沈阳理工大学 环境工程原理--理论教学大纲

《环境工程原理》课程教学大纲
课程代码：080231001
课程英文名称：Principles of Environmental Engineering
课程总学时：48 讲课：40 实验：8 上机：0
适用专业：环境工程相关专业
大纲编写（修订）时间：2010.7
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
《环境工程原理》是环境工程专业的核心基础课程。

从技术原理上看，种类繁多的环境污染控制技术可以分为“隔离技术”“分离技术”“转化技术”三大类。

将隔离、分离、转化等技术原理应用于具体的污染控制工程将涉及流体输送、物质传递、分离过程和反应工程等的基本原理，利用这些原理对提高污染控制设施的效率有重要意义。

因此《环境工程原理》的主要内容包括环境工程原理基础、分离过程原理和反应工程原理这三部分。

本课程教学目标包括：
1. 使学生掌握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理论；
2. 使学生掌握分离过程的原理：主要包括沉淀、过滤、吸收、吸附、离子交换、萃取、膜分离等基本分离过程的原理；
3. 使学生掌握反应工程原理：主要包括化学与微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。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1. 基本知识：了解环境工程学的主要任务，即利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。

了解环境工程学的研究对象，包括水质净化与水污染控制技术、大气污染控制技术、固体废物处理处置和资源化技术、物理性污染控制技术、自然资源的合理利用与保护、环境监测与环境质量评价等传统内容，还包括生态修复与构建理论与技术、清洁生产理论与技术以及环境规划、管理与环境系统工程等。

2. 基本理论和方法：掌握环境净化与污染控制技术原理理论知识，分三大类：隔离技术，分离技术，转化技术。

隔离技术是将污染物或污染介质隔离，从而切断污染物向周围环境的扩散；分离技术是利用污染物与污染介质或其他污染物在物理性质或化学性质上的差异使其与介质分离；转化技术是利用化学反应或生物反应，使污染物转化成无害物质或易于分离的物质，从而使污染介质得到净化与处理。

3. 基本技能：将隔离、分离、转化等技术原理用于具体的污染控制工程，培养学生分析问题和解决问题的能力，能够满足不同学科背景的环境工程专业学生的需求。

（三）实施说明
1. 教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生提高利用标准、规范及手册等技术资料的能力。

讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。

鉴于本课程涉及的内容较多，而教学课时相对较少，因此课程教学中注重重点突出，主次分清，面点结合，运用大量的案例来阐述环境问题。

2. 教学手段：本课程突出拓宽学生对环境工程的基础知识，在教学中采用电子教案、CAI
课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。

（四）对先修课的要求
本课程的教学对先修课程要求：具备《高等数学》《大学物理》《无机化学》《有机化学》《环境化学》《物理化学》《环境工程微生物学》等学科的理论基础。

（五）对习题课、实践环节的要求
1. 习题课可以检查学生对所学内容的掌握程度，发挥学与用的桥梁作用。

通过习题课的教学和解题过程的训练，促进学生运算技能、逻辑推理能力、运用所学知识分析解决问题能力的提高，使学生更加明确教学基本要求。

2. 实验课与理论教学、习题课和课程设计等教学环节构成一个有机的整体。

通过实验，学生可熟悉实验装置的流程、结构，以及化工中常用仪表的使用方法；掌握环境工程原理实验的方法和技巧；增强工程观点，培养科学实验能力；提高其分析问题的能力。

3. 课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论，作业要能起到巩固理论，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力，熟悉标准、规范等的作用，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评作业。

学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。

（六）课程考核方式
1. 考核方式：考试
2. 考核目标：在考核学生对环境工程原理基础知识、基本理论和技术方法的基础上，重点考核学生对问题的分析能力及工程设计能力。

3. 成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况、课堂表现、期中考试等）占20%，实验成绩占20%，期末考试成绩占60%。

4. 成绩登记形式：实分制。

总分100分，按照上述成绩构成算得的总分为最终登记结果。

（七）参考书目
《环境工程原理》，胡洪营，张旭，黄霞，王伟，高等教育出版社，2005年8月
《环境工程原理习题集》，胡洪营，黄霞，张旭，高等教育出版社，2006年12月
《环境工程原理》，郭仁惠，化学工业出版社，2008年
《化工原理》（上、下册），夏清，陈常贵，天津大学出版社，2007年1月
《化工原理》第三版，王志魁，化学工业出版社，2004年10月
《化工原理课程学习指导》，柴诚敬，天津大学出版社，2003年
《化工原理课程学习指导》，匡国柱，大连理工大学出版社，2002年
《化工原理实验》，杨祖荣，北京：化学工业出版社，2004年
二、中文摘要
本课程紧密结合化学工程类的专业特点，围绕单元操作原理和应用为主题，以动量传递、热量传递、质量传递过程为基础，系统介绍流体输送、沉降与过滤、传热、蒸馏、吸收及干燥等各单元操作的基本原理、基本计算方法及工程应用。

