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环境工程原理 思考题

环境工程原理思考题

第一章绪论

1.“环境工程学”的主要研究对象是什么?

2. 去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法?它们的技术原理是什么?

3. 简述土壤污染治理的技术体系。

4. 简述废物资源化的技术体系。

5. 阐述环境净化与污染控制技术原理体系。

6. 一般情况下,污染物处理工程的核心任务是:利用隔离、分离和(或)转化

技术原理,通过工程手段(利用各类装置),实现污染物的高效、快速去除。

试根据环境净化与污染防治技术的基本原理,阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。

第二章质量衡算与能量衡算

第一节常用物理量

1.什么是换算因数?英尺和米的换算因素是多少?

2.什么是量纲和无量纲准数?单位和量纲的区别是什么?

3.质量分数和质量比的区别和关系如何?试举出质量比的应用实例。

4.大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度,试说明该单位的优点,并阐述与质量浓度的关系。

5.平均速度的涵义是什么?用管道输送水和空气时,较为经济的流速范围为多少?

第二节质量衡算

1.进行质量衡算的三个要素是什么?

2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。

3.质量衡算的基本关系是什么?

4.以全部组分为对象进行质量衡算时,衡算方程具有什么特征?

5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时,物质的转化速率如何表示?

第三节能量衡算

1.物质的总能量由哪几部分组成?系统内部能量的变化与环境的关系如何?2.什么是封闭系统和开放系统?

3.简述热量衡算方程的涵义。

4.对于不对外做功的封闭系统,其内部能量的变化如何表现?

5.对于不对外做功的开放系统,系统能量能量变化率可如何表示?

第三章流体流动

第一节管流系统的衡算方程

1.用圆管道输送水,流量增加1倍,若流速不变或管径不变,则管径或流速如何变化?

2.当布水孔板的开孔率为30%时,流过布水孔的流速增加多少?

3.拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化和外界能量之间的关系,试简述这种关系,并说明该方程的适用条件。

4.在管流系统中,机械能的损耗转变为什么形式的能量?其宏观的表现形式是什么?

5.对于实际流体,流动过程中若无外功加入,则流体将向哪个方向流动?6.如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率?

第二节流体流动的内摩擦力

1.简述层流和湍流的流态特征。

2.什么是“内摩擦力”?简述不同流态流体中“内摩擦力”的产生机理。

3.流体流动时产生阻力的根本原因是什么?

4.什么情况下可用牛顿黏性定律计算剪切应力?牛顿型流体有哪些?

5.简述温度和压力对液体和气体黏度的影响。

第三节边界层理论

1. 什么是流动边界层?边界层理论的要点是什么?

2.简述湍流边界层内的流态,以及流速分布和阻力特征。

3.边界层厚度是如何定义的?简述影响平壁边界层厚度的因素,并比较下列几组介质沿平壁面流动时,哪个边界层厚度较大:

(1)污水和污泥;

(2)水和油;

(3)流速大和流速小的同种流体。

4. 为什么管道进口段附近的摩擦系数最大?

5. 简述边界层分离的条件和过程。

6. 当逆压梯度相同时,层流边界层和湍流边界层分离点的相对位置如何?请解释其原因。

第四节流体流动的阻力损失

1.简述运动中的物体受到阻力的原因。流线型物体运动时是否存在形体阻力?2.简述流态对流动阻力的影响。

3.分析物体表面的粗糙度对流动阻力的影响,举应用实例说明。

4.不可压缩流体在水平直管中稳态流动,试分析以下情况下,管内压力差如何变化:

(1)管径增加一倍;

(2)流量增加一倍;

(3)管长增加一倍。

5.试比较圆管中层流和湍流流动的速度分布特征。

6.试分析圆管湍流流动的雷诺数和管道相对粗糙度对摩擦系数的影响。

第五节管路计算

1.管路设计中选择流速通常需要考虑哪些因素?

2.简单管路具有哪些特点?

3.分支管路具有哪些特点?

4.并联管路具有哪些特点?

