大气污染教案-第四章

1、1第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.1 颗粒粒径及粒径分布颗粒粒径及粒径分布4.1.1 粒径粒径 球形颗球形颗 粒：直径粒：直径单个颗单个颗 粒粒 投影径投影径 的粒径的粒径 非球形颗粒非球形颗粒 几何当量径几何当量径 物理当量径物理当量径重点：重点：掌握物理当量径中的斯托克斯径和空气动力学掌握物理当量径中的斯托克斯径和空气动力学直径直径斯托克斯径斯托克斯径（ dst ）：当当Rep1时的自由沉降直径时的自由沉降直径空气动力学直径（空气动力学直径（da）2第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础斯托克斯斯托克斯径径（ dst ）:是是与与被被测颗测颗粒的密度相同，粒的密度相同，终终末沉降

2、速度相同的球的直末沉降速度相同的球的直径径。当当Rep1时时，gvdpsst18空空气动气动力力学学直直径径（ da ）:系在空系在空气气中中与颗与颗粒的粒的终终末沉降末沉降速度相等的速度相等的单单位密度位密度( )的球的直的球的直径径。两两者的者的关关系是：系是：3/1cmgp2/1)(pstadd3第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础 粒子群的粒径粒子群的粒径 算术平均径（算术平均径（d1） 中位径（中位径（d50）（重点）（重点）平均粒径平均粒径 众径（众径（dd） 见表见表4-1 几何平均径（几何平均径（dg） 质量平均径（质量平均径（d5）中位径（中位径（d d5050）：）：粒子

3、群中把颗粒质量平分一半时的颗粒粒子群中把颗粒质量平分一半时的颗粒 的直径。的直径。众径：粒径分布中频度最高的粒径。众径：粒径分布中频度最高的粒径。4第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.1.2 粒径分布的表示方法粒径分布的表示方法1、粒径分布：、粒径分布：指某一颗指某一颗 粒群中各种粒径的颗粒所粒群中各种粒径的颗粒所占的比例，又称颗粒的分散度。如以颗占的比例，又称颗粒的分散度。如以颗 粒所占的粒所占的个数来表示，称为颗数分布；如以颗个数来表示，称为颗数分布；如以颗 粒的质量所粒的质量所占比例来表示，称为质量分布。占比例来表示，称为质量分布。 粒径分布的表示方法：粒径分布的表示方法： 表格法

4、 图形法 函数法5第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础与质量分布有关的几个重要的概念：与质量分布有关的几个重要的概念：（1）频率分布）频率分布（又称相对频数分布，用（又称相对频数分布，用g表示）：粒径由表示）：粒径由dp至至dp dp之间的粒子质量占尘样总质量的百分数，即之间的粒子质量占尘样总质量的百分数，即 g = （m/ m0）100%（2）频率密度分布）频率密度分布（简称频度分布，用（简称频度分布，用f表示，表示，%/m）：指单位粒径间隔时的频率分布，即指单位粒径间隔时的频率分布，即 dp=1 m时的尘样质时的尘样质量占尘样总质量的百分数，因此量占尘样总质量的百分数，因此 f = g/

5、 dp6第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础（3）筛上累计频率分布）筛上累计频率分布（R，%）：简称筛上累计）：简称筛上累计分布，系指大于某一粒径分布，系指大于某一粒径dp的全部粒子质量占尘样总的全部粒子质量占尘样总质量的百分数，即质量的百分数，即: dpfdpdpggRddddddpppmaxmaxmax（4） 筛下累计频率分布筛下累计频率分布G（%）：）：将小于某一粒径将小于某一粒径dp的全部粒子质量占尘样总质量的百分数定义为筛下的全部粒子质量占尘样总质量的百分数定义为筛下累计频率分布累计频率分布G（%） RG 17第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础(5)众径众径（d0m）：位于：位

6、于频频度分布曲度分布曲线线的最高点的最高点所所对应对应的粒的粒径径。(6)中位中位径径（d50）：R=D=50%所所对应对应的粒的粒径径。 测定某种粉尘的粒径分布，先取尘样，其质量测定某种粉尘的粒径分布，先取尘样，其质量mo=4.28g。再将尘样按粒径大小分成若干组，一般分为。再将尘样按粒径大小分成若干组，一般分为820个组，个组，这里分成这里分成9组。经测定得到各粒径范围组。经测定得到各粒径范围dp至至dp+dp内的尘样内的尘样质量为质量为9组。经测定得到各粒径范围组。经测定得到各粒径范围dp至至dp+dp内的尘粒质内的尘粒质量为量为m(g)。dp称为粒径间隔或粒径宽度，在工业生产中称为粒径

