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1、1,第三章 颗粒污染物控制技术基础,主要内容： 第一节 颗粒的粒径及粒径分布 第二节 粉尘的物理性质 第三节 净化装置的性能 第四节 颗粒捕集的理论基础学习方法和建议,2,第一节 颗粒的粒径及粒径分布,引言 一、颗粒的粒径 二、粒径分布 三、平均粒径 四、粒径分布函数,3,一、颗粒的粒径 颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。几种常用粒径定义方法1、用显微镜法观测颗粒时，采用如下几种粒径：,4,（1）定向直径dF (Feret直径)为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度。,（2）定向面积等分直径dM (Martin直径)：为各颗粒在投影图上按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度,5,（3）投
2、影圆直径dH (Heywood直径)：为与颗粒投影面积相等的圆的直径。,6,7,若颗粒投影面积为A，则：,根据黑乌德测定分析表明，同一颗粒： dFdHdM。,8,2、用筛分法测定时可得到筛分直径：为颗粒能够通过的最小方孔的宽度。 3、用光散射法测定时可得到等体积直径dv：为与颗粒体积相等的球的直径。若颗粒体积为V，则,9,4、用沉降法测定时，一般采用两种定义：斯托克斯(Stokes)直径ds:为在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的球的直径。空气动力学直径da:为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度(p1g/cm3)的球的直径。,粒径的测定和定义方法可归纳为两大类：按颗粒几何性质直接测
3、定和定义，如显微镜法和筛分法；按颗粒某种物理性质间接测定和定义，如斯托克斯直径、等体积直径等。,10,11,通常用球形度来表示颗粒形状与球形颗粒不一致程度的尺度。球形度是与颗粒体积相等的球的表面积和颗粒表面积之比，以S表示。S的值总是小于1。对于正方体S0.806对于圆柱体，若其直径为d、高为L，则 S2.62(1/d)2/3/(1+21/d),12,13,二、粒径分布1、定义：粒径分布是指不同粒径范围内的颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例。分为个数分布、质量分布、表面积分布,14,2、以质量分布为例讲解粒径分布例：测定某种粉尘粒径分布时，采取的尘样质量m010g，经测定得到各粒径间隔dp
4、至dp+dp(或粒径宽度dp)内粉尘质量为m(g)。,15,16,(1)频率分布g(%)：粒径dP至dP+dP之间的尘样质量占尘样总质量的百分数，即,并有 g=100% 由上表中的g值可绘出频率分布直方图如下：,17,可见频率分布g值与选取的粒径间隔的大小有关。,粒径的频率分布,18,(2)频率密度分布q(%m-1)：简称频度分布指单位粒径间隔宽度时的频率分布，即粒径间隔宽度dP=1m时尘样质量占尘样总质量的百分数。q=g/dP (%m-1) 由计算结果可绘出频度分布q的直方图，用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线：,19,粒径的频率密度分布,20,(3)筛下累积频率分布G()：系指小于某一粒径d
