大气控制基础知识

1、第四章第四章 大气污染物控制的基础知识大气污染物控制的基础知识主要介绍大气中污染物主要介绍大气中污染物颗粒物和气颗粒物和气态污染物的特性和控制的基础理论知识。态污染物的特性和控制的基础理论知识。n重点：重点：颗粒的粒径和颗径分布、净化装置的颗粒的粒径和颗径分布、净化装置的性能性能n难点：难点：物料衡算与能量衡算、气体中的颗粒物料衡算与能量衡算、气体中的颗粒动力学动力学第一节第一节 气体的物理性质气体的物理性质一、气体的状态方程一、气体的状态方程pv=mr0t/m（一般形式）（一般形式） r=r0/m pv=mrt（工程上应用的形式）（工程上应用的形式）式中：式中：m气体的总质量，气体的总质量，

2、kg; m气体的摩尔质量，气体的摩尔质量，kg /mol; p压力，压力，pa;r0=8.314j/(mol.k); 干空气的气体常数干空气的气体常数r287.0j/(kg.k); 应用条件：理想气体。应用条件：理想气体。实际工程应用中，只要压力不太大，温度实际工程应用中，只要压力不太大，温度不接近气体液化点时，也可应用上述方程。不接近气体液化点时，也可应用上述方程。注意注意：当压力单位取当压力单位取pa时，时， r0=8.314pa.m3/(mol.k) ；当压力单位取当压力单位取kg/m2时，时， r0=0.848kg.m/(mol.k) 二、气体的基本物理性质二、气体的基本物理性质1 1

3、、湿度、湿度 表示气体中水蒸气含量的多少表示气体中水蒸气含量的多少。（1 1）绝对湿度）绝对湿度: : 指单位体积气体中所含的水蒸气质量，等于水指单位体积气体中所含的水蒸气质量，等于水蒸气分压下的水蒸气密度。蒸气分压下的水蒸气密度。（2 2）相对湿度）相对湿度: : 指气体的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度指气体的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度之比之比。（3 3）含湿量：）含湿量： 单位质量的气体中所含液态蒸汽量单位质量的气体中所含液态蒸汽量。2、密度、密度)1(0niimimtrpaa理想气体混合物的平均密度：理想气体混合物的平均密度： =m/v pv=mr0t/m niiiaa1式中：式

4、中：a, i 空气和气态污染物的体积分数；空气和气态污染物的体积分数；a, i混合物总压下空气和污染物的密度混合物总压下空气和污染物的密度,kg/m3nipiipaapcwcwc1 单位质量（物质的量）物质温度升高单位质量（物质的量）物质温度升高1k 所需要的热所需要的热量，分恒压比热量，分恒压比热（cp）和恒容比热（）和恒容比热（cv）, 对于理想气体对于理想气体 cp= cv +r（r=r0/m） 空气、气态污染物和颗粒混合物的平均比热是混合空气、气态污染物和颗粒混合物的平均比热是混合物各组分比热的加权平均值。物各组分比热的加权平均值。3、比热、比热 niviivaapcwcwc1wa,

5、wi 空气和气态污染物的质量分数；空气和气态污染物的质量分数；cp, cv恒压、恒容比热，恒压、恒容比热，j/kgk4 4、粘度、粘度定义式：定义式： =（ f/a ）/（d/dy）f内摩擦力，内摩擦力，na层间的接触面积层间的接触面积, m2d层间的相对速度层间的相对速度, m/sdy层间的垂直距离层间的垂直距离动力粘度，简称粘度动力粘度，简称粘度niiiaainiiiaaammcmcmcmc1121212121气体污染物与空气气体污染物与空气混合物的平均粘度混合物的平均粘度在低压下可用右式在低压下可用右式计算：计算： 粘度产生的原因：粘度产生的原因：一是气体分子间的引力，二是分子不规则的热

6、运动一是气体分子间的引力，二是分子不规则的热运动而交换动量的结果。而交换动量的结果。动力粘度（动力粘度（）与运动粘度（）与运动粘度（ ）的关系）的关系= /式中：式中：气体密度，气体密度，kg/m3注意：注意：在大气污染控制工程中，一般以空气的在大气污染控制工程中，一般以空气的粘度来代替混合气体的粘度，可从有关的手册中查粘度来代替混合气体的粘度，可从有关的手册中查到。到。第二节第二节 物料衡算与能量衡物料衡算与能量衡算算一、物料衡算一、物料衡算1、物料衡算式、物料衡算式理论依据：质量守恒定律理论依据：质量守恒定律物料衡算的一般形式：物料衡算的一般形式：输入的物料量输入的物料量 反应生成或消耗的

7、物料量反应生成或消耗的物料量=输出的物料量输出的物料量+积累的物料量积累的物料量2 2、物料衡算的基本方法、物料衡算的基本方法q搜集计算数据，如输入和输出物料的流量、温度、压搜集计算数据，如输入和输出物料的流量、温度、压力、浓度、密度等，使用统一的单位制；力、浓度、密度等，使用统一的单位制；q画出物料流程简图，标示所有物料线，注明所有已知画出物料流程简图，标示所有物料线，注明所有已知和未知变量；和未知变量；q确定衡算体系；确定衡算体系；q写出化学反应方程式包括主反应和副反应，如无化学写出化学反应方程式包括主反应和副反应，如无化学反应可省去；反应可省去；q选择合适的计算基准。对连续流动体系，通常

