大气 第3章 除尘技术基础.ppt

1第三章 颗粒污染物控制技术基础Ø主要内容：第一节 颗粒的粒径及粒径分布 第二节 粉尘的物理性质第三节 净化装置的性能第四节 颗粒捕集的理论基础Ø学习方法和建议2第一节 颗粒的粒径及粒径分布•引言一、颗粒的粒径二、粒径分布三、平均粒径四、粒径分布函数• 3一、颗粒的粒径颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一•几种常用粒径定义方法1、用显微镜法观测颗粒时，采用如下几种粒径： 4（1）定向直径dF (Feret直径)u为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度2）定向面积等分直径dM (Martin直径)：n为各颗粒在投影图上按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度5（3）投影圆直径dH (Heywood直径)：n为与颗粒投影面积相等的圆的直径67u若颗粒投影面积为A，则： u根据黑乌德测定分析表明，同一颗粒：dF＞dH＞dM 82、用筛分法测定时可得到筛分直径：u为颗粒能够通过的最小方孔的宽度 3、用光散射法测定时可得到等体积直径dv：u为与颗粒体积相等的球的直径u若颗粒体积为V，则 94、用沉降法测定时，一般采用两种定义：n斯托克斯(Stokes)直径ds:为在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的球的直径。

n空气动力学直径da:为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度(ρp＝1g/cm3)的球的直径粒径的测定和定义方法可归纳为两大类：n按颗粒几何性质直接测定和定义，如显微镜 法和筛分法；n按颗粒某种物理性质间接测定和定义，如斯托克斯直径、等体积直径等1011•通常用球形度来表示颗粒形状与球形颗粒不一致程度的尺度n球形度是与颗粒体积相等的球的表面积和颗粒表面积之比，以ΦS表示nΦS的值总是小于1n对于正方体ΦS＝0.806n对于圆柱体，若其直径为d、高为L，则ΦS＝2.62(1/d)2/3/(1+21/d)1213二、粒径分布1、定义：n粒径分布是指不同粒径范围内的颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例n分为个数分布、质量分布、表面积分布142、以质量分布为例讲解粒径分布u例：测定某种粉尘粒径分布时，采取的尘样质量m0＝10g，经测定得到各粒径间隔dp至dp+Δdp(或粒径宽度Δdp)内粉尘质量为Δm(g) 1516(1)频率分布g(%)：粒径dP至dP+ΔdP之间的尘样质量占尘样总质量的百分数，即并有 ∑g=100%由上表中的g值可绘出频率分布直方图如下：17可见频率分布g值与选取的粒径间隔的大小有关。

粒径的频率分布18(2)频率密度分布q(%·μm-1)：简称频度分布u指单位粒径间隔宽度时的频率分布，即粒径间隔宽度ΔdP=1μm时尘样质量占尘样总质量的百分数q=g/ΔdP (%·μm-1)由计算结果可绘出频度分布q的直方图，用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线：19粒径的频率密度分布20(3)筛下累积频率分布G(％)：u系指小于某一粒径dp的尘样质量占尘样总质量的百分数 由计算出的各G值，可以绘出筛下累积分布曲线如下图： 21粒径的筛下累积频率分布22（4）筛上累积分布R(％)：u大于某一粒径dP的尘样质量占尘样总质量的百分数 23最常用的有算术平均直径、中位直径、众径及几何平均直径等 24算术平均直径平均粒径几何平均直径中位直径众径三、平均粒径 1、算术平均直径 n所有颗粒直径之和与颗粒总粒数之比25式中 ni——以di为中值的粒径间隔内的颗粒粒数；∑nidi——颗粒群总长度；∑ni——颗粒总粒数 262、中位直径d50：u为粒径分布的累积频率等于50％的粒径u如筛下累积频率分布图中的粒径分布，中位直径d50约为13μm3、众径dd：u为粒径分布中频度q值最大时对应的粒径。

