颗粒污染物控制技术基础准
颗粒污染物控制技术
粉尘种类
真密度 g/cm3 3.8~4.2 6.4 2.1 5.0 4~5 2 2.7 3.1 2.76 3.0
堆积密度 g/cm3 1.5~2.6 2.60 0.60 0.7 0.2 0.3 1.0 0.13 0.29 0.6
滑石粉 碳黑烟尘 硅沙粉尘（105μ m） 硅沙粉尘（30μ m） 硅沙粉尘（8μ m） 硅沙粉尘（0.5~72μ m） 飞灰（0.7~5.6μ m） 电炉冶炼炉尘 化铁尘炉 锌精炼炉
一、粉尘的密度
4.应用： 真密度应用于研究尘粒在空气中的运动 堆积密度可用于存仓或灰斗容积的计算 5.常见工业粉尘的真密度和堆积密度 ：
粉尘种类
真密度 g/cm3 2.75 1.85 2.63 2.63 2.63 2.63 2.20 4.50 2.0 5 堆积密度 g/cm3 0.56~0.71 0.04 1.55 1.45 1.15 1.26 1.07 0.6~1.5 0.8 0.5
三、粉尘的粒径分布
七、粉尘的安息角
1、定义：指粉尘通过小孔连续地下落到水平板 上时，堆积成的锥体母线与水平面的夹角（也 叫静止角或堆积角）。 2、影响因素：粉尘的种类、粒径、形状和含水 量等因素有关。 3、作用：安息角是粉状物料所具有的动力特性 之一 。
八、粉尘的爆炸性
1、粉尘的几种爆炸性：
①有些粉尘与水接触后引起自然爆炸（如镁粉、碳 化钙粉尘）。 ②有些粉尘在空气中达到一定浓度时，在外界的高 温、摩擦、震动、碰撞以及放电火花等作用下会引起 爆炸（如硫矿粉、煤尘等） 。 ③有些粉尘互相接触或混合后引起爆炸 （化学爆炸 ） 。
2、几何当量径：取与颗粒的某一几何量（面积、 体积）相同的球形颗粒的直径为其几何当量径。 3、物理当量径：取与颗粒的某一物理量相同的 球形颗粒的直径为颗粒的物理当量径。
5《大气污染控制工程》教案-第五章.
第五章颗粒物燃物控制技术基础为了深入理解各种除尘器的除尘机理和性能，正确设计、选择和应用各种除尘器，必须了解粉尘的物理性质和除尘器性能的表示方法及粉尘性质和除尘器性能之间的关系。
第一节粉尘的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径粉尘颗粒大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的性能影响很大，所以颗粒的大小是粉尘的基本特性之一。
若颗粒是大小均匀的球体，则可用其直径作为颗粒大小的代表性尺寸。
但实际上，不仅颗粒的大小不同，而且形状也各种各样。
所以需要按一定的方法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒径。
下面介绍几种常用的粒径定义方法。
（1）用显微镜法．．．．观测颗粒时，采用如下几种粒径表示方法：①定向直径d F，也称菲雷待(Feret)直径；为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度，如图5—1(a)所示。
②定向面积等分直径d M，也称马丁(Martin)直径，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，如图5—1(b)所示。
③投影面积直径d A，也称黑乌德(Heywood)直径，为与颗粒投影面积相等的圆的直径，如图5一l(c)所示。
若颗粒投影面积为A，则d A＝(4A／π)1/2。
根据黑乌德测定分析表明，同一颗粒的d F＞d A＞d M。
（2）用筛分法．．．测定时可得到筛分直径，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d V，为与颗粒体积相等的球的直径。
若颗粒体积为V,则d V＝(6V ／π)1/3。
（4）用沉降法．．．测定时，一殷采用如下两种定义：①斯托克斯(stokes)直径d S，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。
②空气动力学当量直径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。
斯托克斯直径和空气动力学当量直径是除尘技术中应用最多的两种直径，原因在于它们与颗粒在流体中的动力学行为密切相关。
第五章--颗粒污染物控制技术基础
第五章颗粒污染物控制技术基础第一节颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径大气污染中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0.01～100μm的粒子。
颗粒的大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的影响甚大，因此颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。
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代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒径。
下面介绍几种常用的粒径定义方法。
1.显微镜法定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径（ Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM）显微镜法观测粒径直径的三种方法a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径2.筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度（筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数）3.光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径4.沉降法斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的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为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径粒径的测定结果与颗粒的形状有关，通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比Φs（Φs<1）正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)某些颗粒的圆球度二、粒径分布粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，也称粒子的分散度。
有个数分布、表面积分布、质量分布等，除尘技术中多采用质量分布。
粒径分布的表示方法有列表法、图示法和函数法。
第五章颗粒污染物控制技术基础
第五章颗粒污染物控制技术基础第一节颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径大气污染中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0.01～100μm的粒子。
颗粒的大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的影响甚大，因此颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。
