环境工程原理课程教学大纲.doc

1、环境工程原理课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：260352课程名称：环境工程原理英文名称：Principles of Environmental Engineering课程类别：专业基础课 学 时：40 学时，其中理论学时 40。学 分：2.5适用对象: 环境工程专业考核方式：考试先修课程：高等数学、物理、无机及分析化学、有机化学、物理化学等。二、课程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

2、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，此节内容暂时不讲。三、课程性质与教学目的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

3、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。 （由于时间原因，此节内容暂时不讲）四、教学内容及要求 第一章 绪论（一）目的与要求1、了解环境问题与环境学科的发展；了解环境工程学的学科体系。2、了解环境净化与污染控制的基本方法与原理。3、了解环境工程原理课程的主要内容及学习方法。（二）教学内容1. 环

4、境问题与环境学科的发展2. 环境污染与环境工程学3. 污染控制技术体系，包括水污染控制技术体系 大气污染控制技术体系 固体废物处理处置技术体系等。 4. 污染控制技术原理的基本类型5. 环境工程原理课程的主要内容（三）课后练习教材 10-11 页：1.1-1.7（四）教学方法与手段本章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。第二章 质量与能量衡算（一）目的与要求1. 熟练掌握各种浓度的表示方法及其相互换算。2. 熟练掌握质量衡算方法和能量衡算方法。3. 掌握常用物理量及其单位换算， 掌握量纲的概念。 （二）教学内容第一节 常用物理量1、主要内容：计量单位、物理量

5、的单位换算、量纲和无量纲准数、常用物理量及其表示方法。1基本概念和知识点：单位其单位换算，量纲，浓度及其表示方法，流速、流量、通量的概念2要求重点掌握各种浓度的表示方法及相互换算，掌握常用物理量的单位换算。掌握流速、流量、通量的概念及其相互关系。第二节 质量衡算1、主要内容：质量衡算的基本概念，总质量衡算。2、基本概念和知识点：衡算系统的界定、总衡算与微分衡算、总物料衡算、某元素或某物质的衡算、稳态非反应系统的衡算、稳态反应系统的衡算、非稳态系统的衡算。3、能力要求：熟练掌握各种质量衡算。第三节 能量衡算1. 主要内容：能量衡算方程，热量衡算方程，封闭系统的热量衡算，开放系统的热量衡算。2.

6、基本概念和知识点：封闭系统的热量衡算（无相变条件下的能量衡算，有相变条件下的热量衡算） ，开放体系的热量衡算。3. 能力要求：熟练掌握能量衡算方法。（三）课后练习思考题与习题：教材 45-47 页：2.1、2.3、2.5、2.7、2.10、2.14。（四）教学方法与手段本章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。第三章 流体流动（一）目的与要求1. 掌握管流系统的质量衡算和能量衡算。2. 掌握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。3. 掌握流体流动的阻力损失计算。 4. 掌握管路计算和流体流速与流量的测量。 （二）教学内

7、容第一节 管流系统的衡算方程1. 主要内容：管流系统的质量衡算方程、管流系统的能量衡算方程2. 基本概念和知识点：管流系统的质量衡算、管流系统的总能量衡算和机械能衡算。3. 能力要求：掌握管流系统的质量衡算、总能量衡算和机械能衡算方法。第二节 流体流动的内摩擦力1. 主要内容：流体的流动状态、流体流动的内摩擦力。2. 基本概念和知识点：流体的层流和湍流、雷诺数及其与流体流动状态的关系，牛顿黏性定律、动力黏性系数、流体类别、流动状态对剪切应力的影响。3. 能力要求：掌握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。第三节 边界层理论1. 主要内容：边界层理论的概

8、念，边界层的形成过程，边界层分离。2. 基本概念和知识点：普兰德边界层理论的要点，绕平板流动的边界层的形成，圆直管内流动的边界层，边界层分离。3. 能力要求：一般掌握边界层理论和边界层的形成过程。第四节 流体流动的阻力损失1. 主要内容：阻力损失的影响因素，圆直管内流动的沿程阻力损失，管道内的局部阻力损失。2. 基本概念和知识点：阻力产生的原因及阻力损失的影响因素，圆直管内流动的阻力损失通式，圆管内层流流动的速度分布和阻力损失，圆管内湍流流动的速度分布和阻力损失，管道内的局部阻力损失。3. 能力要求：掌握阻力损失的影响因素及阻力损失的计算。第五节 管路计算1. 主要内容：简单管路的计算，复杂管

