大氣污染教案-第四章

1第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.1顆粒粒徑及粒徑分布4.1.1粒徑球形顆粒：直徑單個(gè)顆粒投影徑的粒徑非球形顆粒幾何當(dāng)量徑物理當(dāng)量徑重點(diǎn)：掌握物理當(dāng)量徑中的斯托克斯徑和空氣動(dòng)力學(xué)直徑斯托克斯徑（dst

）：當(dāng)Rep<1時(shí)的自由沉降直徑空氣動(dòng)力學(xué)直徑（da）2第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)斯托克斯徑（dst

）:是與被測顆粒的密度相同，終末沉降速度相同的球的直徑。當(dāng)Rep<1時(shí)，空氣動(dòng)力學(xué)直徑（da

）:系在空氣中與顆粒的終末沉降速度相等的單位密度()的球的直徑。兩者的關(guān)系是：3第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)

粒子群的粒徑算術(shù)平均徑（d1）

中位徑（d50）（重點(diǎn)）平均粒徑眾徑（dd）見表4-1幾何平均徑（dg）質(zhì)量平均徑（d5）中位徑（d50）：粒子群中把顆粒質(zhì)量平分一半時(shí)的顆粒的直徑。眾徑：粒徑分布中頻度最高的粒徑。4第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.1.2粒徑分布的表示方法1、粒徑分布：指某一顆粒群中各種粒徑的顆粒所占的比例，又稱顆粒的分散度。如以顆粒所占的個(gè)數(shù)來表示，稱為顆數(shù)分布；如以顆粒的質(zhì)量所占比例來表示，稱為質(zhì)量分布。粒徑分布的表示方法：表格法圖形法函數(shù)法5第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)與質(zhì)量分布有關(guān)的幾個(gè)重要的概念：（1）頻率分布（又稱相對頻數(shù)分布，用g表示）：粒徑由dp至dp＋△dp之間的粒子質(zhì)量占塵樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，即

g=（△m/m0）×100%（2）頻率密度分布（簡稱頻度分布，用f表示，%/μm）：指單位粒徑間隔時(shí)的頻率分布，即△dp=1μm時(shí)的塵樣質(zhì)量占塵樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，因此

f=g/△dp6第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)（3）篩上累計(jì)頻率分布（R，%）：簡稱篩上累計(jì)分布，系指大于某一粒徑dp的全部粒子質(zhì)量占塵樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，即:

（4）篩下累計(jì)頻率分布G（%）：將小于某一粒徑dp的全部粒子質(zhì)量占塵樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)定義為篩下累計(jì)頻率分布G（%）7第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)(5)眾徑（d0m）：位于頻度分布曲線的最高點(diǎn)所對應(yīng)的粒徑。(6)中位徑（d50）：R=D=50%所對應(yīng)的粒徑。測定某種粉塵的粒徑分布，先取塵樣，其質(zhì)量mo=4.28g。再將塵樣按粒徑大小分成若干組，一般分為8~20個(gè)組，這里分成9組。經(jīng)測定得到各粒徑范圍dp至dp+Δdp內(nèi)的塵樣質(zhì)量為9組。經(jīng)測定得到各粒徑范圍dp至dp+Δdp內(nèi)的塵粒質(zhì)量為Δm(g)。Δdp稱為粒徑間隔或粒徑寬度，在工業(yè)生產(chǎn)中也稱為組距。8910第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.2粉體的物理性質(zhì)4.2.1密度：單位體積粉體顆粒的質(zhì)量1、真密度（ρp）：將粉體顆粒表面和其內(nèi)部的空氣排出后測得的粉塵自身的密度，用于研究塵粒在氣體中的運(yùn)動(dòng)。2、堆積密度（ρb）：包含粉體顆粒間氣體空間在內(nèi)的粉體密度，用于計(jì)算粉體容積。二者的關(guān)系：

ρb=（1－ε）ρp式中：ε—粉體的空隙率11第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.2.2粉塵的比表面積：單位體積粉塵所具有的表面積，用SP表示（c㎡/cm3），12第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.2.3顆粒的濕潤性能：液體對固體顆粒的濕潤程度，它取決于液體分子對顆粒表面的作用力。

影響因素有二：一是顆粒的形狀和大小。形狀越不規(guī)則，粒徑越大，顆粒表面越粗糙，越易濕潤；二是顆粒對水的親水性，親水性強(qiáng)的顆粒較易濕潤。

改善顆粒濕潤性能的措施：如加熱、在水中加入某種浸濕劑等。13第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.2.4顆粒的荷電性能與導(dǎo)電性1、顆粒的荷電性：顆粒在其產(chǎn)生和形成過程中由于粒子間的碰撞、粒子與器壁間的摩擦使顆粒帶電稱為顆粒荷電。2、顆粒的導(dǎo)電性：指顆粒由于內(nèi)部的電子或離子的運(yùn)動(dòng)，或者由于表面吸附的水分和化學(xué)膜而發(fā)生導(dǎo)電的現(xiàn)象，用比電阻來表示，Ω﹒㎝。