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代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒径。
下面介绍几种常用的粒径定义方法。
1.显微镜法定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径（ Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM）显微镜法观测粒径直径的三种方法a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径2.筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度（筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数）3.光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径4.沉降法斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的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为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径粒径的测定结果与颗粒的形状有关，通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比Φs（Φs<1）正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)某些颗粒的圆球度二、粒径分布粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，也称粒子的分散度。
有个数分布、表面积分布、质量分布等，除尘技术中多采用质量分布。
粒径分布的表示方法有列表法、图示法和函数法。
内科大大气污染控制工程教案第5章 颗粒污染物控制技术基础
若将粉体颗粒间和内部空隙的体积与堆积粉体的总体积之比称为空隙率，用 表示，则空隙率 与 和 之间的关系为： =（1- ） ；
对于一定种类的粉尘，其真密度为一定值，堆积密度则随空隙率而变化；
（2）空气动力学当量直径da，为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度的圆球直径；
斯托克斯直径和空气动力学直径是除尘技术中应用最多的两种直径；
另外，通常用圆球度来表示颗粒形状与圆球形颗粒不一致程度的尺度。圆球度是与颗粒体积相等的圆球的表面积和颗粒的表面积之比，以 表示，其值总是小于1。
二、粒径分布
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。以颗粒的个数表示所占的比例时，称为个数分布；以颗粒的质量（或表面积）表示时，称为质量分布（或表面积分布）。除尘技术中多采用粒径的质量分布。
例5-1颗粒个数分布与质量分布的换算；
三、平均粒径
表示颗粒群的某一物理特性和平均尺寸的大小，需要求出颗粒群的平均粒径；
长度平均（或算术平均）粒径；（ ）
表面积平均粒径；（ ）
体积平均粒径；（ ）
表面积-体积平均粒径；（ ）
几何平均粒径；（ ）
对于频率密度分布曲线是对称性的分布（如正态分布），其众径 、中位直径 和算术平均直径 相等，即 = = ；对于频率密度分布曲线是非对称性的分布， ＜ ＜ ；
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；
影响粉尘安息角和滑动角的因素主要有：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度及粉尘粘性等。
三、粉尘的比表面积
粉尘的比表面积定义为单位体积（或质量）粉尘所具有的表面积。
大气污染控制工程：第五章 颗粒污染物控制技术基础2
➢ 惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较
[例题] 试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径 为0.001~20μm的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体 为直径100μm的纤维，在293K和101325Pa下的气流速度为 0.1 m/s。
34
四、颗粒捕集的理论基础
7、扩散沉降
➢ 惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较
第五章 颗粒污染物控制技术基础
本章主要内容
粉尘的粒径及粒径分布 粉尘的物理性质 净化装置的性能 颗粒捕集理论基础
2
三、净化装置的性能
评价净化装置性能的指标
–技术指标
• 处理气体流量 • 净化效率 • 压力损失
–经济指标
• 设备费 • 运行费 • 占地面积
3
三、净化装置的性能
1、净化装置的技术性能
18
四、颗粒捕集的理论基础
2、阻力导致的减速运动
➢ 根据牛顿第二定律
d
3 p
6
p
du dt
FD
CD
d p2 4
u2
2
即
➢ 若仅考虑Stokes区域
du dt
3 4
CD
p
u2 dp
du 18 u u
dt
d
2 p
ρ
d
2 p
p
18
驰豫时间 或松弛时间
➢ 积分得 u u0et / (m/s) ➢ 速度由u0减速到u所迁移的距离
6、惯性沉降
➢ 惯性碰撞
– 气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量
ReD
u0 Dc
靶子周围流体的雷诺数高 低与惯性碰撞几率的关系？
– 颗粒运动轨迹，用Stokes准数描述
大气 第3章 除尘技术基础
38
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：
他们的几何标准差бg相同； 频率密度分布曲线形状相同； 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。
39
若用MMD表示质量中位直径，NMD表示个数中位直
值有关。
36
对这 数也 正是 态检 分验 布粉 的尘 一粒 种径 简分 便布 方 法是 。否 符 合
d15.9 d50 d84.1
37
对于对数正态分布，几何标准差的计算：
d 84.1 d 50 d 84.1 1 / 2 g ( ) d 50 d15.9 d15.9
几何标准差总是бg≥1。当бg=1时，则称为单分
dp dp
（ %）
22
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。
23
三、平均粒径
平均粒径
几何平均直径 众径
算术平均直径 中位直径
24
1、算术平均直径 d L
所有颗粒直径之和与颗粒总粒数之比。
dL
式中
nd n
i i
i
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。
3
（1）定向直径dF (Feret直径)
为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度。
图4-1 用显微镜法观测颗粒直径的三种方法
4
（2）定向面积等分直径dM (Martin直径)：
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
