水工艺设备基础期末复习总汇.docx
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水工艺设备基础期末复习总汇
第1章水工艺设备常用材料
1.按照化学成分钢主要可分为碳钢和低合金钢。
2.合金结构钢的编号利用“两位数字+元素符号+数字”来表示。
例如30CrMnSi，其中平均含碳量为0.30%，铬、锰、硅含量小于1.5%（平均含量小于1.5%的不标明数字）。
若为高级优质合金结构钢，则在钢号后面加“A”，例如20Cr12Ni14WA
3.合金工具钢的标号与合金结构钢相似，平均含碳量小于1.0%时，用千分之几表示；大于1%是则不标明。
例如：
9SiCr钢，其平均含碳量为0.9%，硅和铬的含量均小于1.5%。
4.金属材料的基本性能是指它的物理性能、机械性能、化学性能和工艺性能。
5.碳是钢中主要元素之一，对钢的性能影响最大。
6.材料的机械性能主要是指材料的弹性、塑性、强度和韧性。
7.蠕变强度是指在给定的温度下，在规定的时间内，使试样产生的蠕变变量超过规定值时的最大应力，以
表示，单位为“MPa”
8.材料在加工方面的物理、化学和机械性能的综合表现构成了材料的工艺性能，又叫加工性能。
选材时必须同时考虑材料的使用与加工两方面性能。
9.可焊性金属的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式的条件下，获得优质焊接接头的难易程度。
10.铜及其合金具有较高的导电性、导热性、塑性、冷韧性、并且在许多介质中具有很高的耐腐蚀性。
11.铝的密度小，相对密度为2.7，约为铜的1/3；导电性、导热性、塑性、冷韧性都好，但强度低，经冷变形后强度可提高；能承受各种压力加工。
铝合金的性能得到很大的改善。
铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。
12.铝和铝合金通过阳极氧化形成的氧化膜大大提高其耐蚀性和耐磨性。
13.陶瓷的基本性能有：
刚度、硬度、强度、塑性、韧性、脆性
脆性是陶瓷最大的缺点，是阻碍其作为结构材料广泛应用的首要问题。
14.最常见的聚合反应有加聚反应和缩聚反应两种。
15.应力松弛是大分子链在力的长期作用下，逐渐改变构象和发生位移所引起的。
16.老化是指高聚物在长期使用或存放过程中，由于受到各种因素作用，性能随时间不断恶化，逐渐丧失使用价值的过程。
17.高分子材料主要包括合成树脂、合成橡胶、合成纤维。
18.复合材料的性能特点：
比强度和比刚度高、抗疲劳性好、减震性能强、高温性能好、断裂安全性高。
思考题：
1.影响钢材性能的主要因素有哪些？
金属材料的基本性能有物理性能、机械性能、化学性能和工艺性能。
其主要影响因素有：
1）化学成分化学成分的变化对钢材的基本力学性能如强度及塑韧性等有较大的影响，对热处理效果也有较大的影响。
2）物理性能物理性能主要指密度、熔点、热膨胀系数、导热性、导电性以及弹性模量等。
3）机械性能材料的机械性能主要是指材料的弹性、塑性、强度和韧性。
材料的机械性能不仅取决于化学成分，还取决于材料热处理后的组织状态，往往有一定的分散性。
4）材料的工艺性能材料在加工方面的物理、化学和机械性能的综合表现构成了材料的工艺性能，有叫加工性能。
选材时必须同时考虑材料的使用与加工两方面性能。
2.铝、铜及其合金的主要性能特点是什么？
铜及其合金的主要性能特点：
铜及其合金具有较高的导电性、导热性、塑性、冷韧性、并且在许多介质中具有很高的耐腐蚀性。
铝及其合金的主要性能特点：
铝的密度小，相对密度为2.7，约为铜的1/3；导电性、导热性、塑性、冷韧性都好，但前度低，经冷变形后强度可提高；能承受各种压力加工。
铝合金的性能得到很大的改善。
铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。
铝和铝合金通过阳极氧化形成的氧化膜大大提高其耐蚀性和耐磨性。
第2章材料设备的腐蚀与防护
1.氢蚀氢气在常温常压下对碳钢不会产生明显作用。