7、间隔或粒径宽度，在工业生产中也称为组距。也称为组距。89表 4-2 粒径分布测定和计算结果 项目 分组号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 粒径范围dp/m 610 1014 1418 1822 2226 2630 3034 3438 3842 间隔宽度dp/m 4 4 4 4 4 4 4 4 4 粉尘质量m/g 0.012 0.098 0.36 0.64 0.86 0.89 0.8 0.46 0.16 频率分布g/% 0.3 2.3 8.4 15.0 20.1 20.8 18.7 10.7 3.7 频度分布f/(%/m) 0.07 0.57 2.10 3.75 5.03 5.20 4.68

8、 2.67 0.92 筛上累计分布 R/% 100 99.8 97.5 89.1 74.1 54.0 33.2 14.5 3.8 筛下累计分布 G/% 0 0.2 2.5 10.9 25.9 46.0 66.8 85.5 96.2 10第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.2 粉体的物理性质粉体的物理性质4.2.1 密度密度：单位体积粉体颗：单位体积粉体颗 粒的质量粒的质量1、真密度、真密度（p）：将粉体颗粒表面和其内部的空）：将粉体颗粒表面和其内部的空气排出后测得的粉尘自身的密度，用于研究尘粒气排出后测得的粉尘自身的密度，用于研究尘粒在气体中的运动。在气体中的运动。2、堆积密度、堆积密度

9、（b）：包含粉体颗粒间气体空间在）：包含粉体颗粒间气体空间在内的粉体密度，用于计算粉体容积。内的粉体密度，用于计算粉体容积。二者的关系：二者的关系： b=（1） p式中：式中：粉体的空隙率粉体的空隙率11第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.2.2 粉尘的比表面积粉尘的比表面积：单位体积粉尘所具有的表：单位体积粉尘所具有的表面积，用面积，用SP表示（表示（c/cm3），），pppPdddS)1 (66)1 (3212第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.2.3 颗颗粒的粒的湿润湿润性能：性能：液体液体对对固体固体颗颗 粒的粒的湿润湿润程度，程度，它它取取决决于液体分子于液体分子对颗对颗

10、粒表面的作用粒表面的作用力。力。 影影响响因素有二因素有二：一是一是颗颗粒的形粒的形状状和大小和大小。形形状状越不越不规则规则，粒，粒径径越大，越大，颗颗 粒表面越粗糙，粒表面越粗糙，越易越易湿润湿润；二是二是颗颗 粒粒对对水的水的亲亲水性水性，亲亲水性强水性强的的颗颗 粒粒较较易易湿润湿润。 改善改善颗颗 粒粒湿润湿润性能的措施性能的措施：如加：如加热热、在水中、在水中加入某加入某种种浸浸湿剂湿剂等。等。13第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.2.4 颗粒的荷电性能与导电性颗粒的荷电性能与导电性1、颗粒的荷电性：、颗粒的荷电性：颗粒在其产生和形成过程颗粒在其产生和形成过程 中由中由于粒

11、子间的碰撞、粒子与器壁间的摩擦使颗粒带电于粒子间的碰撞、粒子与器壁间的摩擦使颗粒带电称为颗称为颗 粒荷电。粒荷电。2、颗粒的导电性：、颗粒的导电性：指颗粒由于内部的电子或离子指颗粒由于内部的电子或离子的运动，或者由于表面吸附的水分和化学膜而发生的运动，或者由于表面吸附的水分和化学膜而发生导电的现象，用比电阻来表示，导电的现象，用比电阻来表示，。 容积导电容积导电(高温条件下高温条件下)；表面导电；表面导电(低温条件下低温条件下)14第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.2.5颗粒的休止角（安息角，堆积角）颗粒的休止角（安息角，堆积角）：粉体自：粉体自漏斗连续落到水平板上，自然堆积成圆锥体，

