2023年四川大学考研复习笔记大气污染控制工程考研笔记

大气污染控制工程

（四川大学考研复习笔记）

重要考点分布：

第3章基础知识

第4章机械式除尘器

第5章电除尘器

第6章过滤式除尘器

第8章吸取法净化气态污染物

第9章吸附法净化气态污染物

第10章催化法净化气态污染物

题目分布（章）：

只出计算题：4、5

只出简答题：3、6、11、15

计算和简答：8、9、10

重点章节：4.1、5.4、8.3、9.4、10.3

难点章节：8.2、8.3、9.4

复习大纲：

全面掌握大气污染日勺来源、途径和机理（包括基本概念、基本理

论、基本技能）、大气污染控制的原理、措施

掌握颗粒物的粒径分布及其他物理性质、净化妆置的性能指标

理解除尘器的类型，包括多种干式和湿式除尘器

掌握机械、湿式、电除尘器作原理及区别。

掌握物理吸取日勺机理；掌握化学吸取与吸取计算；重点掌握双膜

理论传质计算及填料塔的设计计算，气态污染物的催化净化。

理解和掌握全球气候变化、臭氧层破坏和酸雨污染问题

（往往会出一道全面型论述题，规定全面把握书本及实践知识，

规定至少全面阅读教材两遍）

笔记正文

第三章（出简答题或公式推导）

粒径分布的表达措施有表格法、图形法和函数法。

重点：粉尘的粒径和粒径分布、频率分布、筛上频度分布、筛下合计记录。粉尘的物

理性质、粉尘日勺真密度、堆积密度。

除尘装置的性能、除尘效率（总效率、分级效率）

粉尘粒径和粒径分布

一、粉尘粒径

1.一般分为两类：

单一粒径：单个粒子的；球形颗粒：d=直径

平均粒径：粒子群的。

-）单一粒径

单一粒径提成投影径

非球形颗粒儿何当量径

物理当量径

1.投影径：指颗粒在显微镜下观测到的粒径。

a.面积等分径（martine）,指颗粒R勺投影面积二等分的直线长度，其与所取的方向有关，

常采用与底边平行R勺线作为粒径。

b.定向径（feret）,指颗粒投影面上两平行切线间的距离。

对于一种由大小和形状不相似曰勺粒子构成的实际粒子群与一种由均一的I球形粒子构成的假

想粒子群相比，若两者的粒径全长相似，则称此球形粒子H勺直径为实际粒子群的平均粒

径。

粒径分布是指某一粒子群中不一样粒径的粒子所占的比例，亦称粒子的分散度。

表达措施：个数分布：以粒子的个数所占的比例来表达；

表面积分布：以粒子表面积表达；

质量分布：以粒子质量表达。

常见的表达措施

（I）频数分布AR：它是指粒径dp至（dp+Adp）之间的粒子质量占粒子群总质量口勺

百分数。见图a。A/?=—xlOO%YA^=100%AR与选用的粒径间隔的大小有

关。

（2）频度分布f：是Adp=lpm时粒子质量占粒子群H勺或单位粒径间隔宽度时的频率

分布百分数。即：/=—”其微分定义式：fM=--

%/〃帆"对d{dp}

有计算成果可绘出频度分布fU勺直方图，用粒径向隔中值可绘出频度分布曲线，见图

b。

最大频度U勺粒径d°m称为众径。

⑶筛下累积频率分布D/%：指不不小于某•粒径dp日勺尘样质量占尘样总质量的百分数。

%)=)>=0%)%)

uminuinin

反之为筛上累积分布R：D=l-R

当D=R=50%时的dp位中位径cho。由图可见，筛上分布R对dp之比为负梯度，筛下分布

D对dp之比为正值。因此若已知R、D,则

加=-妙二型或也可这样说：若粒径间隔宽度zMpfO即取极限，则：

4加4M

R=is=力=［以初%产产二-普

dpdp"〃阚aw

即：筛上分布为减函数；筛下分布为增函数。

在除尘技术中，筛上累积分布R比使用频度分布更为以便，因此，在某些国家粉尘原则中

多用R表达粒径分布。

装置效率(重点轻易出公式推导)