5.分析管路系统中某一局部阻力变化时,其上下游流量和压力的变化。

第六节流体测量

1.简述测速管的工作原理和使用时的注意事项。

2.分析孔板流量计和文丘里流量计的相同点和不同点。

3.使用转子流量计时读数为什么需要换算?测定气体的流量计能否用来测量液

体?

4.简述转子流量计的安装要求。

第四章热量传递

第一节热量传递的方式

1.什么是热传导?

2.什么是对流传热?分别举出一个强制对流传热和自然对流传热的实例。

3.简述辐射传热的过程及其特点

4.试分析在居室内人体所发生的传热过程,设室内空气处于流动状态。

5.若冬季和夏季的室温均为18℃,人对冷暖的感觉是否相同?在哪种情况下觉

得更暖和?为什么?

第二节热传导

1. 简述傅立叶定律的意义和适用条件。

2.分析导温系数和导热系数的涵义及影响因素。

3.为什么多孔材料具有保温性能?保温材料为什么需要防潮?

4.当平壁面的导热系数随温度变化时,若分别按变量和平均导热系数计算,导热热通量和平壁内的温度分布有何差异。

5. 若采用两种导热系数不同的材料为管道保温,试分析应如何布置效果最好。

第三节对流传热

1.简述影响对流传热的因素。

2.简述对流传热的机理、传热阻力的分布及强化传热的措施。

3.为什么流体层流流动时其传热过程较静止时增强?

4.传热边界层的范围如何确定?试分析传热边界层与流动边界层的关系。

5. 试分析影响对流传热系数的因素。

6.分析圆直管内湍流流动的对流传热系数与流量和管径的关系,若要提高对流传热系数,采取哪种措施最有效?

7.流体由直管流入短管和弯管,其对流传热系数将如何变化?为什么?

8.什么情况下保温层厚度增加反而会使热损失加大?保温层的临界直径由什么决定?

9.间壁传热热阻包括哪几部分?若冷热流体分别为气体和液体,要强化换热过程,需在哪一侧采取措施?

10.什么是传热效率和传热单元数?

第四节辐射传热

1.分析热辐射对固体、液体和气体的作用特点。

2.比较黑体和灰体的特性及其辐射能力的差异。

3. 温度对热辐射和辐射传热的影响。

4.分析物体辐射能力和吸收能力的关系。

5.简述气体发射和吸收辐射能的特征,分析温室效应产生的机理。

第五节换热器

1.简述换热器的类型。

2.什么是间壁式换热器,主要包括哪几种类型?

3.列管式换热器式最常用的换热器,说明什么是管程、壳程,并分析当气体和

液体换热时,气体宜通入哪一侧?

4.简述增加传热面积的方法。

5.试分析提高间壁式换热器传热系数的途径。

第五章质量传递

第一节环境工程中的传质工程

1.简述环境工程中常见的传质过程及其应用领域?

第二节质量传递的基本原理

2.什么是分子扩散和涡流扩散?

3.简述费克定律的物理意义和适用条件。

4.简述温度、压力对气体和液体分子扩散系数的影响。

5.对于双组分气体物系,当总压和温度提高1倍时,分子扩散系数将如何变化?

6.分析湍流流动中组分的传质机理。

第三节分子传质

1.什么是总体流动?分析总体流动和分子扩散的关系。

2.在双组分混合气体的单向分子扩散中,组分A的宏观运动速度和扩散速度的关系?

3.单向扩散中扩散组分总扩散通量的构成及表达式。

4. 简述漂移因子的涵义。

5. 分析双组分混合气体中,当N B=0、N B=-N A及N B=-2N A时,总体流动对组分传质速率的影响。

第四节对流传质

1. 简述对流传质的机理和传质阻力的分布。

2.传质边界层的范围如何确定?试分析传质边界层与流动边界层的关系。3.为什么流体层流流动时其传质速率较静止时增大?

4.虚拟膜层的涵义是什么?试比较对流传质速率方程和费克定律的异同。5.比较对流传热和对流传质的区别。为什么对流传质存在两种情况?

6. 简述影响对流传质速率的因素和强化传质的措施。

第六章沉降

第一节沉降分离的基本概念

1. 简述沉降分离的原理、类型和各类型的主要特征。

2. 简要说明环境工程领域涉及哪些沉降分离的过程,并说明其沉降类型和作用力。

3. 颗粒的几何特性如何影响颗粒在流体中受到的阻力?

