环境工程原理讲解学习.docx
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环境工程原理讲解学习
环境工程原理
名词解释
⒈物理量:
由数值和计量单位两部分表示出来，物理量=数值×计量单位。
⒉衡算系统：
分析各种与质量传递和转化有关的过程时，首先确定一个用于分析特定区域，及衡算空间范围。
⒊沉降分离：
含有颗粒物的流体至于某种立场中，使颗粒与连续相的流体之间发生相对运动，沉降到器壁、器底或其他沉积表面，从而实现颗粒与流体的分离。
⒋临界直径：
在旋风分离器中能从气体中全部分离出来的最小颗粒直径。
用de表示。
⒌惯性沉降：
由惯性力引起的颗粒与流线的偏离，使颗粒与障碍物上沉降的过程。
⒍过滤：
分离液体和气体非均匀相混合物的常用方法。
⒎吸收：
依据混合气体各组分在统一液体溶剂中的物理溶解度的不同，而将气体混合物分离的操作过程。
⒏吸附分离：
通过多孔固体物料与某一混合组分体系接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。
⒐萃取分离：
在欲分离的原料混合液中加入一种或其不相溶或部分相溶的液体溶剂，形成两相体系，在充分混合条件下，利用混合液中被分离组分在两相中分配差异的性质，使该组分从混合液转移到液体溶剂中，从而实现分离。
⒑反应速率：
一般为单位时间单位体积反应层中该组分的反应量或生成量。
⒒当量直径：
不规则形状颗粒的尺寸可以用与它的某种几何量相等的球形颗粒的直径表示。
⒔穿透点：
当吸附区的下端达到床层底部时，出口流体的浓度急剧升高，这时（穿透曲线）对应的点。
（326）
⒕离子交换：
通过固体离子交换剂中的离子和溶液中的离子进行等当量的交换来除去溶液中某些离子的操作。
⒖膜分离：
是以具有选择透过功能的薄膜为分离介质，通过在膜两侧施加一种或多种推力，是原料中的某组分选择性地优先通过膜，从而到达混合物分离和产物的提取、浓缩、纯化等目的。
填空题
1、根据污染物的不同，水污染可分为物理性污染、化学性污染和生物性污染三大类。
物理处理法：
沉淀、离心分离、气浮、过滤、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等；化学性污染：
中和法、化学沉淀法、氧化法、还原法、电解法、超临界分离法、汽提法、吹脱发、萃取法、吸附法等生物处理法：
好样处理法、生态技术、厌氧处理法等
2、空气净化与大气污染控制技术可分为分离法和转化法两大类。
3、环境净化与污染控制技术可分为隔离技术、分离技术和转化技术。
隔离：
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途径，防止污染进一步扩大。
分离：
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，从而达到污染物去除或回收利用的目的。
转化：
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。
4、
质量浓度：
单位体积混合物中某组分的A的质量。
物质的量浓度：
单位体积混合物中某组分的物质的量。
质量分数：
混合物中某组分的质量与混合物总质量之比。
摩尔分数：
混合物中某组分的物质的量与混合物总物质的量之比
质量比：
混合物中某组分的质量与惰性组分质量之比
摩尔比：
混合物中某组分的物质的量与惰性组分物质的量之比
流量：
单位时间流过流动截面的流体体积；
流速：
单位时间内流体在流动方向上流过的距离。
5、沉降分离包括：
重力沉降、离心沉降、点沉降、惯性沉降和扩散沉降。
重力沉降和离心沉降：
利用分离颗粒与流体之间存在的密度差，在重力或离心力的作用下使颗粒和流体之间发生相对运动；
点沉降：
将颗粒放在电场中使之带电，在电场力作用下试颗粒与流体发生相对运动；惯性沉降：
指颗粒与流体运动时，流体守到障碍物作用，产生扰流，而颗粒由于惯性偏离流体；扩散沉降：
利用微小粒子布朗运动过程中碰撞在某种障碍物上，从而与流体分离。
6、
旋风分离器主要用于除去气体中颗粒在5μm以上的粉尘。
反映旋风分离器的分离性能的主要指标临界直径和分离效率，其中分离效率又有两种表示方式为总效率和分效率。
7、离心沉降机分为：
⑴常速离心机：
Kc＜3000；⑵超速离心机：
50000＜Kc＞3000；⑶超高速离心机：
Kc＞50000Kc为分离因数。
8、过滤按过滤机理可分为表面过滤和深层过滤
⑴表面过滤：
