環(huán)境工程原理重點

第一^口分

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)得可測量性質(zhì)。

量綱與單位不同，其區(qū)別在于，量綱就就是可測量得性質(zhì)，而單位就

就是測量得標準，用這些標準和確定得數(shù)值可以定量得描述量綱。

表示:如【長度】或【L】表示長度得量綱,不就就是具體確定數(shù)值得某一長度.

分類:基本量(質(zhì)量M、長度L、時間t、溫度T)和導出量。導出量量綱可用

基本量量綱組合形式表示。

2、無量綱準數(shù):由各種變量和參數(shù)組合而成得沒有單位得群數(shù)。無量綱準

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，用于判斷流體得流動狀態(tài)。定義式：

Re=QUL/似Q:密度,kg/n?;u:流速,m/s；R：黏度,kg/(m?s))

二、常用物理量及其表示方法

(一)濃度

1、質(zhì)量濃度:8=H1A/V(QA：組分A得質(zhì)量濃度,kg/m3；mA：混合物中組分A得

質(zhì)量,kgV:混合物得體積,rrP)

2、物質(zhì)得量濃度:CA=nA/V（C,A：組分A得物質(zhì)得量濃度,km。1/m3；nA：混合

物中組分A得物質(zhì)得量,kmol）

3、兩者關(guān)系:CA=QA/MA（MA：組分A得摩爾質(zhì)量,kg/km。1）

4、質(zhì)量分數(shù):=mA/m（xmA：組分A得質(zhì)量分數(shù);m:混合物得總質(zhì)量,kg）

5、理想氣體狀態(tài)方程:PVA=nART（P：混合氣體得絕對壓力，Pa;VA：組分A得

體積,nPm：組分A得物質(zhì)得量,mo1;R:理想氣體常數(shù),8、314J/（mo1-K）;T:

混合氣體得絕對溫度,K）

6、摩爾分數(shù):孫=n/"（'八：組分A得摩爾分數(shù);口:混合物總物質(zhì)得mol）

7、質(zhì)量比:混合物中某組分得質(zhì)量與惰性組分質(zhì)量得比值。以XmA表示。

XmA=mA/（m—IDA）（XmA：組分A得質(zhì)量比,量綱為l；m

-m八:混合物中惰性物質(zhì)得質(zhì)量,k。

摩爾比:混合物中某組分得物質(zhì)得量與惰性紐分物質(zhì)得量得比值。以X表示。

XA=nA/（n-nA）（X,\：組分A得摩爾比，量綱為1;n-nA:

混合物中惰性組分得物質(zhì)得量,mo1）

（二）流量:qv=V/t（m3/s）----體積流量qm=V0/t（kg/S）----質(zhì)量流量

qm=qve

（三）流速:%=口、,/（冗（］2/4）（111/$）（經(jīng)常使用圓形管,d為內(nèi)徑）

（四）通量:單位時間內(nèi)通過單位面積得物理量。表示傳遞速率得重要物理

量。

三、熱量衡算方程:△￡'=EHP-EHF+Eq（￡HF:單位時間輸入系統(tǒng)得

物料得蛤值總和，即物料帶入得能量總和,kJ/s;￡Hp：單位時間輸出系統(tǒng)得物料得

蛤值總和，及物料帶出得能量總和,kJ/s;Eq：單位時間系統(tǒng)內(nèi)部物料能量得積累，k

J/s;Z\E':單位時間系統(tǒng)內(nèi)部總能量得變化,kj/s）

四、流體流動（k2/%1=（d./d^——圓形管道）

1.機械能衡算方程設(shè)計得能量分為兩類：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械能而用于流體得輸送。

2=

2.方程:1/2Axin+gAz+Ap/9-Wc-^hf

3.伯努利方程:1/2△un^+g^z+Z^p/Q=0

4.雷諾數(shù):Re=QuL/M圓管內(nèi):Rev2000時，流動總就就是層流，成為層流區(qū);

當Re>4000時，一般出現(xiàn)湍流,稱為湍流區(qū)）

5.牛頓黏性定律：T=—dUx/dy（工剪切應力,N/m2；ji：動力黏性系數(shù),

簡稱黏度,Pa-s;du：</dy:垂直于流動方向得速度梯度，或稱剪切變形速率,s"）

該定律指出,相鄰流體層之間得剪切應力t與該處垂直于流動方向得速度梯度

dujdy成正比。適用亍層流運動。

6.黏度:v="Q（V:流體運動黏度,m」/s回流體密度,kg/m5）

溫度對黏度得影響較大，由于內(nèi)聚力就就是澎響?zhàn)ざ鹊弥饕蛩?，?/p>

此，對于液體,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(chǎn)生

得剪切應力減小,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

度主要就就是由氣體分子運動動量交換得結(jié)果所引起得，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)對剪切應力得彩響:流動得剪切應力除了由分子運動引起外，還