温度超过200~300℃，压力高于30.4MPa时，氢对钢产生显著作用，使钢剧烈脆化，造成氢蚀。
2.极化是指原电池由于电流通过，使其阴极和阳极的电极电位偏离其起始电位值的现象。
电流通过阴极使阴极电位降低的现象，称为阴极极化。
3.应力腐蚀开裂材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性开裂破坏现象，称为应力腐蚀开裂，简称应力腐蚀。
4.敏感的金属、特定的介质和一定的静应力是发生应力腐蚀的三个基本条件。
5.腐蚀疲劳腐蚀介质和交变应力协同作用下引起材料破坏现象，称为腐蚀疲劳。
6.细菌腐蚀的控制。
理论上凡能抑制细菌繁殖或电化学腐蚀的措施，都有助于防止或削弱金属的细菌腐蚀。
采取的措施主要包括：
使用杀菌剂或抑菌剂、改变环境条件、覆盖防护层、阴极保护。
7.高分子材料的应力腐蚀是高分子材料在受力状态下物理或化学腐蚀，并使材料在低于正常断裂应力下产生银纹、裂纹、直至断裂的现象。
8.在设备的结构设计中，应同时考虑腐蚀防护方面的要求，以避免或减轻设备在使用过程中的腐蚀危害。
主要包括下述原则：
1）构件形态尽量简单、合理
2）避免残留液和沉积物造成腐蚀
3）防止电偶腐蚀
4）防止裂缝腐蚀
5）防止液体湍流腐蚀
6）避免应力过集中
7）设备和构筑物的位置要合理
9.按照作用原理的不同，电化学保护分为阴极保护和阳极保护两类
10.实现阴极保护的方法通常有两种：
（简答题）
1）外加电流的阴极保护将被保护的金属设备与直流电源的负极相接，进行阴极保护。
这种方法称为外加电流阴极保护。
2）牺牲阳极的阴极保护在被保护的金属设备上连接一个电位更负的金属，使被保护金属设备发生阴极极化，这种方法称为牺牲阳极的阴极保护。
11.阳极保护的使用条件与特点主要包括：
a.某些活性阴离子含量高的介质中不宜采用阳极保护。
b.与阴极保护一样，阳极保护也存在遮蔽效应。
c.与阴极保护相比，成本高、工艺复杂。
因为阳极保护需要辅助阴极、直流电源、
测量及控制保护电位的设备。
12.改变介质的腐蚀特性一般有两种途径：
一是控制现有介质中的有害成分；
二是添加少量的物质降低介质的腐蚀性（缓蚀剂防蚀法）。
13.缓蚀机理根据缓蚀剂的不同作用特点，可分为以下几种作用机理：
1）吸附理论2）成膜理论3）电极过程抑制理论
14.设备保温的目的主要包括三方面：
1）减少热损失，节能，降低总费用
2）满足热水用户的使用要求
3）满足一定的劳动卫生条件，保障人身安全
思考题：
1.微生物为什么会影响金属腐蚀？
（见课本P64）
由于介质中存在着某些微生物而使金属的腐蚀加速的现象，称为微生物腐蚀。
微生物腐蚀并非微生物本身对金属具有侵蚀作用，而是它们生命活动的结果直接或间接地对金属腐蚀过程产生影响。
主要体现在以下几个方面：
a.代谢产物具有腐蚀作用。
细菌能产生某些具有腐蚀性的代谢物。
b.改变环境介质条件。
生物代谢改变溶液的pH值、溶解氧浓度、盐浓度等，产生的某些沉积物可能造成有利于金属缝隙腐蚀发展的条件。
c.影响电极极化过程，如硫酸盐还原菌的代谢会降低腐蚀过程阴极极化率。
d.破坏非金属保护覆盖层或缓蚀剂的稳定性。
2.设备保温的目的地什么？
在那些情况下需要保温。
设备保温的目的主要包括：
1）减少热损失，节能，降低总费用
2）满足热水用户的使用要求
3）满足一定的劳动卫生条件，保障人身安全
在以下情况下应设置保温：
1）当管道或设备外表面的温度
时
2）要求介质温度保持稳定的管道和设备
3）为防止管道、设备中的介质冻结或结晶时
4）管道、设备内介质温度较高，需经常操作维护而又容易引起烫伤的部位
5）寒冷地区敷设在地沟、吊顶、阁楼层以及室外架空的管道
第3章水工艺设备理论基础
1.通常根据容器外径
的比值K或者壁厚
的比值
来判断薄壁容器或厚壁容器：
当
时，为薄壁容器；
当
时，为厚壁容器。
水工艺中使用的容器一般为薄壁容器。
2.封头也称端盖，按其形状可分为三类：
凸形封头、锥形封头、平板型封头
3.机械传动的主要方式有：
齿轮传动、带传动、链传动