采用过滤介质的孔比过滤流体中的固体颗粒的粒径小，过滤时固体颗粒被过滤介质截留，在表面积累成滤饼；
⑵深层过滤：
由固体颗粒堆积而成的过滤介质层通常较厚，过滤通道长而曲折，过滤介质层的空隙大于待过滤流体中的颗粒物的粒径。
9、在深层过滤中，流体中的悬浮颗粒随流体进入滤料层进而被滤料层捕获，该过程主要包括以下三个行为：
迁移行为、附着行为、脱落行为。
10、吸收过程类型：
⑴按溶质和吸收剂之间发生的作用,可分为物理吸收和化学吸收；
物理吸收：
在吸收剂中的溶解度大而被吸收；
化学吸收：
溶质与吸收剂发生化学反应而被吸收。
⑵按混合气体中被吸收组分的数目：
可分为单组分吸收和多组分吸收；
⑶按吸收过程中温度是否变化：
可分为等温吸收和非等温吸收。
11、物理吸收热力学讨论的主要问题是过程发生的方向、极限及推动力。
12、相际传质的助力全部集中在两层停滞膜中，即双助力模型。
（选择）
13、传质总阻力包括气模阻力和液膜阻力两部分。
14、吸附平衡三理论：
Freundlich方程、Langmuir方程、BET方程。
在一定的平衡压力下，随着温度升高，吸附量减少。
15、萃取剂的选择原则应考虑一下几方面：
选择性、物理性质、化学性质、回收的难易、其他指标。
16、反应器一般有三种操作方式：
间歇操作、连续操作和半间歇操作。
⑴间歇操作：
没有物料的输入，也没有物料的输出，不存在物料的进与出；
⑵连续操作：
物料连续输入，连续输出，时刻伴随着物料的流动；
⑶半间歇操作：
具有间歇操作和连续操作的某些特点。
简答题
1、解释化学反应过程中，转化率、收率、选择性的概念，并用数学表达式说明三者之间的关系。
答：
转化率：
化学反应中某反应物的转化浓度与其其实浓度的比值的百分比；
收（产）率：
按反应物进行量的计算，生成目的产物的百分比；
选择性：
在指定的测量精确度下，共存组分的允许量与待测组分含量的比值。
2、简述恒温恒容平推流反应器的空时、反应时间、停留时间三者之间的关系。
答：
空时：
是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比；反应时间：
是反应物料进入反应器后从实际反应的时刻起到反应达某一程度所需要的时间；停留时间：
指进入反应器的时刻到离开反应器内共停留的时间。
由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积流速之比，故三者相等。
3、简述影响均相连续反应器內反应物的转化率的主要因素。
答：
物料浓度和反应温度。
4、希勒模数的物理意义？
具体说明希勒莫属的大小如何影响催化剂的有效系数。
答：
物理意义：
以催化剂颗粒体积为基准的最大反映速率与最大内扩散速率的比值，反映了反应过程受本征反应及内扩散的影响程度。
希勒模数的值越小，说明扩散速率越大，反应速率受扩散速率的影响越小。
希勒模数的值<0.1--0.3时，N»1，此时可忽略扩散的影响。
希勒模数的值越大，扩散速率越小，反应速率受扩散速率的影响较大。
希勒模数>5—9时，N<0.1，扩散速率是主要影响。
5、转子流量计在安装使用中注意事项。
答：
须垂直安装，倾斜1度将造成0.8%的误差，且流体流动的方向须自下而上，故必须安装在垂直管路上。
6、土壤污染的主要危害体现在那几个方面。
答：
（1）通过雨水淋溶作用可能导致地下水和周围地表水体污染；
（2）通过土壤颗粒物等形成能直接或间接的为人或动物所吸收；（3）通过植物吸收而进入食物链，对生物产生毒害作用等。
7、水中主要污染物按化学成分主要有哪几种危害。
答：
无机污染物和有机污染物（可生物降解、难生物降解），主要危害：
水体富营养化；对人体和水生生物有毒害作用；引起水体缺氧和水生动物死亡，破坏水体功能；在厌氧时产生有害或恶臭物质；通过生物体内富集和食物链对人体健康造成危害。
8、空气中主要污染物及其危害。
答：
颗粒、气溶胶状态污染物和气态污染物。
危害：
引起各种疾病，危害人体健康；引起大气组分变化，导致气候变化，影响动植物生长。
9、质量恒算的基本关系是什么。
答：
输入量—输出量+转化量=积累量
10、能量热恒算的方程的含义。
答：
输出系统物料总能量—输入系统物料总能量+系统内物料能量的积累=系统从外界吸收的热量—系统对外界做的功
11、流体边界层理论要点。
答：
在流体表面有一个薄层，在此薄层中须考虑粘性力的作用，此薄层称为边界层。
要点：
（1）当实际流体沿固体壁面流动时，Re较大时，即使对于黏度很小的流体，其黏性力仍可以达到很大的数值，边界层内不能全部忽略黏性力；