8、用时间选择合适的计算基准。对连续流动体系，通常用时间作基准；作基准；q列出物料衡算式，进行数学求解。列出物料衡算式，进行数学求解。例题：脱硫系统如图所示，烟气流量为例题：脱硫系统如图所示，烟气流量为3105m3/h，烟，烟气中含气中含so25.0g/m3。新鲜石灰石中。新鲜石灰石中cao含量为含量为92%，系，系统在钙硫比（统在钙硫比（ ca/s）为）为1.4时，使尾气中时，使尾气中so2降到了降到了1.0g/m3。 计算石灰的消耗量。计算石灰的消耗量。解：解： 系统中系统中cao和和so2发生如下反应：发生如下反应：cao+ so2+1/2o2 caso4据题意进行物料衡算据题意进行物料衡算

9、1）进入系统的）进入系统的so2量为量为5.010-33105kg/h ; 15002）流出系统的）流出系统的so2量为量为1.010-33105kg/h ; 3003）系统内无）系统内无so2生成（即生成（即a积累量为积累量为0）4）so2的消耗量为的消耗量为1200kg/h= 18.75kmol/h，等于，等于cao的反应量的反应量5）稳态过程，）稳态过程，ga0。则石灰石的消耗量。则石灰石的消耗量 18.75kmol/h56kg/kmol1.4/0.921598kg/h二、热量恒算二、热量恒算依据依据能量守恒定律。连续稳定过程热量衡算的基本关能量守恒定律。连续稳定过程热量衡算的基本关系式

10、如下：系式如下：12lqqqlq2q单位时间内随物料进入系统的总热量，单位时间内随物料进入系统的总热量，kj/s；单位时间内随物料离开系统的总热量，单位时间内随物料离开系统的总热量，kj/s；单位时间内向环境散失的总热量，单位时间内向环境散失的总热量，kj/s。1q教材例题教材例题3-2：需要说明的一个问题：需要说明的一个问题在例题中在例题中q2=（ njcpj）t =q2=（343.04+0.13t-27.17410-6 t2)(t-298)转化过程：转化过程：cp与温度间存在如下关系：与温度间存在如下关系：cp=a+bt+ct2+dt3上述四种气体的有关参数如下：上述四种气体的有关参数如下

11、：？气体气体ab10-3c10-6d109温度范围温度范围kco226.7542.26-14.25/2733800h2o29.1614.49-2.022/2733800n227.326.226-0.9502/2733800o228.176.297-0.7494/2733800上述四种气体的定压摩尔热容上述四种气体的定压摩尔热容随意输入随意输入t1000，如图。，如图。显然显然t 1000k不是方程的解不是方程的解已知已知q2=（343.04+0.13t-27.17410-6 t2)(t-298)求求t？使用使用excel进行试差法求解进行试差法求解在在excel表格表格b2单元格输入公式单元格

12、输入公式=(343.04+0.13*a2-0.000027174*a22)*(a2-298)第三节第三节 颗粒粒径及粒径分布颗粒粒径及粒径分布一、粒径一、粒径n颗粒的大小不同，其物、化特性不同，对人和环境颗粒的大小不同，其物、化特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的影响甚大，因此的危害亦不同，而且对除尘装置的影响甚大，因此颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。n实际颗粒的形状多是不规则的，所以需要按一定的实际颗粒的形状多是不规则的，所以需要按一定的方法确定一个表示颗粒大小的最佳代表性尺寸，作方法确定一个表示颗粒大小的最佳代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称

13、为为颗粒的直径，简称为粒径粒径。 n一般将粒径反映单个颗粒的一般将粒径反映单个颗粒的单一粒径单一粒径和反映由不同和反映由不同颗粒组成的颗粒群的颗粒组成的颗粒群的平均粒径平均粒径投影径投影径筛分径筛分径当量径当量径单个颗粒单个颗粒 的粒径的粒径球形颗粒：球形颗粒：直径直径非球形颗粒非球形颗粒（一）单一颗粒的粒径（一）单一颗粒的粒径n1、投影直径、投影直径 粉尘颗粒在显微镜下所观测到的某一直线尺寸粉尘颗粒在显微镜下所观测到的某一直线尺寸n定向直径定向直径df，n定向面积等分直径定向面积等分直径dm，n投影面积直径投影面积直径daa-定向直径定向直径b-定向面积等分直径定向面积等分直径c-投影面积直

14、径投影面积直径2、筛分径、筛分径n筛分直径：颗粒能够通过的最小筛分直径：颗粒能够通过的最小方方筛孔的宽度筛孔筛孔的宽度筛孔的大小，用目的大小，用目(每英寸长度上筛孔的个数每英寸长度上筛孔的个数)表示表示光散射法光散射法n等体积直径等体积直径d dv v：与颗粒体积相等的球体的直径：与颗粒体积相等的球体的直径沉降法沉降法n斯托克斯（斯托克斯（stokesstokes）直径）直径d ds s：同一流体中与颗粒密度：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径相同、沉降速度相等的球体直径n空气动力学当量直径空气动力学当量直径d da a：在空气中与颗粒沉降速度相：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位