4. 不同流态区,颗粒受到的流体阻力不同的原因是什么?

5. 颗粒和流体的哪些性质会影响到颗粒所受到的流体阻力,怎么影响?

第二节重力沉降

1. 简要分析颗粒在重力沉降过程中的受力情况。

2. 层流区颗粒的重力沉降速度主要受哪些因素影响?

3. 影响层流区和紊流区颗粒沉降速度的因素有何不同,原因何在?

4. 流体温度对颗粒沉降的主要影响是什么?

5. 列出你所知道的环境工程领域的重力沉降过程。

6. 分析说明决定重力沉降室除尘能力的主要因素是什么?

7. 通过重力沉降过程可以测定颗粒和流体的哪些物性参数,请你设计一些的测定方法。

第三节离心沉降

1. 简要分析颗粒在离心沉降过程中的受力情况。

2. 比较离心沉降和重力沉降的主要区别。

3. 同一颗粒的重力沉降和离心沉降速度的关系怎样?

4. 简要说明旋风分离器的主要分离性能指标。

5. 标准旋风分离器各部位尺寸关系是什么?

6. 旋风分离器和旋流分离器特点有何不同?

7. 离心沉降机和旋流分离器的主要区别是什么。

8. 在环境工程领域有哪些离心沉降过程。

第四节其它沉降

1. 电沉降过程中颗粒受力情况如何,沉降速度与哪些因素有关。

2. 简述电除尘器的组成和原理。

3. 电除尘器的优点是什么。

4. 惯性沉降的作用原理是什么,主要受哪些因素的影响。

5. 惯性沉降应用的优缺点是什么。

6. 环境工程领域有哪些电除尘和惯性除尘过程。

第七章过滤

第一节过滤操作的基本概念

1. 过滤过程在环境工程领域有哪些应用。

2. 环境工程领域中的过滤过程,使用的过滤介质主要有哪些?

3. 过滤的主要类型有哪些?

4. 表面过滤和深层过滤得主要区别是什么?

第二节表面过滤的基本理论

1. 表面过滤得过滤阻力由哪些部分组成?

2. 表面过滤速度与推动力和阻力的关系,如何表示?

3. 过滤常数与哪些因素有关?

4. 恒压过滤和恒速过滤的主要区别是什么?

5. 如何通过实验测定过滤常数、过滤介质的比当量过滤体积和压缩指数?

6. 洗涤过程和过滤过程有什么关系?

7. 间歇式过滤机和连续式过滤机的相同点和不同点是什么?

第三节深层过滤的基本理论

1. 混合颗粒和颗粒床层有哪些主要的几何特性?。

2. 混合颗粒的平均粒径和颗粒床层的当量直径如何定义?

3. 流体通过颗粒床层的实际流速与哪些因素有关,与空床流速是什么关系?

4. 深层过滤速度与推动力和阻力的关系,如何表示?

5. 悬浮颗粒在床层中的运动包括哪些主要行为?

6. 流体在深层过滤中的水头损失如何变化,主要存在哪些变化情况?

7. 如何防止滤料表层的堵塞,为什么?

第八章吸收

第一节吸收的基本概念

1. 简述吸收的基本原理和过程。

2. 吸收的主要类型是什么?

3. 环境工程领域有哪些吸收过程。

4. 环境工程领域吸收的特点是什么?

第二节物理吸收

1. 亨利定律有哪些表达形式,意义如何?

2. 如何通过平衡曲线判断传质方向,其物理意义何在?

3. 举例说明如何改变平衡条件来实现传质极限的改变。

4. 吸收过程的基本步骤是什么?

5. 双膜理论的基本论点是什么?

6. 吸收速率与传质推动力和传质阻力的关系,有哪些表达形式?

7. 吸收的传质阻力有哪几个部分组成,如何表示,关系如何?

8. 简要说明气体性质对传质阻力的不同影响,并举例说明。

第三节化学吸收

1. 化学吸收与物理吸收的主要区别是什么?

2. 化学反应对吸收过程有哪些影响?

3. 如何联系化学吸收的气液平衡和反应平衡?

