大气污染教案-第四章

大气污染(dàqìwūrǎn)教案-第四章第一页，共56页。第四章除尘(chúchén)技术根底斯托克斯径〔dst〕:是与被测颗粒(kēlì)的密度相同，终末沉降速度相同的球的直径。当Rep<1时，空气动力学直径〔da〕:系在空气中与颗粒(kēlì)的终末沉降速度相等的单位密度()的球的直径。两者的关系是：第二页，共56页。2第四章除尘(chúchén)技术根底粒子群的粒径算术平均(píngjūn)径〔d1〕中位径〔d50〕〔重点〕平均(píngjūn)粒径众径〔dd〕见表4-1几何平均(píngjūn)径〔dg〕质量平均(píngjūn)径〔d5〕中位径〔d50〕：粒子群中把颗粒质量平分一半时的颗粒的直径。众径：粒径分布中频度最高的粒径。第三页，共56页。3第四章除尘技术(jìshù)根底4.1.2粒径分布的表示方法1、粒径分布：指某一颗粒群中各种粒径的颗粒(kēlì)所占的比例，又称颗粒(kēlì)的分散度。如以颗粒所占的个数来表示，称为颗数分布；如以颗粒的质量所占比例来表示，称为质量分布。粒径分布的表示方法：表格法图形法函数法第四页，共56页。4第四章除尘技术(jìshù)根底与质量分布有关的几个重要的概念：〔1〕频率分布〔又称相对频数分布，用g表示〕：粒径由dp至dp＋△dp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(mìdù)分布〔简称频度分布，用f表示，%/μm〕：指单位粒径间隔时的频率分布，即△dp=1μm时的尘样质量占尘样总质量的百分数，因此f=g/△dp第五页，共56页。5第四章除尘(chúchén)技术根底〔3〕筛上累计频率分布〔R，%〕：简称(jiǎnchēng)筛上累计分布，系指大于某一粒径dp的全部粒子质量占尘样总质量的百分数，即:

〔4〕筛下累计(lèijì)频率分布G〔%〕：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累计(lèijì)频率分布G〔%〕第六页，共56页。6第四章除尘(chúchén)技术根底(5)众径〔d0m〕：位于频度(píndù)分布曲线的最高点所对应的粒径。(6)中位径〔d50〕：R=D=50%所对应的粒径。第七页，共56页。7测定某种粉尘的粒径分布，先取尘样，其质量mo。再将尘样按粒径大小分成假设干组，一般分为8~20个组，这里分成9组。经测定得到各粒径范围dp至dp+Δdp内的尘样质量为9组。经测定得到各粒径范围dp至dp+Δdp内的尘粒质量为Δm(g)。Δdp称为粒径间隔(jiàngé)或粒径宽度，在工业生产中也称为组距。第八页，共56页。8第九页，共56页。9第四章除尘(chúchén)技术根底4.2粉体的物理性质(wùlǐxìngzhì)4.2.1密度：单位(dānwèi)体积粉体颗粒的质量1、真密度〔ρp〕：将粉体颗粒外表和其内部的空气排出后测得的粉尘自身的密度，用于研究尘粒在气体中的运动。2、堆积密度〔ρb〕：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。二者的关系：ρb=〔1－ε〕ρp式中：ε—粉体的空隙率第十页，共56页。10第四章除尘技术(jìshù)根底4.2.2粉尘的比外表积：单位体积(tǐjī)粉尘所具有的外表积，用SP表示〔c㎡/cm3〕，第十一页，共56页。11第四章除尘技术(jìshù)根底4.2.3颗粒的湿润性能：液体(yètǐ)对固体颗粒的湿润程度，它取决于液体(yètǐ)分子对颗粒外表的作用力。影响因素有二：一是颗粒的形状和大小。形状越不规那么，粒径越大，颗粒外表越粗糙，越易湿润；二是颗粒对水的亲水性，亲水性强的颗粒较易湿润。改善颗粒湿润性能的措施：如加热、在水中参加某种浸湿剂等。第十二页，共56页。12第四章除尘(chúchén)技术根底4.2.4颗粒的荷电性能与导电性1、颗粒的荷电性：颗粒在其产生和形成过程中由于粒子间的碰撞、粒子与器壁间的摩擦使颗粒带电称为颗粒荷电。2、颗粒的导电性：指颗粒由于内部的电子或离子的运动，或者由于外表吸附的水分和化学膜而发生导电的现象，用比电阻(diànzǔ)来表示，Ω﹒㎝。容积导电(高温条件下)；外表导电(低温条件下)第十三页，共56页。13第四章除尘(chúchén)技术根底颗粒的休止角〔安息角，堆积角〕：粉体自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粒的休止角。它可以用于表示颗粒间的相互摩擦性能，用于指导除尘器灰斗的锥度及输灰管道的倾斜度设计。影响因素：粉体粒径、含水率、粒子形状、粒子外表(wàibiǎo)光滑程度、粉尘的粘性等。第十四页，共56页。14第四章除尘(chúchén)技术根底用休止角φr来判断(pànduàn)颗粒的流动性φr＜30°：易于(yìyú)自由流动粉体30°＜φr

