離技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)和工藝過程的基本計(jì)算方法。課程第一部分重點(diǎn)闡述環(huán)境工程學(xué)的基本概念

2、和基本理論，包括物料與能量衡算以及流體流動(dòng)、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞過程的基本理論等；第二部分主要闡述沉淀、過濾、吸收、吸附、離子交換、膜分離等基本分離過程的理論。本課程從環(huán)境工程的實(shí)際需求出發(fā)，通過與環(huán)境工程實(shí)踐緊密結(jié)合的例題，對(duì)基本原理進(jìn)行深入淺出的闡述，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜環(huán)境問題的能力，系統(tǒng)整體優(yōu)化的觀念，使學(xué)生具備扎實(shí)、系統(tǒng)和寬厚的理論基礎(chǔ)。教學(xué)過程中采用講授、啟發(fā)、引導(dǎo)、討論等多種方式，借助教具、課堂舉例、課外習(xí)題、案例、視頻演示以及圖片講解等多種手段提高教學(xué)效果，使學(xué)生深入理解抽象的理論問題，進(jìn)而與實(shí)際問題相結(jié)合，理論聯(lián)系實(shí)際，為今后分析解決實(shí)際工程問題打下基礎(chǔ)。二、課程內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配

3、教 學(xué) 環(huán) 節(jié) 課 時(shí) 安 排講課習(xí)題課討論課實(shí)驗(yàn)課上機(jī)其它合計(jì)406100148第一單元：緒論（建議學(xué)時(shí)數(shù)：1學(xué)時(shí)）【學(xué)習(xí)目的和要求】1.知識(shí)掌握要求學(xué)生初步了解環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)并理解其作用原理；了解環(huán)境工程專業(yè)體系，了解課程內(nèi)容，明確課程的學(xué)習(xí)方法。2.能力培養(yǎng)通過本單元的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和總結(jié)歸納能力。3.教學(xué)方法 講授、引導(dǎo)法。【重點(diǎn)】環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)并理解其作用原理; 課程的學(xué)習(xí)方法?！倦y點(diǎn)】課程的學(xué)習(xí)方法。第二單元：質(zhì)量衡算與能量衡算（建議學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí)）【學(xué)習(xí)目的和要求】知識(shí)掌握理解量綱和無量綱準(zhǔn)數(shù)的概念，理解非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量衡算的思路，能夠進(jìn)行簡單非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的

4、質(zhì)量衡算，理解能量衡算方程和熱量衡算方程。要求學(xué)生掌握不同單位制中對(duì)應(yīng)單位之間的換算，掌握濃度、流量中不同表示方法之間的換算；掌握穩(wěn)態(tài)質(zhì)量衡算，掌握封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)的熱量衡算。2.能力培養(yǎng)通過本單元的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和總結(jié)歸納能力。3.教學(xué)方法 講授、引導(dǎo)法?！局攸c(diǎn)】同一物理量在的不同單位制之間的換算，常用物理量及其表示方法，穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量衡算，封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)的熱量衡算?！倦y點(diǎn)】量綱和無量綱準(zhǔn)數(shù)的概念，穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)和非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量衡算。第三單元：流體流動(dòng)（建議學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)）【學(xué)習(xí)目的和要求】1.知識(shí)掌握要求學(xué)生理解雷諾數(shù)和流體流動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系；理解流體內(nèi)摩擦力的概念，理解邊界層的形成

5、、分離；理解流體流動(dòng)阻力損失產(chǎn)生的原因和影響因素。要求學(xué)生掌握管流系統(tǒng)的質(zhì)量、能量衡算，能夠?qū)ΤＲ娤到y(tǒng)進(jìn)行總能量衡算和機(jī)械能衡算，掌握?qǐng)A直管內(nèi)層流、湍流流動(dòng)的阻力損失相關(guān)計(jì)算和管道局部阻力損失的計(jì)算，掌握簡單管路和復(fù)雜管路的相關(guān)計(jì)算；掌握常用的流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理，能夠進(jìn)行流速或流量的計(jì)算。2.能力培養(yǎng)通過理論和相關(guān)例題的學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生的思維能力，使學(xué)生初步了解污染物去除過程中流體輸送的基本理論，培養(yǎng)學(xué)生用理論聯(lián)系實(shí)際的方法認(rèn)識(shí)生產(chǎn)生活中的問題。3.教學(xué)方法啟發(fā)、講授法?！局攸c(diǎn)】管流系統(tǒng)的質(zhì)量衡算方程和能量衡算方程，管內(nèi)的沿程阻力損失和局部阻力損失，簡單管路和復(fù)雜管路的流速、流量、阻力損失、機(jī)械