除尘装置的捕集效率代表装置捕集粉尘效果的重要指标。有如下几种表达:

1.总捕集效率抽：①指在同一时间内净化妆置清除污染物的量与进入装置的污染物量之

比例。

见下图:

出匚

Q。

Go

n^)=Q()XC(J

如图：及气体流量Qo(m3/s)；污染物流量Go(g/s)；污染物浓度Co(g/m3)。

出口对应时为Qe，Ge，Ceo

净化妆置捕集的污染物流量Gc(g/s)有Go=Gc+Gc

n=^xioo%=|i

T4xlOO%VG=CQ

GoIGJ

Q£,'

X100%

Q°G"

•・・Qo,Qc与状态有关,

・•・常换算成原则状态(0℃,1.0l3X105Pa)下干气体流量表达，并加脚标“N”

C

7=1-eNQeNX1OQ%

\CQNQGN)

若装置不漏风，Q0N=QeN

nT=fl--^lxlOO%

Ic。J

实际上净化妆置常有漏风，=11一£次&卜1()0%

kGNj

k——漏风系数

串联使用净化妆置：设每一级的捕集效率为口、2、…小

总效率：%=[1一（1一7）0-一〃.J....]

净化器的性能还可用令一指标表达：即通过率P

P=^xl(X)%=xi(X)%=\-nT

G。CONQON

2.除尘装置的分级捕集效率

除尘装置口勺总除尘效率的高下，往往与粉尘粒径大小由很大关系。为了表达除尘效率

与粒径间的J关系，提出分级效率H勺概念力，。

定义：指除尘装置对某•粒径dpi或粒径间隔dpi至dpi+Adp内粉尘的除尘效率。

为=等x10()%

△G。

a.由分级效率求总除尘效率

jgiAR为频数分布

若分级效率以7=/（如）的函数形式给出，入口粒径分布以合计分布函数（Di）或频度分

布6:fi（dp）形式给出。"=]：7皎=J。"£dg

b.由总效率求分级效率

GpRij

GQR】i

%=他=/7鼠=1一咨=1一2匿因为/=上同理（=/7&=1一P必

s凤儿8yMpfu/„.

7g2i=%一P%g»=[_p；hhL

%%%

S3i

机械式除尘器(出计算题)

4.1重力沉降室(只在本节出题)

重力沉降室是通过重力从气流中分离尘粒的。其构造如图所示。

《L>

一

、Us、J

沉降室也许是所有空气污染控制装置中最简朴和最粗糙的装置。就其自身的特点而论，有

广泛的J用途。能用于分离颗粒分布中的I大颗粒，在某些状况下，其自身就是能进行合适的

污染控制，它的重要用途是对更有效的控制装置作为i种初筛选装置。在大颗粒尤其多的

地方，沉降室能除掉颗粒分布中的大量大颗粒，这些颗粒如不除掉，就要堵塞其他控制装

置。

(•)原理：运用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理。含尘气流进入沉降室

后，引流动截面积扩大，流速迅速下降，气流为层流，尘粒在重力作用下缓慢向灰斗沉

降。

a.沉降速度

由第三章可知，悬浮在空气中的尘粒在重力作用下降落时，起初作加速运动，但当空

气的阻力增大到使尘粒所受的合力为零时，它就开始作勺速下降，尘粒的降落速度到达最

大恒定速度，该速度即为沉降速度Us。

层流区：雷诺数RepWl,对球形粒子而言：

2

dp\PP-P)g(/\"八

us=———--------(in/s)(6-2)

当介质为空气时pP»p则有：（〃z/s）(6-3)