9、路的计算2. 基本概念和知识点：简单管路的计算，分支管道计算，并联管路。3. 能力要求：熟练掌握道路计算。第六节 流体测量 1. 主要内容：测速管，孔板流量计，文丘里流量计，转子流量计，2. 基本概念和知识点：流体流速和流量的测定的原理和方法。3. 能力要求：掌握流体流速和流量的测定的原理和方法。（四）实践环节与课后练习本章设置一个实验，既流体流动阻力的测定 ，实验为 3 个学时。思考题与习题：教材 105-109 页：3.1、3.4、3.5、3.7、3.93.16。（五）教学方法与手段本章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 1 次实验，1 次习题课。

10、第四章 热量传递（一）目的与要求1、了解热传导的基本原理，掌握傅立叶定律及平壁和圆筒壁的热传导计算。2、理解对流传热的基本原理，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，使用条件及注意事项。3、理解辐射传热的基本概念及两固体辐射传热的计算。1. 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。2. 了解工业生产中常用换热器的类型，结构，并能进行列管式换热器的选型计算。（二）教学内容第一节 热量传递的方式1. 主要内容：热量传递的方式。2. 基本概念和知识点：热传导、对流传热、辐射传热。3. 能力要求：

11、了解热量传递的方式。第二节 热传导1. 主要内容：傅立叶定律、导热系数、通过平壁的稳定热传导、通过圆管壁的稳定热传导。2. 基本概念和知识点：傅立叶定律、导热系数、通过平壁的稳定热传导（单层平壁的热传导、多层平壁的热传导） ，通过圆管壁的稳定热传导。3. 能力要求：掌握傅立叶定律、导热系数和热传导的计算。第三节 对流传热1. 主要内容：对流传热的影响因素、对流传热的机理、对流传热速率、对流传热的经验公式、保温层的临界直径、间壁传热过程计算。2. 基本概念和知识点：对流传热的影响因素、对流传热的机理（流动边界层的传热机理及温度分布，传热边界层） ，对流传热速率（牛顿冷却定律，对流传热系数） 、对

12、流传热的经验公式（对流传热微分方程式、无量纲方程式、管内强制对流传热、大空间自然对流传热、蒸气冷凝传热） 。保温层的临界直径、间壁传热过程计算（总传热速率方程、总传热系数、传热推动力、换热器的传热效率，传热单元数。3. 能力要求：掌握对流传热的机理及其影响因素，掌握对流传热速率及传热系数的计算，掌握间壁传热过程的计算。第四节 辐射传热1. 主要内容：辐射传热的基本概念、物体的辐射能力、物体间的辐射传热、气体的辐射传热、对流和辐射联合传热。2. 基本概念和知识点：热辐射、热辐射对物体的作用、辐射传热；黑体的辐射能力、灰体的辐射能力，物体的辐射能力与吸收能力的关系；物体间的辐射传热；气体辐射的特点

13、、气体的辐射能力 E 和黑度 ；对流和辐射联合传热。第五节 换热器1. 主要内容: 换热器的分类与结构形式、管式换热器、板式换热器、强化换热器传热过程的途径。2. 基本概念和知识点：换热器的分类与结构形式、各类管式换热器、板式换热器的结构特点和换热性能。提高传热效率和能力的途径。3. 能力要求：了解换热器的分类，掌握各种换热器结构特点和传热性能。（三）实践环节与课后练习实验：对流传热系数的测定， 4 学时。思考题与习题：教材 176-177：4.14.14 选择 8-10 道题。（四）教学方法与手段本章节的主要教学手段是多媒体教学，通过电子图片来讲解不同热交换设备的结构特点、原理、技术参数和选

14、择原则，并将各种热交换设备与环境工程的实际应用结构起来。安排实验 1 次，习题课 1 次。第五章 质量传递（一）目的与要求1. 掌握传质的基本概念。了解环境工程中常见的传质过程。 2. 掌握分子传质和对流传质的传质速率方程和传质系数。（二）教学内容第一节 环境工程中的传质过程1. 主要内容：环境工程中常见的传质过程。2. 基本概念和知识点：吸收与吹脱（汽提） 、萃取、吸附、离子交换、膜分离。 3. 能力要求：了解环境工程中常见的传质过程。第二节 质量传递的基本原理1. 主要内容：传质机理、分子扩散、涡流扩散。2. 基本概念和知识点：费克定律、分子扩散系数、涡流扩散与涡流扩散系数。3. 能力要求

