复旦环境工程基础课程教学大纲.docx

环境工程基础课程教学大纲（TheFoundationsofEnvironmentalEngineering）学分数4周学时4课程性质：环境科学与工程学专业必修课程。预修课程：普通物理、高等数学、大学化学等前期课程作为基础。一、历史沿革本课程包含“化工原理”、“化学反应工程学”、“水力学”、“生物工程”等内容，2000年以前环境科学与工程系（以下简称环境系）的学生选化学系开设的“化工原理”课，20年改为“环境工程基础2000-2003年返聘环境系已经退休的学化学工程的周祖铭教授担任此门课的主讲老师,周老师主要用清华大学林汉光教授编写的化学反应工程学为主要教学用书。环境工程专业毕业的课程负责人刘燕教授2003年离开香港大学应聘到复旦大学后,于2004年9月担任此课的教学，在教学过程中发现由于复旦大学总的教学时数的限制（160学时以内），远小于一般工科院校环境工程系的学生总的教学时数（200学时左右）。环境系又是环境科学（理科）、环境工程（工科）、环境生态（理科）、环境管理（文科）的综合交叉学科，不能分很多学时数给环境工程方向，故“化工原理”、“水力学二“生物工程”等其它工科院校环境工程系学生学的课程既没有学，也没有学时数学，而化学反应工程学中的有些内容,如精储等在环境工程中应用非常少，没有学习的必要，故选取的“化工原理:“化学反应工程学”、“水力学”、“生物工程，中在环境工程中经常需要应该的知识点和在环境工程中的应用于2006年自行编写了教材“环境工程基础、并主要根据此书的内容进行教学。二、教学目的与要求：教学目的：通过本课程的教学，使学生掌握进一步学习环境工程学所需的基础知识，包括流体的流动和输送，环境工程单元操作、设备、化学反应工程学、微生物反应工程学的基本原理及计算等，以及这些基础知识在环境工程中的简单应用。学生在学习环境工程学基础的过程中，既可以培养学生逻辑、思辩和推演等理性思维的能力，又可以培养学生理论联系实际、解决实际问题的能力。让学生熟悉并掌握工程技术常用的基本观点和方法,如合理简化的观点、最优化观点、量纲分析法、衡算的方法、数学模型的方法等。也可提高学生的产业化意识，了解科研成果产业化过程中可能遇到的问题和解决方法等。基本要求：学生应按本大纲具体要求，掌握流体流动、热量传递、吸收、反应动力学及反应器、非理想流动反应器的基本概念、基本理论和基本方法。并应用它们解决实际的问题的计算和设计，以及它们在环境工程中的实际应用。三、教学内容：主要包括流体流动、热量传递、吸收、反应动力学及反应器、非理想流动反应器的基本概念、基本理论和基本方法，以及它们在环境工程中的应用。具体内容如下：第一章绪论（2学时）1.1 概述1.2 质量衡算与热力学第一定律1.3 平衡与速率1.4 物理量的单位和单位制第二章流体流动（18学时）2.1 概述2.1.1 流体流动的考察方法2.1.2 流体流动的基本概念2.1.3 流体流动的内摩擦力2.1.4 流体流动的类型及其判断2.1.5 流动边界层2.2 流体流动时的阻力损失2.2.1 影响阻力损失的因素2.2.2 沿程阻力损失2.2.3 局部阻力损失2.3 管流系统的衡算方程及应用2.3.1 质量衡算方程2.3.2 能量衡算方程2.3.3 管路计算2.4 明渠均匀流和薄壁堰2.4.1 明渠均匀流形成条件和特点2.4.2 明渠均匀流计算2.4.3 薄壁堰2.5 常见测量仪器2.5.1 文丘里流量计252乌氏粘度计2.6 两相流动2.6.1 球形颗粒在流体中运动阻力与阻力系数2.6.2 重力沉降2.7 流体输送设备2.7.1 离心泵2.7.2 离心压缩机2.7.3 往复压缩机和往复泵2.7.4 其它常用流体输送设备第三章热量传递（12学时）3.1 概述3.1.1 热量传递的基本方式3.1.2 环境工程领域中的传热问题3.2 热传导3.2.1 傅立叶定律3.2.2 导热系数3.2.3 平壁稳定热传导3.2.4 圆筒壁热传导3.3 对流传热3.3.1 对流传热机理332对流传热速率3.3.3 对流传热系数的经验式3.3.4 保温层的临界直径3.4 传热过程的计算3.4.1 热量衡算3.4.2 总传热速率方程3.4.3 总传热系数3.4.4 传热的平均温差3.4.5 传热计算举例3.5 辐射传热3.5.1 基本概念与定律3.5.2 物体间的辐射传热3.5.3 气体的辐射传热3.5.4 对流和辐射联合传热3.6 热交换设备3.6.1 直接接触式换热器3.6.2 蓄热式换热器3.6.3 间壁式换热器3.7 强化换热器传热过程的途径第四章吸收（16学时）4.1 概述4.1.1 环境工程中的传质过程4.2 传质机理和传质速率4.2.1 分子扩散4.2.2 对流扩散4.3 