18〃

由上式可见Vtocd；,若dp小，则Vt就小，故小颗粒就难分离。

若将雷诺数Rep=l代入，可求出尘粒沉降时口勺临界粒径

“飙%7得uf

代入(6-2)得：=2.633(6-4)

-p)pg

一般说来方程式6-3应用于粒径不不小于50pm廿勺球形尘粒，不不小于100pm得尘粒

误差也不大。工业粉尘粒径大体为1—100卜im,粒径不不小于5HmU勺尘粒实际沉降速度要

比Stocks定律预示"勺大，需修正。故dpW5Hml1勺尘粒：us=c-usStocks

c为修正系数，在空气中温度为20℃,压强为lalm时，+上01匕72

dp

dp为pnic

(6.021xlCr4"

在其他温度下，Kc值就变化，K,=l+

dp

（二）重力沉降室的设计

假设通过重力沉降室断面的水平气流的速度V分布式均匀的，呈层流状态；入口断面上粉

尘分布均匀（即每个颗粒以自己的沉降末端速度沉降，互不影响）；在气流流动方向上尘

粒和气流速度相等，就可得到除尘设计的简朴模式。

1.沉降时间和（最小粒径时的）沉降速度

尘粒的沉降速度为Vt,沉降室的长、宽、高分别为L、W、H,要使沉降速度为Vt的尘粒

在沉降室内所有清除，气流在沉降室内的停留时间

t（/=白）应不小于或等于尘粒从顶部沉降到灰斗的时间（（=旦），即：->—

VV,VVt

将匕"dpPpg代入上式，可求出沉降室能100%捕集H勺最小粒径dmin

18〃

18%

"VP"

上式是在理想状况下得到啊，实际中常出现反混现象，工程上常用36替代式中日勺18,这

样理论和实践更靠近。室内的气流速度u应根据尘粒口勺密度和粒径确定。常取0.3—

0.5m/s,一般取0.2—2m/so

沉降室的设计：概括1.沉降时间，=52沉降速度（按规定沉降的最小颗粒）

2.沉降室尺寸

先按〃，=，"刍算出捕集尘粒H勺沉降速度小，在假设沉降室内的气流速度V和沉降

518〃

室高度H（或宽度W），而后求沉降室日勺长度和宽度（或高度）。

Q=WHV=WLVt

沉降室长度：L>—V

匕

沉降室宽度：W二卫-Q为处理气流量，m3/s

（三）沉降室口勺构造

重力除尘一般是让气流慢慢地通过构造简朴而体枳较大的除尘室，这样可为颗粒提供

落入底部灰斗日勺机会。颗粒需要降落的距离可通过在除尘室中放置某些水平隔板而缩短。

类型：重力沉降室可放置导流板，以变化气流的方向，以产生惯性作用，也可运用鱼

鳞板、百叶窗以产生惯性作用。有单层沉降室，有多层沉降式（平行H勺放置某些隔板）。

折流板式沉降室（垂直的折流板安装在沉降室的顶部，惯性作用力会增强颗粒的重力作

用。当气流被绕过折流板底部H勺时候，由于气流途径上这段弯曲部分H勺惯性作用，颗粒被

分离F来。

四、实际性能和测试

沉降式H勺实际性能几乎•从不进行试验测量或测试，在最佳的状况下，这种装置也只能

作为气体的初级净化，除去最大和最重口勺颗粒。沉降室的除尘效率约为40-70%,仅用于

分离dp>50pm的尘粒。穿过沉降室的颗粒物必须用其他日勺装置继续捕集。

长处：构造简朴、投资少、易维护管理、压损小（50—130Pa）。

缺陷：占地面积大、除尘效率低。

1.设计规定

（1）.保证粉尘能沉降，L足够长；

TH

（2）.气流在沉降室的停留时间要不小于尘粒沉降所需的时间。->—

1

2

（3）.能100%沉降叼最小粒径Jtnin=竺生皿=竺良丝（重点）

vppgL犯9

2.设计的重要内容

根据粒径dp算出1）Vt；2）初始确定：V、H„根据乙=2丫求长度L。

3）根据进气量Q求宽度B,Q=VBH.