由質(zhì)點脈動引起。由于質(zhì)點脈動對流體之間得相互影響遠大于分子運動,因此剪

切應力將大大增加。

8.阻力損失起因:黏性流體得內(nèi)摩擦造成得摩擦阻力和物體前后壓強差引

起得形體阻力。

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

2

9.范寧公式:△Pf=A.?1/d?eum/2（摩擦系數(shù)入就就是流體得物性和流動狀

態(tài)得函數(shù),量綱為1）——摩擦系數(shù)人與雷諾數(shù)Re及相對粗糙度€/d得關(guān)系

P82（P113,3>5,3、12）

10.局部阻力損失:h尸局部阻力系數(shù)，無量綱,W=M/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、熱量傳遞得方式：1）導熱;2）熱對流;3）熱輻射

2、傅立葉定律:q=Q/A=-XdT/dy（Q:傳熱速率用';q:熱流密度州7m2；入：

導熱系數(shù),W7（m-K）;dT/dy:熱度梯度,K/m;A:垂直于熱流方向得面積,m2）

3、普蘭德數(shù):Pr=v/a=|iCp/入

運動黏度Y越大，表明該物體傳遞動量得能力越大，流速受影響得范圍越廣，即

流動邊界層增厚;導熱系數(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、保溫層得臨界宜徑:&=2X/a（乙：臨界直徑;人:導熱系數(shù)好：對流傳熱系數(shù)）

保溫層得臨界厚度:0、5（4&）?:保溫層內(nèi)徑）

5、熱輻射:物體由于熱得原因以電磁波得形式向外發(fā)射能量得過程。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得傳熱過程。

7、黑體:落在物體表面得輻射能全部被物體吸收，這種物體稱為絕對黑體。黑

體具有最大得吸收能力，也具有最大得輻射能力。＜T=常數(shù)=2、9X10-3

8、灰體:物體能以相同得吸收率吸收所有波長范圍得輻射能，則物體對投入輻

射得吸收率與外界無關(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:沖尸DAB?de/dz（NAZ：擴散通量或擴散速率,kmol/g2?s）;cA:

組分A得物質(zhì)得量,kmol/m3；D,、B：組分A在組分B中進行擴散得分子擴散系數(shù),n?

/s)

3.施密特數(shù):SC=V/DAB

傳遞邊界層厚度以與流動邊界層厚度6一般并不相等，她們得關(guān)系取決于Sc。

Sc就就是分子動量傳遞能力和分子擴散能力得比值，表示物性對傳質(zhì)得影響，代表

了壁面附近速率分布與濃度分布得關(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得分離。

其原理就就是將含有顆粒物得流體（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)相得流體之間發(fā)生相對運動，沉降到器壁、

器底或其她沉積表面，從而實現(xiàn)顆粒物與流體得分離。

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）O

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(qū):Rep42,5=1/18?@-Q）/N-gd/（斯托克斯（Stokes）公式）

過渡區(qū)：2＜!＜牛＜1O1艾倫（Aiien）公式

湍流區(qū):103vRepV2Xl01牛頓(Newton)公式

6、沉降速度得計算方法有:試差法、摩擦數(shù)群法、無量綱判據(jù)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、離心沉降機主要用于懸浮液得固、液分離。

二、過濾

1.按過濾機理可分為表面過濾和深層過濾;按促使流體流動得推動力可分

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(fā)生在過濾液體中顆粒濃度較高或過濾速度較慢，濾餅層

容易形成得條件下;深層過濾現(xiàn)象通常發(fā)生在以固體顆粒為過濾介質(zhì)得操作中。

3.表面過濾得過濾阻力由過濾介質(zhì)和過濾層得阻力組成。

4.恒壓過濾:2VVc=KA2f；q2+2qq,=Kt化簡為V?=K*q2=Kt

222

恒速過濾:『+VVe=K/2?At;q+qqe=K/2?t化簡為V=K/

2-A2t;q2=K/2?t

5.深層過濾速度與阻力和推動力得關(guān)系:u=△p/grL）二△p/3R）（r、R:阻力;

△p:推動力）

6.懸浮顆粒得運動包括得主要行為有:遷移行為、附著行為和脫落行為。

7.遷移行為得作用力包括：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）

附著行為得作用力包括:靜電斥力、靜電引力和范德華引力

脫落行為得作用力包括:剪切作用和碰撞作用

8.水頭損失變化圖P257

三、吸收

1.吸收就就是依據(jù)混合氣體各組分在同一種液體溶劑中得物理溶解度（或

化學反應活性）得不同，而將氣體混合物分離得操作過程。

按溶質(zhì)和吸收劑之間發(fā)生得作用吸收分為:物理吸收和化學吸收

按混合氣體中被吸收組分得數(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就就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在氣相中得平衡分壓,Pa；XA：溶質(zhì)A在液

相中得摩爾分數(shù)F：亨利系數(shù),PQ

3.溶質(zhì)在氣、液兩相中如果不就就是處于平衡狀態(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)傳遞得方向就就就是系統(tǒng)趨于平衡得方向。

