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1、第5章 颗粒污染物控制技术基础,1,教学内容 1粉尘的粒径及粒径分布 2粉尘的物理性质 3净化装置的性能 4颗粒捕集理论基础,第5章 颗粒污染物控制技术基础,2,1颗粒的粒径及粒径分布,一、颗粒的粒径 单一粒径：代表单个粒子大小的直径； 平均粒径：由不同大小的颗粒组成的粒子群的直径。 球形颗粒：d=直径 单一粒径分成 投影径 非球形颗粒： 几何当量径 物理当量径,3,1颗粒的粒径及粒径分布,（一）、颗粒的粒径-单一粒径 1.投影径-颗粒在显微镜下观察到的粒径 （1）面积等分径dM，也称马丁（Martin直径）-为各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度.其与所取的方向有关，常采用
2、与底边平行的线作为粒径。 （2）定向径dF，也称菲雷特（Feret 直径）-为各颗粒在投影图中同一方向上两平行切线间的距离，可取任意方向，通常取与底边平行的线。,4,1颗粒的粒径及粒径分布,（一）、颗粒的粒径-单一粒径 1.投影径-颗粒在显微镜下观察到的粒径 长径，不考虑方向的最长径。 短径，不考虑方向的最短径。,5,一、颗粒的直径,显微镜法观测粒径直径的三种方法,6,一、颗粒的直径,2.几何当量径-与颗粒的某一几何量（面积、体积等）相等的球形颗粒的直径。 等投影面积径dA：与颗粒投影面积相同的某一圆面积的直径。 等体积径dV：与颗粒体积相等的球体的直径 等表面积径ds：与颗粒外表面积相同的某
3、一圆球的直径。 体积表面积平均径de：颗粒体积与表面积之比相同的圆球的直径。,7,一、颗粒的直径,3.物理当量径-与颗粒的某一物理量相等的球形颗粒的直径 自由沉降径dl：特定气体中，在重力作用下，密度相同的颗粒因自由沉降所达到的末速度与球形颗粒所达到的末速度相同时球形颗粒的直径。 空气动力径da：在静止的空气中，颗粒沉降速度与单位密度（1g/cm3）的球体的沉降速度相等的圆球直径。,8,一、颗粒的直径,3.物理当量径 斯托克斯（Stokes）直径dst：在层流区内（对颗粒的雷诺数Re2.0）的空气动力径，即同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径,9,一、颗粒的直径,4.筛分法 筛分直
4、径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度 筛孔的大小用目表示每英寸（25.4mm）长度上筛孔的个数,3.物理当量径,（4）分割粒径： 分级效率为50%时颗粒的直径。表示除尘器性能。,10,一、颗粒的直径,粒径的测定结果与颗粒的形状有关 通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度 圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比s（ s1） 正立方体s0.806， 圆柱体s2.62(l/d)2/3/(1+2l/d),11,一、颗粒的直径,某些颗粒的圆球度,12,（二）、平均粒径 对于一个由大小和形状不相同的粒子组成的实际粒子群与一个由均一的球形粒子组成的假想粒子群相比，若两者的粒径全长相同，则称
5、此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。,13,14,（二）平均粒径,长度平均直径 表面积平均直径 体积平均直径 体积表面积平均直径,15,（二）、平均粒径 各种方法计算的平均粒径，数值相差很大。 一般顺序：d1dsdvd2d3d4 P352 表6-1 平均粒径：中位径（d50）、众径（dom）。 常用的单一粒径：投影径、等体积径、斯托克斯径、分割粒径dc50、空气动力学径da（是除尘技术中用得最多的）。,16,二、粒径分布,粒径分布：指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例。有个数分布，表面积分布和质量分布。（中科院生态中心2013年考研真题） （一）粒径分布的表示方法 1.频数分布R 粒径d
6、p至（dp+dp）之间的粒子质量占粒子群总质量的百分数。如P354 图6-3实线方块图所表示。,17,由计算结果可绘出颗粒个数分布直方图，见图a。,（一）粒径分布的表示方法,18,19,2.频度分布f dp=1m时粒子质量占粒子群总质量的比例，即,R,如P354 图6-3下面的虚线表示。,由该曲线可以得出相当于最大频度的粒径dom，dom又称为众径。,20,2.频度分布:单位粒径间隔(即1m)时的频率,（一）粒径分布的表示方法,21,3.筛上累积分布R（%） 大于某一粒径dp的所有粒子质量占粒子群总质量的比例，即 R（dp）= dR= 反之，称为筛下累积分布D(%)。,dmax,dp,dmax
7、,dp,D=1-R,中位径（NMD）累积频率R=D=0.5时对应的粒径,（一）粒径分布的表示方法,22,3.筛下累积频率：根据计算出的各级筛下累计频率值对各级上限粒径画出筛下累计频率分布曲线。,（一）粒径分布的表示方法,23,粒数分布的测定数据及计算结果,（一）粒径分布的表示方法,24,25,26,27,28,（二）、粒径分布函数,1.正态分布 频率密度 筛下累积频率 标准差,29,（二）、粒径分布函数,1.正态分布（续） 正态分布是最简单的分布函数 （1） （2）累计频率曲线在正态概率坐标纸上为一条直线其斜率取决于 （3） 正态分布函数很少用于描述粉尘的粒径分布，因为大多数粉尘的频度曲线向大
8、颗粒方向偏移,30,（二）、粒径分布函数,正态分布的累积频率分布曲线,31,（二）、粒径分布函数,2.对数正态分布 以lndp代替dp得到的正态分布的频度曲线,32,（二）、粒径分布函数,2.对数正态分布（续） 对数正态分布在对数概率坐标纸上为一直线，斜率决定于,33,（二）、粒径分布函数,2.对数正态分布（续） 可用 、MMD和NMD计算出各种平均直径,34,（二）、粒径分布函数,对数正态分布的累积频率分布曲线,35,（二）、粒径分布函数,3.罗辛拉姆勒分布（RosinRammler）,两边取对数：,36,（二）、粒径分布函数,3.罗辛拉姆勒分布（RosinRammler）,将 代入R-R分
9、布式，得到,将代入R-R分布式，得到一个常用的R-R分布函数表达式。,37,（二）、粒径分布函数,3.罗辛拉姆勒分布（RosinRammler） 判断是否符合RR分布 应为一条直线 RR的适用范围较广，特别对破碎、研磨、筛分过程产生的较细粉尘更为适用 分布指数n1时，近似于对数正态分布；n3时，更适合于正态分布,38,39,40,2 粉尘的物理性质,一、粉尘的密度 单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3 粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙真密度 用堆积体积计算堆积密度 空隙率粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比，粉尘越细，吸附的空气越多，越大。 真密度用于研究尘粒在气体中的运动、分离
