大气污染控制基础知识PPT讲稿.ppt
大气污染控制基础知识第1页，共91页，编辑于2022年，星期六第一节第一节 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/MPV=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，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);第2页，共91页，编辑于2022年，星期六 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，温度不实际工程应用中，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。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)第3页，共91页，编辑于2022年，星期六二、气体的基本物理性质二、气体的基本物理性质1 1、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:指指单单位位体体积积气气体体中中所所含含的的水水蒸蒸气气质质量量，等等于于水水蒸蒸气气分分压下的水蒸气密度。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之比。指气体的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度之比。（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。第4页，共91页，编辑于2022年，星期六2、密度、密度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 式中：式中：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/m3第5页，共91页，编辑于2022年，星期六单位质量（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所需要的热量，分所需要的热量，分恒压比热（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物各组分空气、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。比热的加权平均值。3、比热、比热wa,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/kgK第6页，共91页，编辑于2022年，星期六4 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，简称粘度气体污染物与空气混气体污染物与空气混合物的平均粘度在低合物的平均粘度在低压下可用右式计算：压下可用右式计算：第7页，共91页，编辑于2022年，星期六粘度产生的原因：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运动而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。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，一般以空气的粘度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到。来代替混合气体的粘度，可从有关的手册中查到。第8页，共91页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算一、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第9页，共91页，编辑于2022年，星期六2 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、压力、浓搜集计算数据，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；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，注明所有已知和未知变画出物料流程简图，标示所有物料线，注明所有已知和未知变量；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，如无化学反应可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；省去；q选择合适的计算基准。对连续流动体系，通常用时间作选择合适的计算基准。对连续流动体系，通常用时间作基准；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。第10页，共91页，编辑于2022年，星期六例题：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，烟气中，烟气中含含SO25.0g/m3。新鲜石灰石中。新鲜石灰石中CaO含量为含量为92%，系统在钙，系统在钙硫比（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。计算计算石灰的消耗量。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+1/2O2CaSO4据题意进行物料衡算据题意进行物料衡算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）第11页，共91页，编辑于2022年，星期六4）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第12页，共91页，编辑于2022年，星期六二、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系式如下：能量守恒定律。连续稳定过程热量衡算的基本关系式如下：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。第13页，共91页，编辑于2022年，星期六教材例题教材例题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-27.17410-6T2)(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：？第14页，共91页，编辑于2022年，星期六气体气体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第15页，共91页，编辑于2022年，星期六随意输入随意输入T1000，如图。，如图。显然显然T1000K不是方程的解不是方程的解已知已知Q2=（343.04+0.13T-27.17410-6T2)(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输入公式=(343.04+0.13*A2-0.000027174*A22)*(A2-298)第16页，共91页，编辑于2022年，星期六第17页，共91页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 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，对人和环境的颗粒的大小不同，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，因此危害亦不同，而且对除尘装置的影响甚大，因此颗粒颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。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，所以需要按一定的方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，作为颗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，简称为粒的直径，简称为粒径粒径。