1第5章

顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)2教學(xué)內(nèi)容§1粉塵的粒徑及粒徑分布§2粉塵的物理性質(zhì)§3凈化裝置的性能§4顆粒捕集理論基礎(chǔ)第5章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)31、教學(xué)要求要求理解和掌握顆粒物的粒徑分布及其他物理性質(zhì)、評價(jià)凈化裝置性能的技術(shù)指標(biāo)以及顆粒物捕集的動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)。2、教學(xué)重點(diǎn)要求了解除塵技術(shù)的理論基礎(chǔ)，掌握顆粒污染物的性質(zhì)。3、教學(xué)難點(diǎn)除塵技術(shù)的理論基礎(chǔ)以及顆粒物捕集的動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)。第5章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)

建議學(xué)時(shí)數(shù)：4～6學(xué)時(shí)4空氣污染物的性質(zhì)和存在狀態(tài)不同，其凈化機(jī)理、方法及所選用的裝置也各不相同?？諝馕廴疚锓譃闅馊苣z（顆粒物）污染物和氣態(tài)污染物。以后各章將介紹顆粒物的處理方法。氣溶膠（AEROSOL）是非均相污染物，主要污染物是分散于氣體介質(zhì)中的顆粒物（固體、液體），可用除塵技術(shù)把粒狀物從氣體介質(zhì)中分離出來，分離方法一般采用物理法。依據(jù)：氣、固、液體粒子在物理性質(zhì)上的差異將其分離。機(jī)械法：利用重力、慣性力、離心力分離。過濾介質(zhì)分離：利用粒子的尺寸、重量較氣體分子大分離。濕式洗滌分離法：利用粒子易被水潤濕，凝拼增大而被捕獲的特性。電除塵：利用荷電性、靜電力分離。等等。第5章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)5§1顆粒的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑定義：在實(shí)際中，因顆粒大小、形狀各異，故表示方法有所不同。一般分為兩類：單一粒徑：單個(gè)粒子的直徑；平均粒徑：粒子群的直徑。球形顆粒：d=直徑

單一粒徑分成

投影徑

非球形顆粒：

幾何當(dāng)量徑

物理當(dāng)量徑dsda6§1顆粒的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑（1）顯微鏡法定向直徑dF，也稱菲雷特（Feret直徑）：為各顆粒在投影圖中同一方向上的最大投影長度定向面積等分直徑dM，也稱馬?。∕artin直徑）：為各顆粒在投影圖中同一方向?qū)㈩w粒投影面積二等分的線段長度投影面積直徑dA，也稱黑烏德（Heywood直徑）：為與顆粒投影面積相等的圓的直徑

Heywood測定分析表明，同一顆粒的dF>dA>dM7一、顆粒的直徑顯微鏡法觀測粒徑直徑的三種方法a-定向直徑b-定向面積等分直徑c-投影面積直徑8一、顆粒的直徑（2）篩分法篩分直徑：顆粒能夠通過的最小方篩孔的寬度篩孔的大小用目表示－每英寸長度上篩孔的個(gè)數(shù)（3）光散射法等體積直徑dV：與顆粒體積相等的球體的直徑（4）沉降法斯托克斯（Stokes）直徑ds：同一流體中與顆粒密度相同、沉降速度相等的球體直徑空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da：在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位密度（1g/cm3）的球體的直徑斯托克斯直徑和空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑與顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)行為密切相關(guān)，是除塵技術(shù)中應(yīng)用最多的兩種直徑9一、顆粒的直徑粒徑的測定結(jié)果與顆粒的形狀有關(guān)通常用圓球度表示顆粒形狀與球形不一致的程度圓球度：與顆粒體積相等的球體的表面積和顆粒的表面積之比Φs（Φs<1）正立方體Φs＝0.806，圓柱體Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)10一、顆粒的直徑某些顆粒的圓球度11二、粒徑分布粒徑分布指不同粒徑范圍內(nèi)顆粒的個(gè)數(shù)（或質(zhì)量或表面積）所占的比例1.個(gè)數(shù)分布:每一間隔內(nèi)的顆粒個(gè)數(shù)（1）個(gè)數(shù)頻率：第i個(gè)間隔中的顆粒個(gè)數(shù)ni與顆粒總數(shù)Σni之比∑?i﹦112二、粒徑分布（2）個(gè)數(shù)篩下累積頻率：小于第i個(gè)間隔上限粒徑的所有顆粒個(gè)數(shù)與顆?？倐€(gè)數(shù)之比Fi=∑?iFN=Σ?i=113二、粒徑分布（3）個(gè)數(shù)頻率密度14由計(jì)算結(jié)果可繪出頻率分布f的直方圖，用粒徑間隔中值可繪出頻度分布曲線，見圖b。圖c為篩下累積頻率分布曲線。最大頻度的粒徑dd稱為眾徑。1516二、粒徑分布粒數(shù)分布的測定及計(jì)算17二、粒徑分布粒數(shù)眾徑－頻度p最大時(shí)對應(yīng)的粒徑，此時(shí)粒數(shù)中位徑（NMD）－累計(jì)頻率F=0.5時(shí)對應(yīng)的粒徑18二、粒徑分布2.質(zhì)量分布類似于數(shù)量分布，也有質(zhì)量頻率、質(zhì)量篩下累積頻率、質(zhì)量頻率密度在所有顆粒具有相同密度、顆粒質(zhì)量與粒徑立方成正比的假設(shè)下，粒數(shù)分布與質(zhì)量分布可以相互換算同樣的，也有質(zhì)量眾徑和質(zhì)量中位徑（MMD）19例5—1某種顆粒的原始個(gè)數(shù)分級數(shù)據(jù)如下表所給，計(jì)算該顆粒的個(gè)數(shù)頻率fi、篩下累積頻F，和頻率密度p。此外，再按這些數(shù)據(jù)變換為質(zhì)量分布數(shù)據(jù)，即求出質(zhì)量頻率gi、篩下累積頻率Gi和頻率密度q。同時(shí)繪出相應(yīng)的F、p、G和q的曲線圖。解：由定義式(5-1)和(5-2)計(jì)算fi和Fi值，按各粒徑間隔中F曲線的平均斜率