12、圆锥漏斗连续落到水平板上，自然堆积成圆锥体，圆锥体母线与水平面的夹角称为颗体母线与水平面的夹角称为颗 粒的休止角。它可以粒的休止角。它可以用于表示颗粒间的相互摩擦性能，用于表示颗粒间的相互摩擦性能，用于指导除尘器用于指导除尘器灰斗的锥度及输灰管道的倾斜度设计灰斗的锥度及输灰管道的倾斜度设计。影响因素影响因素：粉体粒径、含水率、粒子形状、粒子表粉体粒径、含水率、粒子形状、粒子表面光滑程度、粉尘的粘性面光滑程度、粉尘的粘性等。等。15第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础用休止角用休止角r来来判判断颗断颗粒粒的流的流动动性性r 30 ：易于自由流：易于自由流动动粉体粉体30 r 38 ：可以自由流

13、：可以自由流动动粉体粉体38 r 45 ：可以流：可以流动动粉体粉体45 r 55 ：粘性粉体：粘性粉体55 r ：十分粘性粉体十分粘性粉体16第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.2.6 颗粒的粘附性能颗粒的粘附性能：指粉体间由于分子力而存：指粉体间由于分子力而存在着聚集成团的现象。在着聚集成团的现象。 颗粒的粘附性能的利用与防止颗粒的粘附性能的利用与防止：颗粒的粘附：颗粒的粘附性能有利于除尘。但在有的场合又要避免，如在含性能有利于除尘。但在有的场合又要避免，如在含尘气流管道中，要防止粒子在管壁上粘附而造成管尘气流管道中，要防止粒子在管壁上粘附而造成管道和设备的阻塞。道和设备的阻塞。4.

14、2.7 颗颗粒的爆炸性粒的爆炸性：指分布在空指分布在空气气中一定中一定浓浓度度的的颗颗粒在一些外因的作用下粒在一些外因的作用下会会在瞬在瞬间发间发生生剧剧烈的烈的发发热热、发发光的光的现现象。因此在象。因此在对对相相应应的的颗颗粒粒进进行堆放和行堆放和运输时运输时要注意安全。要注意安全。 17第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.3 尘尘粒在流体中的粒在流体中的动动力特性力特性4.3.1 球形球形颗颗粒的阻力粒的阻力1、阻力的、阻力的构构成：形成：形状状阻力；磨擦阻力阻力；磨擦阻力2、影、影响响因素：形因素：形状状、粒、粒径径、表面特性、表面特性、运动运动速度、流体的速度、流体的种类种类和

15、性和性质质等。等。3、方向：、方向：与与速度向量方向相反。速度向量方向相反。18第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4、计计算：算：2422spDDdCF 式中：式中：CD阻力系阻力系数数； 气气体体密度；密度； s颗颗粒粒与与流体的相流体的相对对速度；速度；dp颗颗粒直粒直径径。适用适用条条件：球形件：球形颗颗粒、粒、匀匀速速运动运动19第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础5、关于阻力系数、关于阻力系数CD的确定的确定思路：思路： 先计算雷诺数（先计算雷诺数（Rep=dps/）确定流体的确定流体的运动状态运动状态选择选择相相应应的的计计算公式算公式20第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础

16、础（1）斯托克斯）斯托克斯区区（Rep1） CD=24/ Rep=24/dps代入阻力代入阻力计计算公式得：算公式得：FD=3sdp（斯托克斯公式）（斯托克斯公式）21第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础（2）过过渡渡区区（当当1Rep500 ） CD=18.5/ Rep 0.6（伯德公式，伯德公式， 2Rep500 ）（3）牛牛顿区顿区（或（或涡涡流流区区， 500Rep 2105） CD=0.4422第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.3.2 康宁汉修正因子（康宁汉修正因子（C）（1）引入原因：滑动。在层流区（又称斯托克斯）引入原因：滑动。在层流区（又称斯托克斯区），当颗区），当颗

17、 粒尺寸小到与气体分子平均自由程粒尺寸小到与气体分子平均自由程（即（即dp1m）相当时，颗粒表面附近的气体产生）相当时，颗粒表面附近的气体产生速度跃变（速度不连续），在颗粒及紧贴其表面速度跃变（速度不连续），在颗粒及紧贴其表面的第一层气体的第一层气体 分子之间的速度差异并不等于分子之间的速度差异并不等于0，即产生所谓的即产生所谓的 “滑动滑动”，结果使颗粒受到的阻力，结果使颗粒受到的阻力减少。减少。此此时时，斯托克斯公式，斯托克斯公式变为变为：FD=3sdp/C23第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础（2）康宁汉修正因子的计算）康宁汉修正因子的计算一般形式（戴维斯公式）：一般形式（戴维斯公式