电除尘器（出计算题）

5.4粒子的捕集（只在本节出题）

一、驱进速度

在电场中粉尘的运动重要受静电力和空气动力支配。

静电力R=qEpEp——粒子所处位置的集尘电场强度，V/m

空气动力重要是由于粉尘和气体之间依J相对运动所引起的阻力按斯托克斯公式计算：

入二力相等时，即F尸F2时，尘粒就到达一种极限速度或终末速度：

呜

0）=-----

3浜%

⑴称为尘粒的驱进速度。从式中可看出，驱进速度⑴与尘粒的荷电量、粒径、电场强度及

气体的粘性有关，其方向与电场方向一致，垂直于集尘电极表面。因尘粒的荷电量取决于

两种荷电机制，故可根据粒径大小确定以哪种荷电方式为主，可得如下驱进速度公式：

较大尘粒：呼"产，（场荷电的饱和电荷值代入即得）

除+2〉

不不小于0.2pm的尘粒以扩散荷电方式为主，按怀特公式计算掂量，但这时时空气阻

力Fa因分子减产生滑移而减小，需用肯宁输一斯托克斯修正系数c加以修正，得下式：

qEc

co=-^n~按此式计算的驱进速度仅是尘粒口勺平均驱进速度的近似值，由于电场中各点

3甲d「

的场强并不相似，荷电量日勺计算值是近似的，此外，气流、粉尘特性等日勺影响也未考虑进

去。

二、捕集效率方程式（多依奇方程式）（重点）

电除尘器捕集效率与粉尘性质、场强、气流速度、气体性质及除尘器构造等原因有

关，因此严格地从理论上推导捕集效率方程式是困难的，必须作一定日勺假设。有关捕集效

率方程式由许多专家从理论上进行了研究，并推导出了计算式，卜面我们简介两个：

1.多依奇(Deutsch)方程式:

于1923年提出，他在推导过程中作了一系列假设，重要有：

①电除尘器中的气流为紊流状态，通过除尘器任一横断面的粉尘浓度是均匀分

布的J；

②进入除尘器的粉尘立即到达了饱和荷电：

③忽视电风、气流分布不均匀、二次扬尘等的影响。

在此简介•下索流状态：在，业生产中应用的电除尘器皆处在紊流区域内。在素流状

态下，较小尘粒运动重要取决于空气动力特性。它们的运动轨道无法精确估计，但在集尘

极板附近的I边界层中，由于摩擦使紊流减弱了，每一尘粒均有一垂直于集尘极板的速度分

量①，其大小与气流速度v具有相似的数量集，因而在时间间隔t内，在离极板为cotE向气

流层内的粉尘皆能尘降到长度为L口勺集尘极表面上。

气流紊流区电晕线

推导过程如下;

CC+dL清洁气流的

含尘气流G

——>

——>V

出口

入口

断—>

设气体流向为x,气体和粒子的流速皆为v(m/s),气体流量Q(m%),粒子浓度为

3

c(g/m),流动方向上每单位长度B勺集尘板面积aQif/m),总集尘极板面积Ac(nf),极板

长度为L(m),流动方向上日勺横截面积为A(nf),粒子驱进速度为3(nVs),则在dt时

间内于dx空间捕集口勺粒子质量为：

dm=a(cb:\joc(dt)=-F(dx\dc)由于vdt=dx，代入上式得：

—dx=~—将其从除尘器入口(浓度为C)到出口(浓度为Co)进行积分，并

Fvc

考虑Fv=Q，对上式积分，则得到理论捕集方程式：

cLa(o.ade

——or=-——

JopvJc,c

照入，组

Fvq

(CIO)\

Co=qexp-—L

l八，)