15、：掌握费克定律、分子扩散系数、涡流扩散与涡流扩散系数的概念。第三节 分子传质1. 主要内容：单向扩散、等分子反向扩散、界面上有化学反应的稳态传质。2. 基本概念和知识点：分子传质中的单向扩散的扩散通量与浓度分布、等分子反向扩散的扩散通量与浓度分布、界面上有化学反应的稳态传质。3. 能力要求：掌握分子传质的扩散通量与浓度分布的计算。第四节 对流传质1. 主要内容：对流传质机理及传质边界、对流传质速率方程、典型情况下的对流传质系数。2. 基本概念和知识点：对流传质机理及传质边界、对流传质速率方程的一般形式、单向扩散时的传质系数、等分子反向扩散的传质系数。平板壁面上的层流传质和湍流传质、圆管内的层流

16、对流传质、绕固体球的强制对流传质。3. 能力要求：掌握对流传质的机理、传质速率方程和传质系数。（三）课后练习与思考题教材 204-205 页，5.1-5.9 选择 5-6 道题。（四）教学方法与手段本章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。第六章 沉降（一）目的与要求1.了解重力沉降和离心沉降的基本原理，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。 2.了解电除尘器和惯性除尘器的工作原理（二）教学内容第一节 沉降分离的基本概念1. 主要内容：沉降分离的一般原理和类型，流体阻力与阻力系数2. 基本概念和知识点：沉降分离的一般原理和类型，单颗粒的几何

17、特性参数、流体阻力与阻力系数。3. 能力要求：了解沉降分离的类型和一般原理、掌握流体阻力与阻力系数及其与颗粒几何特性参数的关系。第二节 重力沉降1. 主要内容：重力场中颗粒的沉降过程、沉降速度的计算、沉降分离设备。2. 基本概念和知识点：重力场中颗粒的沉降过程、沉降速度的计算方法、重力沉降分离设备的结构和工作原理。3. 能力要求：掌握重力沉降速度的计算方法和重力沉降分离设备的结构与工作原理。第三节 离心沉降1. 主要内容：离心力场中颗粒的沉降分析、旋流器的工作原理、离心沉降机工作原理。2. 基本概念和知识点：离心力场中颗粒的沉降分析、旋风分离器的基本操作原理及其主要分离性能指标、旋流分离器的工

18、作原理及有关计算、离心沉降机工作原理及有关计算。3. 能力要求：掌握旋风分离器的基本操作原理及其主要分离性能指标、旋流分离器的工作原理及有关计算、离心沉降机工作原理及有关计算。第四节 其他沉降 1. 主要内容：电沉降、惯性沉降2. 基本概念和知识点：电除尘器的工作原理、惯性除器尘的工作原理。3. 能力要求：掌握电除尘器的工作原理、惯性除器尘的工作原理。（三）课后练习思考题与习题：教材 235-237 页 6.16.16 选择 7-8 道题。（五）教学方法与手段本章的主要教学手段是多媒体教学，通过电子图片来讲解不同沉降设备结构特点、原理和设计参数，并将各种沉降设备与环境工程的实际应用结构起来。第

19、七章 过滤（一）目的与要求1. 掌握过滤操作的基本概念，过滤和过滤速率、恒压过滤，恒速过滤。2. 掌握恒压过滤常数的计算方法和测定方法。（二）教学内容第一节 过滤操作的基本概念1. 主要内容：过滤过程、过滤介质、过滤分类、2. 基本概念和知识点：过滤的概念与过滤介质，按过滤机理分类、按促使流体流动的推动力分类。3. 能力要求：了解过滤的概念及类型。第二节 表面过滤的基本理论1. 主要内容：表面过滤的基本方程、过滤过程的基本计算、过滤常数的测定、滤饼洗涤、过滤机生产能力的计算。2. 基本概念和知识点：表面过滤的基本方程、恒压过滤与恒速过滤的计算、过滤常数及其计算、压缩指数、滤饼洗涤的速度与时间、

20、间歇式和连续式过滤机的生产能力的计算。3. 能力要求：掌握过滤过程的基本计算、过滤常数及其测定，掌握过滤机生产能力的计算。第三节 深层过滤的基本理论1. 主要内容：流体通过颗粒床层的流动、深层过滤过程中悬浮颗粒的运动。2. 基本概念和知识点：混合颗粒的几何特性、颗粒床层的几何特性、流体在颗粒床层中的流动、深层过滤过程中悬浮颗粒的运动、深层过滤的水力学（清洁滤料床层、运行过程中的滤料床层） 。3. 能力要求：了解混合颗粒的几何特性，掌握流体通过颗粒床层的流动、深层过滤过程中悬浮颗粒的运动特性。（三）实践环节与课后练习本章实验：过滤常数的测定实验， 3 个学时。课后作业：教材 262264 页，7