容積導(dǎo)電(高溫條件下)；表面導(dǎo)電(低溫條件下)14第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.2.5顆粒的休止角（安息角，堆積角）：粉體自漏斗連續(xù)落到水平板上，自然堆積成圓錐體，圓錐體母線與水平面的夾角稱為顆粒的休止角。它可以用于表示顆粒間的相互摩擦性能，用于指導(dǎo)除塵器灰斗的錐度及輸灰管道的傾斜度設(shè)計(jì)。影響因素：粉體粒徑、含水率、粒子形狀、粒子表面光滑程度、粉塵的粘性等。15第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)用休止角φr來判斷顆粒的流動(dòng)性φr

＜30°：易于自由流動(dòng)粉體30°＜φr

＜38°：可以自由流動(dòng)粉體38°＜φr

＜45°：可以流動(dòng)粉體45°＜φr

＜55°：粘性粉體55°＜φr：十分粘性粉體16第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.2.6顆粒的粘附性能：指粉體間由于分子力而存在著聚集成團(tuán)的現(xiàn)象。顆粒的粘附性能的利用與防止：顆粒的粘附性能有利于除塵。但在有的場合又要避免，如在含塵氣流管道中，要防止粒子在管壁上粘附而造成管道和設(shè)備的阻塞。4.2.7顆粒的爆炸性：指分布在空氣中一定濃度的顆粒在一些外因的作用下會在瞬間發(fā)生劇烈的發(fā)熱、發(fā)光的現(xiàn)象。因此在對相應(yīng)的顆粒進(jìn)行堆放和運(yùn)輸時(shí)要注意安全。17第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.3塵粒在流體中的動(dòng)力特性4.3.1球形顆粒的阻力1、阻力的構(gòu)成：形狀阻力；磨擦阻力2、影響因素：形狀、粒徑、表面特性、運(yùn)動(dòng)速度、流體的種類和性質(zhì)等。3、方向：與速度向量方向相反。18第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4、計(jì)算：

式中：CD——阻力系數(shù)；ρ——?dú)怏w密度；υs——顆粒與流體的相對速度；dp——顆粒直徑。適用條件：球形顆粒、勻速運(yùn)動(dòng)19第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)5、關(guān)于阻力系數(shù)CD的確定思路：先計(jì)算雷諾數(shù)（Rep=dpρυs/μ）確定流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)選擇相應(yīng)的計(jì)算公式20第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)（1）斯托克斯區(qū)（Rep≤1）

CD=24/Rep=24μ/dpυsρ代入阻力計(jì)算公式得：FD=3πμυsdp（斯托克斯公式）21第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)（2）過渡區(qū)（當(dāng)1＜Rep≤500）

CD=18.5/Rep0.6（伯德公式，2＜Rep≤500）（3）牛頓區(qū)（或渦流區(qū)，500＜Rep

＜2×105）

CD=0.4422第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.3.2康寧漢修正因子（C）（1）引入原因：滑動(dòng)。在層流區(qū)（又稱斯托克斯區(qū)），當(dāng)顆粒尺寸小到與氣體分子平均自由程（即dp＜1μm）相當(dāng)時(shí)，顆粒表面附近的氣體產(chǎn)生速度躍變（速度不連續(xù)），在顆粒及緊貼其表面的第一層氣體分子之間的速度差異并不等于0，即產(chǎn)生所謂的“滑動(dòng)”，結(jié)果使顆粒受到的阻力減少。此時(shí)，斯托克斯公式變?yōu)椋篎D=3πμυsdp/C23第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)（2）康寧漢修正因子的計(jì)算一般形式（戴維斯公式）：C=1＋Kn[1.257+0.400exp（－1.10/Kn）]其中：Kn=2λM/dp

式中：Kn——努森數(shù)；λM——?dú)怏w分子平均自由程；R——通用氣體常數(shù)；T——?dú)怏w的絕對溫度，K；M——?dú)怏w的摩爾質(zhì)量,kg/kmol24第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)對常壓下的氣體可用卡爾弗特式進(jìn)行計(jì)算：C=1+6.21×10－10T/dp注：當(dāng)dp＞1μm時(shí)，不進(jìn)行修正25第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)

例題4：試確定某一球形顆粒在靜止干空氣中的阻力。已知：dp=90μm,υ=0.90m/s,T=293k,p=101.33kPa.（干空氣的粘度μ=1.81×10-5Pa.s，密度ρ=1.205kg/m3）26第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)27第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)28第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.3.3受外力作用的球形顆粒在流體中的運(yùn)動(dòng)靜止?fàn)顟B(tài)的顆粒在外力的作用下作加速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又受到流體阻力的作用，當(dāng)二者相等時(shí)，顆粒的速度達(dá)到最大，此時(shí)顆粒作勻速直線運(yùn)動(dòng)（其速度用υt來表示）。在大氣污染控制工程中，我們主要關(guān)注顆粒的終端沉降速度。29第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)終端沉降速度的計(jì)算

