水工艺设备基础(The Basis of Water Process Equipment)

仙仙

        课程名：水工艺设备基础(The Basis of Water Process Equipment)  学分：2  学时：32  
课程类别：专业教育选修课  
开课学院：海洋科学学院  所属基层教学组织：
曾任课教师：
        课程大纲：
一、课程性质与目的
    本课程是为环境工程专业本科生开设的一门市政工程方向的专业教育课程。随着水处理技术工艺的不断改进和提高，以及水工业设施建设中成套专用设备和检测、控制仪器仪表头子比例的逐渐提高，水工艺工程不断向设备化、产业化和市场化方向发展。因此，迫切需要开设一门适应改趋势的高等教育课程。水工艺设备基础主要介绍与水工艺设备的制造、设计、工艺特点、适用条件等有关基础知识。通过该课程教学，引导学生系统了解和掌握常用水工艺设备的基本原理、典型构造、工艺特点和分类及其适用条件，具备基本水工艺设备的开发、研制能力，并提出工艺、材料、结构等方面的改进意见，同时能够根据工程及工艺要求选择适宜的设备器材。为今后的学习和就业打下良好的理论基础。
二、课程简介
    本课程主要介绍与水工艺设备的制造、设计、工艺特点、适用条件等有关的基本知识，主要包括基础知识和水工艺设备两部分内容。基础知识部分有常用材料及性能、材料设备的防护与保温、水工艺设备理论基础；水工艺设备部分有：设备分类、容器设备、搅拌设备、换热设备、分离设备、污泥处置设备和投药设备。通过上述内容教学，使学生重点掌握与水工艺设备设计、制造有关的材料学、机械制造与传动、结构力学、传热学等方面的基本知识，系统把握水工艺设备的基本原理、典型构造、工艺特点与分类及其适用条件，具备按工艺条件选取水工艺设备的基本能力，并能够为新型水工艺设备的开发、研制或改进提出合理建议，培养良好的理论基础和实践能力，为将来就业作足准备。
三、教学内容
第一篇  基础知识（10学时）
第一章 水工艺设备常用材料（4学时）
主要内容：金属材料分类、基本性能、耐蚀金属材料及性能；无机非金属材料的分类、基本性能、耐蚀无机非金属材料及其性能；高分子材料的性能、常用塑料、橡胶；复合材料的性能。
学习要求：掌握金属材料、无机非金属材料、高分子材料及复合材料的基本性能，不同材料的使用条件，能根据工艺、结构要求合理选用材料。
作业：思考题——简述合金钢的类型及其使用场合。
                简要说明无机非金属材料的性能及使用场合。
                在水工艺设备中应用的高分子材料类型及其特点。
      读书报告——环保领域陶瓷材料应用的最新进展。
                  复合材料在环境工程中的应用前景。
第二章 材料设备的腐蚀、防护及保温（2学时）
主要内容：材料设备腐蚀与防护基本原理，设备腐蚀防护技术，防腐蚀材料的选用；设备保温的目的，保温材料的类型及选用，设备保温的结构和施工。
学习要求：掌握材料设备腐蚀及其防护的基本原理，设备腐蚀防护常用材料和技术；掌握常用保温材料的名称、性能、使用场合及选用原则，了解设备保温的几种结构和施工方式。
作业：思考题——氢蚀、极化、阴极去极化的定义。
                从腐蚀发生的条件、机理、影响因素和控制途径比较小孔腐蚀和缝隙腐蚀的异同。
                列举常见微生物腐蚀。
                阴极保护和阳极保护的形式和适用范围。
                设备保温的目的。在什么情况下需要保温。

第三章 水工艺设备理论基础（4学时）
主要内容：容器应力理论，回转曲面应力、压力容器的强度计算、平板的弯曲应力、压力容器的二次应力及内压封头设计；机械传动理论和机械传动的主要方式；机械制造工艺：铸造、压力加工、焊接和金属切削加工；热量传递的三种方式：对流、凝结和辐射，传热过程理论，传热过程的增强和削若。