n一一般般将将粒粒径径反反映映单单个个颗颗粒粒的的单单一一粒粒径径和和反反映映由由不不同同颗颗粒粒组成的颗粒群的组成的颗粒群的平均粒径平均粒径第18页，共91页，编辑于2022年，星期六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dA第19页，共91页，编辑于2022年，星期六a-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-投影面积直径投影面积直径第20页，共91页，编辑于2022年，星期六2、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的大筛孔的宽度筛孔的大小，用目小，用目(每英寸长度上筛孔的个数每英寸长度上筛孔的个数)表示表示第21页，共91页，编辑于2022年，星期六q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q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相同、：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径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等的单：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（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学行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为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径第22页，共91页，编辑于2022年，星期六算术平均径（算术平均径（d d1010）中位径（中位径（d d5050）（重点）（重点）众径（众径（d dd d）几何平均径（几何平均径（d dg g）加权平均径（加权平均径（d d4040）（二）粒子群的平均粒径粒子群的平均粒径平均粒径平均粒径 质量质量中位径（中位径（d d5050）：粒子群中把颗粒质量平分一半时）：粒子群中把颗粒质量平分一半时的颗粒的直径。的颗粒的直径。第23页，共91页，编辑于2022年，星期六名称名称符号符号定定义义备备注注算算术术平均径平均径中位径中位径众径众径几何平均径几何平均径加加权权平均径平均径d10d50ddd40粒子群中粒子群中颗颗粒直径算粒直径算术术平均平均值值粒粒子子群群中中颗颗粒粒总总质质量量为为二二分分之之一一时时的的颗颗粒直径粒直径粒径分布中粒径分布中频频度最高的粒径度最高的粒径颗颗粒粒径的几何平均粒粒径的几何平均值值粒粒子子群群中中各各颗颗粒粒的的直直径径乘乘以以相相应应的的质质量分数加量分数加权权而成的平均粒径而成的平均粒径表表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第24页，共91页，编辑于2022年，星期六1 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径的颗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，称为粒所占的比例。如以颗粒所占的个数来表示，称为粒数分粒数分布布；如以颗粒的质量所占比例来表示，称为；如以颗粒的质量所占比例来表示，称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，测定得到各粒径范围，测定得到各粒径范围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。第25页，共91页，编辑于2022年，星期六序号序号粒径范粒径范围围d dP P(m)m)粒径粒径间间隔隔dP(m)平均粒径平均粒径(m)m)粉粉尘质尘质量量m(g)频频率分布率分布D(%)频频度分布度分布(%.(%.m m-1-1)筛筛上累上累计计 分布分布R(%)筛筛下累下累计计分布分布D(%)1 12 23 34 45 56 67 78 89 910106 61010101414141818182222222626263030303434343838384242424 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 8.415.015.020.120.120.820.818.718.710.710.73.83.80.00.00.070.070.570.572.102.103.753.755.035.035.205.204.684.682.672.670.950.950.00.010010099.899.897.597.589.189.174.174.154.054.033.233.214.514.53.83.80.00.00 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第26页，共91页，编辑于2022年，星期六图图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第27页，共91页，编辑于2022年，星期六（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样总质量的之间的粒子质量占尘样总质量的百分数，即百分数，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%第28页，共91页，编辑于2022年，星期六（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=1m时的尘样时的尘样质量占尘样总质量的百分数，因此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）第29页，共91页，编辑于2022年，星期六（3）筛上累计频率分布）筛上累计频率分布R（%）简称筛上累计分布，系指大于某一粒径简称筛上累计分布，系指大于某一粒径dp的全部粒子质量的全部粒子质量占尘样总质量的百分数，即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（%）简称筛下累计分布，系指小于某一粒径简称筛下累计分布，系指小于某一粒径dp的全部粒子质量的全部粒子质量占尘样总质量的百分数，即占尘样总质量的百分数，即第30页，共91页，编辑于2022年，星期六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质量占个间隔上限粒径的所有颗粒质量占总颗粒质量的百分比总颗粒质量的百分比n筛上累积频率：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量占总颗粒质量的百分比质量占总颗粒质量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。第31页，共91页，编辑于2022年，星期六序号序号粒径范粒径范围围d dP P(m)m)平均粒径平均粒径(m)m)频频率分布率分布D(%)筛筛上累上累计计 分布分布R(%)筛筛下累下累计计分布分布D(%)筛筛上累上累计计 分布分布R(%)筛筛下累下累计计分布分布D(%)1 12 23 34 45 56 67 78 89 910106 61010101414141818182222222626263030303434343838384242428 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 00.20.22.52.510.910.925.925.946.046.066.866.885.585.596.296.2100.0100.099.799.797.497.48989747453.953.932.132.114.414.43.73.70.00.00.00.00.30.32.62.61111262646.146.166.966.985.685.696.396.3100100100100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第32页，共91页，编辑于2022年，星期六第33页，共91页，编辑于2022年，星期六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，为常）曲线下形心位置的的直径，为常用平均粒径。用平均粒径。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d50R=D50%所对应的直径所对应的直径第34页，共91页，编辑于2022年，星期六三、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：如频率密由上可见，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；累积频率曲线呈度曲线大致呈钟型；累积频率曲线呈“S”型。