4.吸收過程得傳遞基本步驟:1）溶質(zhì)由氣相主體傳遞至氣、液兩相界面得氣

相一側(cè),即氣相內(nèi)得傳遞;2）溶質(zhì)在兩相界面由氣相溶解于液相,即相際傳遞;3）容質(zhì)

由相界面得液相一側(cè)傳遞至液相主體，即液相內(nèi)得傳遞。

5.雙模理論得基本論點：1）相互接觸得氣、液兩相流體間存在著穩(wěn)定得相界

面,界面兩側(cè)分別有一層虛擬得氣膜和液膜。溶質(zhì)分子以穩(wěn)態(tài)得分子擴散連續(xù)通

過這兩層膜;2）在相界面處，氣、液兩相在瞬間即可達到可衡，界面上沒有傳質(zhì)阻力,

溶質(zhì)在界面上兩相得組成存在平衡關(guān)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(zhì)阻力;溶質(zhì)在每一相中得傳質(zhì)阻力都集中

在虛擬得膜層內(nèi)。因此，相際傳質(zhì)得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:N..\=KG(PA-PA*)

液相總傳質(zhì)速率方程:NA=KL(CA*-CA),l/K,=H/%+1/kL

7.傳質(zhì)總阻力包括氣膜阻力和液膜阻力，即1/K,=H/kG+1/k「或

1/(；=l/h；+1/Hk].

8.化學吸收除了溶質(zhì)組分在氣、液兩相之間得相平衡關(guān)系之外，還有溶質(zhì)在

液相中得化學反應平衡關(guān)系。

四、吸附

1.吸附分離操作就就是通過多孔固體物料與某一混合組分體系接觸，有選

擇地使體系中得一種或多種組分附著于固體表面，從而實現(xiàn)特定組分分離得操作

過程。

2.按作用力性質(zhì)吸附分為: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.常用得吸附劑有: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，凝聚在吸附劑表面得吸附質(zhì)也會向氣相中逸出。當兩者得變化速率相等,

吸附質(zhì)在氣、固兩相中得濃度不再隨時間發(fā)生變化叱稱這種狀態(tài)為吸附平衡狀

態(tài)。q=f（p①（氣相）;q=f（c,T）（液相）圖P305

5.Freundlich方程:q二kp?

6.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

得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

就就是動態(tài)得，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

氣體得凝結(jié)過程,脫附類似于液體得蒸發(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得凝結(jié)速率正比于該組分得氣相分壓;6）吸附在固

體表面得氣體分子之間無作用力。O=q/qm

7.BET理論認為吸附過程取決于范德華力。由于這種力得作用，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)由吸附劑得外表面向微孔中得內(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)得吸附發(fā)生在一個比較窄得區(qū)域內(nèi)，即吸附區(qū)。當吸附區(qū)得

下端達到床層底部時，出口流體得濃度急劇升高，這時對應得點稱為穿透點。

五、其她分離過程

1.通過固體離子交換劑中得離子與溶液中得離子經(jīng)行等當量得交換來去除

溶液中得某些離子得操作稱為離子交換。

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:離子交換樹脂得交換容量就就是樹脂最重要得性能，她定量得

表示樹脂交換能力得大小。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得因素:離子得水化半徑和離子得化合價等。

5.離子交換過程主要控制步驟：1）邊界水膜內(nèi)得遷移;2）交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)得擴

散;3）離子交換;4）交聯(lián)網(wǎng)內(nèi)得擴散;5）邊界水膜內(nèi)得遷移。

6.萃取就就是分離液體混合物得一種重要得單元操作。在預分離得原料混

合液中加入一種與其不相溶或部分互溶得液體溶劑，形成兩相體系,在充分混合得

條件下，利用混合液中被分離組分在兩相中分配差異得性質(zhì),就就是該組分從混合

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個頂點A、B、S各代表一種純組分,習慣上分別表示純?nèi)?/p>

質(zhì)相、純稀釋劑相和純?nèi)軇┫?。任意一條邊上得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，共粗液相分為:萃取相E和萃余相Ro

9.分配系數(shù):溶質(zhì)A在兩相中得平衡關(guān)系可以用相平衡常數(shù)k來表示。K=ym,\

/XmA

10.選擇性系數(shù):萃取劑對原料混合液中兩個組分得溶解能力得大小,可以用

選擇性系數(shù)a來表示。a=(ymA/xmA)/(ymB/xniB)=kA/kB

11.膜分離過程得分類:P361

膜分離過程得特點就就是：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)得分離；3)通

常不需要投加其她物質(zhì)，可節(jié)省化學藥劑，并有利于不改變分離物質(zhì)原有得屬性;4)

在膜分離工程中，分離和濃縮同時進行,有利于回收有價值得物質(zhì);5)膜分離裝置簡

單，可實現(xiàn)連續(xù)分離，適應性強，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。