15、密度（等的单位密度（1g/cm1g/cm3 3）的球体的直径）的球体的直径n分割直径（分割直径（dc50）：除尘器分级效率为）：除尘器分级效率为50%的颗的颗 粒的粒的 直径直径3、当量直径、当量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学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径算术平均算术平均径（径（d d1010）中位径中位径（d d5050）（重点）（重点）众径（众径（d dd d）几何平均几何平均径（径（d dg g）加权平均加权平均径（径（d d4040） （二）粒子群的平均粒

16、径粒子群的平均粒径平均粒径平均粒径 质量质量中中位径（位径（d d5050）：粒子群中把颗粒质量平分一）：粒子群中把颗粒质量平分一半时的颗粒的直径。半时的颗粒的直径。名称名称符号符号定义定义备注备注算术平均径算术平均径中位径中位径众径众径几何平均径几何平均径加权平均径加权平均径d10d50ddd40粒子群中颗粒直径算术平均值粒子群中颗粒直径算术平均值粒子群中颗粒总质量为二分之一粒子群中颗粒总质量为二分之一时的颗粒直径时的颗粒直径粒径分布中频度最高的粒径粒径分布中频度最高的粒径颗粒粒径的几何平均值颗粒粒径的几何平均值粒子群中各颗粒的直径乘以相应粒子群中各颗粒的直径乘以相应的质量分数加权而成的平均

17、粒径的质量分数加权而成的平均粒径gdiindnd110iigdnndlg1lniidd 40表表3-2 3-2 颗粒群平均粒径的表示方法颗粒群平均粒径的表示方法1 1、粒径分布又称颗粒的分散度：、粒径分布又称颗粒的分散度：指某一颗粒群中各种粒指某一颗粒群中各种粒径的颗粒所占的比例。如以颗粒所占的个数来表示，径的颗粒所占的比例。如以颗粒所占的个数来表示，称为称为粒数分布粒数分布；如以颗粒的质量所占比例来表示，称；如以颗粒的质量所占比例来表示，称为为质量分布质量分布。 粒径分布的表示方法粒径分布的表示方法表格法、图形法、函数法表格法、图形法、函数法二、粒径分布的表示方法二、粒径分布的表示方法取一粉

18、尘试样，其质量取一粉尘试样，其质量 m m0 0=4.28g=4.28g，测定得到各粒径范，测定得到各粒径范围围dp p内的质量为内的质量为m(g)。测定如下表所列。测定如下表所列。序号序号粒径范围粒径范围d dp p ( ( m)m)粒径间隔粒径间隔dp(m)平均粒径平均粒径( ( m)m)粉尘质量粉尘质量m(g)频率分布频率分布d(%)频度分布频度分布(%.(%. m m-1-1) ) 筛上累计筛上累计 分布分布r(%)筛下累计筛下累计分布分布d(%)1 12 23 34 45 56 67 78 89 910106 6101010141414181818222222262626303030

19、3434343838384242424 44 44 44 44 44 44 44 44 48 8121216162020242428283232363640400.0120.0120.0980.0980.3600.3600.6400.6400.8600.8600.8900.8900.8000.8000.4600.4600.1600.1600.0000.0000.30.3 2.3 2.3 8.4 8.415.015.020.120.120.820.818.718.710.710.73.83.80.00.00.070.070.570.572.102.103.753.755.035.035.205.

20、204.684.682.672.670.950.950.00.010010099.899.897.597.589.189.174.174.154.054.033.233.214.514.53.83.80.00.00 00.20.22.52.510.910.925.925.946.046.066.866.885.585.596.296.2100.0100.0表表33 粒径分布测定和计算结果粒径分布测定和计算结果图图3-4 3-4 粒径的频率、频度及累计频率分布粒径的频率、频度及累计频率分布（1）频率分布）频率分布d （相对频数分布）（相对频数分布） 粒径由粒径由dp至至dpdp之间的粒子质量占尘

21、样总质量之间的粒子质量占尘样总质量的百分数，即的百分数，即 d= （m/ m0）100%如粒径如粒径1014m的粉尘的频率分布为的粉尘的频率分布为d= （0.098/ 4.28）100%2.29%（2）频率密度分布频率密度分布f （频度分布，（频度分布，%.m-1） 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时的时的尘样质量占尘样总质量的百分数，因此尘样质量占尘样总质量的百分数，因此 f = d/ dp如粒径如粒径1014m的粉尘的频度分布为的粉尘的频度分布为 f = 2.29 % / 40.57 （%.m-1）（3）筛上累计频率分布）筛上累计频率分布r （%）p

22、ddpddddfdr maxminmaxmin)( 简称筛上累计分布，系指大于某简称筛上累计分布，系指大于某一粒径一粒径dp的全部粒的全部粒子质量占尘样总质量的百分数，即子质量占尘样总质量的百分数，即 （4）筛下累计频率分布）筛下累计频率分布d （%）rddfddppddppdd 1)(minmin 简称筛下累计分布，系指小于某简称筛下累计分布，系指小于某一粒径一粒径dp的全部粒的全部粒子质量占尘样总质量的百分数，即子质量占尘样总质量的百分数，即 n筛下累积频率：小于第筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个间隔上限粒径的所有颗粒质量占总颗粒质质量占总颗粒质量量的百分比的百分比n筛上累