学习要求：掌握容器应力基本理论，压力容器的计算，内压封头的设计原则；掌握机械传动理论和机械传动的主要方式；了解机械制造的主要工艺和适用范围；掌握热量传递与交换的理论和传热增强削若方法。
作业：应力平衡方程推导。
      内压封头强度计算。
      简要说明水工艺设备中常用的机械传动方式和各自特点。
      简要说明机械加工的基本工艺方法，金属焊接和切削加工的各种方法和特点。
      实例说明导热、对流和辐射换热现象及其增强和强化途径。
第二篇  水工艺设备（14学时）
第四章 水工艺设备的分类（1学时）
主要内容:水工艺设备的分类，常见的通用机械设备的名称、分类和用途；专用设备的名称、分类和适用条件。
学习要求：了解水工艺设备的分类，了解常见的通用机械设备的名称、分类和用途；了解专用设备的名称、分类和适用条件。
作业：简述给排水工程中常见泵与风机的分类、名称、用途。
第五章 容器（塔）设备（3学时）
主要内容：压力容器法兰的形式、类型及其密封垫片；管法兰的类型和密封垫片；卧式、立式容器的支座；安全阀和爆破片两种安全泄放装置；容器中的常用填料及其支承装置；布水、气、汽装置及其类型。
学习要求：了解压力容器法兰及管法兰的形式、种类和密封垫片，了解容器的支座，掌握安全泄放装置知识，了解填料及支承装置布置及功能，了解布气装置工作原理。
作业：思考题——简述压力容器法兰的形式，正确选用压力容器法兰及其密封面和密封垫片。
               安全阀的作用，各类安全阀的特点和选用原则。
               布水、气、汽装置的基本要求是什么？水工艺设备中常用装置的形式。
第六章 搅拌设备（2学时）
主要内容：搅拌设备的用途及分类；机械搅拌设备的组成及其工作原理、机械搅拌器的形式与结构、搅拌器附件、传动装置；水处理工艺中常用搅拌设备：溶液搅拌、混合搅拌、絮凝搅拌。
学习要求：掌握常用的搅拌设备的用途和分类及其结构与工作原理，掌握水处理工艺中常用的机械搅拌设备。
作业：思考题——简述水处理工艺中搅拌器的主要作用及其工作原理。
                简述常用机械搅拌器的几种形式及其相互区别。
                搅拌轴工作时的受力状况如何？设计计算时应考虑那些因素？
第七章 换热设备（2学时）
主要内容：换热设备的功能和分类；常用换热器（容积式、半容积式、快速式、半即热式和混合式换热器）的构造和特点；换热器性能评价、适用条件、选型原则；换热器计算。
学习要求：了解换热设备的功能和分类，了解常用换热器的构造和特点，掌握换热器性能评价方法、适用范围和选用原则，了解换热器的计算方法。
作业：思考题——简述容积式和半容积式换热器的类型和特点。
                常用快速式换热设备有哪些？各自特点是什么？
                简述换热器的性能评价、适用范围和选型原则。
第八章 分离设备（2学时）
主要内容：分离设备的用途及分类；气浮分离设备的功能与种类、微孔布气、加压溶气、溶气真空和电解气浮设备；筛滤设备的用途与分类，格栅与滤网；砂滤设备；膜分离设备分类及分离原理，膜分类，膜分离装置。
学习要求：了解分离设备的用途及分类，掌握气浮分离设备功能，了解筛滤、砂滤设备，掌握膜分离设备的功能及适用条件。
作业：思考题——气浮分离设备的分类及其各自特点。
                离子交换膜与反渗透膜的区别是什么？它们各自的渗透机理是什么？
                常用膜分离设备有哪些？它们的工作机制？
      读书报告——膜分离设备在环境工程中的应用研究现状及前景。
第九章 污泥处置设备（2学时）
主要内容：排泥设备分类、行车式吸泥机、中心与周边传动排泥机、常用排泥设备的特点与适用范围；污泥浓缩与脱水设备的用途与类型、带式压滤机、带式浓缩机、板矿压滤机、离心脱水机和真空过滤机。
学习要求：了解常用排泥设备的功能及适用条件，了解污泥浓缩的方法、设备及污泥脱水设备。
作业：思考题——行车式吸泥机的构造、吸泥方式及各自特点。