使学生掌握各种单元操作的基本原理及典型设备的设计计算方法，提高分析和解决化工实际问题的能力。

三、课程学时分配表
四、教学内容及基本要求
第一部分绪论，常用物理量（建议学时数：2学时）
总学时(单位：学时)：2 讲课：2 实验：0 上机：0
具体内容：
1) 了解环境问题，环境学科的发展，环境污染与环境工程学的学科体系
2) 掌握环境净化与污染控制技术原理
3) 了解环境工程原理课程的主要内容
4) 了解常用的物理量，明确物理量的表示方法
重点：
了解环境工程原理课程的主要内容；了解常用的物理量，明确物理量的表示方法难点：
物理量之间的转化计算
习题：
物理量之间的转化计算
第二部分环境工程原理基础（建议学时数：28学时）
总学时(单位：学时)：28 讲课：20 实验：8 上机：0
第2.1部分质量衡算（讲课2学时）
具体内容：
掌握衡算的基本概念以及总质量衡算
重点：
以某种元素或某种物质为衡算对象的总质量衡算
难点：
非稳态系统的总质量衡算
习题：
总质量衡算的计算
第2.2部分能量衡算（讲课2学时）
具体内容：
1) 掌握能量衡算方程
2) 掌握热量衡算方程：封闭系统的热量衡算；开发系统的热量衡算
重点：
热量衡算方程：封闭系统的热量衡算；开放系统的热量衡算
难点：
开放系统的热量衡算
习题：
关于封闭系统和开放系统的热量衡算的计算
第2.3部分管流系统的衡算方程，流体流动的内摩擦力（讲课2学时）
具体内容：
1) 掌握管流系统的质量衡算方程和能量衡算方程
2) 掌握流体的流动状态，流体流动的内摩擦力
重点：
管流系统的质量衡算方程和能量衡算方程；流体流动的内摩擦力
难点：
管流系统的质量衡算方程和能量衡算方程；流体流动的内摩擦力
习题：
关于能量衡算的计算等
第2.4部分边界层理论，流体流动的阻力损失（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解边界层理论的概念，边界层的形成过程，边界层的分离
2) 掌握流体流动阻力损失的影响因素，流体在圆直管内流动的沿程阻力损失，管道内的局
部阻力损失
重点：
边界层的形成过程，边界层的分离；流体在圆直管内流动的沿程阻力损失
难点：
流体在管道内的局部阻力损失
习题：
关于压降，阻力损失等的计算
第2.5部分管路计算，流体测量（讲课2学时）
具体内容：
1) 掌握简单管路和复杂管路的计算
2) 了解流体流速和流量的测量装置，会计算流体的流量
重点：
流体流速和流量的测量装置：测速管，孔板流量计，文丘里流量计，转子流量计
难点：
复杂管路的计算；流体流量计算
习题：
流体流动速度和流量的计算
实验：
流体流动阻力的测定实验（4学时）
第2.6部分热量传递的方式与热传导（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解热传导，对流传热，辐射传热的概念
2) 掌握傅立叶定律，导热系数，通过平壁的稳态热传导，通过圆管壁的稳态热传导重点：
傅立叶定律，导热系数，通过平壁的稳态热传导，通过圆管壁的稳态热传导
难点：
通过平壁的稳态热传导，通过圆管壁的稳态热传导
习题：
通过平壁的稳态热传导，通过圆管壁的稳态热传导的计算
第2.7部分对流传热（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解对流传热的定义，对流传热与热传导的区别，影响对流传热的因素
2) 掌握对流传热的机理，对流传热的速率
3) 掌握间壁传热过程的计算
重点：
对流传热的机理，对流传热的速率；间壁传热过程的计算
难点：
间壁传热过程的计算
习题：
关于保温层临界直径的计算；间壁传热过程的计算
实验：
传热综合实验（4学时）
第2.8部分辐射传热，换热器（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解辐射传热的基本概念，物体的辐射能力，物体间的辐射传热，气体的热辐射
2) 了解换热器的分类与结构形式，比较管式换热器、板式换热器各自的特点
重点：
物体的辐射能力；物体间的辐射传热；换热器的分类与结构形式
难点：
物体间的辐射传热
习题：
物体的辐射能力以及物体间的辐射传热计算
第2.9部分传质过程，质量传递的基本原理（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解吸收与吹脱，萃取，吸附，离子交换，膜分离