＜38°：可以自由流动粉体38°＜φr

＜45°：可以流动粉体45°＜φr

＜55°：粘性粉体55°＜φr：十分粘性粉体第十五页，共56页。15第四章除尘技术(jìshù)根底4.2.6颗粒的粘附性能：指粉体间由于分子力而存在着聚集成团的现象。颗粒的粘附性能的利用与防止：颗粒的粘附性能有利于除尘。但在有的场合又要防止，如在含尘气流管道中，要防止粒子(lìzǐ)在管壁上粘附而造成管道和设备的阻塞。4.2.7颗粒的爆炸性：指分布在空气中一定浓度的颗粒在一些外因的作用下会在瞬间发生剧烈(jùliè)的发热、发光的现象。因此在对相应的颗粒进行堆放和运输时要注意平安。第十六页，共56页。16第四章除尘(chúchén)技术根底尘粒在流体(liútǐ)中的动力特性4.3.1球形颗粒的阻力1、阻力的构成：形状阻力；磨擦阻力2、影响因素：形状、粒径、外表特性、运动速度(sùdù)、流体的种类和性质等。3、方向：与速度(sùdù)向量方向相反。第十七页，共56页。17第四章除尘技术(jìshù)根底4、计算(jìsuàn)：式中：CD——阻力系数；ρ——气体密度；υs——颗粒(kēlì)与流体的相对速度；dp——颗粒(kēlì)直径。适用条件：球形颗粒、匀速运动第十八页，共56页。18第四章除尘技术(jìshù)根底5、关于(guānyú)阻力系数CD确实定思路：先计算雷诺数〔Rep=dpρυs/μ〕确定流体(liútǐ)的运动状态选择相应的计算公式第十九页，共56页。19第四章除尘技术(jìshù)根底〔1〕斯托克斯区〔Rep≤1〕CD=24/Rep=24μ/dpυsρ代入阻力(zǔlì)计算公式得：FD=3πμυsdp〔斯托克斯公式〕第二十页，共56页。20第四章除尘技术(jìshù)根底〔2〕过渡区〔当1＜Rep≤500〕CDep〔伯德(bódé)公式，2＜Rep≤500〕〔3〕牛顿区〔或涡流区，500＜Rep＜2×105〕CD第二十一页，共56页。21第四章除尘技术(jìshù)根底4.3.2康宁汉修正因子〔C〕〔1〕引入原因：滑动。在层流区〔又称斯托克斯区〕，当颗粒尺寸小到与气体分子平均自由(zìyóu)程〔即dp＜1μm〕相当时，颗粒外表附近的气体产生速度跃变〔速度不连续〕，在颗粒及紧贴其外表的第一层气体分子之间的速度差异并不等于0，即产生所谓的“滑动〞，结果使颗粒受到的阻力减少。此时(cǐshí)，斯托克斯公式变为：FD=3πμυsdp/C第二十二页，共56页。22第四章除尘技术(jìshù)根底〔2〕康宁汉修正因子的计算(jìsuàn)一般形式〔戴维斯公式〕：C=1＋Kn〔－n〕]其中(qízhōng)：Kn=2λM/dp

式中：Kn——努森数；λM——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/kmol第二十三页，共56页。23第四章除尘(chúchén)技术根底对常压下的气体可用卡尔弗特式进行计算(jìsuàn)：C=1+6.21×10－10T/dp注：当dp＞1μm时，不进行修正第二十四页，共56页。24第四章除尘技术(jìshù)根底例题(lìtí)4：试确定某一球形颗粒在静止干空气中的阻力。：dp=90μm,υ=0.90m/s,T=293k,p=101.33kPa.〔干空气的粘度μ=1.81×10-5，密度3〕第二十五页，共56页。25第四章除尘(chúchén)技术根底第二十六页，共56页。26第四章除尘技术(jìshù)根底第二十七页，共56页。27第四章除尘技术(jìshù)根底4.3.3受外力作用的球形颗粒(kēlì)在流体中的运动静止状态的颗粒(kēlì)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，颗粒(kēlì)的速度到达最大，此时颗粒作匀速直线运动〔其速度用υt来表示〕。在大气污染控制工程中，我们主要关注颗粒(kēlì)的终端沉降速度。第二十八页，共56页。28第四章除尘(chúchén)技术根底终端(zhōnɡduān)沉降速度的计算

