1、環(huán)境工程原理重點第一部分一、量綱與無量綱1 .量綱：用來描述物體或系統(tǒng)物理狀態(tài)的可測量性質(zhì)。量綱與單位不同，其區(qū)別在于，量綱是可測量的性質(zhì)，而單位是測量的標(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【長度】或【L表示長度的量綱，不是具體確定數(shù)值的某一長度。分類：基本量（質(zhì)量M、長度L、時間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)。無量綱準(zhǔn)數(shù)實際上量綱為1,其數(shù)值與所選單位制無關(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，用于判斷流體的流動狀態(tài)。定義式：Re=puL/.（p:密度,kg/m3;u:

2、流速,m/s；:黏度,kg/（ms）二、常用物理量及其表示方法（一）濃度1 .質(zhì)量濃度：pA=mA/V（pa：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：混合物白體積，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/m3;nA：混合物中組分A的物質(zhì)的量，kmol）3 .兩者關(guān)系：ca=pa/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：混合氣體的絕對壓力，Pa；Va：組分A的體積，m3;nA：組分A的物質(zhì)的量

3、，mol;R:理想氣體常數(shù)，8.314J/（molK）;T:混合氣體的絕對溫度，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=M（n-m）（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(zhì)的量，mol）（二）流量：qv=V/t（m3/s）體積流量qm=Vp/t（kg/s）質(zhì)量流量qm=qvp（

4、三）流速：Um=qv/（ttd2/4）（m/s）（經(jīng)常使用圓形管，d為內(nèi)徑）（四）通量：單位時間內(nèi)通過單位面積的物理量。表示傳遞速率的重要物理量。3、 熱量衡算方程：E'=!2HP£HF+Eq（Z2HF:單位時間輸入系統(tǒng)的物料的始值總和，即物料帶入的能量總和，kJ/s；EHp：單位時間輸出系統(tǒng)的物料的始值總和，及物料帶出的能量總和，kJ/s；Eq：單位時間系統(tǒng)內(nèi)部物料能量的積累，kJ/s；八E：單位時間系統(tǒng)內(nèi)部總能量的變化，kJ/s）4、 流體流動（Um2/Um1=（d1/d2）2圓形管道）1 .機械能衡算方程設(shè)計的能量分為兩類：1）機械能：包括動能、位能及靜壓能。在流體流動

5、過程中可以相互轉(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械能而用于流體的輸送。2 .方程：1/24um2+gAz+Ap/p=-We-Ehf3 .伯努利方程：1/2zum2+gAz+zp/p=04 .雷諾數(shù)：Re=puL/小（圓管內(nèi)：Re<2000時，流動總是層流，成為層流區(qū)；當(dāng)Re>4000時，一般出現(xiàn)湍流，稱為湍流區(qū)）5 .牛頓黏性定律：r=-iidux/dy（r:剪切應(yīng)力，N/m2;以：動力黏性系數(shù)，簡稱黏度，Pas；dux/dy:垂直于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(yīng)力r與該處垂直于流動方向的速度梯度dux/dy成

6、正比。適用于層流運動。6 .黏度：v=仙/p（y:流體運動黏度，m2/s;p:流體密度，kg/m3）溫度對黏度的影響較大，由于內(nèi)聚力是影響?zhàn)ざ鹊闹饕蛩兀虼耍瑢τ谝后w，當(dāng)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(chǎn)生的剪切應(yīng)力減小，即黏度減小；對于氣體，由于氣體分子間距大，內(nèi)聚力很小，所以黏度主要是由氣體分子運動動量交換的結(jié)果所引起的，溫度升高，分子運動加快，動量交換頻繁，所以黏度增加。7 .流動狀態(tài)對剪切應(yīng)力的影響：流動的剪切應(yīng)力除了由分子運動引起外，還由質(zhì)點脈動引起。由于質(zhì)點脈動對流體之間的相互影響遠大于分子運動，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

7、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）雷諾數(shù)大小；2）物體形狀；3）物體表面粗糙度9 .范寧公式：5=入l/dpUm2/2（摩擦系數(shù)入是流體的物性和流動狀態(tài)的函數(shù)，量綱為1）摩擦系數(shù)入與雷t若數(shù)Re及相對粗糙度e/d的關(guān)系P82（P113,3.5,3.12）10 .局部阻力損失：hf=EUm2/2（七:局部阻力系數(shù)，無量綱，”入l/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(zhuǎn)子流量計五、熱量傳遞1.熱量傳遞的方式：1）導(dǎo)熱；2）熱對流；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

8、系數(shù)，W/（mK）；dT/dy:熱度梯度，K/m；A:垂直于熱流方向的面積，m2）3 .普蘭德數(shù)：Pr=v/a=ncp/入運動黏度v越大，表明該物體傳遞動量的能力越大，流速受影響的范圍越廣，即流動邊界層增厚；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（dc：臨界直徑；入：導(dǎo)熱系數(shù)；“：對流傳熱系數(shù)）保溫層的臨界厚度：0.5（dc-di）（d1：保溫層內(nèi)徑）5 .熱輻射：物體由于熱的原因以電磁波的形式向外發(fā)射能量的過程。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程。7 .黑體：落在物體表面的輻射能全部被物體吸收