                带式压滤机、真空过滤机的工作方式和特点，影响其脱水效果的因素。
第十章 投药设备（2学时）
主要内容：常用计量设备：流量计、计量泵及其他计量设备；常用投加设备：水射器、干式投矾机。
学习要求：掌握常用计量设备名称、工作原理及选用条件，掌握常用投加设备的原理及适用条件。
作业：思考题——简述常用计量设备的类型、原理、特点和适用范围。
                简要说明电磁流量计、超声流量计、涡街流量计、质量流量计、涡轮流量计的工作原理，及它们在水工艺中主要适于哪些流体的计量。
                简述药剂投加的几种主要形式及其各自适用条件。
四、教学基本要求
    教师在课堂上应对水工艺设备基础的基本概念、原理、过程和技术方法进行必要的讲授，并详细讲授每章的重点、难点内容；讲授中应注重基本理论与实际工程应用紧密联系，深入发掘实际工程应用过程具有共通性、统一性的内容，融入教学过程，启迪学生的思维，加深学生对有关概念、理论等内容的理解，并应采用多媒体辅助教学，加大课堂授课的知识含量。重要术语用英文单词标注。
    每个学生上交读书报告不少于2份，在水工艺设备常用材料和分离设备两个章节分别上交一份。读书报告要求：不少于3000字；参考文献不少于20篇，按核心刊物格式编写。在布置读书报告题目时，教师应引导学生培养中英文资料查阅能力，跟踪学科发展前沿信息的观察力、独立思考能力和综合运用知识能力。教师评阅读书报告时应根据格式、文献来源及发表时间、报告内容和学生个人观点给出综合评分，并及时作出讲评。
    平时作业量应不少于12学时，在每个章节讲授完之后，要布置一定量的思考题，旨在加深学生对所学知识的理解、运用，强化学习效果。
五、教学方法
　  实行模块式教学，即将整个课程按照上述内容结构划分为两部分共十个单元，每个单元再由理论授课、课堂讨论、作业或者读书报告等方式构成。
    本课程采用的教学媒体主要有：文字教材（包括主教材和学习指导书）、课件（包括主讲老师对全书的系统讲授，还有重要内容的文字提示与电子教学幻灯片）以及网上辅导（主要采用E-MAIL、BBS等形式）。注意收集报刊、电视、因特网等现代传媒中涉及水工艺设备的科技新闻，尽量拉近课堂与学科前沿的距离，使教学内容始终与学科的发展同步合拍。利用大量精美的图片、影像资料和紧跟学科前沿的文献，充分展现学科内容博大精深、新颖、先进，吸引学生的注意力，增加对所学专业的热爱，激发学习兴趣和积极性。
    考试采用开卷方式，考试范围应涵盖所有讲授内容，考试内容应能客观反映出学生对本门课程主要概念的记忆、掌握程度，对有关理论的理解、掌握及综合运用能力。
    总评成绩：平时作业占25%、读书报告占20％、出勤占15%、开卷考试占40%。
六、参考教材和阅读书目
参考教材：
黄廷林主编，《水工艺设备基础》，中国建筑工业出版社，2001。
阅读书目：
1.胡赓祥，蔡珣编:《材料科学基础》，上海交通大学出版社，2000。
2.邓文英主编: 《金属工艺学》，高等教育出版社, 1997.
3.[苏] A•M•达利斯基主编，张学仁，陈洪勋等译：《结构材料工艺学》，高等教育出版社，1990。
4.梁成浩主编：《金属腐蚀学导论》，机械工业出版社，2000。
5.史惠祥主编：《实用水处理设备手册》，化学工业出版社，2000。
6.上海市政工程设计研究院主编：《给水排水设计手册（第9册）专用机械》，中国建筑工业出版社，2000。
7.李金根主编：《给水排水快速设计手册（第4册）给水排水设备》，中国建筑工业出版社，1996。
8.[德] R•Rautenbach著，王乐夫译：《膜工艺——组件和装置设计基础》，化学工业出本社，1998。
七、本课程与其它课程的联系与分工
    本课程是为环境工程专业本科生开设的一门市政工程方向的专业教育课程，学习本课程之前，学生应先修《环境工程原理》、《化工原理》、《给水处理》等相关专业课程，便于学生对水工艺设备有一个总体上的认识、把握。