因此，型。因此，目前，对于描述一定种类粉尘的粒径分布，已经找到一目前，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。些半经验函数形式。第35页，共91页，编辑于2022年，星期六1、正、正态态分布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，正态分布的频正态分布的频率密度函数为：率密度函数为：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=平均粒径平均粒径第36页，共91页，编辑于2022年，星期六图图 3-5 3-5 正态分布曲线及其特征值估计正态分布曲线及其特征值估计第37页，共91页，编辑于2022年，星期六2、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曲线，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，以以lndp代替代替dp就可以将其转化为近似正态分布曲线的对称性钟就可以将其转化为近似正态分布曲线的对称性钟形曲线。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g第38页，共91页，编辑于2022年，星期六第39页，共91页，编辑于2022年，星期六对数分布的特点：对数分布的特点：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，都表示的粒径分布，都遵从对数正态分布，且几何标准差相等，其遵从对数正态分布，且几何标准差相等，其中位径中位径的换算式的换算式为：为：以个数表示时以个数表示时的中位径的中位径以质量表示时以质量表示时的中位径的中位径以表面积表示时以表面积表示时的中位径的中位径第40页，共91页，编辑于2022年，星期六算术平均径：算术平均径：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第41页，共91页，编辑于2022年，星期六例题例题：粉煤燃烧产生的飞灰的粒径分布遵从对数正态分布，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，中位径为当以质量表示其粒径分布时，中位径为21.5m，dpD=15.87%=9.8m，试确定以个数表示时对数正态分布，试确定以个数表示时对数正态分布函数的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差几何标准差。由于以个数和质量表示时的几何标准差相等，所以按式（由于以个数和质量表示时的几何标准差相等，所以按式（3-23）有）有第42页，共91页，编辑于2022年，星期六算术平均径为算术平均径为以个数表示时的中位径为以个数表示时的中位径为第43页，共91页，编辑于2022年，星期六3、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、筛分过程产的适用范围较广，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；分布系数分布系数对式（对式（326）两端取两次对数可得）两端取两次对数可得第44页，共91页，编辑于2022年，星期六图图 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）可求得）可求得，得到一个常用的，得到一个常用的R-R分布函数表达分布函数表达式式第45页，共91页，编辑于2022年，星期六例题例题：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，中分布，中位径为位径为0.11m，分布指数为分布指数为0.50，试确定小于，试确定小于1m的颗的颗粒在总烟尘中所占的比例。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：D=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46页，共91页，编辑于2022年，星期六第四节第四节 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出后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体中的运动。测得的粉尘自身的密度，常用于研究尘粒在气体中的运动。2、堆积密度（、堆积密度（b）：）：包含粉尘颗粒间气体空间在内的粉体密度，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。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第47页，共91页，编辑于2022年，星期六二、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，比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、蒸发、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。吸附和催化效应增强，爆炸性和毒性增大。以粉尘体积表示的比表面积以粉尘体积表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第48页，共91页，编辑于2022年，星期六三、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、表与粉尘的粒径、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、粘附力及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。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，表面越一般而言，颗粒物形状越不规则，粒径越大，表面越粗糙，越易湿润。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粒差；又例如球形颗粒的润湿性比形状不规则表面粗糙的颗粒差；又如石英的润湿性虽好，但粉碎成粉末后润湿性大为降低。如石英的润湿性虽好，但粉碎成粉末后润湿性大为降低。第49页，共91页，编辑于2022年，星期六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的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的粉尘称为湿润性（亲水性）粉尘；如水泥、飞灰、石灰称为湿润性（亲水性）粉尘；如水泥、飞灰、石灰；适于；适于湿式除尘。湿式除尘。反之，称为非湿润性（疏水性）粉尘；如煤粉、石墨粉反之，称为非湿润性（疏水性）粉尘；如煤粉、石墨粉.；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湿性可通过在水中加入某种浸湿剂来改善颗粒润湿性第50页，共91页，编辑于2022年，星期六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第51页，共91页，编辑于2022年，星期六n1、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子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为颗间的碰撞、粒子与器壁间的摩擦使颗粒带电的现象称为颗粒荷电。粒荷电。粉尘荷电后其物理特性等将被改变；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，电除尘器就通过粉尘荷电而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利用粉尘或液滴荷电将其捕集，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。