4.传动比相互啮合的两齿轮的角速度之比，用
5.焊接方法大体上可分为三大类：
熔化焊、压力焊、钎焊
6.热量传递有三种基本方式：
热传导、热对流、核辐射
7.特定导热过程的单值性条件一般由四个：
几何条件、物理条件、时间条件、边界条件
8.流体的流态判断：
过渡流
紊流
9.工质在饱和温度下由气态转变为液态的过程称之为凝结或冷凝，当蒸汽与低于它的饱和温度的固体壁面接触时，就会放出汽化潜热而凝结下来，称为凝结换热。
凝结换热是蒸汽加热设备中最基本的换热过程。
10.影响膜状凝结的因素：
蒸汽流速、蒸汽纯度、粗糙度
思考题：
机械制造中的基本工艺方法有哪些？
（见课本P129）
制造金属机件的基本工艺方法有铸造、压力加工、焊接、切削加工和热处理。
在机械制造过程中，通常先用铸造、压力加工或焊接等方式制成毛坯，在进行切削加工，然后得到所需的零件。
铸造、压力加工或焊接等工艺方法也可以直接生产零部件。
此外，为了改善零件的某些性能，常要经过热处理或其他处理，最后将制成的零件加以装配、调试，合格后即成为机器。
第4章水工艺设备的分类
1.水工艺设备分为通用机械设备、专用设备两大类。
2.在水工程中常用的通用设备有：
闸门与闸门启闭机、电动机、减速机、起重机、阀门与阀门电动装置、泵与风机。
3.水工艺专用设备根据其使用功能，大致可分为14大类，即拦污设备、搅拌设备、投药消毒设备、除污排泥设备、曝气设备、固液分离设备、软化除盐设备、污泥处理设备、一体化处理设备、容器设备、换热设备及其他装置。
第5章容器（塔）设备
1.为了安全，可拆连接必须满足下列要求：
1）有足够的刚度
2）有足够的强度
3）能耐腐蚀
4）成本低廉
2.当容器内介质升压以后，螺栓受到拉伸，法兰密封面的缝隙会变大，垫圈受到的压紧力将下降，当比压下降到某一临界值以下时，介质将发生泄露，这个临界比压称作法兰连接的工作密封比压。
3.法兰连接的失效主要表现为泄露。
4.通常立式容器的支座有腿式支座、支承式支座、耳式支座、裙式支座
5.安全阀主要由阀座、阀瓣、加载机构三部分组成。
6.爆破片又称防爆片或防爆膜，它是利用膜片的断裂来泄压，泄压后容器被迫停止运行。
7.填料概念在填料设备中，有的填料直接参与反应过程，有的填料不直接参与反应但为反应创造了良好的条件。
填料是填料设备的核心，设备的性能如何与选用的填料有直接的关系
8.对填料的基本要求有以下几点：
1）单位体积（或单位重量）的表面积大，即比表面积要大。
2）具有良好的化学稳定性和物理稳定性，即耐氧化、耐腐蚀、耐高温、耐冲刷磨损，并具有较高的机械强度。
3）空隙率要满足工艺上的要求，不同的水工艺处理设备对填料的空隙率要求不同，一般来说，空隙率过小，水和气体通过的阻力将增大，并且易于被杂质或反应生成物所堵塞。
空隙率过大，则影响处理水的水质。
4）易于再生，填料经过一段时间使用后，或因反应变成了新的物质而丧失反应能力，或因吸附了杂质而失效，这是就应使用化学或物理方法使失效的填料恢复处理能力，这个过程叫做再生，良好的填料应当易于再生。
5）价格便宜，易于取得，运输和装卸方便。
9.水工艺填料设备使用的填料种类主要有：
1）滤料
2）离子交换剂
3）吸附剂
4）蜂窝、斜管填料
5）除气塔、反应塔填料
6）软填料
10.水工艺设备对布水（气、汽）装置的要求有：
1）布水（气、汽）均匀
2）不易堵塞，特别是污水处理的容器设备，因污水中含有的悬浮颗粒以及油类物质易于堵塞布水装置的通道。
3）阻力小，不需要很大的水头和气体压力。
4）结构简单，制造、安装、检修方便。
思考题
1.水工艺填料设备对填料有哪些要求？
常用的填料有哪几类？
（见8、9）
2.对布水（气、汽）装置的基本要求有哪些？
（见10）
水工艺设备中常用的布水（气、汽）装置有哪些形式？
常用的布水（气、汽）装置类型有：
喷洒型、溢流型、冲击型、上向流填料容器的布水装置
第6章搅拌设备
1.在水处理工艺中，搅拌设备主要用于药剂的溶解、稀释、混合反应和投加混凝剂或助凝剂。
通过搅拌在溶液中产生循环和剧烈的涡流，达到药剂和水快速充分混合的目的。