23、积频率：大于筛上累积频率：大于第第i个间隔上限粒径的所有颗粒个间隔上限粒径的所有颗粒质质量量占总颗粒质占总颗粒质量量的百分比的百分比筛上分布为减函数；筛上分布为减函数；筛下分布为增函数。筛下分布为增函数。序号序号粒径范围粒径范围d dp p ( ( m)m)平均粒径平均粒径( ( m)m)频率分布频率分布d(%) 筛上累计筛上累计 分布分布r(%)筛下累计筛下累计分布分布d(%) 筛上累计筛上累计 分布分布r(%)筛下累计筛下累计分布分布d(%)1 12 23 34 45 56 67 78 89 910106 610101014141418181822222226262630303034343

24、43838384242428 8121216162020242428283232363640400.30.3 2.3 2.3 8.4 8.415.015.020.120.120.820.818.718.710.710.73.83.80.00.010010099.899.897.597.589.189.174.174.154.054.033.233.214.514.53.83.80.00.00 00.20.22.52.510.910.925.925.946.046.066.866.885.585.596.296.2100.0100.099.799.797.497.48989747453.953.

25、932.132.114.414.43.73.70.00.00.00.00.30.32.62.61111262646.146.166.966.985.685.696.396.3100100100100表表33 粒径分布测定和计算结果粒径分布测定和计算结果若已知分布曲线函数，可计算特定粒径若已知分布曲线函数，可计算特定粒径 1）加权平均径）加权平均径指指f（dp）曲线下形心位置的的直径，）曲线下形心位置的的直径，为常用平均粒径。为常用平均粒径。 maxmin)()(100140ddpppddddfd 2） 众径众径dd位于位于f（dp）曲线最高点的直径）曲线最高点的直径 3） 中位径中位径d50

26、r=d50%所对应的直径所对应的直径0)()(ppddddf三、粒径分布函数三、粒径分布函数n由上可见，粒径分布曲线均有一定的规律性：如频由上可见，粒径分布曲线均有一定的规律性：如频率密度曲线大致呈钟型；累积频率曲线呈率密度曲线大致呈钟型；累积频率曲线呈“s”型。型。因此，目前，对于描述一定种类粉尘的粒径分布，因此，目前，对于描述一定种类粉尘的粒径分布，已经找到一些半经验函数形式。已经找到一些半经验函数形式。常见的分布函数常见的分布函数正态分布函数：对称正态分布函数：对称对数正态分布：对数正态分布：dp取对数后服从对称，实取对数后服从对称，实际大气中气溶胶、工业粉尘多服从此分布际大气中气溶胶、

27、工业粉尘多服从此分布rosinrammler分布：破碎筛分过程多分布：破碎筛分过程多服从此分布服从此分布1、正态分布、正态分布粉尘粒径的正态分布是最简单的呈对称的分布，粉尘粒径的正态分布是最简单的呈对称的分布，正态正态分布的频率密度函数为：分布的频率密度函数为：2)(exp2100)(2210dddfpp其特征数为：其特征数为：d10算术平均粒径；算术平均粒径；几何标准差。几何标准差。 特点：图形对称，众位径特点：图形对称，众位径dd=中位径中位径d50=平均粒径平均粒径)(2113.8487.155087.1513.8450dddddd图图 3-5 3-5 正态分布曲线及其特征值估计正态分布

28、曲线及其特征值估计22)(ln2)ln(lnexp2ln100)(lnggpgdddpf2、对数正态分布、对数正态分布粉尘粒径分布曲线很少像正态分布那样成对称的钟形粉尘粒径分布曲线很少像正态分布那样成对称的钟形曲线，曲线，以以lndp代替代替dp就可以将其转化为近似正态分布就可以将其转化为近似正态分布曲线的对称性钟形曲线。曲线的对称性钟形曲线。特征数：几何平均粒径特征数：几何平均粒径dg=d50， 几何标准差几何标准差g13.8487.155087.1513.8450ln21lnlnlnlnlnddddddg2113.8487.155087.1513.8450ddddddg对数分布的特点：对数

29、分布的特点：无论是以无论是以质量分布质量分布还是以还是以个数或表面积个数或表面积表示的粒径分布，表示的粒径分布，都遵从对数正态分布，且几何标准差相等，其都遵从对数正态分布，且几何标准差相等，其中位径中位径的的换算式为：换算式为：)ln3exp25050gdd（)ln5 . 0exp2 5050gdd（以个数表示以个数表示时的中位径时的中位径以质量表示以质量表示时的中位径时的中位径以表面积表示以表面积表示时的中位径时的中位径算术平均径：算术平均径：)ln5 . 2exp()ln5 . 0exp(25025010ggddd算术平均径算术平均径个数中位径个数中位径质量中位径质量中位径例题例题：粉煤燃

30、烧产生的飞灰的粒径分布遵从对数正态分粉煤燃烧产生的飞灰的粒径分布遵从对数正态分布，当以质量表示其粒径分布时，中位径为布，当以质量表示其粒径分布时，中位径为21.5m，dpd=15.87%=9.8 m ，试确定以个数表示时对数正态，试确定以个数表示时对数正态分布函数的分布函数的特征数特征数和和算术平均粒径算术平均粒径。解：对数正态分布函数的特征数是解：对数正态分布函数的特征数是中位径中位径和和几何标准几何标准差差。由于以个数和质量表示时的几何标准差相等，所。由于以个数和质量表示时的几何标准差相等，所以按式（以按式（3-23）有）有19. 28 . 95 .21%)87.15(%)13.84(50