气液的相平衡4.3.1 概述4.3.3 亨利定律4.3.4 相平衡和吸收过程的关系4.4 吸收的动力学基础4.4.1 概述4.4.2 双膜理论4.4.3 吸收传质速率方程4.5 吸收过程的设计与操作计算4.5.1 概述4.5.2 吸收塔的物料衡算及操作线方程4.5.3 吸收剂用量的计算4.5.4 吸收塔填料层高度的计算4.5.5 理论级数与塔高的计算4.5.6 塔径的确定4.5.7 吸收过程的操作型计算4.6 解吸4.6.1 概述4.6.2 气提解吸4.7 多组分吸收与化学吸收4.7.1 多组分吸收4.7.2 化学吸收第五章反应动力学及反应器(12学时)5.1 反应动力学5.1.1 反应的分类5.1.2 反应速率及方程5.1.3 均相反应动力学5.1.4 生化反应动力学5.2 反应器5.2.1 反应器内物料的流动模型5.2.2 反应器及运行方式5.2.3 理想均相反应器的计算5.2.4 理想均相反应器的优化选择5.3 微生物反应器5.3.1 间歇式微生物反应器532.连续式微生物反应器参观实际工程(如污水处理厂等)(4学时)1. Overview(2coursehours)2. Fluidmechanics(18coursehours)3. Heattransfer(12coursehours)4. Absorption(16coursehours)5. Reactionkineticsandreactors(12coursehours)6. VisitWastewaterTreatmentPlants(4coursehours)四、教学方式与考核教学方式：课堂讲解、讨论，课后作业，工程实例参观，期末考试等。考核：考核包括平时成绩，具体为课后作业、课堂互动、小测验，工程实例参观，参观报告的撰写、讲演等，它们在课程总成绩中的百分比为50%。课程期末的考核形式为闭卷笔试，期末考试占总成绩中的百分比为50%。Score:Thefinalscoreconsistsoftwoparts.Thefirstpartisgeneralperformance(50%)includinghomework,quizzes,examinationin-classwithopenbook,visitstowastewatertreatmentplants,andpresentationetc.Thesecondpartisthefinalexamination(50%)withclosebook.Thestudentswillberequiredtohaveafinalscoreover60.Inaddition,theyneedtodevelopanunderstandingforbasicconcepts,theoriesandmethods,andwillapplytheseknowledgestoconductcalculation,designandsolutionforrelativeproblemsandequipmentsinenvironmentalengineering.Inaddition,studentswillmastersomebasicviewpointsandmethodsofengineeringsuchassimplification,optimum,dimensionalanalysis,etc.五、参考教材：.杜扬主编流体力学，中国石化出版社，2008年8月。2 .吴持恭主编水力学，高等教育出版社，2008年1月。2014年4月第11次印刷。3 .柯葵，朱立明，李煤编著水力学，同济大学出版社，2000年5月，2004年8月第5次印刷。4,吴望一编著流体力学（上册），北京大学出版社，2015年1月。5 .FinnemoreEJohn,FranziniJosephB.著流体力学及其工程应用（英文版原书第10版），时代教育国外高校优秀教材精选，机械工业出版社，2013年9月1日。6 .坤杜（KUndU,PijushK.）流体力学（第5版）（简体中文），世界图书出版公司，2013年1月。7 .中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局室外排水设计规范（GB50014-2006）,中国计划出版社，2006年4月。8 .林爱光，阴金香编著化学工程基础，清华大学出版社，2008年8月。9 .胡洪营，张旭，黄霞，王伟合编环境工程原理，高等教育出版社，2015年8月。10 .贺文智，李光明编环境工程原理，化学工业出版社，2014年7月。比徐建平，唐海主编环境工程原理，合肥工业大学出版社，2013年3月。12 .张晖，吴春笃编，环境工程原理，华中科技大学出版社，2011年7月。