18、）：C=1Kn1.257+0.400exp（1.10/Kn）其中：其中： Kn =2M/ dp RTMM2 式中：Kn努森数；M气体分子平均自由程；R通用气体常数；T气体的绝对温度，K；M气体的摩尔质量, kg/kmol24第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础对对常常压压下的下的气气体体可用卡尔弗特式可用卡尔弗特式进进行行计计算：算：C=1+6.211010 T/dp注：注：当当dp1m时时，不，不进进行修正行修正25第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础 例例题题4：试试确定某一球形确定某一球形颗颗粒在粒在静静止干空止干空气气中的阻力。已知：中的阻力。已知：dp=90m, =0.90m/s

19、, T=293k, p=101.33kPa.（干空（干空气气的粘度的粘度 =1.8110-5 Pa.s，密度，密度=1.205kg/m3）26第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础73.639.55.185.18,5001)2(39.51080.190.0205.11090)1(6.06.056epDepspepRCRdR由于27第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础NdCFpD8226221009. 2290. 0205. 14)1090(14. 373. 624) 3(28第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.3.3 受外力作用的球形颗粒在流体中的运动受外力作用的球形颗粒在流体中的运动

20、 静止状态的颗粒在外力的作用下作加速运动，静止状态的颗粒在外力的作用下作加速运动，同时又受到流体阻力的作用，当二者相等时，同时又受到流体阻力的作用，当二者相等时，颗粒的速度达到最大，此时颗颗粒的速度达到最大，此时颗 粒作匀速直线运粒作匀速直线运动（其速度用动（其速度用t来表示）。在大气污染控制工来表示）。在大气污染控制工程中，我们主要关注颗粒的程中，我们主要关注颗粒的终端沉降速度终端沉降速度。29第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础终端沉降速度的计算终端沉降速度的计算 2128dpDtCF 式中：式中：t终终端沉降速度；端沉降速度；p颗颗粒密度粒密度；F外力；外力；CD阻力系阻力系数数； 气

21、气体密度；体密度；dp颗颗粒直粒直径径30第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础2、终终端速度的端速度的计计算方法算方法（1）试试差法：先假差法：先假设颗设颗粒在某一粒在某一区区域域内运动内运动，计计算出算出终终端沉降速度后，再端沉降速度后，再计计算算Re，看是否符合假定的，看是否符合假定的区区域，如果不域，如果不符合，需要重新符合，需要重新计计算。算。31第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础2）K值值法：法：方法原理：先定方法原理：先定义义K值值312)6(FK 32第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础牛顿区过渡区斯托克斯区5 . 12374. 118. 0)(18/KRKRKReeeR

22、e11Re500500 Re 2105K 2.6（斯托克斯（斯托克斯区区）43.6K2.6（过过渡渡区区）2360K43.6（牛（牛顿区顿区）33第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础 利用利用K值值法法计计算算终终端沉降速度端沉降速度时时的基的基本思路本思路为为：计计算算K值值 根据根据K值值判判断颗断颗粒所粒所处处的流的流动区动区域域 选择选择阻力系阻力系数数CD 计计算算s34第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础（3）K值值法在斯托克斯法在斯托克斯区区，对对于主要的三于主要的三种种外力的外力的终终端沉降速度的端沉降速度的计计算公式算公式重力重力182gCdppt电场电场力力pptdEC

23、q3离心力离心力1822Crdppt35第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础例例题题7：计计算石灰石算石灰石颗颗粒粒粒粒径径分分别为别为1.0和和400 um的球形的球形颗颗粒在粒在293K和和101.325kPaP空空气气中中的的终终端沉降速度。已知石灰石端沉降速度。已知石灰石颗颗粒密度粒密度为为2.67103 kg/m3。解：解：182.1100.12931021.611021.61,0.1)1(61010ppdTCmd时当m36第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础046. 01081. 181. 91067. 2205. 1101666325363232332ggFKgpgpdd流体

24、流体处处于斯托克斯于斯托克斯区区。所以有。所以有37第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础smgCdVppt/1050. 91081. 118182. 181. 9)100 . 1 (1067. 21855263238第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础 3 .181081. 181. 91067. 2205. 1104006664002325363232332ggFK，mdpddpppp时当39第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础smgdFgFFppptppptddd/21. 21081. 1205. 1)1067. 281. 9614. 3(1040027. 0)6(27. 027.