31、50dddrddppg算术平均径为算术平均径为)ln5 . 0exp(25010gddmddg40. 3)19. 2ln3exp(5 .21)ln3exp(225050以个数表示时的中位径为以个数表示时的中位径为m62. 4)19. 2ln5 . 0exp(40. 323、罗辛、罗辛-拉姆勒（拉姆勒（r-r）分布）分布r-r的适用范围较广，特别对破碎、研磨、筛分过的适用范围较广，特别对破碎、研磨、筛分过程产生的较细粉尘更为适用。其函数表达式为程产生的较细粉尘更为适用。其函数表达式为r（dp）=exp(-dnp)式中：式中：n分布指数；分布指数； 分布系数分布系数pdnrlglg)1lg(ln对

32、式（对式（326）两端取两次对数可得）两端取两次对数可得图图 罗辛罗辛- -拉姆勒拉姆勒粒径分布粒径分布将中位径将中位径d50代入式（代入式（3-26）可求）可求得得，得到一个常用的，得到一个常用的r-r分布分布函数表达式函数表达式)(693. 0exp)(50nppdddr例题例题：已知炼钢电弧炉产生的烟尘遵从：已知炼钢电弧炉产生的烟尘遵从r-r分布，分布，中位径为中位径为0.11 m，分布指数为分布指数为0.50，试确定小于，试确定小于1m的颗粒在总烟尘中所占的比例。的颗粒在总烟尘中所占的比例。又有又有r+d=100%，所以，所以解：由式（解：由式（3-28）得：）得：124. 0)22.

33、 01(693. 0exp)(693. 0exp)(5 . 050nppdddrd=1-r=87.6%即：小于即：小于1m的颗粒所占的比例为的颗粒所占的比例为87.6%第四节第四节 粉尘颗粒的物理性质粉尘颗粒的物理性质1、真密度、真密度（p）：）：将粉尘颗粒表面和其内部的空气排将粉尘颗粒表面和其内部的空气排出后测得的粉尘自身的密度，常用于研究尘粒在气出后测得的粉尘自身的密度，常用于研究尘粒在气体中的运动。体中的运动。2、堆积密度、堆积密度（b）：）：包含粉尘颗粒间气体空间在内的包含粉尘颗粒间气体空间在内的粉体密度，用于计算粉体容积。粉体密度，用于计算粉体容积。二者的关系：二者的关系： b=（1

34、） p式中：式中：粉尘的空隙率粉尘的空隙率一、密度一、密度单位体积粉尘颗粒的质量单位体积粉尘颗粒的质量二、二、比表面积比表面积 单位体积（或质量）粉尘所具有的表面积。单位体积（或质量）粉尘所具有的表面积。 粉尘表面积对于粉尘的物化和生物活性有重要影响，粉尘表面积对于粉尘的物化和生物活性有重要影响，比表面积大的粉尘通过捕集体的阻力增加，氧化、溶解、比表面积大的粉尘通过捕集体的阻力增加，氧化、溶解、蒸发、吸附和催化效应增强，爆炸性和毒性增大。蒸发、吸附和催化效应增强，爆炸性和毒性增大。23vsv6 (cm /cm )ssvd2mppsv6 (cm /g)ssvd以粉尘体积表示的比表面积以粉尘体积表

35、示的比表面积以粉尘质量表示的比表面积以粉尘质量表示的比表面积三、颗粒的润湿性三、颗粒的润湿性粉尘颗粒与液体附着难易程度的性质。粉尘颗粒与液体附着难易程度的性质。 润湿性润湿性与粉尘的粒径、形状、组分、温度、含水率、与粉尘的粒径、形状、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、粘表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力、粘附力及固液接触方式有关。附力及固液接触方式有关。一般而言，颗粒物形状越不规则，粒径越大，表面一般而言，颗粒物形状越不规则，粒径越大，表面越粗糙，越易湿润。越粗糙，越易湿润。例如球形颗粒的润湿性比形状不规则表面粗糙的颗例如球形颗粒的润湿性比形状不规则表面粗

36、糙的颗粒差；又如石英的润湿性虽好，但粉碎成粉末后润湿粒差；又如石英的润湿性虽好，但粉碎成粉末后润湿性大为降低。性大为降低。n粉尘润湿性能分类：粉尘润湿性能分类：亲水性粉尘亲水性粉尘憎水性粉尘憎水性粉尘 当尘粒与液体一旦接触就能扩大湿润表面而相互附着当尘粒与液体一旦接触就能扩大湿润表面而相互附着的粉尘称为湿润性（亲水性）粉尘；如水泥、飞灰、石的粉尘称为湿润性（亲水性）粉尘；如水泥、飞灰、石灰灰；适于湿式除尘。；适于湿式除尘。 反之，称为非湿润性（疏水性）粉尘；如煤粉、石墨反之，称为非湿润性（疏水性）粉尘；如煤粉、石墨粉粉.；不适于湿式除尘。；不适于湿式除尘。可通过在水中加入某种浸湿剂来改善颗粒润