2.按搅拌功能搅拌设备可分为混合搅拌设备、搅动设备、悬浮搅拌设备、分散搅拌设备。
3.水处理工艺对搅拌的要求可分为混合、搅动、悬浮、分散四种。
4.常用的搅拌器有：
桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、推进式搅拌器。
5.搅拌轴主要是用来固定搅拌器，并从减速装置的输出轴取得动力，在带动搅拌器转动的同时，将功率传递给搅拌器以克服其旋转时遇到的阻力偶矩而对流体做功。
6.常用的搅拌设备有用于配制溶液的溶液搅拌设备、用于充分混合处理水的混合搅拌设备、药剂与处理水混合反应形成絮凝体的反应搅拌设备。
思考题
1.搅拌设备的功能是什么？
在水处理工艺中，搅拌器主要作用是什么？
搅拌设备的功能是混合、搅动、悬浮、分散。
在水处理工艺中，搅拌设备主要用于药剂的溶解、稀释、混合反应和投加混凝剂或助凝剂。
通过搅拌在溶液中产生循环和剧烈的涡流，达到药剂和水快速充分混合的目的。
第7章曝气设备
1.曝气设备是给水生物预处理、污水生物处理的关键性设备。
曝气设备功能是采取一定的技术措施，通过曝气装置将空气中的氧气转移到曝气池的液体中，以供给好氧生物新陈代谢所需要的氧量，同时对池内水体进行充分混合，达到生物处理目的。
2.曝气的主要作用有：
1）充氧；2）搅拌、混合
3.水处理中常用的曝气设备可分为以下几类：
表面曝气设备、鼓风曝气设备、水下曝气设备、纯氧曝气设备、深井曝气设备
4.压缩机是一种压缩空气、提高气体压缩压力或运输气体的机械，其种类较多，分类方法各异，结构及工作特点各有不同。
5.鼓风曝气系统的空气扩散装置主要分为：
微气泡、中气泡、大气泡、水力剪切、水力冲击、空气升液等类型
6.刚玉微气泡曝气器的特点空气通过多孔刚玉曝气板在水中产生微气泡，其氧利用率和动力效率都比较高，但易堵塞，空气需净化。
7.网状模空气扩散装置的特点不易堵塞、布气均匀，结构简单便于维护管理，氧的利用率较高
思考题
1.曝气设备的功能是什么？
在水处理工艺中，曝气器的主要的作用是什么？
简述其工作原理。
（见1、2、3）
第8章换热设备
1.温度不同的两种液体相互交换热量的设备叫换热设备，也叫换热器。
2.传统容积式换热器的优点：
1）兼具换热、贮热功能
2）被加热水通过罐体阻力损失小
3）对热媒要求不严
4）结构简单，管理方便，可承受水压，噪声低。
3.传统容积式换热器的缺点：
1）传热效果差、一级换热难以满足使用要求
2）容积利用率低
3）体积大，一次投资较高
4）水质易受污染
5）不节能
4.半容积式换热器主要由贮热水罐、内藏式快速换热器、内循环水泵三部分组成。
5.半容积式换热器的特点：
1）容积利用率高
2）传热系数K值高
3）被加热水阻力损失小
4）换热器体积小
5）结构简单
6）节能
7）减少设备数量
8）罐型小，重量轻，便于安装、维修
6.快速换热器有壳程式、板式、螺旋板式
7.对于建筑物内部的热水供应系统，在选择换热器类型时应综合考虑以下5方面的因素：
1）热媒供给条件
2）热工性能
3）换热面积
4）材质
5）运行管理
思考题
1.试述半容积式换热器的构造和特点。
（见4、5）
第9章分离设备
1.分离就是利用混合物中某项差别，通过一定的分离设备进行物质的迁移，从而实现组分的分离。
2.物理法分离设备可分为：
筛滤设备、砂滤设备、沉淀设备、澄清设备、上浮分离设备、气浮分离设备、离心分离设备、蒸发设备。
3.气浮分离是向水中加入压缩空气或通过抽真空，在水中形成高度分散的微小气泡，微小气泡作为载体与固体颗粒粘附，使水中悬浮颗粒浮于水面，从而实现固液分离。
4.按产生气泡的方式不同，气浮分离设备可分为微孔布气气浮设备、压力溶气气浮设备、电解气浮设备，其中压力溶气设备应用最为广泛。
5.在水工艺过程中常常在下列情况下使用气浮分离设备：
1）低温低浊水
2）含藻类较多的水，藻类轻飘于水中，质地黏稠，易吸附溶于水中的微气泡而上浮去除
3）受有机污染的水
4）近年来，溶气气浮趋向于对天然有机物、有机氯化物及有机氯化物前驱物、微生物有机体去除和污泥浓缩的应用