u它也对应于累积分布曲线的拐点如频度分布图中的众径dd约为3.9μm27•对于频度分布曲线是对称性的分布(如正态概率分布)有：算术平均直径 =中位直径d50=众径dd 即为对称轴对应的直径•对于频度分布曲线是非对称性分布，则众径＜中位直径＜算术平均直径284、几何平均直径dg：u为N个颗粒的粒径之积的N次方根，即或 29•几何平均直径也可用1ndg表示 或 对于单分散气溶胶 否则 30四、粒径分布函数1.正态分布对于正态分布函数，粒径的频度分布可表示成为： u式中б和 为正态分布的两个特征数 可用算术平均直径或中位直径d50或众径dd表示 31因为正态分布曲线是关于均值对称的钟形曲线，均值 筛下累积频率分布曲线在正态概率坐标纸上为一直线，斜率为标准差б 其定义为：32u对于正态分布:б=d84.1-d50= d50-d15.9=1/2(d84.1-d15.9) u大多粉尘的频度曲线是非对称的，向大颗粒方向偏离u正态分布一般可用于描述单分散的实验粉尘、某些花粉和孢子以及专门制备的乙烯乳胶球等 332.对数正态分布n如果变量dp用lndp代替后，频度分布曲线呈对称的钟形曲线，即符合正态分布，则认为该粉尘粒径分布符合对数正态分布。

34对数正态分布的频度分布曲线35•平均粒径用lndp的算术平均直径代替，它与几何平均直径dg相同，且dg=d50•标准差用lndp的标准差替换，并称为几何标准差бgu因此，对数正态分布的频度函数可表示成 36•在粉尘粒径分布数据分析中，最方便的是应用对数概率坐标纸•在这种坐标纸上，符合对数正态分布的粒径累积分布曲线为一直线，其斜率仅与几何标准差бg值有关37这也是检验粉尘粒径分布是否符合 对数正态分布的一种简便方法d15.9d50d84.138•对于对数正态分布，几何标准差的计算： u几何标准差总是бg≥1当бg=1时，则称为单分散的粉尘（粒径皆相同） 39•如果某种粉尘的粒径分布符合对数正态分布，则无论是质量分布、粒径分布，还是表面分布：n他们的几何标准差бg相同；n频率密度分布曲线形状相同；n累积频率分布曲线在对数概率坐标图中为相互平行的直线，只是沿粒径坐标移动了一个常量距离40•若用MMD表示质量中位直径，NMD表示个数中位直径，SMD表示表面积中位直径， 则三者关系为：41由бg和MMD（或NMD）的值，可以求出各种平均直径：•算术平均直径 •表面积平均直径 •体积平均直径 •体积-表面积平均直径 42•例4-1 一组玻璃珠样品的筛下累积分布数据如下表所示。

检验这些数据是否符合对数正态分布；如果符合，确定бg、MMD、NMD 43解：将这些数据绘在对数概率坐标纸上，得到了两条相互平行的直线，如图所示，说明该玻璃珠样品的粒径分布符合对数正态分布15.9%50%84.1%44从这两条直线上可以读得：质量分布 粒数分布d84.1(µm) 41.7 29.7d50(µm) 30(MMD) 21.5(NMD)d15.9(µm) 21.7 15.5所以：бg=29.7/21.5=1.38或бg=21.5/15.5=1.39 或бg=（29.7/15.5）1/2=1.3845u因为相互平行的直线的бg值相同，关联NMD和MMD，由中位粒径关系式得：则бg＝1.395u这一值与按每条直线得到的斜率бg值非常接近，也证明了两条直线互相平行，符合对数正态分布•如果要求画出表面积累积分布线，只要求出线上的一点，即SMD值就可以了 4647§3-2 粉尘的物理性质(学生讲) •粉尘的密度、安息角与滑动角、比表面积、含水率、润湿性、荷电性和导电性、粘附性、自燃性和爆炸性。

48第二节 粉尘的物理性质•引言一、粉尘的密度二、粉尘的比表面积三、粉尘的润湿性四、粉尘的荷电性和导电性五、粉尘的黏附性 六、粉尘的安息角七、粉尘的自燃性和爆炸性•小结49一、粉尘的密度 n定义：单位体积粉尘的质量单位为kg/m3或g/cm3n真密度：将粉尘颗粒表面及其内部的空气排出后测得的粉尘自身的密度，以ρP表示 n堆积密度：包括粉体颗粒间气体空间在内的粉体密度，用ρb表示n对于同一种粉尘来说，ρb≤ρP50u 粉体的真密度与堆积密度之间关系： ρb=（1-ε）ρP ε—粉体的空隙率，它与粉体的种类、粒径大小及充填方式等有关（粉尘越细，吸附的空气越多，ε值越大；冲填过程加压或进行振动，ε值减小） n粉尘的真密度用于研究尘粒在气体中的运动、分离和去除等方面，堆积密度用于贮仓或灰斗的容积确定等方面51二、粉尘的比表面积n定义：单位体积(或质量)粉尘所具有的表面u以粉尘自身体积(即净体积)表示的比表面积SV可表示成:式中 ——粉尘的平均表面积，cm2；——粉尘的平均净体积，cm3；——粉尘的体积表面积平均直径，cm；52u以粉尘质量表示的比表面积Sm则为:式中ρp——粉尘真密度(g/cm3)。