4. 如何解释化学吸收中传质速率的增加?

5. 化学反应速率的不同如何影响化学吸收?

6. 化学吸收的适用范围是什么?

第四节吸收设备的主要工艺计算

1. 吸收塔两相流动的方式各有什么优缺点?

2. 板式塔和填料塔的主要区别是什么?

3. 画图说明并流和逆流操作线和平衡线的不同。

4. 最小吸收剂如何确定,吸收剂用量选择遵循什么原则?

5. 总体积传质系数的物理意义是什么?

6. 传质单元的意义是什么,传质单元数和传质单元高度与哪些因素有关。

7. 吸收过程计算的基本关系式有哪些?

第九章吸附

第一节吸附分离操作的基本概念

1. 吸附分离的基本原理。

2. 简要说明吸附根据不同的分类方法可以分为哪些类型。

3. 吸附在环境工程领域有哪些应用,举例说明。

第二节吸附剂

1. 常用的吸附剂有哪些?

2. 吸附剂的主要特性是什么?

3. 简述一下几种吸附剂的制备、结构和应用特性:活性炭、活性炭纤维、炭分

子筛、硅胶、活性氧化铝和沸石分子筛。

第三节吸附平衡

1. 环境条件如何影响吸附平衡?

2. Freundlich方程的形式和适用范围。

3. Langmuir方程的基本假设是什么?

4. Langmuir方程的形式和适用范围。

5. BET方程的物理意义是什么?

6. 如何表示吸附剂对不同吸附质的选择性?

7. 简要说明液体吸附的吸附等温式形式和适用范围。

第四节吸附动力学

1. 吸附过程的基本步骤是什么?

2. 吸附过程可能的控制步骤是什么?

第五节吸附操作与吸附穿透曲线

1. 常见的吸附分离设备和操作方式有哪些?

2. 接触过滤吸附中,单级吸附、多级吸附和多级逆流吸附的平衡线和操作线关

系如何,画示意图说明。

3. 接触过滤多级逆流吸附最小吸附剂如何确定,画示意图说明。

4. 固定床吸附中,床层可以分为几个区域,各区域的特点是什么?

5. 简述固定床吸附从开始到完全失去吸附能力的变化过程。

6. 画出穿透曲线的示意图,并在图中标出穿透点、终点、剩余吸附量和饱和吸附量。

第十章其他分离过程

第一节离子交换

1. 影响离子交换树脂选择性的因素有哪些?

2. 离子交换反应有哪些主要类型?

3. 离子交换过程的主要步骤是什么,可能的控制步骤是什么?

4. 如何判断离子交换速度的控制步骤?

5. 离子交换速度的影响因素有哪些?

第二节萃取

1. 萃取分离的原理和特点是什么?

2. 萃取分离在环境工程领域有哪些应用。

3. 说明三角形相图中各区域点的意义。

4. 三角形相图中如果包含溶解度曲线和联结线,说明各区域点的意义(稀释剂

和萃取剂完全不互溶)?

5. 三角形相图中包含溶解度曲线,说明哪些区域是均相,哪些是多相,相的组

成如何(稀释剂和萃取剂完全不互溶)?

6. 萃取剂的选择原则是什么?

7. 画图说明单级萃取、多级错流萃取和多级逆流萃取分配曲线和操作线的不同关系?

8. 萃取剂用量的确定有哪些考虑?

第三节膜分离

1. 简述膜分离过程的类型和特点。

2. 膜组件有哪些主要形式?

3. 决定膜分离渗透性的主要因素有哪些?

4. 膜分离的选择性可以用哪些参数表示?

5. 多孔模型和溶解-扩散模型的基本假设是什么,分别涉及到哪些膜和物性参数?

6. 渗透现象是如何发生的,实现反渗透的条件是什么?

7. 反渗透和纳滤机理有哪些基本理论?

8. 浓差极化现象是如何发生的,对膜分离过程有何影响?

9. 说明凝胶层的形成过程以及对膜分离的影响。

10. 说明电渗析中浓差极化的形成过程以及极限电流密度的出现和影响。

第十一章反应动力学基础

第一节反应器和反应操作

1. 反应器的一般特性主要指哪几个方面?