21、.1 7.16 中选择 6-8 题。（四）教学方法与手段本章节的主要教学手段是多媒体教学，通过电子图片来讲解过滤操作及有关计算，安排实验 1 次。第八章 吸收（一）目的与要求1. 了角吸收的概念和吸收的类型、掌握气-液平衡和亨利定律及其应用。 2. 掌握双膜理论的要点及传质速率方程。 3. 熟练掌握吸收塔的物料衡算方程和操作线方程。4. 熟练掌握吸收剂用量的计算、填料层高度的计算。 （二）教学内容第一节 吸收的基本概念1. 主要内容：吸收的定义与应用、吸收的类型2. 基本概念和知识点：吸收的定义、吸收在环境工程领域中的应用、吸收的分类。3. 能力要求：了解吸收的类型及其环境工程中的应用。第二节

22、 物理吸收1. 主要内容：物理吸收的热力学基础、物理吸收的动力学基础。2. 基本概念和知识点 ：气-液平衡与亨利定律、相平衡关系在吸收过程中的应用、吸收过程的机理、双膜理论、总传质速率方程、传质系数、传质阻力分析。 3. 能力要求：掌握气-液平衡与亨利定律的关系，相平衡关系与吸收过程的判别、吸收过程的双膜理论、传质速率方程与传质系数。第三节 化学吸收1. 主要内容： 化学吸收的特点、化学吸收的平衡关系、化学吸收的传质速率。2. 基本概念与识知点：化学吸收的特点、吸收过程中的化学反应及其平衡关系（溶质与吸收剂反应、溶质与吸收剂中的活性组分反应） 、化学吸收的传质速率。3. 能力要求：了解化学吸收

23、的特点、掌握化学吸收过程的平衡关系及化学吸收的传质速率。第四节 吸收设备及其主要工艺计算1. 主要内容：吸收设备工艺简述、填料的类型及特性、填料塔吸收过程的物料衡与操作线方程、吸收剂的用量计算、填料层高度的计算、吸收过程的计算类型。2. 基本概念与知识点：吸收塔、全塔物料衡算与操作线方程、吸收剂用量的确定、填料层高度的计算方法（传质高度的计算、传质单元数计算的对数平均推动力法和吸收因数法） 。3. 能力要求：了解吸收塔的结构、填料的类型及特性；掌握吸收塔物料衡算与操作线方程，掌握填料层高度的计算方法。（三）实践环节与课后练习实践环节：本章安排实验课一次，实验内容：（计算机仿真实验演示）课后练习

24、：教材 299-301，思考题与习题 8.1-8.13 选择 6-7 题。（四）教学方法与手段本章主要采用多媒体教学手段进行教学，利用图片、动画介绍吸收设备，安排习题课 1 次。第九章 吸附（一）目的与要求1. 掌握吸附分离操作的有关概念。2. 掌握等温吸附方程及吸附动力学方程。 3. 掌握吸附操作与吸附穿透曲线的有关概念及计算。 （二）教学内容第一节 吸附分离操作的基本概念1. 主要内容：吸附分离操作的分类、吸附分离操作的应用。2. 基本概念和知识点：吸附分离操作分类的依据、方法、吸附分离操作在工业生产和环境保护方面的应用。3. 能力要求：掌握吸附的基本概念、了解吸附分离的类型及其应用。第二

25、节 吸附剂1. 主要内容：常用吸附剂的特性、几种常用的吸附剂。2. 基本概念和知识点：吸附剂的主要特性、几种常用吸附剂及其特点。3. 能力要求：了解常用吸附剂的种类、性质及用途。第三节 吸附平衡1. 主要内容：单组分吸附气体，双组分气体吸附，液相吸附。2. 基本概念和知识点：吸附平衡理论、等温吸附方程（Freundlich 方程、Langmuir 方程、BET 方程） 、温度对吸附平衡的影响、吸附位势、吸附热、双组分气体吸附、液相吸附。3. 能力要求：掌握吸附平衡理论、等温吸附方程（Freundlich 方程、Langmuir 方程、BET 方程） 、温度对吸附平衡的影响。第四节 吸附动力学1

