環境工程原理

環境工程原理以環境工程學中所採用的一些物理過程（也稱單元操作）為研究對象，研究這些物理過程的原理、基本概念、基本理論、典型設備、典型工藝以及在環境工程中的應用。

環境工程原理的主要任務是研究單元操作過程的基本原理、基本理論和應用。

① 能正確理解單元操作的基本原理，了解典型沒備的構造、性能和操作方法，根據各單元操作在技術和經濟上的特點進行“過程和沒備”的選擇，以經濟有效地滿足特定生產過程的要求。

② 熟悉各單元操作過程及設備的汁算方法，能正確使用各種常用的工程計算圖表、工具書和資料。

③ 掌握各個單元操作的基本規律，並正確運用於環境工程中。

④ 能根據生產的不同要求進行操作和調整，對操作中發生的故障，能夠作出正確的判斷。有選擇適宜操作條件、探索強化過程的途徑和提高設備效能的初步能力。有用工程觀念分析解決單元操作中的一般問題的能力。

⑤ 了解環境工程學中所用單元操作的新發展、新技術、新工藝及相關學科的新發展。

環境工程原理不僅廣泛應用於環境治理工程中，而且還廣泛應用於化工、冶金、電子、醫藥、輕工、航空等行業和部門，其內容是從上述行業當中許多具體的生產過程中抽象概括出來的。目的是應用這些一般性的基本原理、基本概念和知識，針對不同場合和不同生產對象具體解決某個特定的實際過程所涉及的單元操作、流程、設備的選擇。這些問題具有很強的工程性。

（1）過程影響因素多，對於每一個單元操作其影響因素可分為以下三類。

① 物性因素 同一類分離設備可用於不同的物系，物料的物理性質和化學性質必然對過程發生影響。

② 操作因素 設備的各種操作條件，如溫度、壓力、流量、流速、物料組成等，在工業實際過程中，它們經常發生變化並影響過程的結果。

③ 結構因素 設備內部與物料接觸的各種構件的形狀、尺寸和相對位置等因素，它們影響並改變物料的流動狀態，直接或間接地影響過程的結果。

（2）過程制約條件多，在工業上要實現一個具體的生產過程，客觀上存在許多制約條件，如原料的來源、設備的結構、材料的質量和規格等。同時沒備在流程中的位置也制約了設備的進出口條件。

（3）安全因素要考慮生產過程是否安全，設備安裝、維修是否方便等也對過程提出要求。

（4）效益是評價工程合理性的最終判據，進行工業過程的目的是為了最大限度地取得經濟效益和社會效益，這是合理地組織一個工業過程的出發點，也是評價過程是否成功的標誌。

在環境工程原理中除了極少數簡單的問題可以用理論分析的辦法解決外，大都需要依靠實驗研究解決，即通過實驗弄清過程規律，然後應用研究結果指導工程實際，進行實際工程過程與設備的設計與改進。在環境工程的研究中，常採用兩種基本的學習研究方法，即實驗研究方法和數學模型方法。

環境工程的過程往往十分複雜，涉及的影響因素很多，各種影響因素不能用迄今已掌握的物理、化學和數學等基本原理定量地分析預測，必須通過實驗來解決。為了有效地進行實驗研究和整理實驗數據，通常應用量綱分析和相似理論的方法。這兩種方法的共同點是把各種因素的影響表示成為由若干個有關因素組成的、具有一定物理意義且量綱為1的數群（或稱准數），如雷諾數Re。在本課程的學習過程中將會經常遇到以量綱為1的數群表示的關係式。對於較複雜的環境工程過程，應用一般的方法不能解決放大問題，則只能採用逐級放大的方法，即先在小型裝置上進行實驗，確定各種因素的影響規律和適宜的工藝條件，然後進行稍大規模的實驗，最後進行大裝置的設計。逐級放大的級數或每級的放大倍數根據情況而異，主要依靠理論分析與實踐經驗確定。

用數學模型方法研究環境工程過程時，首先要分析過程的機理，在充分認識過程機理的基礎上，對過程機理進行合理簡化，得出基本能反映過程機理的物理模型。然後，用數學方法來描述此物理模型得到數學模型，再用適當的數學方法求解數學模型，所得結果一般包括反映過程特性的參數，即模型參數，最後通過實驗求出模型參數。數學模型可用於過程和設備的設計及計算。這種方法是在理論指導下得出數學模型，同時又通過實驗求出模型參數並檢驗模型的可靠性，所以是半理論半經驗的方法。由於數學模型方法有理論的指導，而且計算技術，特別是計算機的發展，又使複雜數學模型的求解成為可能，所以已逐步成為主要的研究學習方法。