（2）在外部流动区域，在Re很大的情
况下，可将黏性力全部忽略，将流体的流动近似看成是理想流体的流动。
12、简述温度、压力对液体和气体黏度的影响。
答：
温度上升，气体黏度上升，液体黏度下降；压力上升，气体黏度上升；低密度气体和液体的黏度随压力变化小，一般可忽略。
13、什么是对流传热，列举强制对流和自然对流的实例各一。
答：
对流传热：
流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程，通常也指流体与固体壁面间的热传递过程。
实例：
强制对流——由水泵、风机或其他外力引起流体流动而产生的传热过程。
自然对流——由于流体内部温度的不均匀分布形密度差，在浮力作用下流体发生对流而产生传热的过程。
14、菲克定律的物理意义和实用条件。
答：
菲克定律的物理意义：
Naz=—Dab（dCa/dz）由浓度梯度引起的组分A在Z方向上的质量通量=—（分子扩散的系数）×（Z方向上组分A的质量浓度梯度） 适用条件：
混合物无总体流动或处于静止状态，发生由高浓度区域向低浓度区域的分子扩散。
15、简述温度、压力对气体和液体分子扩散系数的影响。
答：
低密度气体、液体和固体的扩散系数随温度升高而增大，随压力增加而减小。
16、沉降分离的原理、类型和各类型的基本特征。
答：
原理：
将含有颗粒物的流体置于某种力场中，使颗粒物与连续相的流体之间发生相对运动，沉降至器壁、器底等表面而实现颗粒物与流体的分离。
类型：
重力、离心、电、惯性、扩散。
重力沉降和离心沉降是利用待分离的颗粒与流体间的密度差，在重力或离心力作用下使颗粒和流体间发生相对运动；电沉降是将颗粒置于电场中使之带电，并在电场力作用下使带电颗粒在流体中产生相对运动；惯性沉降是指颗粒物与流体一起运动时，由于流体中存在某种障碍物的作用，流体产生绕流，而颗粒物由于惯性偏离流体；扩散沉降是利用微小粒子布朗运动过程中碰撞在某种障碍物上，从而与流体分离。
17、表面过滤和深沉过滤的主要区别。
答：
表面过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高，或过滤速度较慢，滤饼层容易形成的情况下，采用过滤介质的孔一般比待滤流体中固体颗粒的粒级小；而深层过滤一般发生在以固体颗粒为过滤介质的操作中。
由固体颗粒物堆积而成的过滤介质层通常较厚，过滤介质层的空隙大于待过滤流体中的颗粒物的粒径。
18、亨利定律有那些表达形式、意义、常数间如何换算
答：
亨利定律：
在稀溶液时，温度一定，总压不大，气体溶质的平衡分压和溶解度成正比，Pa=EXa； 溶质的溶解度用物质的量表示，Pa=Ca/H； 溶质在气液两相中的组成均以摩尔分数表示，Ya=mXa
19、Langmuir方程的基本假设、形式，适用范围。
答：
基本假设：
吸附剂表面性质均一；气体分子在固体表面为单层吸附；动态吸附；吸附类似气体凝结，托附类似液体蒸发；凝结速度正比于该组分的气相分压；吸附在固体表面的气体分子间无作用力。
形式：
p
kpqkm
111q+=
范围：
适用于描述低、中压力范围的吸附等温线。
20、Freundlich方程的形式适用范围。
答：
nkp1
q= 表明吸附量与吸附质分压的1/n次方成正比，由于吸附等温线的斜率随吸附分压得增大有较大变化，该方程特别不能描述低压和高压区域内。
21、影响离子交换树脂选择性的因素。
答：
离子水化半径越小，亲和力越高，交换越容易：
化合价越高，亲和力越大，交换越容易。
22、双膜理论。
（1）相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，相界面两侧分别有一层虚拟的气膜和液膜，溶质分子以稳态的分子扩散连续通过这两层膜；
（2）在相界面处，气、液两相在瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力，溶质在界面上两相的组成存在平衡关系；
（3）在膜层以外，气、液两相流体都充分湍动，不存在浓度梯度，组成均一，没有传质阻力；溶质在每一相中的传质阻力都集中在虚拟的膜层内。
因此，相际传质的阻力就全部集中在两层膜中，故该模型又称为双阻力模型。
23、浓差极化现象指什么？
当含有不同大小分子的混合液流动通过膜面时，在压力差作用下，混合液中小于莫孔的组分透过膜，而大于膜孔的组分被截留，这些被截留的组分在紧邻膜表面形成浓度边界层，使边界层的溶质浓度大大高于主体溶液中的浓度，形成由膜表面到主体溶液之间的浓度差。