2.反应器研究开发的主要任务是什么?

3. 什么是间歇操作、连续操作和半连续操作?它们一般各有哪些主要特点?

4. 什么是空间时间和空间速度?它们所表达的物理意义分别是什么?

5. 一般情况下,反应器内的流体流动状态会对反应结果产生影响,为什么?

6. 根据反应物料的流动与混和状态,反应器可分为哪些类型。

7.反应器设计的基本内容包括哪几个方面?它通常使用哪几类基本方程?

第二节反应的计量关系

1.什么是膨胀因子?膨胀因子为1的反应体系,反应后系统的物质的量将如何

变化?若是膨胀因子为0.5的反应体系,则如何变化?

2.什么是简单反应和复杂反应?可逆反应属于哪一类反应?为什么?

3.什么是均相内反应和界面反应?

4.对于连续反应器,某一关键组分的转化率的一般定义是什么?

5.对于实际规模的化学反应器,影响某一关键组分的转化率的主要因素是什

么?

第三节反应动力学

1.若将反应速率的定义写成-rA=-dCA/dt,该定义式成立的条件是什么?说

明理由。

2.气-固相反应的反应速率有哪几种表达方式?气-液相反应哪?

3.什么是反应级数?它的大小能否反映反应速率的大小?为什么?

4.对于某一化学反应,它的速率常数是否与反应物的浓度有关?催化剂能否改

变速率常数的大小?

5.零级不可逆单一反应有哪些主要特点?

6.一级不可逆单一反应有哪些主要特点?

7.二级不可逆单一反应有哪些主要特点?

8.对于可逆单一反应,反应物的浓度能减少到零吗?为什么?

9.在平行反应中,什么是主反应?什么是副反应和副产物?

10.(9)对于串联反应,其中间产物的浓度随反应时间如何变化?在实际操作中

能否将中间产物的浓度控制到最大值?如何控制?

第十二章反应动力学的解析方法

第一节动力学实验及实验数据的解析方法

1.动力学实验的主要目的有哪些?

2.用槽式反应器进行动力学实验有哪些优点?

3.对反应器进行物料衡算时,一般应注意哪些问题?

4.对于全混流槽式反应器和推流式反应器,分别如何选择物料衡算单元,为什

么?

第二节间歇反应器的解析

1.在环境工程研究中,进行液相反应速率方程的实验测定时,常采用间歇反应

器,为什么?

2.简述利用间歇反应器进行动力学实验的一般步骤。

3.试用流程图表达间歇动力学实验数据的积分解析法。

4.试用流程图表达间歇动力学实验数据的微分解析法。

5.如何利用半衰期确定反应级数?

第三节连续反应器的解析

1.在稳态状态下,槽式连续反应器内的组分组成和转化率随时间变化吗?为什

么?

2.试用流程图表达利用槽式连续反应器进行动力学实验的一般步骤。

3.试用流程图表达利用积分平推流反应器进行动力学实验的一般步骤。

4.试用流程图表达利用微分反应器进行动力学实验的一般步骤。

5.什么是积分反应器和微分反应器?它们用于动力学实验时,各有什么特点?

第十三章均相化学反应器

第一节间歇与半间歇反应器

1.对于一个实际规模的均相连续反应器,影响反应物转化率的主要因素有哪

些?

2.间歇反应器的一般操作方式是什么?你能举出哪些间歇反应器的例子?

3.半间歇反应器有哪几种操作方式?

4.半间歇反应器与间歇反应器相比有哪些异同点?

5.对于半间歇反应器,转化率是如何定义的?

第二节完全混合流反应器

1.全混流连续反应器的一般操作方式是什么?你能举出哪些间歇反应器的例

子?

2.与间歇反应器相比,对于同一反应,在同样的反应条件下,达到同样的转化

率,所需全混流连续反应器的体积有何不同?为什么?

3.对于一简单不可逆反应,在反应器总有效体积和反应条件不变的条件下,随

着全混流反应器的级数的增加,反应物的转化率如何变化?为什么?转化率的极限值是什么?