u以堆积体积表示的比表面积Sb应为: u 粉尘的比表面积值的变化范围很广，大部分烟尘在1000cm2/g(粗烟尘)到10000cm2/g(细烟)的范围内变化 53三、粉尘的润湿性u定义：粉尘颗粒能否与液体相互附着或附着难易的性质称为粉尘的润湿性u润湿性粉尘：当尘粒与液体接触时，如果接触面能扩大而相互附着，则称为润湿性粉尘u非润湿性粉尘：如果接触面趋于缩小而不能附着，则称为非润湿性粉尘54•粉尘的润湿性与粉尘的种类、粒径和形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性等性质有关粉尘越细，润湿性？n粉尘的润湿还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的黏附力和接触方式有关n粉尘的润湿性是选用湿式除尘器的主要依据55压力 ，粉尘润湿性 ；温度 ，粉尘润湿性 ；56四、粉尘的荷电性及导电性1．粉尘的荷电性n荷电因素：电离辐射、高压放电或高温产生的离子或电子被颗粒所捕获、固体颗粒相互摩擦等n粉尘荷电后某些物理特性会改变：如凝聚性、附着性及其在气体中的稳定性等 n粉尘的荷电量随温度增高、表面积加大和含水率减小而增大，还与其化学成分等有关 572．粉尘的导电性n粉尘的导电性通常用电阻率表示，导电机制取决于粉尘、气体的温度、组成成分。

n在高温范围内，粉尘电阻率随温度升高而降低，其大小取决于粉尘的化学组成58n在低温范围内，粉尘电阻率随温度升高而增大，还随气体中水分或其他物质含量的增加而降低n在中间范围内，粉尘电阻率达到最大值n粉尘电阻率对电除尘器的运行有很大影响最适宜于电除尘器的运行的比电阻范围为104～ 1010Ω·cm5960五、粉尘的黏附性 n黏附：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黏附n粉尘颗粒之间黏附力：分子力、静电力和毛细力n影响粉尘黏附的因素:粉尘的粒径小、形状不规则、表面粗糙、润湿性好及荷电量大时，易于产生粘附现象 n四类粉尘：不黏性、微黏性、中等黏性、强黏强性61六、粉尘的安息角 n粉尘的安息角：粉尘通过小孔连续地下落到水平面上时，堆积成的锥体母线与水平面形成的夹角也称动安息角或堆积角一般为35°～55°n粉尘的滑动角：指自然堆放在光滑平板上的粉尘随平板作倾斜运动时，粉尘开始发生滑动时的平板倾斜角，也称静安息角，一般为40°～55°62n粉尘的安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的一个重要指标安息角小的粉尘，其流动性好n安息角与滑动角是设计料仓的锥角和含尘管道倾角的主要依据63n影响因素：粉尘粒径、颗粒形状、含水率、颗粒表面光滑程度及粉尘粘性等 。

一般粒径越小，安息角越大；粉尘含水率增加，安息角增大；表面越光滑和越接近球形的颗粒，安息角越小64七、粉尘的自燃性和爆炸性1.粉尘的自燃性u定义：是指粉尘在常温下存放过程中自然发热，此热量经长时间的积累，达到该粉尘的燃点而引起燃烧的现象65•引起粉尘自然发热的原因有：①氧化热:即因吸收氧而发热的粉尘,包括金属粉类(锌、铝、镁等)，碳素粉末类(活性炭、木炭等)，其他粉末(胶木、煤等)②分解热:因自然分解而发热的粉尘,包括漂白粉、次亚硫酸钠。