1、環境工程原理重點第一部分一、量綱與無量綱1 .M綱：用來描述物體或系統物理狀態的可測M性質。M綱與單位不同，其區別在丁，M綱是可測M的性質，而單位是測M的標準，用這些標準和確定的數值可以定M的描述M綱。表示：如【長度】或【L】表示長度的M綱，不是具體確定數值的莫一長度。分類：基本M（質MM、長度L、時間t、溫度T）和導出M。導出綱可用基本綱組合形式表示。2 .無M綱準數：由各種變M和參數組合而成的沒有單位的群數。無M綱準數實際上M綱為1,其數值與所選單位制無關，但組合群數單位統一。雷諾數Re:慣性力與黏性力之比，用丁判斷流體的流動狀態。定義式：Re=puL/皿p:密度，kg/m3;u:流速,m

2、/s;:黏度,kg/（m?s）二、常用物理量及其表示方法（一）濃度1. 質M濃度：pa=ma/v（pa:組分A的質M濃度，kg/m3;mA:混合物中組分A的質kg;V:混合物的體積，m3）2. 物質的M濃度：CA=na/V（ca：組分A的物質的M濃度，kmol/m3;nA:混合物中組分A的物質的kmol）3. 兩者關系：ca=pa/Ma（Ma：組分A的摩爾質kg/kmol）4. 質M分數：XmA=mA/m（XmA:組分A的質M分數；m:混合物的總質kg）5. 理想氣體狀態方程：pVA=naRT（p:混合氣體的絕對壓力，Pa;Va：組分A的體積，m3;nA：組分A的物質的量，mol;R:理想氣體

3、常數，8.314J/（mol?K）;混合氣體的絕對溫度，K）6. 摩爾分數：XA=nA/n（XA:組分A的摩爾分數；n：混合物總物質的量，mol）7. 質量比：混合物XmA表示。XmA=mA/（m-mA）（XmA:組分A的質量比，量綱為1;m-mA：混合物中惰性物質的質量，kg）摩爾比：混合物中某組分的物質的量與惰性組分物質的量的比值。以X表示。XA=nA/（n-nA）（XA:組分A的摩爾比，量綱為1;n-nA:混合物中惰性組分的物質的量，mol）（二）流量：qV=V/t（m3/s）體積流量qm=Vp/t（kg/s）質量流里qm=qvp（三）流速：um=qv/（兀d2/4）（m/s）（經常使用

4、圓形管，d為徑）（四）通量：單位時間通過單位面積的物理量。表示傳遞速率的重要物理量。熱量衡算方程：生'=EHP-ZHF+Eq（EHF：單位時間輸入系統的物料的焰值總和，即物料帶入的能量總和，kJ/s；EHP：單位時間輸出系統的物料的焰值總和，及物料帶出的能量總和，kJ/s;Eq：單位時間系統部物料能M的積累，kJ/s；生：單位時間系統部總能M的變化，kJ/s）四、流體流動（Um2/Uml=（d1/d2）2圓形管道）1 .機械能衡算方程設計的能M分為兩類：1）機械能：包括動能、位能及靜壓能。在流體流動過程中可以相互轉變，也可轉變為熱和能；2）能和熱：不能宜接轉變為機械能而用丁流體的輸送。

5、2 .方程：1/2ZPm2+g&+習/P=-We-Zhf3 .伯努利方程：1/2zUm2+g&+肖IP=04 .雷諾數：Re=puL/K（圓管：Re<2000時，流動總是層流，成為層流區；當Re>4000時，一般出現湍流，稱為湍流區）5 .牛頓黏性定律：T=-Kdux/dy（"剪切應力，N/m2;婦動力黏性系數，簡稱黏度，Pas;dux/dy:垂宜丁流動方向的速度梯度，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力r與該處垂宜丁流動方向的速度梯度dux/dy成正比。適用丁層流運動。6 .黏度：v=（Vp（v:流體運動黏度，m2/s;p:流體

6、密度，kg/m3）溫度對黏度的影響較大，由丁聚力是影響黏度的主要因素，因此，對丁液體，當溫度升高時，分子間距離增大，吸引力減小，因而使速度梯度所產生的剪切應力減小，即黏度減小；對丁氣體，由丁氣體分子間距大，聚力很小，所以黏度主要是由氣體分子運動動M交換的結果所引起的，溫度升高，分子運動加快，動M交換頻繁，所以黏度增加。7 .流動狀態對剪切應力的影響：流動的剪切應力除了由分子運動引起外，還由質點脈動引起。由丁質點脈動對流體之間的相互影響遠大丁分子運動，因此剪切應力將大大增加。8 .阻力損失起因：黏性流體的摩擦造成的摩擦阻力和物體前后壓強差引起的形體阻力。損失影響因素：1)富諾數大小;2)物體形狀