6.格栅与筛网的区别根据筛孔材料和去除杂质大小的不同，筛滤设备可以分为格栅、筛网。
格栅用于去除大的漂浮物和悬浮物，按所截留的污染物清理方法不同可分为人工清理格栅和机械格栅；筛网用于去除细小纤维，有固定平面式和旋转式筛网。
7.格栅是一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成，切斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，主要作用是去除污水中较大的悬浮物或漂浮物，以减轻后续水处理工艺的处理负荷，并起到保护水泵、管道、仪表等作用。
8.膜分离设备是利用膜的选择透过性进行分离以及浓缩水中离子或分子的设备。
通过膜分离设备可以实现混合物的组分分离。
9.膜分离设备有：
渗析设备、电渗析设备、反渗透设备、纳滤设备、超滤设备、微滤设备。
其中电渗析设备、反渗透设备、超滤设备是目前水处理工艺中常用的三种膜分离设备。
10.根据膜的功能可分为：
子交换膜、反渗透膜、超滤膜、微滤膜、纳滤膜、气体渗透膜。
11.离子交换膜按结构分为均相、半均相、异相膜三种。
12.螺旋砂水分离器由无轴螺旋体、水箱、U形槽、传动装置等组成。
思考题：
1.格栅与滤网的作用是什么？
谈谈他们之间有何区别。
（见6）
格栅主要作用是去除污水中较大的悬浮物或漂浮物，以减轻后续水处理工艺的处理负荷，并起到保护水泵、管道、仪表等作用。
滤网可用于拦截及排除作为水源的水体中大于网孔直径的悬浮物和固体颗粒杂质，是供水系统中主要的拦污设备；也可用于去除并回收废水中的纤维、纸浆等较细小悬浮物。
2.简述砂水分离器的工作原理。
来自除砂池的砂水混合液从分离器的一端顶部输入集水槽，混合液中相对密度较大的如砂粒等将沉积于槽底部，传动装置带动螺旋体机构旋转，在螺旋叶片的推动下，砂粒沿斜置的U形槽底提升，离开液面后继续推移一段距离，在砂粒充分脱水后经排沙口卸至盛砂桶，而与砂分离的水则从溢流口排除，达到分离目的。
第10章污泥处置设备
1.行车式吸泥机主要由行车钢结构、驱动机构、吸泥系统、配电及行程控制装置组成。
2.吸泥机排泥方式有虹吸、泵吸、空气提升三种。
3.中心传动或周边传动排泥机有多种形式，如垂架式中心传动刮泥机、垂架式中心传动吸泥机、悬挂式中心传动刮泥机、周边传动刮泥机。
4.污泥进行脱水的原因污泥的含水率一般在96%以上，其主要是空隙水和毛细水。
因污泥含水率非常高，所以体积很大，运输、处理和处置都不方便。
污泥通过浓缩设备浓缩后，可将污泥颗粒间的空隙水分离出来，减小污泥体积，为后续处理和处置带来方便，如减小消化池容积、减少消化所需耗热量、减少脱水机台数，降低脱水所需絮凝剂的投加量，节省运行成本。
一般地，污泥经浓缩后，其含水率仍在94%以上，呈流动状态，体积还很大，因此，污泥经浓缩设备浓缩后，需采用脱水设备将污泥中的毛细水进一步分离出来，以降低污泥体积和最终处置费用
5.脱水设备种类，常用的有：
带式压滤机、离心脱水机、板框压滤机、真空过滤机
6.真空过滤机工作原理转鼓转动时，在真空负压的作用下，污泥被吸附在滤布上，滤液进入扇形间格后沿真空管路排出，泥饼被转出污泥贮槽后，先后经过滤饼形成区、吸干区、反吸区和休止区，最后滤饼经皮带输送运走。
7.真空过滤机工作特点真空过滤机曾是应用较多的一种脱水设备，其特点是能够连续操作，运行平稳，可自动控制，滤液澄清率高，单机处理量大；但是真空过滤机附属设备较多，占地面积大，滤布消耗多，更换清洗麻烦，工序复杂，运行管理费用较高，正逐步被带式压滤机和板框压滤机所取代。
思考题
1.污泥在脱水之前为什么还需要进行浓缩？
（见4）
2.真空过滤机是如何工作的？
有何特点？
（见6、7）
第11章计量与投药设备
1.投加设备是将处理药剂加到需处理水中的设备，有干投和湿投两种，湿式投加设备有计量加药泵和水射器，典型干式投加设备有投矾机。
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