37、湿性可通过在水中加入某种浸湿剂来改善颗粒润湿性粉尘类型粉尘类型润湿性润湿性绝对憎水绝对憎水憎水憎水中等亲水中等亲水强亲水强亲水v20v200.58.08.0粉尘举例粉尘举例石灰、沥青、石灰、沥青、聚四氟乙烯聚四氟乙烯石墨、煤、石墨、煤、硫硫玻璃微珠、玻璃微珠、石英石英锅炉飞灰、锅炉飞灰、钙钙粉尘对水的润湿性粉尘对水的润湿性2020(mm/min)20lvn1、颗粒的荷电性：、颗粒的荷电性：颗粒在其产生和运动过程颗粒在其产生和运动过程 中由于粒中由于粒子间的碰撞、粒子与器壁间的摩擦使颗粒带电的现象称子间的碰撞、粒子与器壁间的摩擦使颗粒带电的现象称为颗粒荷电。为颗粒荷电。 粉尘荷电后其物理特性等将

38、被改变；如凝聚性、附着粉尘荷电后其物理特性等将被改变；如凝聚性、附着 性及其在气体中的稳定性等，对人体危害也将增加。性及其在气体中的稳定性等，对人体危害也将增加。 颗粒荷电对除尘过程有重要意义，电除尘器就通过颗粒荷电对除尘过程有重要意义，电除尘器就通过粉尘荷电而将其捕集，袋式除尘器和湿式除尘器也可以粉尘荷电而将其捕集，袋式除尘器和湿式除尘器也可以利用粉尘或液滴荷电而增加捕集效率。利用粉尘或液滴荷电而增加捕集效率。四、颗粒的荷电性与导电性四、颗粒的荷电性与导电性n2、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的运动，或者由于表面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

39、和化学膜而发生导电的现象，用比电阻来表吸附的水分和化学膜而发生导电的现象，用比电阻来表示示，。比电阻越大，则导电性越差。比电阻越大，则导电性越差。q粉尘的导电性是判断是否使用电除尘器的依据，一般粉尘的导电性是判断是否使用电除尘器的依据，一般最适合电除尘器运行的比电阻范围为：最适合电除尘器运行的比电阻范围为： 1041010 q影响导电性的因素有温度、粉尘和气体组成。不同温影响导电性的因素有温度、粉尘和气体组成。不同温度范围内，粉尘导电的机制各异。度范围内，粉尘导电的机制各异。 n粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面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，的夹角，一般

40、为一般为3 355555。n是评价是评价粉尘流动特性粉尘流动特性的重要指标的重要指标，安息角越小，粉尘流安息角越小，粉尘流动性越好动性越好；也是；也是除尘器灰斗、管路斜度设计的重要依据。除尘器灰斗、管路斜度设计的重要依据。n影响因素：粉体粒径、含水率、粒子形状、粒子表面光影响因素：粉体粒径、含水率、粒子形状、粒子表面光滑程度、粉尘的粘性等滑程度、粉尘的粘性等。五、颗粒的休止角（安息角，堆积角）五、颗粒的休止角（安息角，堆积角）用休止角用休止角r来判断颗粒来判断颗粒的流动性的流动性r30：易于自由流动粉体：易于自由流动粉体30r38：可以自由流动粉体：可以自由流动粉体38r45：可以流动粉体：可

41、以流动粉体45r55：粘性粉体：粘性粉体55r ：十分粘性粉体十分粘性粉体n粉尘颗粒附着在固体表面上，或颗粒彼此相互附着的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粘附。现象称为粘附。n粉尘粘附性对除尘过程的影响是双方面的粉尘粘附性对除尘过程的影响是双方面的 一方面粉尘相互粘附使粒径增大，有利于颗粒物的分一方面粉尘相互粘附使粒径增大，有利于颗粒物的分离，一些除尘器的捕集机制就是依靠尘粒在捕集表面离，一些除尘器的捕集机制就是依靠尘粒在捕集表面上被粘附；但另一方面尘粒在气体管道和净化设备壁上被粘附；但另一方面尘粒在气体管道和净化设备壁面上的粘附又能引起管道堵塞。面上的粘附又能引起管道堵

42、塞。六、颗粒的粘附性能六、颗粒的粘附性能七、粉尘的自燃性和爆炸性七、粉尘的自燃性和爆炸性堆积堆积粉尘粉尘热量热量积累积累达到达到燃点燃点自然发热自然发热自自燃燃自然发热的原因自然发热的原因氧化热、分解热、聚合热、发氧化热、分解热、聚合热、发酵热酵热影响因素：影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境状态和环境n粉尘的自燃性粉尘的自燃性n爆炸性：爆炸性：可燃物可燃物- -剧烈氧化剧烈氧化- -瞬间产生大量的热量和瞬间产生大量的热量和燃烧产物，在空间造成很高的温度和压力燃烧产物，在空间造成很高的温度和压力可燃物爆炸的两个基本条件：可燃物爆炸的两个基本条件：

43、可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度定的浓度存在能量足够的火源存在能量足够的火源第五节第五节 颗粒捕集的理论基础颗粒捕集的理论基础一、流体阻力一、流体阻力n流体阻力形状阻力摩擦阻力流体阻力形状阻力摩擦阻力n阻力的方向和速度向量方向相反阻力的方向和速度向量方向相反 颗粒物的流体阻力是指流体绕过粒子时，所发生的阻力。颗粒物的流体阻力是指流体绕过粒子时，所发生的阻力。fd流体阻力，流体阻力，n；fr颗粒的形状阻力，颗粒的形状阻力，n；fd颗粒的摩擦阻力颗粒的摩擦阻力,n；cd阻力系数；阻力系数； ap颗粒在运动方向上的投影面积，颗粒在运动方向上的投