浓度差的存在导致紧靠膜面的溶质方向扩散到主体溶液中，这就是浓差极化现象。
24、膜分离特点：
（1）膜分离过程不发生相变，与其它相比能耗较低，能量的转化率较高；
（2）膜分离过程可以在常温下进行，特别适于对热敏感无知的分离；
（3）不需要加入其他物质，节省化学药剂，有利于不改变分离物质原有的特性；
（4）在膜分离过程中，分离和浓缩同时进行，有利于回收有价值的物质；
（5）膜分离装置简单，可以实现连续分离，适应性强，操作简单且易容易实现自控。
25、离子交换速率的控制步骤：
⑴边界水膜内的迁移；
⑵交联网孔内的扩散；
⑶离子交换；
⑷交联网内的扩散；
⑸边界水膜内的迁移。
（342页）
26、离子交换速率的影响因素
⑴离子性质：
包括化合价和离子大小；
⑵树脂的交联度：
树脂交联度大，树脂难以膨胀，树脂网孔就小，离子在树脂网孔内的扩散就慢；
⑶树脂的粒径：
其对液膜扩散和孔道扩散都有影响；
⑷水中离子浓度：
扩散依靠浓度梯度推动，离子浓度大小是影响扩散速率。
⑸溶液温度：
温度升高，溶液黏度降低，离子和水分子热运动加剧，有利于离子交换速率。
⑹流速和搅拌速率：
树脂表面附近的水流紊动程度主要影响树脂表面边界水膜的厚度，从而影响液膜扩散。
27、萃取分离的特点
⑴在常温下操作，无相变；
⑵萃取剂选择适当可以获得较高分离效率；
⑶对于沸点非常相近的物质可以进行有效分离。
28、离子交换树脂的结构：
⑴固定部分：
与骨架牢固结合，不能自由移动；
⑵活动部分：
能在一定空间内自由移动，并与周围溶液中的其他同性离子进行交换反应。
离子交换物理化学性质，选择性，离子交换树脂对不同离子亲和力强弱反映。
29、常用吸附剂主要特性
⑴吸附容量大：
吸附过程发生在吸附剂表面，吸附容量取决于吸附剂表面积大小；
⑵选择性强；
⑶稳定性好：
在较高温度下解吸再生其结构不会发生太大的变化；
⑷适当的物理特性：
具有良好的流动性和适当的堆积密度，对流体的阻力较小。
⑸价廉易得。
（可能是填空题）
30、化学吸收特点
加快溶质传质速率，增加吸收剂的吸收容量。
溶质的气相分压只与溶液中物理溶解态的溶质平衡，因此，气相分压一定时，化学吸收可以吸收更多的溶质；溶质在液相扩散中途就发生反应而消耗，是扩散有效膜减少，传质阻力减小，且界面液相浓度降低增加了传质推动力，使化学传质速率增加。
31、与重力沉降比，离心沉降有什么特点？
⑴沉降方向不是向下，而是向外，即背离旋转中心；
⑵离心力随颗旋转半径变化而变化，而重力沉降则是不变的；
⑶离心沉降在数值上远大于重力沉降，比重力沉降有效。
32、反应动力学的解析方法：
（527）
（1）积分法，是首先假设一个反应速率方程求出浓度随时间变化的积分形式，然后把实验得到的不同时间的浓度数据与之比较，若两者相符，则认为假设的方程式是正确的。
若不相符，可再假设另外一个反应速率方程进行比较，直到找到合适的方程为止。
比较时一般把假设的反应速率方程线性化，利用作图法进行，也可以进行非线性拟合。
（2）微分法，是根据浓度随时间的变化数据，利用图解微分法或数值微分法计算出不同浓度是的反应速率，然后以反应速率与反应浓度的关系确定反应速率方程。
33、流化床反应的优缺点：
优点：
1、热能效率高，而且床内温度易于维持均匀；2、传质效率高；3、所用颗粒一般较小，可以减轻内扩散的影响，能有效发挥催化剂的作用；4、反应器的结构简单。
缺点：
1、能量消耗大；2、颗粒间的磨损和带出造成催化剂损耗；3、气-固相反应的流动状态不均匀，有时会降低气-固接触面积；4、颗粒的流动基本上是全混流，同时造成流体的反混，影响反应速率。
34、固体催化剂的组成（454）：
1、活性物质:
是催化剂中真正起作用的部分，常被分散固定在多孔物质的表面，常见的有：
金属催化剂（又称导体催化剂），多为过度金属；金属氧化物和硫化物催化剂（又称半导体催化剂）；绝缘体催化剂，主要是非金属氧化物和卤化物。
2、载体（担体）：
常常是多孔性物质。
主要起以下作用：
提供大的表面和微孔，使催化活性物质附着在外部和内部表面；提高催化剂的机械强度；提高催化剂的热稳定性；节省催化活性物质用量，降低成本......
3、促进剂：
又称助化剂，本身催化活性很小，但......
4、抑制剂：
是减小催化剂活性的物质......电渗析过程基本原理参考新版教材381页，图10.30.10，需要画图说明。
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