7、；3)物體表面粗糙度9 .寧公式：8f=入l/d-Um2/2(摩擦系數入是流體的物性和流動狀態的函數，綱為1)摩擦系數入與雷諾數Re及相對粗糙度£/d的關系P82(P113,3.5,3.12)10 .局部阻力損失：hf=e/2(e：局部阻力系數，無M綱，E=Al/d)11 .流體測量計：1)測速管；2)孔板流量計；3)文丘里流量計；4)轉子流量計五、熱量傳遞1. 熱量傳遞的方式：1)導熱；2)熱對流;3)熱輻射2. 傅立葉定律：q=Q/A=-入dT/dydT/dy : 熱即流動邊熱速率，W；q：熱流密度，W/m2;入：導熱系數，W/(mK);度梯度，K/m;A:垂直丁熱流方向的面積，

8、m2)3. 普蘭德數：Pr=v/a=(iCp/入運動黏度v越大，表明該物體傳遞動量的能力越大，流速受影響的圍越廣，熱邊界層增厚。界層增厚；導熱系數a越大，熱量傳遞越迅速，溫度變化圍越大，即傳4. 保溫層的臨界直徑：dc=2"a(dc:臨界直徑；入：導熱系數；婦對流傳熱系數)保溫層的臨界厚度：0.5(dc-d1)(d1：保溫層徑)5. 熱輻射：物體由丁熱的原因以電磁波的形式向外發射能量的過程。不需要媒介。6. 輻射傳熱：物質之間相互輻射和吸收輻射能的傳熱過程。7. 黑體：落在物體表面的輻射能全部被物體吸收，這種物體稱為絕對黑體。黑體具有最大的吸收能力，也具有最大的輻射能力。AmT=常數

9、=2.9X10-38. 灰體：物體能以相同的吸收率吸收所有波長圍的輻射能，則物體對投入輻射的吸收率與外界無關，這種物體成為灰體。六、質量傳遞1. 傳遞機理：1)分子擴散；2)渦流擴散2 .費克定律：Naz=-Dabdca/dz(Naz:擴散通M或擴散速率，kmol/(m2s);ca：組分A的物質的M,kmol/m3；Dab:組分A在組分B中進行擴散的分子擴散系數，m2/s)3 .施密特數：Sc=V/DAB傳遞邊界層厚度ac與流動邊界層厚度a一般并不相等，他們的關系取決丁ScoSc是分子動M傳遞能力和分子擴散能力的比值，表示物性對傳質的影響，代表了壁面附近速率分布與濃度分布的關系。第二部分一、沉

10、降1. 污染體系分為均相和非均相；分離技術分為傳質分離（均相）和機械分離（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（重力場、離心力場、電場或慣性場）中，使顆粒物與連續相的流體之間發生相對運動，沉降到器壁、器底或其他沉積表面，從而實現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（電場力）、慣性沉降（慣性力）和擴散沉降（熱運動）。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：Rep<2,ut=1/18?（pp-p）/gd

11、p2（斯托克斯（Stokes）公式）過渡區：2<Rep<103，艾倫（Allen）公式湍流區：103<Rep<2x105,牛頓（Newton）公式6. 沉降速度的計算方法有：試差法、摩擦數群法、無量綱判據K。7. 與重力沉降比，離心沉降有如下特征：P224（了解，不考）8. 旋風分離器針對氣體非均相混合物，旋流分離器針對液體非均相混合物。9. 離心沉降機主要用丁懸浮液的固、液分離。二、過濾1. 按過濾機理可分為表面過濾和深層過濾；按促使流體流動的推動力可分為重力過濾、真空過濾、壓力差過濾和離心過濾。2. 表面過濾通常發生在過濾液體中顆粒濃度較高或過濾速度較慢，濾餅層容易

12、形成的條件下；深層過濾現象通常發生在以固體顆粒為過濾介質的操作中。3. 表面過濾的過濾阻力由過濾介質和過濾層的阻力組成。4. 包壓過濾：V2+2VVe=KA2t;q2+2qqe=Kt化簡為V2=Kat;q2=Kt包速過濾：V2+VVe=K/2A2t;q2+qqe=K/2t化簡為V2=K/2A2t;q2=K/2t5. 深層過濾速度與阻力和推動力的關系：u=p/（gL）=習/（AR）（r、R:阻力；Ap:推動力）6. 懸浮顆粒的運動包括的主要行為有：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）擴散作用力（布朗運動）;2）重力沉降;3）流體運動作用力（慣性力）附著行為的作用力包括：

13、靜電斥力、靜電引力和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（或化學反應活性）的不同，而將氣體混合物分離的操作過程。按溶質和吸收劑之間發生的作用吸收分為：物理吸收和化學吸收按混合氣體中被吸收組分的數目吸收分為：單組份吸收和多組分吸收按在吸收過程中溫度是否會變化吸收分為：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A在液相中的摩爾分數；E：亨利系數，Pa)3 .溶質在氣、液兩相中如果不是處丁平衡狀態，必然要從一相傳遞到另一相，使氣、液兩相