44、影面积，m2 ； 流体的密度，流体的密度，kg/m3 ； vs 相对运动速度，相对运动速度，m/s 流体粘度，流体粘度，pa s22spddrdvacfff2pa4pd球形颗粒球形颗粒当颗粒为球形时当颗粒为球形时2422spddvdcf确定流体的运动状态确定流体的运动状态选择相应的计算公式选择相应的计算公式先计算雷诺数先计算雷诺数n关于阻力系数关于阻力系数cd的确定的确定n流体阻力与雷诺数的函数关系流体阻力与雷诺数的函数关系 6363流体状态流体状态雷诺数雷诺数re阻力系数阻力系数cd绕流阻力绕流阻力fd层流区层流区（stocks）过渡区过渡区（allen）湍流区湍流区（newton）re11

45、re5005500re2 1024redc 0.618.5redc 0.44dc 3dpfd u22ddpufc a220.055dpfd u流体阻力与雷诺数的函数关系流体阻力与雷诺数的函数关系 斯托克斯公式斯托克斯公式在层流区，当颗粒尺寸接近于气体分子自由程在层流区，当颗粒尺寸接近于气体分子自由程(标况下标况下约约6.810-2m)时，颗粒产生滑动，阻力减小，常采用时，颗粒产生滑动，阻力减小，常采用康宁汉系数康宁汉系数c修正：修正：64641.1011.2570.400expcknkn 2pknd努森数：努森数： 0.499 v气体分子气体分子自由程：自由程：8 rtvm气体分子算气体分子算

46、术平均速度：术平均速度：此时，斯托克斯公式变为：此时，斯托克斯公式变为：fd=3dps/c对常压下的气体可用卡尔弗特式进行计算：对常压下的气体可用卡尔弗特式进行计算：c=1+6.211010 t/dp注：当注：当dp1m时，不进行修正时，不进行修正例题：试确定某一球形颗粒在静止干空气中的阻力。例题：试确定某一球形颗粒在静止干空气中的阻力。已知：已知：dp=90m, =0.90m/s, t=293k, p=101.33kpa.（干（干空气粘度空气粘度 =1.8110-5 pa.s，密度，密度=1.205kg/m3）39.51080.190.0205.11090)1(56spepdr解解97.73

47、9.55.185.18,5001)2(5.05.0epdeprcr颗粒的运动属层流区由于ndcfpd8226221047. 2290. 0205. 14)1090(14. 397. 724) 3(静止状态的颗粒在外力作用下作加速运动，随着静止状态的颗粒在外力作用下作加速运动，随着速度加快，流体阻力不断增大，直到外力与阻力相等速度加快，流体阻力不断增大，直到外力与阻力相等时，颗粒达到其终端速度，并保持这一速度作匀速运时，颗粒达到其终端速度，并保持这一速度作匀速运动。动。在大气污染控制工程中，我们主要关注颗粒达到在大气污染控制工程中，我们主要关注颗粒达到终端沉降速度的时间、通过的距离及颗粒的终端沉

48、降终端沉降速度的时间、通过的距离及颗粒的终端沉降速度。速度。二、受外力作用的球形颗粒在流体中的运动二、受外力作用的球形颗粒在流体中的运动dtvdddtvdmspps3d61f-ff2234216fspdsppvdcdtvdd2422spddvdcf代入：设颗粒的运动方向与外力作用方向一致，则上式设颗粒的运动方向与外力作用方向一致，则上式可表示成下列方程：可表示成下列方程：2436f3sdcddtdvvppdpps当加速度当加速度dvsdt，即颗粒运动达平衡时，则，即颗粒运动达平衡时，则颗粒达到恒速状态，颗粒达到恒速状态，vt为一定值，这时的速度称为为一定值，这时的速度称为终端速度终端速度vt。

49、2128dpdtcf182gcdtppv 三、重力沉降三、重力沉降在重力场中，悬浮颗粒会在重力的作用下发生沉降。在在重力场中，悬浮颗粒会在重力的作用下发生沉降。在斯托克斯区，重力斯托克斯区，重力fmgd3ppg/6，代入前式得：，代入前式得： 例题例题：颗粒直径为颗粒直径为0.25m，密度为密度为2250kg/m3，在在重力作用下，在重力作用下，在20常压空气中降落，试计算其终常压空气中降落，试计算其终端速度。端速度。728. 11025. 0)27320(1021. 611021. 6161010pdtc解：常压下空气的康宁汉修正因子为解：常压下空气的康宁汉修正因子为smgcdppt/102

50、8. 71082. 11881. 9728. 1)1025. 0(22501865262终端速度为终端速度为同理，颗粒直径为同理，颗粒直径为2.5m时，时，v vt t4.2110-4m/s,理论上理论上1h沉降沉降1.5m四、离心沉降四、离心沉降在离心力作用下，颗粒在斯托克斯沉降区内匀速运在离心力作用下，颗粒在斯托克斯沉降区内匀速运动时，颗粒受到的离心力与流体阻力相互平衡。动时，颗粒受到的离心力与流体阻力相互平衡。颗粒在旋转半径为颗粒在旋转半径为r的轨道以角速度的轨道以角速度运动时，其所运动时，其所受的离心力为受的离心力为mr2d3ppr 2，代入前式得到，代入前式得到： 在除尘装置中，离心