由于Fv=Q,aL=A,代入上式得：c0=Cjexp^--^<y

多依奇方程式：7==\-^=1-expf--^l(重点)

q加IQ)

(L\

线板式电除尘器：7/=l-exp一一co

\sv)

L——电场长度；

S——电晕线与集尘板距离；

V——气流速度。

(2L\

对半径为b曰勺圆管式电除尘器：7=1-exp——①

\从，；

多依奇方程式概括地描述了效率与集尘极板表面积，气体流量和粉尘驱进速度之间日勺关

系，指明了提高电除尘器捕集效率的途径，因而被广泛应用在电除尘器日勺性能分析和设计

中

假如粒子比电阻过低，即导电能力强，则带负电口勺粒子抵达集尘极后，不仅未将负离

子转移到集尘极上进行电性中和而被捕集，反而立即放出所带负电荷、获得正电荷。若正

电荷形成日勺斥力不小于粒子的粘附力，则沉积的粒子又被排斥到气流中，形成重返气流，

导致粒子沿着极板表面跳动着前进，最终被气流带出除尘器。石墨、炭黑和金属粉末等都

属于这种低阻型粉尘。

反之，若粒子比电阻过高，即导电性差，如水泥、铅、锌等，则称高阻型粉尘。这种

粉尘抵达集尘极后释放电荷很慢，并残留着部分电荷，这不仅会排斥随即而至的带有同性

电荷的粒子，影响其沉降，并且引起粉尘层空隙中口勺气体被电离，发生电晕放电。这种在

集尘极上产生电晕放电H勺现象称为反电晕。此外，电晕产生正离子和负电子，正离子穿过

极间区域向电晕极运动，会使集尘场强减弱，粒子所带负电荷部分被正离子中和，粒子电

荷减少，因而减弱了粒子的沉降，捕集效率明显减少。（23年简答题）

第6章过滤式除尘器（只在前两节出简答题）

袋式除尘器捕集尘粒的过程一般可分为两个阶段。最初是含尘气体通过清洁滤布，这

时重要靠滤布纤维捕集尘粒。由于清洁滤布口勺空隙相对较大，故除尘效率较低。其后，伴

随捕集粉尘量的不停增长，部分尘粒嵌入滤布空隙，部分粉尘覆盖在滤布表面形成粉尘初

层。此时，含尘气体的过滤重要靠粉尘层进行，除尘效率大大提高。伴随粉尘层的累枳、

加厚，滤袋两侧压差会逐渐加大，通流面积缩小，流速提高，甚至带走部分已沉积颗粒，

使分离效率反而下降。因此待粉尘层到达一定厚度时，必须进行清灰，以保证除尘器的长

期稳定运行。

袋式除尘器捕集粉尘时，重要是靠粉尘通过布袋时产生的筛分、碰撞、粘附、扩散、

静电、重力等效应来捕集的。（23年考点）

过滤速度及过滤比负荷是表达袋式除尘器捕集尘粒的重要技术经济指标。

若过滤速度过高，积在滤料上的粉尘层会被压实，阻力损失急剧增长，由于滤料两侧

的压差增长，使粉尘压入滤料内部，甚至穿过滤料混入排出气体，导致出口含尘浓度增

长，这种状况在滤料刚清完灰时最为明显。过滤速度过高还会导致滤料上粉尘层的迅速形

成，使清灰频率增长。

当过滤速度较低时，阻力损失相对较低，捕集效率对应提高，但过滤面积随之增大，

占地面积和一次性投资都会增长。

因此，过滤速度的选择要综合粉尘的性质、滤料种类及清灰方式等原因来确定。

一般而言，当过滤的粉尘较细时，过滤风速应取较小值，反之则应取较大值；此外，

当含尘浓度较大时，滤速应取小些，反之则应取大些。（23年考点）

对粒径为0.2~0.4um的粉尘，滤料在不一样积尘状态下，其过漉效率都最低。这是由

于这一粒径范围H勺尘粒刚好处在惯性与拦截捕集作用内下限，扩散捕集作用的上限。因