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第52页，共91页，编辑于2022年，星期六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，或者由于表面吸附的水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导电的现象，用比电阻来表示，分和化学膜而发生导电的现象，用比电阻来表示，。比电比电阻越大，则导电性越差。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，一般最适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：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。不同温度范围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。内，粉尘导电的机制各异。第53页，共91页，编辑于2022年，星期六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的夹角，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，一般为一般为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，粉尘流动性越安息角越小，粉尘流动性越好好；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、粒子表面光滑影响因素：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。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）第54页，共91页，编辑于2022年，星期六用休止角用休止角r来来判断颗粒的流判断颗粒的流动性动性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第55页，共91页，编辑于2022年，星期六n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。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，有利于颗粒物的分离，一一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上被粘附；但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面上的粘附又能引起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。管道堵塞。六、颗粒的粘附性能六、颗粒的粘附性能第56页，共91页，编辑于2022年，星期六七、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、发酵热氧化热、分解热、聚合热、发酵热影响因素：影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境环境n粉尘的自燃性粉尘的自燃性第57页，共91页，编辑于2022年，星期六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燃烧产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：可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度度存在能量足够的火源存在能量足够的火源第58页，共91页，编辑于2022年，星期六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。第59页，共91页，编辑于2022年，星期六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，Pas球形颗粒球形颗粒第60页，共91页，编辑于2022年，星期六当颗粒为球形时当颗粒为球形时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的确定的确定第61页，共91页，编辑于2022年，星期六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 第62页，共91页，编辑于2022年，星期六63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）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第63页，共91页，编辑于2022年，星期六在在层层流区，当流区，当颗颗粒尺寸接近于气体分子自由程粒尺寸接近于气体分子自由程(标标况下况下约约6.810-2m)时时，颗颗粒粒产产生滑生滑动动，阻力减小，常采用康宁，阻力减小，常采用康宁汉汉系数系数C修正：修正：64努森数：努森数：气体分子气体分子自由程：自由程：气体分子算气体分子算术平均速度：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第64页，共91页，编辑于2022年，星期六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+6.211010T/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。已例题：试确定某一球形颗粒在静止干空气中的阻力。已知：知：dp=90m,=0.90m/s,T=293k,p=101.33kPa.（干空气粘（干空气粘度度=1.8110-5Pa.s，密度，密度=1.205kg/m3）解解第65页，共91页，编辑于2022年，星期六第66页，共91页，编辑于2022年，星期六静止状态的颗粒在外力作用下作加速运动，随着速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时，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动。颗粒达到其终端速度，并保持这一速度作匀速运动。在大气污染控制工程中，我们主要关注颗粒达到终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降速端沉降速度的时间、通过的距离及颗粒的终端沉降速度。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第67页，共91页，编辑于2022年，星期六设颗设颗粒的运粒的运动动方向与外力作用方向一致，方向与外力作用方向一致，则则上式可表示成上式可表示成下列方程：下列方程：第68页，共91页，编辑于2022年，星期六当加速度当加速度dvsdt，即，即颗颗粒运粒运动动达平衡达平衡时时，则颗则颗粒达到恒速状粒达到恒速状态态，vt为为一定一定值值，这时这时的速度称的速度称为终为终端端速度速度vt。第69页，共91页，编辑于2022年，星期六三、重力沉降三、重力沉降在重力在重力场场中，中，悬悬浮浮颗颗粒会在重力的作用下粒会在重力的作用下发发生沉降。在斯托克生沉降。在斯托克斯区，重力斯区，重力Fmgd3ppg/6，代入前式得：，代入前式得：第70页，共91页，编辑于2022年，星期六例题例题：颗粒直径为颗粒直径为0.25m，密度为密度为2250kg/m3，在重在重力作用下，在力作用下，在20常压空气中降落，试计算其终端速度。常压空气中降落，试计算其终端速度。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第71页，共91页，编辑于2022年，星期六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第72页，共91页，编辑于2022年，星期六四、离心沉降四、离心沉降在离心力作用下，在离心力作用下，颗颗粒在斯托克斯沉降区内匀速运粒在斯托克斯沉降区内匀速运动时动时，颗颗粒受到的离心力与流体阻力相互平衡。粒受到的离心力与流体阻力相互平衡。颗颗粒在旋粒在旋转转半径半径为为r的的轨轨道以角速度道以角速度运运动时动时，其所受，其所受的离心力的离心力为为mr2d3ppr 2，代入前式得到：，代入前式得到：在除尘装置中，离心力的运用非常普遍。旋风分离器就在除尘装置中，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。主要根据离心原理实现气固分离的。第73页，共91页，编辑于2022年，星期六五、静五、静电电沉降沉降在在强强电场电场中，如在中，如在电电除除尘尘器中，如