51、力的运用非常普遍。旋风分离在除尘装置中，离心力的运用非常普遍。旋风分离器就主要根据离心原理实现气固分离的。器就主要根据离心原理实现气固分离的。 1822cdvppt五、静电沉降五、静电沉降在强电场中，如在电除尘器中，如忽略重力和惯性在强电场中，如在电除尘器中，如忽略重力和惯性力等的作用，荷电颗粒所受作用力主要是静电力和气力等的作用，荷电颗粒所受作用力主要是静电力和气流阻力。流阻力。当颗粒的荷电量为当颗粒的荷电量为qp，电场强度为，电场强度为时，则颗粒所时，则颗粒所受的电场力为受的电场力为fqpe，代入上式得到：，代入上式得到：ppdecqtv3六、惯性沉降六、惯性沉降含尘气流通过捕集体（靶子）

52、时，气体将沿气流流线绕含尘气流通过捕集体（靶子）时，气体将沿气流流线绕过捕集体，而粉尘颗粒则因具有更大的惯性力而脱离气体过捕集体，而粉尘颗粒则因具有更大的惯性力而脱离气体流线，沿虚线向前运动，并与捕集体相撞而被捕获，这种流线，沿虚线向前运动，并与捕集体相撞而被捕获，这种捕获称为惯性沉降。捕获称为惯性沉降。靶靶1惯性碰撞惯性碰撞惯性碰撞的沉降效率又称中靶效率，主要取决于捕集惯性碰撞的沉降效率又称中靶效率，主要取决于捕集体周围的气流速度分布及粉尘颗粒的运动轨迹等因素。体周围的气流速度分布及粉尘颗粒的运动轨迹等因素。dcvdstkpp902 式中：式中：v0气流未扰动时的颗粒初速度，气流未扰动时的颗

53、粒初速度，m/s；d捕集体的特征尺寸捕集体的特征尺寸（如球和圆柱体的半径）（如球和圆柱体的半径） ，m。通常用斯托克斯准数通常用斯托克斯准数stk（又称惯性碰撞参数）表（又称惯性碰撞参数）表征颗粒运动特征征颗粒运动特征235. 0stkstkstk在在stk0.1的区域内，有势流动的情况下，球面捕的区域内，有势流动的情况下，球面捕集体的沉降效率，可用下式确定：集体的沉降效率，可用下式确定：流体中粉尘粒子的流体中粉尘粒子的stk数达到一定值后，颗粒将偏数达到一定值后，颗粒将偏离流线与捕集体相撞。离流线与捕集体相撞。当含尘气流中粉尘粒子的当含尘气流中粉尘粒子的stk大于临界斯托克斯准大于临界斯托克

54、斯准数数stkcr时，粉尘粒子会被捕集，反之则不会被捕集。时，粉尘粒子会被捕集，反之则不会被捕集。rrg11)1 (2rrg11)1 (2拦截捕集拦截捕集 拦截捕集能够捕集流线与捕集体表面距离小于或等拦截捕集能够捕集流线与捕集体表面距离小于或等于颗粒半径的所有颗粒。拦截沉降效率取决于拦截参于颗粒半径的所有颗粒。拦截沉降效率取决于拦截参数数r=dp/d；其定义为颗粒直径与捕集体直径之比。；其定义为颗粒直径与捕集体直径之比。当流体为有势流时，拦截捕集效率当流体为有势流时，拦截捕集效率g可由下式进行计可由下式进行计算：算：对球形捕集体：对球形捕集体：对圆柱形捕集体：对圆柱形捕集体： 七、扩散沉降七、

55、扩散沉降 利用惯性沉降捕集颗粒时，由于颗粒的布朗运动，一利用惯性沉降捕集颗粒时，由于颗粒的布朗运动，一些不在靶体有效捕集范围内的颗粒也会运动到靶体附近发些不在靶体有效捕集范围内的颗粒也会运动到靶体附近发生捕集或拦截，这一过程增加了除尘效率，导致这种现象生捕集或拦截，这一过程增加了除尘效率，导致这种现象发生的机制叫做扩散沉降。发生的机制叫做扩散沉降。 粒径小的颗粒在气粒径小的颗粒在气体中一般都存在布体中一般都存在布朗运动朗运动n由表可见，随着粒径的减小，相同时间内布朗扩散由表可见，随着粒径的减小，相同时间内布朗扩散的平均位移比重力沉降大得多的平均位移比重力沉降大得多n下表给出了单位密度的球形颗粒

56、在下表给出了单位密度的球形颗粒在1秒钟内布朗扩秒钟内布朗扩散的平均距离及重力沉降距离散的平均距离及重力沉降距离第六节第六节 净化装置的性能净化装置的性能q n处理气体流量处理气体流量n净化效率净化效率n压力损失压力损失n设备费设备费n运行费运行费n占地面积占地面积 代表装置处理能力的指标，常用体积流量来表示。代表装置处理能力的指标，常用体积流量来表示。 由于实际运行中处理装置漏气等原因，导致装置进由于实际运行中处理装置漏气等原因，导致装置进出口的气体流量不同，因此用两者的平均值来代表气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量：体的处理流量： qn=（q1n+q2n）/21、气体处理量、气体处理量漏风率：漏风率：=（q1nq2n）100%/q1n 指净化装置进口与出口静压之差，它是分离过程所必须指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，用耗损的能量