14、逐漸達到平衡，溶質傳遞的方向就是系統趨丁平衡的方向。4 .吸收過程的傳遞基本步驟：1)溶質由氣相主體傳遞至氣、液兩相界面的氣相一側，即氣相的傳遞；2)溶質在兩相界面由氣相溶解丁液相，即相際傳遞；3)溶質由相界面的液相一側傳遞至液相主體，即液相的傳遞。5 .雙模理論的基本論點：1)相互接觸的氣、液兩相流體問存在著穩定的相界面，界面兩側分別有一層虛擬的氣膜和液膜。溶質分子以穩態的分子擴散連續通過這兩層膜；2)在相界面處，氣、液兩相在瞬間即可達到平衡，界面上沒有傳質阻力，溶質在界面上兩相的組成存在平衡關系；3)在膜層以外，氣、液兩相流體都充分湍動，不存在濃度梯度，組成均一，沒有傳質阻力；溶質在每一相

15、中的傳質阻力都集中在虛擬的膜層。因此，相際傳質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 .氣相總傳質速率方程：NA=KG(PA-PA*)液相總傳質速率方程：NA=KL(CA*-CA),1/KL=H/kG+1/kL7 .傳質總阻力包括氣膜阻力和液膜阻力，即1/KL=H/kG+1/kl或1/KG=1/kG+1/HkL8 .化學吸收除了溶質組分在氣、液兩相之間的相平衡關系之外，還有溶質在液相中的化學反應平衡關系。四、吸附1. 吸附分離操作是通過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，從而實現特定組分分離的操作過程。2. 按作用力性質吸附分為：

16、物理吸附和化學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理吸附可分為：位阻效應、動力學效應和平衡效應3. 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接觸時，吸附質會在吸附劑上發生凝聚，與此同時，凝聚在吸附劑表面的吸附質也會向氣相中逸出。當兩者的變化速率相等，吸附質在氣、固兩相中的濃度不再隨時間發生變化時，稱這種狀態為吸附平衡狀態。q=f（p,T）（氣相）；q=f（c,T）（液相）圖P3055. Freundlich方程：q=kp1/n6. Langmuir方程基本假定：1）吸附

17、劑表面性質均一，每一個具有剩余價力的表面分子或原子吸附一個氣體分子；2）氣體分子在固體表面為單層吸附：3）吸附是動態的，被吸附分子受熱運動影響可以重新回到氣相；4）吸附過程類似丁氣體的凝結過程，脫附類似丁液體的蒸發過程，達到吸附平衡時，吸附速率等丁脫附速率；5）氣體分子在固體表面的凝結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作用力。9=q/qm7. BET理論認為吸附過程取決丁德華力。由丁這種力的作用，可使吸附質在吸附劑表面吸附一層后，再一層一層吸附下去，只不過逐漸減弱而已。8. 吸附過程基本步驟：1)吸附質由流體相擴散到吸附劑外表面，稱外擴散；2)吸附質由吸附劑的外表面

18、向微孔中的表面擴散，稱擴散；3)吸附質被吸附劑表面吸附。9. 大部分吸附質的吸附發生在一個比較窄的區域，即吸附區。當吸附區的下端達到床層底部時，出口流體的濃度急劇升高，這時對應的點稱為穿透點。五、其他分離過程1. 通過固體離子交換劑中的離子與溶液中的離子經行等當量的交換來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性質分為：強酸性陽離子交換樹脂、弱酸性陽離子交換樹脂、強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。可分為全交換容量(由滴定法測定)和工作交換容量。影響工作交換容量因素：再生

19、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：離子的水化半徑和離子的化合價等。5. 離子交換過程主要控制步驟：1)邊界水膜的遷移；2)交聯網孔的擴散；3)離子交換；4)交聯網的擴散；5)邊界水膜的遷移。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，是該組分從混合液轉移到液體溶劑中，從而實現分離。7. 三角形相圖中，3個頂點A、B、S各代表一種純組分，習慣上分別表示純溶質相、純稀釋劑相和純溶劑相。任意一條邊上的任

20、一點均代表一個二元混合物。三角形任一點代表一個三元混合物。8. 萃取平衡，共軸液相分為：萃取相E和萃余相R。9. 分配系數：溶質A在兩相中的平衡關系可以用相平衡常數k來表示。K=ymA/XmA10. 選擇性系數：萃取劑對原料混合液中兩個組分的溶解能力的大小，可以用選擇性系數a來表示。a=(ymA/XmA)/(ymB/XmB)=kA/kB11. 膜分離過程的分類：P361膜分離過程的特點是：1)膜分離過程不發生相變化，所以能耗較低，能量轉化效率高；2)膜分離過程可在常溫下進行，特別適丁對熱敏感物質的分離；3)通常不需要投加其他物質，可節省化學藥劑，并有利丁不改變分離物質原有的屆性；4)在膜分離工程中，分離和濃縮同時進行，有利丁回收有價值的物質；5)膜分離裝置簡單，可實現連續分離，適應性強，操作容易且易丁實現自動控制。12. 膜分離特征參數：滲透性和選擇性。滲透性也稱為通量或滲透速率，表示單