6、能等的相關(guān)計(jì)算，常用流體流量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)、原理和流速或流量的相關(guān)計(jì)算。【難點(diǎn)】流體的內(nèi)摩擦力，邊界層的形成過程，邊界層分離，管流系統(tǒng)的機(jī)械能衡算方程，管內(nèi)的沿程阻力損失和局部阻力損失的計(jì)算，簡單管路和復(fù)雜管路的流速、流量、阻力損失、機(jī)械能等的相關(guān)計(jì)算。第四單元：熱量傳遞（建議學(xué)時(shí)數(shù)：7學(xué)時(shí)）【學(xué)習(xí)目的和要求】1.知識(shí)掌握了解管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)、大空間自然對(duì)流傳熱、蒸氣冷凝傳熱系數(shù)的計(jì)算方法，了解氣體輻射能力和對(duì)流輻射聯(lián)合傳熱過程的原理。理解傅立葉定律、牛頓冷卻定律、導(dǎo)熱系數(shù)和對(duì)流傳熱系數(shù)的概念，理解對(duì)流傳熱的機(jī)理和影響因素，理解輻射傳熱的基本概念和物理輻射能力的概念，理解和掌握強(qiáng)化換熱器傳

7、熱過程的途徑。掌握單層平壁和多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，掌握?qǐng)A管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)；掌握間壁傳熱傳熱速率、傳熱系數(shù)、傳熱推動(dòng)力及傳熱單元數(shù)等的相關(guān)計(jì)算；掌握保溫層及臨界直徑的計(jì)算方法，掌握物體間輻射傳熱量的計(jì)算方法，掌握管式換熱器和板式換熱器的結(jié)構(gòu)和工作原理。2.能力培養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生思維能力，采用理論聯(lián)系實(shí)際的方法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐意識(shí)。3.教學(xué)方法引導(dǎo)、討論、講授法?！局攸c(diǎn)】傅立葉定律，牛頓冷卻定律，導(dǎo)熱系數(shù)及工程中常用材料的導(dǎo)熱性能，單層平壁和多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，圓管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，對(duì)流傳熱的機(jī)理和影響因素，對(duì)流傳熱速率的計(jì)算，保溫層臨界直徑和臨界厚度的相關(guān)計(jì)算，間壁傳熱的傳熱速率、總傳熱系數(shù)、

8、總熱阻等相關(guān)計(jì)算，輻射傳熱的基本概念，物體間輻射傳熱量的計(jì)算方法，管式換熱器和板式換熱器的結(jié)構(gòu)和工作原理，強(qiáng)化換熱器傳熱過程的途徑?！倦y點(diǎn)】單層平壁和多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，圓管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，單層平壁和多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，圓管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，對(duì)流傳熱速率的計(jì)算，保溫層臨界直徑和臨界厚度的相關(guān)計(jì)算，間壁傳熱的傳熱速率、總傳熱系數(shù)、總熱阻等相關(guān)計(jì)算，輻射傳熱的基本概念，物體間輻射傳熱量的計(jì)算方法。第五單元：質(zhì)量傳遞（建議學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí)）【學(xué)習(xí)目的和要求】1.知識(shí)掌握要求學(xué)生了解環(huán)境工程中常見的傳質(zhì)過程，理解對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理和傳質(zhì)邊界層理論，理解對(duì)流傳質(zhì)速率的表達(dá)形式，為學(xué)習(xí)第八章吸收打下基礎(chǔ)。掌握分

9、子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散的傳質(zhì)機(jī)理，掌握單向擴(kuò)散和等分子反向擴(kuò)散速率的相關(guān)計(jì)算。2.能力培養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生思維能力、綜合分析能力。3.教學(xué)方法引導(dǎo)、講授法?！局攸c(diǎn)】分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散的傳質(zhì)機(jī)理，單向擴(kuò)散和等分子反向擴(kuò)散的擴(kuò)散通量，對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理和傳質(zhì)邊界層理論，對(duì)流傳質(zhì)速率方程?！倦y點(diǎn)】分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散的傳質(zhì)機(jī)理，單向擴(kuò)散和等分子反向擴(kuò)散的擴(kuò)散通量，對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理和傳質(zhì)邊界層理論，對(duì)流傳質(zhì)速率方程。第六單元：沉降（建議學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)）【學(xué)習(xí)目的和要求】1.知識(shí)掌握要求學(xué)生了解沉降分離的原理和類型，了解沉降分離設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，了解離心沉降機(jī)的工作原理。掌握重力場(chǎng)中不同流動(dòng)狀態(tài)下顆粒沉降速度和粒徑的計(jì)算，掌握沉降