4.简述多级全混流反应器的解析计算法。

5.简述多级全混流反应器的图解计算法。

第三节平推流反应器

1.对于一个实际规模的反应器,在什么条件下可视为平推流反应器?

2.对于不可逆液相反应,利用间歇反应器和理想平推流反应器进行反应操作时

的基本方程有何异同?简要分析其理由。

3.与间歇反应器相比,对于同一反应,在同样的反应条件下,达到同样的转化

率,所需平推流反应器的体积相同。如何解释这种现象?

4.循环反应器有哪几种典型的操作方式?

5.对于在平推流反应内进行的不可逆液相反应,如果将出口处的反应物料器一

部分返回到反应器,反应物的转化率将如何变化?如何解释这种变化?

第十四章非均相化学反应器

第一节固相催化反应器

1.催化反应有哪些基本特征?

2.固体催化剂的一般组成是什么?载体在固体催化剂中起什么作用?

3.固相催化反应过程一般可概括为哪些步骤?

4.固相催化反应有哪些基本特点?

5.固相催化反应的本征动力学过程包括哪些步骤?

6.在进行本征动力学速率方程的实验测定中,如何消除外扩散和内扩散的影

响?分别如何确定实验条件?

7.催化剂有效系数的基本定义什么?它有哪些用途?

8.催化西勒(Thiele)模数的物理意义是什么?具体说明西勒(Thiele)模数的

大小如何影响催化剂的有效系数?

9.简述影响球形催化剂有效系数的主要因素及其产生的影响。

10.什么是流化床反应器?与固定床反应器相比,它有哪些优缺点?

第二节气液相反应器

1.气-液相反应过程一般可概括为哪些步骤?

2.气-液相反应的本征反应速率方程是什么涵义?

3.气-液相瞬间反应的基本特点是什么?

4.气-液相瞬间反应的增强系数有何物理意义?

5.什么是界面反应?

6.气-液相快速反应的基本特点是什么?

7.根据气-液相拟一级快速反应的宏观速率方程,简述提高反应速率的措施。

8.什么是八田数?它有何物理意义?

9.气-液相拟一级快速反应的增强系数具有什么物理意义?

10.气-液慢速反应的基本特点是什么?

11.气液相反应的宏观速率方程根据本征反应速率的快慢有不同的表达形式,为

什么?

第十五章微生物反应器

第一节微生物与微生物反应

1.为什么说微生物反应类似于化学反应中的自催化反应?

2.微生物反应一般可分为哪几类反应?

3.微生物反应中的基质有哪些作用?

4.微生物反应的产物有哪几类?

5.有机物的微生物分解反应中产生的能量有哪些用途?

第二节微生物反应的计量关系

1.什么是计量学限制性基质?

2.什么是生长速率限制性基质?

3.细胞产率系数有哪些用途?

4.细胞产率系数有哪几种?它们取值范围各是什么?

5.什么是有效电子?如何计算?

6.什么是代谢产物的产率系数?

第三节微生物反应动力学

1.什么是微生物的比生长速率?

2.Monod方程中的最大比生长速率和饱和系数各表达什么意义?

3.与富营养细胞相比,贫营养细胞的饱和系数有何特点?

4.基质消耗速率方程中的维持系数有什么物理意义?

5.影响以微生物膜表面积为基准的基质消耗速率的主要因素(主要指与微生物

膜和基质本身特性有直接关系的主要因素,不包括温度、pH等环境条件)有哪些?

6.试比较固体催化剂的有效系数与微生物膜的有效系数的定义有何不同?

第四节微生物反应器的操作与设计

1.微生物的间歇培养生长曲线可分为哪几个阶段?什么是最大收获量?

2.微生物的半连续培养的操作方式有何特点?

3.在微生物的半连续培养中,反应器内基质浓度会出现先增加后减少的现象。

为什么出现这种现象?

4.什么是稀释率?微生物的连续培养系统(没有细胞循环系统)中,稀释率的

最大值是什么?

5.在微生物的连续培养系统中,能否控制微生物的比生长速率?如何实现?

6.什么是微生物连续培养中的“洗脱现象”?为什么会出现这种现象?

7.细胞循环反应器可以在大于微生物比生长速率的条件下稳定运行,为什么?