式中：υt——终端沉降速度；ρp——颗粒密度；F——外力(wàilì)；CD——阻力系数；ρ——气体密度；dp——颗粒直径第二十九页，共56页。29第四章除尘技术(jìshù)根底2、终端速度的计算方法〔1〕试差法：先假设颗粒在某一区域内运动，计算出终端沉降速度后，再计算Re，看是否符合假定的区域，如果不符合，需要(xūyào)重新计算。第三十页，共56页。30第四章除尘技术(jìshù)根底2〕K值法：①方法(fāngfǎ)原理：先定义K值第三十一页，共56页。31第四章除尘技术(jìshù)根底Re≤11＜Re≤500500＜Re＜2×105〔斯托克斯区〕≥K＞〔过渡(guòdù)区〕2360＞K＞〔牛顿区〕第三十二页，共56页。32第四章除尘技术(jìshù)根底利用K值法计算终端沉降速度时的根本(gēnběn)思路为：计算K值

根据K值判断颗粒所处的流动区域选择阻力系数CD

计算υs第三十三页，共56页。33第四章除尘(chúchén)技术根底〔3〕K值法在斯托克斯区，对于主要(zhǔyào)的三种外力的终端沉降速度的计算公式①重力(zhònglì)②电场力③离心力第三十四页，共56页。34第四章除尘技术(jìshù)根底例题(lìtí)7：计算石灰石颗粒粒径分别为和400um的球形颗粒在293K和空气中的终端沉降速度。石灰石颗粒密度为2.67×103kg/m3。解：第三十五页，共56页。35第四章除尘技术(jìshù)根底流体处于(chǔyú)斯托克斯区。所以有第三十六页，共56页。36第四章除尘技术(jìshù)根底第三十七页，共56页。37第四章除尘(chúchén)技术根底第三十八页，共56页。38第四章除尘(chúchén)技术根底第三十九页，共56页。39第四章除尘(chúchén)技术根底4.4除尘器的性能(xìngnéng)除尘器的性能指标技术指标：处理气体流量、净化效率、压力损失等经济指标：设备费、运行费、占地面积等第四十页，共56页。40第四章除尘(chúchén)技术根底4.6.1净化装置的几个主要性能指标1、气体处理量〔1〕气体处理量概念：是代表装置处理能力(nénglì)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：QN=〔Q1N+Q2N〕/2〔2〕漏风率：δ0=〔Q2N－Q1N〕×100%/Q1N第四十一页，共56页。41第四章除尘(chúchén)技术根底2、净化效率：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(qùchú)污染物的量与进入装置的污染物量之百分比，用η表示。

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。第四十二页，共56页。42第四章除尘技术(jìshù)根底3、压降〔1〕概念：净化装置进口与出口静压之差，它是别离过程(guòchéng)所必须耗损的能量，用ΔP表示。净化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。〔2〕表达式：ΔP=ξρυ2/2ρ——流体密度,kg/m3；υ——流体速度(sùdù),m/s；ξ——阻力系数，与别离器结构形式、尺寸、外表粗糙度及雷诺数有关第四十三页，共56页。43第四章除尘技术(jìshù)根底4、6、2净化(jìnghuà)效率的计算方法1、总效率除尘器Q1N,C1N,S1,△D1Q2N,C2N,S2,△D2S3,△D3入口管出口管捕集粉尘Q——气体流量,Nm3/s,；S——污染物流量,g/s；C——污染物浓度,g/Nm3；△D——频率分布,%〔1〕单级净化(jìnghuà)装置η=1-C2NQ2N/(C1N.Q1N)=S3/S1第四十四页，共56页。44〔1〕单级净化(jìnghuà)装置η=1－C2NQ2N/(C1N.Q1N)=S3/S1第四十五页，共56页。45第四章除尘(chúchén)技术根底〔2〕多级净化(jìnghuà)装置2、通过率指未被捕(bèibǔ)集的污染物量占进入装置的污染物量的百分数，即P=C2NQ2N/(C1NQ1N)=1－η第四十六页，共56页。46第四章除尘技术(jìshù)根底3、分级效率〔ηi〕含义：指除尘装置(zhuāngzhì)对某一粒径dp或粒径间隔dp+Δdp内的颗粒物的除尘效率。分级效率可用表格、曲线图和函数形式表示。〔注意与单级效率的区别：单级效率指单个除尘器的效率，η1〕第四十七页，共56页。47第四章除尘(chúchén)技术根底4、分级效率(xiàolǜ)与总除尘效率(xiàolǜ)的关系〔1〕由总效率(xiàolǜ)求分级效率(xiàolǜ)

-除尘器捕集的粒径为dp(或dp至dp+Δdp)的粉尘(fěnchén)流量；-除尘器捕集的粒径为dp(或dp至dp+Δdp)的粉尘流量；-除尘器进口粉尘的粒径频度分布；-除尘器捕集粉尘的粒径频度分布。第四十八页，共56页。48第四章除尘(chúchén)技术根底第四十九页，共56页。49第四章除尘技术(jìshù)根底例题6：某种粉尘的粒径分布(fēnbù)和分级除尘效率数据如下，试确定总除尘效率。分级(fēnjí)效率〔%〕质量频率〔%〕平均粒径〔μm