10、分離設(shè)備的工作原理，掌握旋風(fēng)分離器和旋流分離器的基本操作原理，掌握旋流器臨界直徑和分離效率的相關(guān)計(jì)算，掌握電除塵器和慣性除塵器的結(jié)構(gòu)和工作原理。2.能力培養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生思維能力，分析解決實(shí)際問題的能力。3.教學(xué)方法啟發(fā)、講授法?！局攸c(diǎn)】重力場(chǎng)中不同流動(dòng)狀態(tài)下顆粒沉降速度的計(jì)算，沉降分離設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，旋流器工作原理，臨界直徑和分離效率的計(jì)算，電除塵器和慣性除塵器的結(jié)構(gòu)和工作原理?！倦y點(diǎn)】重力場(chǎng)中不同流動(dòng)狀態(tài)下顆粒沉降速度的計(jì)算，沉降分離設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，旋流器工作原理，臨界直徑和分離效率的計(jì)算，離心沉降機(jī)的工作原理。第七單元：過濾（建議學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)）【學(xué)習(xí)目的和要求】1.知識(shí)掌

11、握要求學(xué)生了解過濾過程、過濾介質(zhì)、過濾分類；了解濾餅洗滌速度和時(shí)間的計(jì)算；了解流體通過顆粒床層的流動(dòng)情況和影響因素，理解深層過濾過程中懸浮顆粒的運(yùn)動(dòng)情況。掌握恒壓、恒速過濾的相關(guān)計(jì)算，能夠進(jìn)行空床流速、操作壓差、濾餅厚度、顆粒床層高度的相關(guān)計(jì)算，掌握深層過濾的水頭損失的計(jì)算方法。2.能力培養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生思維能力，分析解決實(shí)際問題的能力。3.教學(xué)方法案例式、講授法?！局攸c(diǎn)】表面過濾中恒壓過濾、恒速過濾的相關(guān)計(jì)算，深層過濾中空床流速、操作壓差、濾餅厚度、顆粒床層高度的相關(guān)計(jì)算?！倦y點(diǎn)】表面過濾中恒壓過濾、恒速過濾的相關(guān)計(jì)算，深層過濾中空床流速、操作壓差、濾餅厚度、顆粒床層高度的相關(guān)計(jì)算。第八單元：吸收

12、（建議學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)）【學(xué)習(xí)目的和要求】1.知識(shí)掌握要求學(xué)生了解吸收的定義、類型與應(yīng)用，了解化學(xué)吸收的特點(diǎn)，了解吸收設(shè)備的主要工藝，理解操作線、平衡線的關(guān)系。掌握亨利定律、相平衡及其在吸收過程中的計(jì)算應(yīng)用，掌握物理吸收過程的傳質(zhì)機(jī)理和雙膜理論，掌握總傳質(zhì)速率和傳質(zhì)阻力的相關(guān)計(jì)算；掌握化學(xué)吸收的平衡關(guān)系和傳質(zhì)速率的計(jì)算；掌握填料塔全塔物料衡算，掌握吸收劑用量和填料塔高度的計(jì)算。2.能力培養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生思維能力，分析解決實(shí)際問題的能力。3.教學(xué)方法案例式、講授法?！局攸c(diǎn)】亨利定律、相平衡關(guān)系等的相關(guān)計(jì)算，物理吸收過程的機(jī)理和雙膜理論，總傳質(zhì)速率和傳質(zhì)阻力的計(jì)算，化學(xué)吸收的傳質(zhì)速率，填料塔全塔物料衡算，

13、用操作線、平衡線的關(guān)系確定吸收劑用量，填料塔高度的計(jì)算?！倦y點(diǎn)】亨利定律、相平衡關(guān)系等的相關(guān)計(jì)算，總傳質(zhì)速率和傳質(zhì)阻力的計(jì)算，填料塔全塔物料衡算，用操作線、平衡線確定吸收劑用量的計(jì)算，填料塔高度的計(jì)算。第九單元：吸附（建議學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)）【學(xué)習(xí)目的和要求】1.知識(shí)掌握要求學(xué)生了解吸附分離操作的分類和應(yīng)用，了解常用吸附劑及其主要特性，了解吸附等溫式的擬合方法，掌握單級(jí)吸附、多級(jí)吸附、多級(jí)逆流吸附的相關(guān)計(jì)算，了解固定床吸附穿透時(shí)間的計(jì)算方法，理解固定床穿透曲線、穿透點(diǎn)和穿透時(shí)間的概念。掌握吸附的基本原理。2.能力培養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生思維能力，分析解決實(shí)際問題的能力。3.教學(xué)方法講授法?！局攸c(diǎn)】常用吸附劑及