2) 掌握传质机理，分子扩散，涡流扩散
重点：
传质机理，分子扩散，涡流扩散
难点：
分子扩散，涡流扩散
第2.10部分分子传质，对流传质（讲课2学时）
具体内容：
1) 掌握单向扩散，等分子反向扩散，界面上有化学反应的稳态传质
2) 掌握对流传质过程的机理及传质边界层
3) 掌握对流传质速率方程
重点：
单向扩散，等分子反向扩散，界面上有化学反应的稳态传质；对流传质过程的机理及传质边界层；
难点：
对流传质速率方程
习题：
单向扩散，等分子反向扩散，界面上有化学反应的稳态传质的计算
第三部分分离过程原理（建议学时数：18学时）
总学时(单位：学时)：18 讲课：18 实验：0 上机：0
第3.1部分沉降分离的基本概念及重力沉降（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解沉降分离的一般原理和类型，流体阻力与阻力系数
2) 了解重力沉降过程，掌握重力沉降速度的计算，了解沉降分离设备
重点：
沉降分离的一般原理和类型，流体阻力与阻力系数
难点：
流体阻力与阻力系数，重力沉降速度
习题：
流体阻力与阻力系数，重力沉降速度的计算
第3.2部分离心沉降和其他沉降（讲课2学时）
具体内容：
1)掌握离心力场中颗粒的沉降分析；
2)了解旋流器的工作原理
3)了解离心沉降机工作原理
4)了解其他沉降，如电沉降、惯性沉降等
难点：
旋流器的工作原理；离心沉降机工作原理
习题：
旋流分流器的计算
第3.3部分过滤操作的基本概念及表面过滤的基本理论（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解过滤操作的基本概念
2) 掌握表面过滤的基本理论
重点：
表面过滤的基本理论
难点：
过滤过程的计算
习题：
过滤过程的计算；过滤机生产能力的计算
第3.4部分深层过滤的基本理论（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解流体通过颗粒床层的流动
2) 了解深层过滤的水力学
重点：
流体通过颗粒床层的流动；深层过滤的水力学
难点：
深层过滤的水力学
习题：
关于运行过程中的滤料床层的计算
第3.5部分吸收的基本概念，物理吸收（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解吸收的基本概念和吸收的类型
2) 掌握物理吸收基本理论
重点：
物理吸收的热力学基础；物理吸收的动力学基础
难点：
物理吸收的热力学基础；物理吸收的动力学基础
习题：
关于相平衡关系在吸收过程中的应用；物理吸收的动力学基础的计算第3.6部分化学吸收（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解化学吸收的特点
2) 掌握化学吸收的平衡关系
3) 掌握化学吸收的传质速率
重点：
化学吸收的平衡关系；化学吸收的传质速率
难点：
化学吸收的平衡关系；化学吸收的传质速率
习题：
关于化学吸收的传质速率的计算
第3.7部分吸附分离操作的基本概念，吸附剂（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解吸附分离操作的基本概念
2) 了解常用吸附剂的类型以及主要特性
重点：
常用吸附剂的类型以及主要特性
难点：
常用吸附剂的类型以及主要特性
第3.8部分吸附平衡，吸附动力学，吸附操作（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解单组份气体吸附
2) 了解双组份气体吸附
3) 了解液相吸附
4) 了解吸附动力学及吸附操作
重点：
单组份气体吸附
难点：
单组份气体吸附；吸附动力学及吸附操作
第3.9部分离子交换，萃取，膜分离（讲课2学时）
具体内容：
1) 了解离子交换剂，离子交换平衡和选择性系数
2) 掌握离子交换速度及影响因素
3) 了解萃取分离的特点，掌握萃取过程的热力学基础，萃取剂的选择
4) 掌握膜分离特点，膜分离过程中的传递过程，推动力，
重点：
离子交换平衡和选择性系数；离子交换速度及影响因素；萃取过程的热力学基础；膜分离过程中的传递过程
难点：
离子交换平衡和选择性系数；萃取过程的热力学基础；膜分离过程中的传递过程
习题：
分离之后溶液中某种离子剩余浓度的计算
编写人：杨丽丽
审核人：张文杰
批准人：赵平。