26、. 主要内容：吸附剂颗粒外表面界膜传质速率、吸附剂颗粒内表面扩散速率、内表面扩散阻力控制时的吸附过程、外表面界膜控制时的吸附过程。2. 基本概念和知识点：吸附剂颗粒外表面界膜传质速率方程、吸附剂颗粒内表面扩散速率方程、内表面扩散阻力控制时的吸附过程、外表面界膜控制时的吸附过程。3. 能力要求：掌握吸附剂颗粒外表面界膜传质速率方程和吸附剂颗粒内表面扩散速率方程。第五节 吸附操作与吸附穿透曲线1. 主要内容：接触过滤吸附、固定床吸附。2. 基本概念和知识点：接触过滤吸附中的单级吸附、多级吸附、逆流多级吸附；固定床吸附中的穿透点和穿透曲线、穿透时间。3. 能力要求：掌握接触过滤吸附中的单级吸附、多级

27、吸附、逆流多级吸附的概念和固定床吸附中的穿透点和穿透曲线、穿透时间的概念及有关计算。3课后练习教材 338-339：思考题与习题 9.1-9.4。（四）教学方法与手段本章主要采用多媒体教学手段进行教学。第十章 其他分离过程(一) 目的与要求1. 掌握离子交换的基本原理；掌握离子交换速度的控制及其影响因素。2. 掌握萃取剂的选择及萃取过程的流程与计算。3. 了解膜分离的原理、特点及发展状况。（二）教学内容第一节 离子交换 1. 主要内容：离子交换剂概述、离子交换的基本原理、离子交换的速度2. 基本概念和知识点：离子交换剂的分类、离子交换树脂的结构及其物理化学性质；离子交换反应、离子交换平衡和选择

28、性系数；离子交换速度的控制步骤、离子交换速度的表达式、离子交换速度的影响因素。3. 能力要求：了解离子交换剂的类型、结构、理化性质；掌握离子交换的基本原理；掌握离子交换速度的控制及其影响因素。第二节 萃取1. 主要内容：萃取分离的特点、萃取过程的热力学基础、萃取剂的选择、萃取过程的流程和计算。2. 基本概念和知识点：萃取过程的特点、三角形相图、溶解度曲线与联结线、杠杆规则、分配曲线与分配系数、萃取剂的选择性系数、萃取剂的选择性原则、单级萃取的流程与计算、多级错流萃取的流程与计算、多级逆流的流程与计算、连续逆流萃取。3. 能力要求：了解萃取分离的特点、掌握萃取过程的热力学基础、掌握萃取剂的选择及

29、萃取过程的流程与计算。第三节 膜分离1. 主要内容：膜分离概述、膜分离过程的传递过程、反渗透和纳滤、微滤与超滤、电渗析、其它膜分离。2. 基本概念和知识点：膜分离过程的分类、膜分离的特点、膜的种类、膜材料、膜组件的形式、膜分离的表征参数、膜传递过程的推动力及一般表述、膜传递过程模型、溶液的渗透压、反渗透和纳滤的过程机理、反渗透和纳滤膜的过程计算、微滤和超滤分离过程的基本传递理论、浓差极化与凝胶层阻力模型、电渗析过程的基本原理、电渗析中的传递过程、离子交换膜、气体膜分离、渗透气化。3. 能力要求：了解膜分离的原理、特点及发展状况。（三） 课后练习教材 399402：思考题与习题 10.110.1

30、4 中选择 68 题。（四）教学方法与手段本章主要采用多媒体手段开展教学，适当引导学生开展讨论。五、各教学环节学时分配教学环节教学时数课程内容讲课习题课讨论课实验 其他教学环节小计第一章（绪论） 4 4第二章 3 3第三章 5 5第四章 4 4第五章 4 4第六章 4 4第七章 4 4第八章 4 4第九章 4 4第十章 4 4合计 40 0 0 40六、推荐教材和教学参考资源教材：胡洪营等编， 环境工程原理 ，普通高等教育“十五”国家级规划教材，高等教育出版社，2005 年参考书：1. 柴诚敬主编， 化工原理 （上，下册） ，高等教育出版社，2005 年。2. 蒋维钧，戴猷元，顾惠君编著， 化工原理 （第二版） ，清华大学出版社，2003 年。3. 姚玉英主编， 化工原理 （第一版） ，天津科学技术出版社，1993 年。4. 余国琮主编， 化学工程辞典 （第二版） ，化学工业出版社，2003 年。5. 邓修，吴俊生编著， 化工分离工程 （第一版） ，科学出版社，2002年。6. 参考书:丛德滋,丛梅,方图南;化工原理详解与应用,化学工业出版社七、其他说明 大纲修订人： 卫新来 修订日期：2015.3大纲审定人： 俞志敏 审定日期：2015.3