[科普中国]-环境工程原理

环境工程原理是一门环境学科的基础课程，主要研究工业及生活排污治理技术中各单元过程的基本原理、典型设备的构造与操作原理，以及各单元过程的设计计算，需要高等数学、物理学及物理化学等课程的基础知识1。

内容环境工程原理以环境工程学中所采用的一些物理过程（也称单元操作）为研究对象，研究这些物理过程的原理、基本概念、基本理论、典型设备、典型工艺以及在环境工程中的应用。

任务环境工程原理的主要任务是研究单元操作过程的基本原理、基本理论和应用。

① 能正确理解单元操作的基本原理，了解典型没备的构造、性能和操作方法，根据各单元操作在技术和经济上的特点进行“过程和没备”的选择，以经济有效地满足特定生产过程的要求。

② 熟悉各单元操作过程及设备的汁算方法，能正确使用各种常用的工程计算图表、工具书和资料。

③ 掌握各个单元操作的基本规律，并正确运用于环境工程中。

④ 能根据生产的不同要求进行操作和调整，对操作中发生的故障，能够作出正确的判断。有选择适宜操作条件、探索强化过程的途径和提高设备效能的初步能力。有用工程观念分析解决单元操作中的一般问题的能力。

⑤ 了解环境工程学中所用单元操作的新发展、新技术、新工艺及相关学科的新发展。

特点环境工程原理不仅广泛应用于环境治理工程中，而且还广泛应用于化工、冶金、电子、医药、轻工、航空等行业和部门，其内容是从上述行业当中许多具体的生产过程中抽象概括出来的。目的是应用这些一般性的基本原理、基本概念和知识，针对不同场合和不同生产对象具体解决某个特定的实际过程所涉及的单元操作、流程、设备的选择。这些问题具有很强的工程性。

（1）过程影响因素多，对于每一个单元操作其影响因素可分为以下三类。

① 物性因素 同一类分离设备可用于不同的物系，物料的物理性质和化学性质必然对过程发生影响。

② 操作因素 设备的各种操作条件，如温度、压力、流量、流速、物料组成等，在工业实际过程中，它们经常发生变化并影响过程的结果。

③ 结构因素 设备内部与物料接触的各种构件的形状、尺寸和相对位置等因素，它们影响并改变物料的流动状态，直接或间接地影响过程的结果。

（2） 过程制约条件多，在工业上要实现一个具体的生产过程，客观上存在许多制约条件，如原料的来源、设备的结构、材料的质量和规格等。同时没备在流程中的位置也制约了设备的进出口条件。

（3） 安全因素要考虑生产过程是否安全，设备安装、维修是否方便等也对过程提出要求。

（4） 效益是评价工程合理性的最终判据，进行工业过程的目的是为了最大限度地取得经济效益和社会效益，这是合理地组织一个工业过程的出发点，也是评价过程是否成功的标志2。

研究方法在环境工程原理中除了极少数简单的问题可以用理论分析的办法解决外，大都需要依靠实验研究解决，即通过实验弄清过程规律，然后应用研究结果指导工程实际，进行实际工程过程与设备的设计与改进。在环境工程的研究中，常采用两种基本的学习研究方法，即实验研究方法和数学模型方法。

实验研究方法环境工程的过程往往十分复杂，涉及的影响因素很多，各种影响因素不能用迄今已掌握的物理、化学和数学等基本原理定量地分析预测，必须通过实验来解决。为了有效地进行实验研究和整理实验数据，通常应用量纲分析和相似理论的方法。这两种方法的共同点是把各种因素的影响表示成为由若干个有关因素组成的、具有一定物理意义且量纲为1的数群（或称准数），如雷诺数Re。在本课程的学习过程中将会经常遇到以量纲为1的数群表示的关系式。对于较复杂的环境工程过程，应用一般的方法不能解决放大问题，则只能采用逐级放大的方法，即先在小型装置上进行实验，确定各种因素的影响规律和适宜的工艺条件，然后进行稍大规模的实验，最后进行大装置的设计。逐级放大的级数或每级的放大倍数根据情况而异，主要依靠理论分析与实践经验确定。

数学模型方法用数学模型方法研究环境工程过程时，首先要分析过程的机理，在充分认识过程机理的基础上，对过程机理进行合理简化，得出基本能反映过程机理的物理模型。然后，用数学方法来描述此物理模型得到数学模型，再用适当的数学方法求解数学模型，所得结果一般包括反映过程特性的参数，即模型参数，最后通过实验求出模型参数。数学模型可用于过程和设备的设计及计算。这种方法是在理论指导下得出数学模型，同时又通过实验求出模型参数并检验模型的可靠性，所以是半理论半经验的方法。由于数学模型方法有理论的指导，而且计算技术，特别是计算机的发展，又使复杂数学模型的求解成为可能，所以已逐步成为主要的研究学习方法3。

本词条内容贡献者为:

吴俊文 - 博士 - 厦门大学