14、其主要特性，吸附的基本原理，固定床吸附穿透曲線、穿透點(diǎn)和穿透時(shí)間，單級(jí)吸附、多級(jí)吸附、多級(jí)逆流吸附的相關(guān)計(jì)算。【難點(diǎn)】吸附的基本原理，單級(jí)吸附、多級(jí)吸附、多級(jí)逆流吸附的相關(guān)計(jì)算,固定床吸附穿透曲線、穿透點(diǎn)和穿透時(shí)間。第十單元：其它分離過程（建議學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)）【學(xué)習(xí)目的和要求】1.知識(shí)掌握要求學(xué)生了解離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)及其物理化學(xué)性質(zhì)，了解離子交換速度的步驟及控制步驟和交換速度的影響因素，了解離子交換樹脂的特征參數(shù)，能夠利用選擇性系數(shù)計(jì)算交換平衡時(shí)的離子濃度。要求能夠利用三角相圖確定三元混合物的組成，理解分配曲線和分配系數(shù)的意義，掌握萃取劑和稀釋劑不互溶體系的單級(jí)萃取和多級(jí)錯(cuò)流、逆流萃取的最小

15、萃取劑用量、理論級(jí)數(shù)等的相關(guān)計(jì)算。了解膜分離過程的分類、特點(diǎn)及種類，理解膜分離過程的表征參數(shù)：滲透性和選擇性，理解膜傳遞過程的理論模型：多孔模型、溶解擴(kuò)散。2.能力培養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生思維能力，分析解決實(shí)際問題的能力。3.教學(xué)方法啟發(fā)式、講授法?！局攸c(diǎn)】離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)及其物理化學(xué)性質(zhì)，離子交換速度的控制與影響因素；萃取的機(jī)理，單級(jí)萃取、多級(jí)錯(cuò)流、逆流萃取的相關(guān)計(jì)算。膜分離過程的表征參數(shù)和推動(dòng)力，膜傳遞過程的機(jī)理?！倦y點(diǎn)】萃取的機(jī)理，單級(jí)萃取、多級(jí)錯(cuò)流、逆流萃取的相關(guān)計(jì)算。膜傳遞過程的機(jī)理。三、考核方式及要求1.考核方式：開卷考試2.評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)成績比例：總成績=考試成績70% + 平時(shí)成績30%，其中

16、平時(shí)成績?yōu)槌銮诔煽?、提問成績、作業(yè)成績的平均值。質(zhì)疑：每次質(zhì)疑平時(shí)成績加5分。課堂討論：每次發(fā)言加5分。四、教材及參考書1. 胡洪營主編，環(huán)境工程原理，高等教育出版社，2005年8月；2. 姚玉英主編，化工原理（上、下），天津大學(xué)出版社，1996年8月；3. 郝吉明，馬廣大主編，大氣污染控制工程，高等教育出版社，2002年5月；4. 高廷耀等主編，水污染控制工程（上、下），高等教育出版社，2007年3月。五、責(zé)任認(rèn)定1.大綱執(zhí)筆人：2.大綱審定人：3.制定時(shí)間：2011年11月教學(xué)進(jìn)度表：周次講次課內(nèi)學(xué)時(shí)課內(nèi)學(xué)時(shí)授課內(nèi)容任課教師 11221 緒論；2 質(zhì)量衡算與能量衡算：2.1 常用物理量12

17、222 質(zhì)量衡算與能量衡算：2.2 質(zhì)量衡算；2.3 能量衡算23223 流體流動(dòng)：3.1 管流系統(tǒng)衡算方程；3.2 流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力24223 流體流動(dòng)：；3.3 邊界層理論；3.4 流體流動(dòng)的阻力損失35223 流體流動(dòng)：3.5 管路計(jì)算；3.6 流體測(cè)量36224 熱量傳遞：4.1 熱量傳遞方式；4.2 熱傳導(dǎo)47224 熱量傳遞：4.3 對(duì)流傳熱48224 熱量傳遞：4.4 輻射傳熱；4.5 換熱器6922習(xí)題課610225 質(zhì)量傳遞：5.1 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程；5.2 質(zhì)量傳遞的基本原理；5.3 分子傳質(zhì)711225 質(zhì)量傳遞：5.4 對(duì)流傳質(zhì)712226 沉降：6.1 沉降分離的基本概念；6.2 重力沉降813226 沉降：6.3 離心沉降；6.4 其他沉降814227 過濾：7.1 過濾操作的基本概念；7.2 表面過濾的基本理論915227 過