第三篇(第十四章)非均相化学反应器.
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《环境工程原理》教学大纲一、基本信息二、教学目标及任务《环境工程原理》是环境工程专业的重要专业基础课,该课程的主要任务是系统、深入地阐述环境污染控制工程,即水质净化与水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废物处理与处置及资源化工程,以及其他污染控制工程中涉及的具有共性的工程学基础基本过程和现象,以及污染控制装置的基本原理。
通过本课程的学习应使学生能掌握物料与能量衡算、传热、传质、沉降、离心、过滤、吸收、吸附的基本原理和基本计算,掌握化学与生物反应动力学、各类化学及生化反应器理论,为后续专业课程的学习奠定基础。
课程学习结束后,学生应达到以下要求:①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基本理论;②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、膜分离等基本分离过程的原理;③掌握反应工程原理:主要包括化学与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。
本课程支撑环境工程专业毕业要求1、2、3、4、5、6和12。
三、学时分配四、教学内容及教学要求第一章绪论1.环境问题与环境学科的发展2.环境污染与环境工程学3.污染控制技术体系,包括水污染控制技术体系大气污染控制技术体系固体废物处理处置技术体系等。
4.污染控制技术原理的基本类型5.环境工程原理课程的主要内容本章重点、难点:环境污染与环境工程学;环境工程原理课程的主要内容本章教学要求:了解环境问题与环境学科的发展;了解环境工程学的学科体系;了解环境净化与污染控制的基本方法与原理;了解环境工程原理课程的主要内容及学习方法。
第二章质量与能量衡算第一节常用物理量1.计量单位2.物理量的单位换算3.量纲和无量纲准数4.常用物理量及其表示方法习题要点:物理量的单位换算;各种浓度的相互换算第二节质量衡算1.质量衡算的基本概念2.总质量衡算习题要点:质量衡算第三节能量衡算1.能量衡算方程2.热量衡算方程3.封闭系统的热量衡算4.开放系统的热量衡算习题要点:各类能量衡算本章重点、难点:计量单位、物理量的单位换算、量纲和无量纲准数、常用物理量及其表示方法。
化学反应中的非均相反应及其机理研究化学反应是指化学物质之间发生化学变化的过程,而非均相反应则是其中一种重要的类型。
在一个非均相反应中,反应物和反应产物之间的差别较大,有时也伴随着明显的相变。
这篇文章将介绍一些非均相反应及其机理研究的相关内容。
1.非均相反应概述非均相反应是化学反应的一种类型,通常发生在两种或多种反应物的不同相之间的界面上,例如在气体与固体、液体与固体等各种不同相之间的交界处。
这种反应的主要特点在于,其反应速率取决于物质之间的接触面积。
比如,在铁和氧气之间的反应中,铁表面的氧化速率对反应速度有着很大的影响。
2.固体-气体反应固体表面的反应是几乎所有非均相反应的基础。
在固体和气体之间的反应中,反应发生在气体分子与固体表面之间的接触界面上。
例如,氧气分子与锌表面接触会迅速导致氧化锌的形成。
反应的速率由气态反应物与固体表面之间的接触面积、反应物的分子构型、反应物与表面之间的热力学相容性等因素共同决定。
目前广泛的研究表明,固体-气体界面上的非均相反应之一的主要驱动力是固体表面的活性位点和形态。
创造具有多孔度的晶体、涂覆纳米颗粒、涂覆催化剂等方法,能够调节表面形态和活性位点浓度,能够有效地提高反应速率、固体表面积和反应速率的限制性因素。
3.液态反应液-液和气-液的反应路径被广泛使用在许多工业应用和环境污染治理中。
一些环境重金属元素会从土壤中溶解到地下水和水中。
处理这些重金属元素的常规方法是用氧气从液态中滤除它们。
在液态反应中,反应物的分子结构和反应环境(例如溶剂和离子浓度)对反应速率有重要的影响。
液-液反应通常被认为是缓慢的反应,需要额外的能量才能触发。
此类反应在化学药品制造和性质改变的工艺中具有广泛的应用。
4.气态反应气-气反应包括气体之间的化学交互和气体在固体表面上的表现。
例如,燃烧是气-气反应的例子,其中燃料和氧气之间的反应需要分子之间的相互作用及其之间的能量和反应路径。
此外,气-气界面上的反应也被大量研究,例如硫酸气和水蒸气之间的反应会导致硫酸在雾形或气态的形式下形成。
第I 篇环境工程原理基础第二章质量衡算与能量衡算第二节质量衡算◆质量衡算的三个要素:划定衡算系统;确定衡算对象;确定衡算基准;◆稳态系统和非稳态系统的特征当系统中流速、压力、密度等物理量只是位置的函数,不随时间变化,称稳态系统;当系统中流速、压力、密度等物理量不仅随位置变化,而且随时间变化,称非稳态系统。
◆质量衡算的基本关系式:见(2.2.4)p29第三节能量衡算◆封闭系统和开放系统封闭系统:与环境没有物质交换的系统开放系统:与环境既有物质交换又有能量交换的系统第四章热量传递第一节热量传递的方式◆根据传热机理的不同,热的传递三种方式的特点1、热传导:条件:物体各部分之间无宏观运动机理:通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程。
在气态、液态和固态物质中都可以发生,但传递的方式和机理不同。