=q值，并將計(jì)算結(jié)果列入表5-3中，同時(shí)繪出p、q和F、G曲線(圖5-5)。從圖中看出，q和G曲線相對P和F曲線皆向右偏移，這是很典型的情況。2021三、平均粒徑前面定義的眾徑和中位徑是常用的平均粒徑之一長度平均直徑表面積平均直徑體積平均直徑體積－表面積平均直徑22三、平均粒徑（續(xù)）幾何平均直徑對于頻率密度分布曲線對稱的分布，眾徑、中位徑和算術(shù)平均直徑相等頻率密度非對稱的分布，單分散氣溶膠，；否則，23四、粒徑分布函數(shù)用一些半經(jīng)驗(yàn)函數(shù)描述一定種類粉塵的粒徑分布1.正態(tài)分布頻率密度篩下累積頻率標(biāo)準(zhǔn)差24四、粒徑分布函數(shù)1.正態(tài)分布（續(xù)）正態(tài)分布是最簡單的分布函數(shù)（1）（2）累計(jì)頻率曲線在正態(tài)概率坐標(biāo)紙上為一條直線，其斜率取決于σ（3）正態(tài)分布函數(shù)很少用于描述粉塵的粒徑分布，因?yàn)榇蠖鄶?shù)粉塵的頻度曲線向大顆粒方向偏移25四、粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線26四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布以lndp代替dp得到的正態(tài)分布的頻度曲線27四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）對數(shù)正態(tài)分布在對數(shù)概率坐標(biāo)紙上為一直線，斜率決定于28四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）可用、MMD和NMD計(jì)算出各種平均直徑29四、粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線30§2粉塵的物理性質(zhì)一、粉塵的密度單位體積粉塵的質(zhì)量，kg/m3或g/cm3粉塵體積不包括顆粒內(nèi)部和之間的縫隙－真密度用于塵粒在氣體中的運(yùn)動(dòng)、分離和去除方面用堆積體積計(jì)算——堆積密度用于貯倉和灰斗容積上空隙率——粉塵顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總體積之比31二、粉塵的安息角與滑動(dòng)角安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角（動(dòng)安息角、堆積角）滑動(dòng)角：自然堆積在光滑平板上的粉塵隨平板做傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)粉塵開始發(fā)生滑動(dòng)的平板傾角（靜安息角）安息角與滑動(dòng)角是評價(jià)粉塵流動(dòng)特性的重要指標(biāo)安息角和滑動(dòng)角的影響因素：粉塵粒徑、含水率、顆粒形狀、顆粒表面光滑程度、粉塵粘性32三、粉塵的比表面積單位體積粉塵所具有的表面積以質(zhì)量表示的比表面積以堆積體積表示的比表面積33四、粉塵的含水率粉塵中的水分包括附在顆粒表面和包含在凹坑和細(xì)孔中的自由水分以及顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分含水率－水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量之比含水率影響粉塵的導(dǎo)電性、粘附性、流動(dòng)性等物理特性吸濕現(xiàn)象34五、粉塵的潤濕性潤濕性－粉塵顆粒與液體接觸后能夠互相附著或附著的難易程度的性質(zhì)潤濕性與粉塵的種類、粒徑、形狀、生成條件、組分、溫度、含水率、表面粗糙度及荷電性有關(guān)，還與液體的表面張力及塵粒與液體之間的粘附力和接觸方式有關(guān)。粉塵的潤濕性隨壓力增大而增大，隨溫度升高而下降潤濕速度－潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù)3536六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性1.粉塵的荷電性天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都帶有一定的電荷荷電因素－電離輻射、高壓放電、高溫產(chǎn)生的離子或電子被捕獲、顆粒間或顆粒與壁面間摩擦、產(chǎn)生過程中荷電天然粉塵和人工粉塵的荷電量一般為最大荷電量的1/10荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水率減小而增加，且與化學(xué)組成有關(guān)37六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性比電阻導(dǎo)電機(jī)制：高溫（200oC以上），粉塵本體內(nèi)部的電子和離子—體積比電阻低溫（100oC以下），粉塵表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)－表面比電阻中間溫度，同時(shí)起作用比電阻對電除塵器運(yùn)行有很大影響，最適宜范圍104～101038六、粉塵的導(dǎo)電性和荷電性典型溫度－比電阻曲線39六、粉塵的導(dǎo)電性和荷電性溫度和相對濕度對粉塵比電阻的影響