25、0,6,27. 035236323113233113240第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.4 除尘器的性能除尘器的性能除除尘尘器的器的性能指性能指标标技技术术指指标标：处处理理气气体流量、体流量、净净化化效效 率、率、压压力力损损失等失等经济经济指指标标：设备费设备费、运运行行费费、占地面、占地面积积等等41第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4.6.1 净化装置的几个主要性能指标净化装置的几个主要性能指标1、气体处理量、气体处理量（1）气体处理量概念气体处理量概念：是代表装置处理能力的指标，常用体：是代表装置处理能力的指标，常用体积流量来表示。积流量来表示。 由于实际运行中处理装

26、置漏气等原因，导致装置出口由于实际运行中处理装置漏气等原因，导致装置出口的气体流量不同，因此用两者的平均值来代表气体的处理流的气体流量不同，因此用两者的平均值来代表气体的处理流量：量： Q QN N= =（Q Q1N1N+Q+Q2N2N）/2/2（2）漏风率：）漏风率： 0=（Q2NQ1N）100%/Q1N42第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础2、净化效率：、净化效率： 表示净化装置对污染物净化效表示净化装置对污染物净化效果的重要指标，指在单位时间内净化装置去除果的重要指标，指在单位时间内净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之百分比，污染物的量与进入装置的污染物量之百分比，用用表示。

27、表示。 对除尘装置而言称除尘效率，对吸收装置对除尘装置而言称除尘效率，对吸收装置而言称吸收效率，对吸附装置而言称吸附效率。而言称吸收效率，对吸附装置而言称吸附效率。43第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础3、压降、压降（1）概念：净化装置进口与出口静压之差，它是）概念：净化装置进口与出口静压之差，它是分离过程所必须耗损的能量，用分离过程所必须耗损的能量，用P表示。净化表示。净化装置的压降与它的结构形式、操作条件（如气体装置的压降与它的结构形式、操作条件（如气体粘度、气流速度等）有关。粘度、气流速度等）有关。（2）表达式）表达式：P=P=2 2/2/2 流体密度流体密度, kg/m3；流体速度

28、流体速度, m/s； 阻力系数，与分离器结构形式、尺寸、表阻力系数，与分离器结构形式、尺寸、表面粗糙度及雷诺数有关面粗糙度及雷诺数有关44第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4、6、2净化效率的计算方法净化效率的计算方法1、总效率、总效率除除尘尘器器Q1N, C1N, S1, D1Q2N, C2N, S2, D2S3, D3入口管入口管出口管出口管捕集粉捕集粉尘尘Q气气体流量体流量, Nm3/s, ；S污污染物流量染物流量, g/s；C污污染物染物浓浓度度, g/Nm3； D频频率分布率分布,%（1）单级净单级净化装置化装置 =1-C2NQ2N/(C1N.Q1N) =S3/S145（1）单级

29、净单级净化装置化装置 =1C2NQ2N/(C1N.Q1N) =S3/S146第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础（2）多多级净级净化装置化装置)1 ()1 ()1 (1321T2、通过率、通过率 指未被捕集的污染物量占进入装置的污染指未被捕集的污染物量占进入装置的污染物量的百分数物量的百分数，即，即 P=CP=C2N2NQ Q2N2N/(C/(C1N1NQ Q1N1N)=1)=1 47第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础3、分分级级效率（效率（ i）含含义义：指除尘装置对某一粒径指除尘装置对某一粒径d dp p或粒径间隔或粒径间隔d dp p +d +dp p内的颗粒物的除尘效率。内的颗粒物的除尘效率。分分级级效率效率可用表格、曲可用表格、曲线图线图和函和函数数形式表示。形式表示。（注意（注意与单级与单级效率的效率的区别区别：单级单级效率指效率指单个单个除除尘尘器的效率，器的效率， 1 ）48第四章第四章 除除尘尘技技术术基基础础4、分级效率与总除尘效率的关系、分级效率与总除尘效率的关系（1）由总效率求分级效率）由总效率求分级效率 iiccicdfSfSSS%100cS-除除尘尘器捕集的粒器捕集的粒径为径为dp(或或dp至至dp + dp)的粉的粉尘尘流量；流量；iS-除除尘尘器捕集的粒器捕集的粒径为径为dp(或或dp至至dp + dp)的粉的粉尘尘流量；流