气体的热量传递方式:不规则热运动时相互碰撞固体的热量传递方式:两种方式:晶格振动、自由电子迁移液体的热量传递方式:分子振动、分子间的相互碰撞2、对流传热:流体中质点发生相对位移引起的热量传递过程,仅发生在液体和气体中。
对流与热传导的区别:流体质点的相对位移。
自然对流传热强制对流传热3、辐射传热:物体由于热的原因而发出辐射能的过程。
能量传递的同时又有能量的转化,不需要任何介质作媒介。
第二节热传导◆傅立叶定律的意义和适用条件意义:见(4.2.2)适用条件:平壁和圆管壁的稳态热传导◆多孔材料具有保温性能◆若采用两种导热系数不同的材料为管道保温,分析应如何布置效果最好。
第三节对流传热◆对流传热的机理、传热阻力的分布及强化传热的措施机理:流体中质点发生相对位移引起的热量传递过程,仅发生在液体和气体中。
传热阻力的分布:层流底层(热传导)、缓冲层(热传导、对流传热)、湍流中心(对流传热)强化传热的措施:减小层流底层◆影响对流传热的因素:物性特征;几何特征;流动特征◆保温层的临界直径和保温层的临界厚度。
什么情况下保温层厚度增加反而会使热损失加大(保温层外径小于临界直径)?保温层的临界直径由什么决定(导热系数与对流传热系数的比值)?◆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?(1)两侧流体的对流传热热阻、污垢热阻、间壁导热热阻。
“十五”国家级规划教材《环境工程原理》配套教材环境工程原理习题集胡洪营黄霞张旭等编著高等教育出版社2006年8月内容提要本书是“十五”国家级规划教材《环境工程原理》的配套教材,内容包括习题解答、思考题和综合练习题3部分。
习题解答部分对《环境工程原理》教材中的习题进行了较为详细的解答,其主要目的是训练学生的基本设计计算能力并为学生自学提供参考;思考题部分的主要目的是加强学生对基本概念、基本原理和基本过程的理解;综合习题部分的主要目的是训练学生的知识综合应用能力和解决问题的能力。
本教材适用于环境工程、环境科学、给水排水工程以及其他相关专业本科生,也可作为相关专业研究生参考书。
前言《环境工程原理习题解答》是“十五”国家级规划教材《环境工程原理》的配套教材。
“环境工程原理”课程是教育部“高等学校环境工程教学指导委员会”规定的高等学校环境工程专业新的核心课程。
《环境工程原理》教材是与该课程配套的国内第一本本科教材,由清华大学从事“环境工程原理”课程教学的一线教师在讲义的基础上编写而成,已经于2005年8月由高等教育出版社正式出版。
“环境工程原理”课程自2003年在清华大学首次开设以来,开设该课程的院校逐步增加。
《环境工程原理习题解答》是为了适应日益增长的“环境工程原理”课程教学需要而编写的。
本教材适用于环境工程、环境科学、给水排水工程及其它相关专业本科生,也可作为研究生参考。
也可作为研究生考试的复习参考资料。
本教材的主要内容包括以下三部分,所用符号与《环境工程原理》教材相同:第一篇:《环境工程原理》教材各章后的习题解答(参考答案)第二篇:思考题第三篇:综合练习题本教材第一篇和第二篇的主要编写人员如下:第一章、第十一章~第十五章:胡洪营、吴乾元、王丽莎第二章~第五章:张旭、王灿、陆松柳第六章~第十章:黄霞、刘春第三篇的编写人员为:一、环境工程原理基础:张旭二、分离工程原理:黄霞三、反应工程原理:胡洪营高等教育出版社的陈文副编审、陈海柳编辑为该教材的出版付出了大量心血。
三章第四节理想流动模型非均相反应器一 .催化剂及催化反应动力学二 .固定床催化反应器三 .流化床催化反应器四 .气-液反应器一.催化剂及催化反应动力学�1. 引言�2. 多相催化反应动力学�3. 工业催化剂的使用技术及再生4.1.1 引言�催化剂是能够加速化学反应速率,但本身能复原的物质.催化剂具有以下基本特征:�产生中间产物,改变反应途径,因而降低反应活化能和加速反应速率.�不能改变平衡状态和反应热,必然同时加速正反应和逆反应速率.�具有选择性,可使化学反应朝着期望反响进行,抑制不需要的副反应.� 1 .催化剂分类:�①均相催化: 催化剂和反应体系处于同一相中即为均相催化反应.催化剂与产物不易分离,产物后处理麻烦.4.1.1 引言②. 多相催化:反应在两相界面上进行称为多相催化。
例如:V 2O 5对SO 2氧化为SO 3的催化作用,Fe 对合成氨反应的催化 作用等,都属于多相催化。
此类催化反应在化工生产中居多数,由于催化剂很容易与反应物和产物分离,因而较为经济。
③. 生物催化:例如制药,制酒过程中的发酵均属于酶催化。
酶催化的特点是催化剂活性和选择性都非常高。
在化学工业中,多相催化剂应用最为广泛,使用最多的是 气-固催化反应。
4.1.1 引言2. 固体催化剂的主要组成及制备方法●固体催化剂一般由活性组分,助催化剂和载体组成。
主要起催化作用的是活性组分。
常用的催化剂活性组分是金属和金属氧化物,金属催化剂大多数采用载体,称为负载性催化剂。
●助催化剂在催化剂中的含量很少,它们对于反应没有活性或活性很小,但是加入到催化剂中后却能提高催化剂的活性,选择性和稳定性。
●催化剂载体主要作用是承载活性组分和助催化剂的分散剂,耦合物或支撑物,是负载活性组分的骨架,同时增大内表面积。
4.1.1 引言常用的载体多为氧化铝,二氧化硅,碳化硅,浮石,刚玉,活性炭,铁矾土,白土,氧化镁,硅胶,硅藻土,浮石分子筛等物质。
用作载体的物质应具有以下特性:①. 提供足够大的内表面积。