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1、第五章 颗粒污染物控制技术基础,主要内容： 1.颗粒的粒径及粒径分布 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 学习要求： 掌握颗粒粒径分布特点，学会计算平均粒径；掌握粉尘物理性质；掌握除尘系统的关键参数，学会计算除尘效率；掌握颗粒捕集的理论基础，学会计算几种主要作用力及分级除尘效率。,第一节 颗粒的粒径及粒径分布,颗粒的粒径 显微镜法 定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度 定向面积等分直径dM（Martin直径）：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 投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直
2、径 Heywood测定分析表明，同一颗粒的dFdAdM,颗粒的直径,显微镜法观测粒径直径的三种方法,颗粒的直径,筛分法 筛分直径：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长度上筛孔的个数 光散射法 等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径 沉降法 斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径 空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径 斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径,颗粒的直径,粒径的测定结果与颗粒的形状有关 圆球度表示颗粒形状与
3、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) d-直径, l-高,颗粒的直径,某些颗粒的圆球度,粒径分布,粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例 个数分布、质量分布（或表面积分布） 个数分布：按粒径间隔给出的个数分布测定数据列于下表,粒径分布,粒数分布的测定及计算,粒径分布,颗粒个数:每一间隔内的颗粒个数 个数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数ni之比,粒径分布,个数筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比 各级筛下累积频率
4、值对各 级上限粒径画出筛下累积频率 分布曲线,粒径分布,个数频率密度 按平均频度值pi 对间隔中值di作出频 度分布曲线,粒径分布,粒数众径频度p最大时对应的粒径，此时 粒数中位径（NMD）累计频率F=0.5时对应的粒径,粒径分布,质量分布 在所有颗粒具有相同密度、颗粒质量与粒径立方成正比的假设下，粒数分布与质量分布可以相互换算 类似于数量分布，也有质量频率、质量筛下累积频率、质量频率密度等 同样的，也有质量众径和质量中位径（MMD）,平均粒径,前面定义的众径和中位径是常用的平均粒径之一 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,平均粒径（续）,几何平均直径 对于频率密度
5、分布曲线对称的分布，众径 、中位径 和算术平均直径 相等 频率密度非对称的分布， 单分散气溶胶， ；否则，,粒径分布函数,用一些半经验函数描述一定种类粉尘的粒径分布 正态分布 频率密度 筛下累积频率 标准差,粒径分布函数,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颗粒方向偏移,粒径分布函数,正态分布的累积频率分布曲线,粒径分布函数,对数正态分布 以lndp代替dp得到的正态分布的频度曲线,粒径分布函数,对数正态分布（续） 对数正态分布在对数概率坐标
6、纸上为一直线，斜率决定于,粒径分布函数,对数正态分布（续） 可用 、MMD和NMD计算出各种平均直径,粒径分布函数,对数正态分布的累积频率分布曲线,粒径分布函数,罗辛拉姆勒分布（RosinRammler） 若设 得到 一般 多选用质量中位径 或,粒径分布函数,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,第二节 粉尘的物理性质,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
7、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 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 安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标 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,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积,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 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
8、性、粘附性、流动性等物理特性 吸湿现象:溶液上方的水蒸汽压小于周围气体的水蒸汽压,粉尘从气体中吸收水蒸汽 平衡含水率:气体的每一相对湿度,都对应于粉尘的一定的含水率,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。 粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降 润湿速度 润湿性是选择湿式除尘器的主要依据,粉尘的荷电性和导电性,粉尘的荷电性 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
9、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,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阻 低温（100oC以下），粉尘表面吸附的水分或其他化学物质表面比电阻 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,粉尘的导电性和荷电性,典型温度比电阻曲线,粉尘的粘附性,粘附和自粘现象 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
10、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,粉尘的自燃性和爆炸性,粉尘的自燃性 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,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 最高可燃物浓度爆炸浓度上限 存在能量足够的火源,第三节 净化装置的性能,评价净化装置性能的指标 技术指标 处理气体流量 净化效率 压力损失 经济指标 设备费 运行费 占地面积,净化装
11、置技术性能的表示方法,处理气体流量 漏风率 压力损失,总净化效率的表示方法,总净化效率：同一时间内净化去除的污染物数量与进入装置的污染物数量之比 通过率： 分级除尘效率 分割粒径分级除尘效率为50的粒径,分级效率与总效率的关系,由总效率求分级效率 由分级效率求总效率,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,第四节 颗粒捕集的理论基础,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,流体阻力,流体阻力形状阻
12、力摩擦阻力 阻力的方向和速度向量方向相反,流体阻力,流体阻力与雷诺数的函数关系,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,4.5 试计算下列条件下，球形粉尘粒子在静止空气中的沉降阻力： （1） （2） （3） 解：由题给空气温度，查附录6，当t=20时，=1.8110-5pa.s，=1.20kg/m3,t=100时，=2.1g10-5pa.s，=0.947kg/m3,（1）若雷诺数Rep1，在斯托克斯区 由式4.26， 由式4.12，Rep=dp u/ =1 假设正确。由式4.14,（2）当dp=40m时 由4.26 Rep=dp u/=0.231,(3)当dp=1.0
13、m时 由式4.27， 其中由式4.18计算,kn=2/d =28.93/1.0 =0.179 Rep=dp u/ =1.3510-41,阻力导致的减速运动,根据牛顿第二定律 若仅考虑Stokes区域 积分得 或 速度由u0减速到u所迁移的距离 若引入坎宁汉修正系数C 停止距离,驰豫时间或松弛时间,重力沉降,力平衡关系 Stokes颗粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影响） 湍流过渡区 牛顿区 Stokes直径 空气动力学直径,离心沉降,力平衡关系 Stokes颗粒的末端沉降速度,静电沉降,力平衡关系 静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用 表示，对于Stokes粒子：,惯性沉降,颗粒接近靶时的运
14、动情况,惯性碰撞,惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素 气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量 颗粒运动轨迹，用Stokes数描述 颗粒对捕集体的附着，通常假定为100,惯性碰撞,惯性碰撞分级效率与 的关系,拦截,直接拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的距离内 拦截效率用直接拦截比R表示 对于惯性大的颗粒 对于惯性小的颗粒,球形捕集体,圆柱形捕集体,扩散沉降,扩散系数和均方根位移 布朗扩散作用对于小粒子的捕集影响较大 颗粒的扩散类似于气体分子的扩散 对于粒径约等于或大于气体分子平均自由程的颗粒 用爱因斯坦公式计算： 对于粒径大于分子但小于气体平均自由程的颗粒 由朗格缪尔公式计算： 颗粒的均方根位移（时间
15、t秒钟）,扩散沉降,标准状态下布朗扩散平均位移与重力沉降的比较,扩散沉降效率,扩散沉降效率取决于皮克莱数Pe和雷诺数ReD Pe是由惯性力产生的颗粒的迁移量与布朗扩散产生的颗粒的迁移量之比，是捕集过程中扩散沉降重要性的量度。 粘性流单个圆柱体的效率 势流单个圆柱体效率 孤立球形捕集体 从理论上讲， 是可能的，因为布朗扩散可能导致来自Dc距离之外的颗粒与捕集体碰撞。,扩散沉降效率,惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较,由上例可见，对于大颗粒的捕集，布朗扩散的作用很小，主要靠惯性碰撞作用；反之，对于很小的颗粒，惯性碰撞的作用微乎其微，主要是靠扩散沉降。在惯性碰撞和扩散沉降都无效的粒径范围内（0.2-1微米）捕集效率最低。,