10、和去除等，堆积密度用于仓储和灰斗设计。,41,42,二、粉尘的安息角与滑动角,安息角：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角,一般为35-55 滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角,一般为40-55 安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标。安息角越小，粉尘流动性越好。是设计除尘器灰斗锥度，除尘管路或输灰管路倾斜度的重要依据。 安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性。粒径越小，安息角越大。,43,44,三、粉尘的比表面积,单位体积粉尘所具有的表面积 以质量表示的比表面积 以堆积体积表示的比表面
11、积,45,四、粉尘的含水率,粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分，结晶水不作为粉尘水分的范围。 含水率水分质量与粉尘总质量之比 含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性 吸湿现象：粉尘从周围空气中吸收水分的能力。 平衡含水率:气体的每一相对湿度，都对应粉尘的一定含水率，称为平衡含水率,46,四、粉尘的含水率,粉尘含水率增加对下列特性有哪些影响？ （1）粘性 （2）导电性 （3）腐蚀性 （4）流动性,47,四、粉尘的含水率,48,五、粉尘的润湿性,润湿性粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质 润湿性是选择湿式除尘器的主要依据 润
12、湿性粉尘：与液体接触后，接触面能扩大而相互附着的粉尘。 非润湿性粉尘：与液体接触后，接触面趋于缩小不能附着的粉尘。,49,50,五、粉尘的润湿性,润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。 一般酒精和煤油比水对粉尘润湿性好；颗粒球度越大、粒径越小，则润湿性越差；温度增加、压力减小都能降低粉尘的润湿性。某些细粉尘，特别是粒径小于 1mm 的粉尘很难被水润湿 润湿速度,51,五、粉尘的润湿性,52,根据粉尘润湿速度，可以将粉尘分成绝对憎水、憎水、中等亲水和强亲水四类：,五、粉尘的润湿性,53,五、
13、粉尘的润湿性,54,六、粉尘的荷电性和导电性,1.粉尘的荷电性 粉尘的荷电性即粉尘带电量大小，它对除尘过程有重要意义，电除尘器就通过粉尘荷电而将其捕集，袋式除尘器和湿式除尘器也可以利用粉尘或液滴荷电而增加捕集效率。 天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷 荷电因素电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦产生过程中荷电 天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1/10 荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关,55,56,六、粉尘的荷电性和导电性,粉尘的导电性 比电阻 导电机制： 高温（200oC以上），粉尘本体内部的电子和离子体积比电
14、阻 低温（100oC以下），粉尘表面吸附的水分或其他化学物质中的离子表面比电阻 中间温度，同时起作用 比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围1041010,57,六、粉尘的导电性和荷电性,典型温度比电阻曲线,58,七、粉尘的粘附性,粘附：粉尘颗粒附着在固体表面上或颗粒彼此相互附着的现象。 粘附力克服附着现象所需要的力 粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力） 断裂强度表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积 分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性 粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性,59,七、粉尘的粘附性,60,八粉尘的自燃性和爆炸性,1.
15、粉尘的自燃性 在确定除尘设备清灰时间以及灰尘存放方式时，需要考虑粉尘的自燃性和爆炸性。 自燃 自然发热的原因氧化热、分解热、聚合热、发酵热 影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境,61,2.粉尘的爆炸性,粉尘发生爆炸必备的条件： 可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度 最低可燃物浓度爆炸浓度下限 爆炸浓度上限 存在能量足够的火源,62,63,64,3 净化装置的性能,一、评价净化装置性能的指标 1.技术指标 处理气体流量 净化效率 压力损失 2.经济指标 设备费 运行费 占地面积,65,一、净化装置技术性能的表示方法,1.处理气体流量(除尘器结构及除尘过程) 漏风率 2
16、.净化效率 3.压力损失,66,二.净化效率的表示方法,1.总净化效率 2.通过率 3.分级除尘效率 分割粒径dc除尘效率为50的粒径,67,4.分级效率与总效率的关系,（1）由总效率求分级效率 （2）由分级效率求总效率,68,5.多级串联的总净化效率,总分级通过率 总分级效率 总除尘效率,69,4 颗粒捕集的理论基础（可以不讲）,对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离 颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力 外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等 颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略,70,一、流体阻力,流体阻力形状阻力摩擦阻力 阻力的方向和速度向量方向相反,71,一、流体阻力,流体阻力与雷诺数的函数关系,72,一、流体阻力,73,一、流体阻力,颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动坎宁汉修正,74,二、