5、p的尘样质量占尘样总质量的百分数。,（%）,由计算出的各G值，可以绘出筛下累积分布曲线如下图：,21,粒径的筛下累积频率分布,22,（4）筛上累积分布R()：大于某一粒径dP的尘样质量占尘样总质量的百分数。,（%）,23,最常用的有算术平均直径、中位直径、众径及几何平均直径等。,24,三、平均粒径,1、算术平均直径 所有颗粒直径之和与颗粒总粒数之比。,25,式中 ni以di为中值的粒径间隔内的颗粒粒数； nidi颗粒群总长度； ni颗粒总粒数。,26,2、中位直径d50：为粒径分布的累积频率等于50的粒径。如筛下累积频率分布图中的粒径分布，中位直径d50约为13m。3、众径dd：为粒径分布中频
6、度q值最大时对应的粒径。它也对应于累积分布曲线的拐点。如频度分布图中的众径dd约为3.9m。,27,对于频度分布曲线是对称性的分布(如正态概率分布)有： 算术平均直径 =中位直径d50=众径dd 即为对称轴对应的直径。对于频度分布曲线是非对称性分布，则众径中位直径算术平均直径,28,4、几何平均直径dg：为N个颗粒的粒径之积的N次方根，即,或,29,几何平均直径也可用1ndg表示,或,对于单分散气溶胶,否则,30,四、粒径分布函数1.正态分布对于正态分布函数，粒径的频度分布可表示成为：,式中和 为正态分布的两个特征数。 可用算术平均直径或中位直径d50或众径dd表示 。,31,因为正态分布曲线
7、是关于均值对称的钟形曲线，均值,筛下累积频率分布曲线在正态概率坐标纸上为一直线，斜率为标准差。 其定义为：,32,对于正态分布:=d84.1-d50= d50-d15.9=1/2(d84.1-d15.9) 大多粉尘的频度曲线是非对称的，向大颗粒方向偏离。正态分布一般可用于描述单分散的实验粉尘、某些花粉和孢子以及专门制备的乙烯乳胶球等。,33,2.对数正态分布如果变量dp用lndp代替后，频度分布曲线呈对称的钟形曲线，即符合正态分布，则认为该粉尘粒径分布符合对数正态分布。,34,对数正态分布的频度分布曲线,35,平均粒径用lndp的算术平均直径代替，它与几何平均直径dg相同，且dg=d50。标准
8、差用lndp的标准差替换，并称为几何标准差g,因此，对数正态分布的频度函数可表示成,36,在粉尘粒径分布数据分析中，最方便的是应用对数概率坐标纸。在这种坐标纸上，符合对数正态分布的粒径累积分布曲线为一直线，其斜率仅与几何标准差g值有关。,37,这也是检验粉尘粒径分布是否符合对数正态分布的一种简便方法。,d15.9,d50,d84.1,38,对于对数正态分布，几何标准差的计算：,几何标准差总是g1。当g=1时，则称为单分散的粉尘（粒径皆相同）。,39,如果某种粉尘的粒径分布符合对数正态分布，则无论是质量分布、粒径分布，还是表面分布：他们的几何标准差g相同；频率密度分布曲线形状相同；累积频率分布曲
9、线在对数概率坐标图中为相互平行的直线，只是沿粒径坐标移动了一个常量距离。,40,若用MMD表示质量中位直径，NMD表示个数中位直径，SMD表示表面积中位直径， 则三者关系为：,41,由g和MMD（或NMD）的值，可以求出各种平均直径：算术平均直径,表面积平均直径,体积平均直径,体积-表面积平均直径,42,例4-1 一组玻璃珠样品的筛下累积分布数据如下表所示。检验这些数据是否符合对数正态分布；如果符合，确定g、MMD、NMD。,43,解：将这些数据绘在对数概率坐标纸上，得到了两条相互平行的直线，如图所示，说明该玻璃珠样品的粒径分布符合对数正态分布。,15.9%,50%,84.1%,44,从这两条
10、直线上可以读得： 质量分布 粒数分布 d84.1(m) 41.7 29.7 d50(m) 30(MMD) 21.5(NMD) d15.9(m) 21.7 15.5 所以：g=29.7/21.5=1.38 或g=21.5/15.5=1.39 或g=（29.7/15.5）1/2=1.38,45,因为相互平行的直线的g值相同，关联NMD和MMD，由中位粒径关系式得：,则g1.395这一值与按每条直线得到的斜率g值非常接近，也证明了两条直线互相平行，符合对数正态分布。,如果要求画出表面积累积分布线，只要求出线上的一点，即SMD值就可以了。,46,47,3-2 粉尘的物理性质(学生讲),粉尘的密度、安息