較為干燥的粉塵的比電阻在3000F（420K）左右達(dá)到最大值4041七、粉塵的粘附性粘附和自粘現(xiàn)象粘附力－克服附著現(xiàn)象所需要的力粘附力：分子力（范德華力）、毛細(xì)力、靜電力（庫侖力）斷裂強(qiáng)度－表征粉塵自粘性的指標(biāo)，等于粉塵斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積分類：不粘性、微粘性、中等粘性、強(qiáng)粘性粒徑、形狀、表面粗糙度、潤濕性、荷電量均影響粘附性42八粉塵的自燃性和爆炸性1.粉塵的自燃性自燃自然發(fā)熱的原因－氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵熱影響因素：粉塵的結(jié)構(gòu)和物化特性、粉塵的存在狀態(tài)和環(huán)境存放過程中自然發(fā)熱熱量積累達(dá)到燃點(diǎn)燃燒432.粉塵的爆炸性粉塵發(fā)生爆炸必備的條件：可燃物與空氣或氧氣構(gòu)成的可燃混合物達(dá)到一定的濃度最低可燃物濃度－爆炸濃度下限爆炸濃度上限存在能量足夠的火源44§3凈化裝置的性能一、評價(jià)凈化裝置性能的指標(biāo)

1.技術(shù)指標(biāo)處理氣體流量凈化效率壓力損失

2.經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)備費(fèi)運(yùn)行費(fèi)占地面積45一、凈化裝置技術(shù)性能的表示方法1.處理氣體流量漏風(fēng)率2.凈化效率3.壓力損失46二.凈化效率的表示方法1.總凈化效率2.通過率3.分級除塵效率分割粒徑－除塵效率為50％的粒徑474.分級效率與總效率的關(guān)系（1）由總效率求分級效率（2）由分級效率求總效率4849505.多級串聯(lián)的總凈化效率總分級通過率總分級效率總除塵效率51§4顆粒捕集的理論基礎(chǔ)除塵機(jī)理—對含塵氣體施加外力使顆粒相對氣流產(chǎn)生一定位移并從氣流中分離，沉降到捕集表面上。顆粒捕集過程中需要考慮的作用力：外力、流體阻力、顆粒間相互作用力外力：重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳力等顆粒間相互作用力：顆粒濃度不高時(shí)可以忽略52一、流體阻力流體阻力＝形狀阻力＋摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反

53一、流體阻力流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系

54一、流體阻力顆粒尺寸與氣體平均自由程接近時(shí)，顆粒發(fā)生滑動(dòng)——坎寧漢修正555657二、阻力導(dǎo)致的減速運(yùn)動(dòng)根據(jù)牛頓第二定律若僅考慮Stokes區(qū)域積分得速度由u0減速到u所遷移的距離若引入坎寧漢修正系數(shù)C停止距離－馳豫時(shí)間或松弛時(shí)間58三、重力沉降力平衡關(guān)系Stokes顆粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影響）湍流過渡區(qū)牛頓區(qū)Stokes直徑空氣動(dòng)力學(xué)直徑596061四、離心沉降力平衡關(guān)系Stokes顆粒的末端沉降速度62五、靜電沉降力平衡關(guān)系靜電沉降的末端速度習(xí)慣上稱為驅(qū)進(jìn)速度，用表示，對于Stokes粒子：63六、慣性沉降顆粒接近靶時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況641.慣性碰撞慣性碰撞的捕集效率取決于三個(gè)因素氣流速度在靶周圍的分布，用ReD衡量顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，用Stokes數(shù)描述顆粒對捕集體的附著，通常假定為100％651.慣性碰撞慣性碰撞分級效率與的關(guān)系662.攔截直接攔截發(fā)生在顆粒距捕集體dp/2的距離內(nèi)攔截效率用直接攔截比R表示對于慣性大的顆粒對于慣性小的顆粒67七、擴(kuò)散沉降1.擴(kuò)散系數(shù)和均方根位移顆粒的擴(kuò)散類似于氣體分子的擴(kuò)散對于粒徑約等于或大于氣體分子平均自由程的顆粒對于粒徑大于分子但小