13 .朱慎林，朴香兰，赵毅红编著环境化工技术及应用，化学工业出版社，2003年。14 .温瑞媛，严世强，江洪，瞿茂林编著化学工程基础，北京大学出版社,2002年3月。15 .武汉大学主编面向21世纪课程教材：化学工程基础（第2版），高等教育出版社，2011年1月。16 .李德华编化学工程基础，化学工业出版社，2010年8月。17 .姚玉英主编化工原理(上册、下册)，天津科学技术出版社，2011年7月。18 .王志魁，刘丽英、刘伟编化工原理，化学工业出版社，2011年7月。19 .陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋，潘鹤林著化工原理(陈敏恒)(上册)(第四版)，化学工业出版社，2015年7月。20 .陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋，潘鹤林著化工原理(陈敏恒)(下册)(第四版)，化学工业出版社，2015年8月。21 .汪大翠，雷乐成编著水处理新技术及工程设计，化学工业出版社，2001年。22 .中国市政工程西北设计研究院主编给水排水设计手册，第11册，常用设备第二版，中国建筑工业出版社，2002年。23 .中国市政工程华北设计研究院主编给水排水设计手册，第12册，器材与装置第二版，中国建筑工业出版社，2001年。24 .PerryRobertH,GreenDonW,MaloneyJamesO.Perry,sChemicalEngineers,Handbook.7,hed.NewYork:McGraw-Hill(1997)25 .RichardsonJF&PeacockDG.ChemicalEngineering,Vol.3,3rded.,北京：世界图书出版公司(2000)26 .itCRCHandbookofChemistryandPhysics:aready-referencebookofchemicalandphysicaldata,84med.,5Editor-in-Chief:DavidR.Lid,BocaRaton:CRCPress,2003,医科馆:06-64/517C(84)27 .Or“CRCHandbookofChemistryandPhysics:aready-referencebookofchemicalandphysicaldata,82由ed.,Editor-in-Chief:DavidR.Lid,BocaRaton:CRCPress,2001,理科馆：06-64/517C(82)28 .Dean,J.A.Langeshandbookofchemistry15th.McGRAW-Hill,1999.29 .Reible,D.D.,FundamentalsofEnvironmentalEngineering,Springer,October4,2001,ISBN-10:3540647465,ISBN-13:978-3540647461.30 .Himmelblau,D.M.andRiggs,J.B.,BasicPrinciplesandCalculationsinChemicalEngineering(7thEdition),PrenticeHall;7edition,December18,2003,ISBN-10:0131406345,ISBN-13:978-0131406346.31 .Fogler,H.S.,ElementsofChemicalReactionEngineering(4thEdition),September2,2005,ISBN-10:0130473944,ISBN-13:978-0130473943.32 .WalterJ.WeberJr.andFrancisA.DiGiano,ProcessDynamicsinEnvironmentalSystems(EnvironmentalScienceandTechnology:AWiley-InterscienceSeriesofTextsandMonographs),Wiley-Interscience,March1996,ISBN-10:0471017116,ISBN-13:978-0471017110.33 .Green,D.andPerry,R.,Perry'sChemicalEngineers'Handbook,EighthEdition(ChemicalEngineersHandbook),McGraw-HillProfessional,8edition,October23,2007,ISBN-10:0071422943,ISBN-13:978-0071422949.