9、，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。入mT哧數(shù)=2.9X10-38 .灰體：物體能以相同的吸收率吸收所有波長范圍的輻射能，則物體對投入輻射的吸收率與外界無關(guān)，這種物體成為灰體。六、質(zhì)量傳遞1 .傳遞機理：1）分子擴散；2）渦流擴散2 .費克定律：Naz=-DabdQdz（Naz：擴散通量或擴散速率，kmol/（m2s）;ca:組分A的物質(zhì)的量，kmol/m3;Dab:組分A在組分B中進行擴散的分子擴散系數(shù)，m2/s）3 .施密特數(shù)：Sc=v/Dab傳遞邊界層厚度6c與流動邊界層厚度6一般并不相等，他們的關(guān)系取決于Sc。Sc是分子動量傳遞能力和分子擴散能力的比值

10、，表示物性對傳質(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）和機械分離（非均相）。2 .沉降分離主要用于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）至于某種力場（重力場、離心力場、電場或慣性場）中，使顆粒物與連續(xù)相的流體之間發(fā)生相對運動，沉降到器壁、器底或其他沉積表面，從而實現(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

11、圍流體浮力。5 .層流區(qū)：Rep<2,ut=1/18（pp-p）/仙gdp2斷托克斯（StokeS）公式）過渡區(qū)：2<Rq<103,艾倫（Allen）公式湍流區(qū)：103<Ra<2X105,牛頓（Newton）公式K。6 .沉降速度的計算方法有：試差法、摩擦數(shù)群法、無量綱判據(jù)7 .與重力沉降比，離心沉降有如下特征：P224（了解，不考）8 .旋風(fēng)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 .離心沉降機主要用于懸浮液的固、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

12、 .表面過濾通常發(fā)生在過濾液體中顆粒濃度較高或過濾速度較慢，濾餅層容易形成的條件下；深層過濾現(xiàn)象通常發(fā)生在以固體顆粒為過濾介質(zhì)的操作中。3 .表面過濾的過濾阻力由過濾介質(zhì)和過濾層的阻力組成。4 .恒壓過濾：V2+2"=KAt;q2+2qqe=Kt化簡為V2=Kat;q2=Kt恒速過濾：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(guān)系：u=%/（prL尸ApZ（pR）（r、R:阻力；p：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

13、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：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的操作過程。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：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(zhì)A在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；E：亨利系數(shù)，Pa）3 .溶

14、質(zhì)在氣、液兩相中如果不是處于平衡狀態(tài)，必然要從一相傳遞到另一相，使氣、液兩相逐漸達到平衡，溶質(zhì)傳遞的方向就是系統(tǒng)趨于平衡的方向。4 .吸收過程的傳遞基本步驟：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于液相，即相際傳遞；3）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：1）相互接觸的氣、液兩相流體間存在著穩(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)的分子擴散連續(xù)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(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，

15、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(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，故該模型又稱雙阻力模型。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=Kl（ca*-ca）,1/KL=H/kG+1/kL7 .傳質(zhì)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(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

16、組分附著于固體表面，從而實現(xiàn)特定組分分離的操作過程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理吸附可分為：位阻效應(yīng)、動力學(xué)效應(yīng)和平衡效應(yīng)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(zhì)接觸時，吸附質(zhì)會在吸附劑上發(fā)生凝聚，與此同時，凝聚在吸附劑表面的吸附質(zhì)也會向氣相中逸出。當(dāng)兩者的變化速率相等，吸附質(zhì)在氣、周兩相中的濃度不再隨時間發(fā)生變化時，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 .Fre

17、undlich方程：q=kp1/n6 .Langmuir方程基本假定：1）吸附劑表面性質(zhì)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(tài)的，被吸附分子受熱運動影響可以重新回到氣相；4）吸附過程類似于氣體的凝結(jié)過程，脫附類似于液體的蒸發(fā)過程，達到吸附平衡時，吸附速率等于脫附速率；5）氣體分子在固體表面的凝結(jié)速率正比于該組分的氣相分壓；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(rèn)為吸附過程取決于范德華力。由于這種力的作用，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，只不過逐漸減弱而已。8 .吸附過程基本

18、步驟：1）吸附質(zhì)由流體相擴散到吸附劑外表面，稱外擴散；2）吸附質(zhì)由吸附劑的外表面向微孔中的內(nèi)表面擴散，稱內(nèi)擴散；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)生在一個比較窄的區(qū)域內(nèi)，即吸附區(qū)。當(dāng)吸附區(qū)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(yīng)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(jīng)行等當(dāng)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(zhì)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

19、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）邊界水膜內(nèi)的遷移；2）交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)的擴散;3）離子交換；4）交聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的擴散；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，從而實現(xiàn)分離。7 .三角形相圖中，3個

20、頂點A、B、S各代表一種純組分，習(xí)慣上分別表示純?nèi)苜|(zhì)相、純稀釋劑相和純?nèi)軇┫唷Ｈ我庖粭l邊上的任一點均代表一個二元混合物。三角形內(nèi)任一點代表一個三元混合物。8 .萃取平衡，共腕液相分為：萃取相E和萃余相Ro9 .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來表示。K=ymA/XmA10 .選擇性系數(shù)：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(shù)a來表小。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(fā)生相變化，所以能耗較低，能量轉(zhuǎn)化效率高；2）膜分離過程可在常溫下進行，特別適于對熱敏感物質(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，并有利于不改變分離物質(zhì)原有的屬性；4）在膜分離工程中，分離和濃縮同時進行，有利于回收有價值的物質(zhì)；5）膜分離裝置簡單，可實現(xiàn)連續(xù)分離，適應(yīng)性強，操作容易且易于實現(xiàn)自動控制。12 .膜分離特征參數(shù)：滲透性和選擇性。滲透性也稱為通量或滲透速