此，该粒径欧I尘粒是最难捕集日勺。（23年考点）

第七章：（本章大体理解即可）湿式除尘是运用洗涤液来捕集粉尘,运用粉尘与液滴

的碰撞及其他作用来使气体净化的措施。

特点（长处）：

①不仅可除粉尘，还可净化气体；

②效率较高，粉尘粒径较小；

③体积小，占地面积小；

④能处理高温、高湿H勺气流。

缺陷：

①有泥渣；

②防冻设备（冬天）；

③易腐蚀设备；动力消耗大。

第8章吸取法净化气态污染物（重点）

本章前三节所有是重点！第二节是难点！要整体全面把握!

第9章吸附法净化气态污染物（重点）

气体在固体表面上H勺吸附分为物理吸附和化学吸附，两者的吸附

机理是完全不一样的：

物理吸附的原因是分子间的引力。特性为：1、固体表面与被吸附

的气体之间不发生化学反应。2、对吸附的气体没有选择性，可吸附

一切气体。3、既可以是单分子层吸附。也可以形成多分子层吸附。

4、吸附过程为放热过程，因此低温有助于物理吸附。

化学吸附的原因是化学键力。体征为：1、具有明显的选择性。

2、单分子层吸附。3、吸附热量大。4、被吸附分子的构造发生变化

而活性升高。5、吸附速率随温度升高而增长。6、是不可逆吸附。

注：此外本章有一种重点就是179页2.固定床穿透时间的计算!

曾在23年23年23年都考过！书上这部分都要好好看！（重点）

第10章催化法净化气态污染物（重点）

催化净化法选用催化剂H勺原则是：应根据污染气体的成分和确

定的化学反应来选择恰当H勺催化剂，催化剂规定有很好的活性和选

择性、足够的机械强度、良好的热稳定性和化学稳定性。此外还要

考虑其经济性。

催化剂的加入，诱发了原反应所没有的中间反应，使化学反应

沿着新的途径进行.新的反应历程往往包括一系列的基元反应，而

在每个基原反应中，由于反应分子与催化剂生成了不稳定的活化络

合物，反应分子的化学键发生松弛，使得其活化能大大低于原反应

活化能，因而化学方应速度明显加紧。

催化剂的作用除能加紧化学反应速度外，还具有如下两个特

性：

1、催化剂只能缩短反应到达平衡的时间，而不能使平衡移动，更不

能是热力学上不也许发生的反应发生。

2、催化剂作用品有特殊日勺选择性。对同种催化剂而言，在不一样日勺

化学反应中可以体现出明显不一样的活性；而对相似日勺反应物来

说，选择不一样日勺催化剂可以得到不一样口勺产物。

气固相催化反应的过程分为如下七个环节：1、反应物从气流主体

向催化剂外表面扩散（外扩散过程）；2、反应物由催化剂外表面沿

微孔方向向催化剂内部扩散（内扩散过程）；3、反应物在催化剂出J

表面上被吸附（吸附过程）；4、吸附出J反应物发生化学反应，转化

成反应生成物（表面反应过程）：5、反应生成物从催化剂表面上脱

附（脱附过程）；6、脱附的生成物从微孔向外扩散到催化剂的外表

面（内扩散过程）；7、生成物从催化剂表面扩散到主气流中被带走

（外扩散过程）。

上述7个环节可以归纳成三个过程：1、7为外扩散过程，重要受

气流状况的影响；2、6为内扩散过程，重要受微孔构造的影响；

3、4、5都与表面化学有关，统称为表面化学反应过程，重要受化

学反应和催化剂性质、温度、气体压强等原因的影响。

显然，催化反应的速度由这7步中最慢的一步决定，这一步称