式中：υt——終端沉降速度；ρp——顆粒密度；F——外力；CD——阻力系數(shù)；ρ——?dú)怏w密度；dp——顆粒直徑30第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)2、終端速度的計(jì)算方法（1）試差法：先假設(shè)顆粒在某一區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，計(jì)算出終端沉降速度后，再計(jì)算Re，看是否符合假定的區(qū)域，如果不符合，需要重新計(jì)算。31第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)2）K值法：①方法原理：先定義K值32第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)Re≤11＜Re≤500500＜Re＜2×105K≤2.6（斯托克斯區(qū)）43.6≥K＞2.6（過渡區(qū)）2360＞K＞43.6（牛頓區(qū)）33第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)

利用K值法計(jì)算終端沉降速度時(shí)的基本思路為：計(jì)算K值

根據(jù)K值判斷顆粒所處的流動(dòng)區(qū)域選擇阻力系數(shù)CD

計(jì)算υs34第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)（3）K值法在斯托克斯區(qū)，對于主要的三種外力的終端沉降速度的計(jì)算公式①重力②電場力③離心力35第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)例題7：計(jì)算石灰石顆粒粒徑分別為1.0和400um的球形顆粒在293K和101.325kPaP空氣中的終端沉降速度。已知石灰石顆粒密度為2.67×103kg/m3。解：36第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)流體處于斯托克斯區(qū)。所以有37第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)38第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)39第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)40第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.4除塵器的性能除塵器的性能指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)：處理氣體流量、凈化效率、壓力損失等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、占地面積等41第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4.6.1凈化裝置的幾個(gè)主要性能指標(biāo)1、氣體處理量（1）氣體處理量概念：是代表裝置處理能力的指標(biāo)，常用體積流量來表示。由于實(shí)際運(yùn)行中處理裝置漏氣等原因，導(dǎo)致裝置出口的氣體流量不同，因此用兩者的平均值來代表氣體的處理流量：

QN=（Q1N+Q2N）/2（2）漏風(fēng)率：

δ0=（Q2N－Q1N）×100%/Q1N42第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)2、凈化效率：表示凈化裝置對污染物凈化效果的重要指標(biāo)，指在單位時(shí)間內(nèi)凈化裝置去除污染物的量與進(jìn)入裝置的污染物量之百分比，用η表示。

對除塵裝置而言稱除塵效率，對吸收裝置而言稱吸收效率，對吸附裝置而言稱吸附效率。43第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)3、壓降（1）概念：凈化裝置進(jìn)口與出口靜壓之差，它是分離過程所必須耗損的能量，用ΔP表示。凈化裝置的壓降與它的結(jié)構(gòu)形式、操作條件（如氣體粘度、氣流速度等）有關(guān)。（2）表達(dá)式：ΔP=ξρυ2/2ρ——流體密度,kg/m3；υ——流體速度,m/s；ξ——阻力系數(shù)，與分離器結(jié)構(gòu)形式、尺寸、表面粗糙度及雷諾數(shù)有關(guān)44第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4、6、2凈化效率的計(jì)算方法1、總效率除塵器Q1N,C1N,S1,△D1Q2N,C2N,S2,△D2S3,△D3入口管出口管捕集粉塵Q——?dú)怏w流量,Nm3/s,；S——污染物流量,g/s；C——污染物濃度,g/Nm3；△D——頻率分布,%（1）單級凈化裝置

η=1-C2NQ2N/(C1N.Q1N)

=S3/S145（1）單級凈化裝置

η=1－C2NQ2N/(C1N.Q1N)

=S3/S146第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)（2）多級凈化裝置2、通過率

指未被捕集的污染物量占進(jìn)入裝置的污染物量的百分?jǐn)?shù)，即

P=C2NQ2N/(C1NQ1N)=1－η47第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)3、分級效率（

ηi）含義：指除塵裝置對某一粒徑dp或粒徑間隔dp+Δdp內(nèi)的顆粒物的除塵效率。分級效率可用表格、曲線圖和函數(shù)形式表示。（注意與單級效率的區(qū)別：單級效率指單個(gè)除塵器的效率，η1

）48第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)4、分級效率與總除塵效率的關(guān)系（1）由總效率求分級效率

-除塵器捕集的粒徑為dp(或dp至dp+Δdp)的粉塵流量；-除塵器捕集的粒徑為dp(或dp至dp+Δdp)的粉塵流量；-除塵器進(jìn)口粉塵的粒徑頻度分布；-除塵器捕集粉塵的粒徑頻度分布。49第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)50第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)例題6：某種粉塵的粒徑分布和分級除塵效率數(shù)據(jù)如下，試確定總除塵效率。100.01.122.599.07.420.098.014.314.087.016.210.079.028.08.069.025.04