11、角与滑动角、比表面积、含水率、润湿性、荷电性和导电性、粘附性、自燃性和爆炸性。,48,第二节 粉尘的物理性质,引言 一、粉尘的密度 二、粉尘的比表面积 三、粉尘的润湿性 四、粉尘的荷电性和导电性 五、粉尘的黏附性 六、粉尘的安息角 七、粉尘的自燃性和爆炸性小结,49,一、粉尘的密度 定义：单位体积粉尘的质量。单位为kg/m3或g/cm3。真密度：将粉尘颗粒表面及其内部的空气排出后测得的粉尘自身的密度，以P表示。 堆积密度：包括粉体颗粒间气体空间在内的粉体密度，用b表示。对于同一种粉尘来说，bP。,50,粉体的真密度与堆积密度之间关系： b=（1-）P 粉体的空隙率，它与粉体的种类、粒径大小及充
12、填方式等有关（粉尘越细，吸附的空气越多，值越大；冲填过程加压或进行振动，值减小）。 粉尘的真密度用于研究尘粒在气体中的运动、分离和去除等方面，堆积密度用于贮仓或灰斗的容积确定等方面。,51,二、粉尘的比表面积定义：单位体积(或质量)粉尘所具有的表面。以粉尘自身体积(即净体积)表示的比表面积SV可表示成:,式中 粉尘的平均表面积，cm2； 粉尘的平均净体积，cm3； 粉尘的体积表面积平均直径，cm；,52,以粉尘质量表示的比表面积Sm则为:,式中p粉尘真密度(g/cm3)。以堆积体积表示的比表面积Sb应为:,粉尘的比表面积值的变化范围很广，大部分烟尘在1000cm2/g(粗烟尘)到10000cm
13、2/g(细烟)的范围内变化。,53,三、粉尘的润湿性定义：粉尘颗粒能否与液体相互附着或附着难易的性质称为粉尘的润湿性。润湿性粉尘：当尘粒与液体接触时，如果接触面能扩大而相互附着，则称为润湿性粉尘。非润湿性粉尘：如果接触面趋于缩小而不能附着，则称为非润湿性粉尘。,54,粉尘的润湿性与粉尘的种类、粒径和形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性等性质有关。,粉尘越细，润湿性？,粉尘的润湿还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的黏附力和接触方式有关。粉尘的润湿性是选用湿式除尘器的主要依据。,55,压力 ，,粉尘润湿性 ；,温度 ，,粉尘润湿性 ；,56,四、粉尘的荷电性及导电性1粉尘的荷电性
14、荷电因素：电离辐射、高压放电或高温产生的离子或电子被颗粒所捕获、固体颗粒相互摩擦等。粉尘荷电后某些物理特性会改变：如凝聚性、附着性及其在气体中的稳定性等。 粉尘的荷电量随温度增高、表面积加大和含水率减小而增大，还与其化学成分等有关。,57,2粉尘的导电性粉尘的导电性通常用电阻率表示，导电机制取决于粉尘、气体的温度、组成成分。在高温范围内，粉尘电阻率随温度升高而降低，其大小取决于粉尘的化学组成。,58,在低温范围内，粉尘电阻率随温度升高而增大，还随气体中水分或其他物质含量的增加而降低。在中间范围内，粉尘电阻率达到最大值。粉尘电阻率对电除尘器的运行有很大影响。最适宜于电除尘器的运行的比电阻范围为104 1010cm。,59,60,五、粉尘的黏附性 黏附：粉尘颗粒附着在固体表面上，或颗粒彼此相互附着的现象称为黏附。粉尘颗粒之间黏附力：分子力、静电力和毛细力影响粉尘黏附的因素:粉尘的粒径小、形状不规则、表面粗糙、润湿性好及荷电量大时，易于产生粘附现象。 四类粉尘：不黏性、微黏性、中等黏性、强黏强性。,61,六、粉尘的安息角 粉尘的安息角：粉尘通过小孔连续地下落到水平面上时，堆积成的锥体母线与水平面形成的夹角。也称动安息角或堆积角。一般为3555。粉尘的滑动角：指自然堆放在光滑平板上的粉尘随平板作倾斜运动时，粉尘开始发生滑动时的平板倾斜角，也称静安息角，一般为4055。,