图4-1 用显微镜法观测颗粒直径的三种方法
坎宁汉修正
17
三、粉尘的比表面积
单位体积(净体积)粉尘所具有的表面积
SV S 6 (cm2 /cm3 ) V dSV
以质量表示的比表面积
Sm S 6 (cm2 /g) pV p dSV
以堆积体积表示的比表面积
Sb S (1 ) 6(1 ) (1 ) SV (cm2 /cm3 ) V dSV
静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用 表示， 对于Stokes粒子：
qE C 3π d p
39
六、惯性沉降
颗粒接近靶时的运动情况
40
1、惯性碰撞
惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素
气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量
ReD
u0 Dc
颗粒运动轨迹，用Stokes准数描述: 颗粒的停止距离与 捕集体直径之比
33
例5-4 计算流体阻力
34
二、阻力导致的减速运动
根据牛顿第二定律
πd p u 2 du p FD CD 6 dt 4 2 du 3 u2 即 CD dt 4 p d p πd p3
2
若仅考虑Stokes区域 2 dP p du 18 u －驰豫时间或松弛时间 2 u 其中 ＝ dt d P p 18
S2 2NQ2N P 1 S1 1NQ1N
通过率
分级除尘效率
S3i S2 i i 1 S1i S1i
串联的总除尘效率
T 1 (1 1 )(1 2 ) (1 n )
29
第四节 颗粒捕集的理论基础
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质量分布
类似于数量分布，也有质量频率、质量筛下累积 频率、质量频率密度等
在所有颗粒具有相同密度、颗粒质量与粒径立方 成正比的假设下，粒数分布与质量分布可以相互 换算
同样的，也有质量众径和质量中位径（MMD）
3、平均粒径
❖ 长度平均直径
dL
nidpi ni
fidpi
❖ 表面积平均直径 ❖ 体积平均直径
❖ 个数筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的 所有颗粒个数与颗粒总个数之比
i
ni
Fi N
ni
个数分布
❖个数频率密度 p(dp)dF/ddp
❖ 粒数分布的测定及计算
个数分布
❖ 众径：频度p最大时对应的粒径，此时
dp dd p
d2F dd p2
0
❖ 个数中位径（NMD）：累计频率F=0.5时对应 的粒径
v R---R分布
G1exp(dpn)
若设 dp (1/ )1/n得到 G 1exp[(dp )n]
dp
一般多选用质量中位径 d 5 0或 d 6 3 .2
G1exp[0.693(dp)n] 或G1exp[( dp )n] ...RRS分 布 函 数
d50
d63.2
d500.6931/nd63.2
颗粒的粒径
▪ 筛分法
筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度 筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数
▪ 光散射法
等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径
▪ 沉降法
斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度 相同、沉降速度相等的球体直径
空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度 相等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径
第五章 颗粒污染物控制技术基础
1.粉尘的粒径及粒径分布 2.粉尘的物理性质 3.净化装置的性能 4.颗粒捕集理论基础
第一节 颗粒的粒径及 粒径分布
❖1、颗粒的粒径
l 显微镜法 l 筛分法 l 光散射法 l 沉降法
显微镜法
❖ 显微镜法观测粒径直径的三种方法
a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径
2πd p ln g
2 ln g
ln g [
ni (ln d pi / d g )2 ]1/ 2 N 1
v 对数正态分布（续）
符合对数正态分布的累计频率曲线在对数概率
坐标纸上为一直线，斜率决定于几何标准差 g
g
d84.1 d50
d50 d15.9
(d84.1)1/2 d15.9
g 1(= 1 时 为 单 分 散 气 溶 胶 ）
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
颗粒的粒径
❖ 粒径的测定结果与颗粒的形状有关 ❖ 通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度 ❖ 圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表
面积之比Φs（ Φs<1） ❖ 正立方体Φs＝0.806，
❖ 对于频率密度分布曲线对称的分布，众径 d d 、中
位径 d
5
和算术平均直径
0
d
L
相等
❖ 频率密度非对称的分布， dd d50 dL
❖ 单分散气溶胶，d L d g ；否则，d L d g
4、粒径分布函数
v 正态分布
频率密度
p(dp)12πexp[(dp2d2p)2]
筛下累积频率
标准差
F(dp)12πd0p exp[(dp2 d 2p)2]ddp
平均粒径的换算关系
lnMMDlnNMD3ln2g lnSMDlnNMD2ln2g
v 对数正态分布
对数正态分布的累积频率分布曲线
v 对数正态分布
可用 g 、MMD和NMD计算出各种平均直径
lndL lnNMD12ln2g lnMMD25ln2g lndS lnNMDln2g lnMMD2ln2g lndV lnNMD23ln2g lnMMD23ln2g
圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)
颗粒的粒径
❖ 某些颗粒的圆球度
2、粒径分布
❖ 粒径分布：不同粒径范围内颗粒的个数（或质 量或表面积）所占的比例
个数分布
❖ 个数分布: 每一间隔内的颗粒个数
❖ 个数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数
Σni之比
fi
ni
N
ni
个数分布
显微镜法
定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中 同一方向上的最大投影长度
定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒 在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的 线段长度
投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投 影面积相等的圆的直径
Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM
dd(nn1)1/nd63.2
v R---R分布
判断是否符合R－R分布
应为一条直线
lg[ln(1 1G)]lgnlgdp
R－R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
分布指数n>1时，近似于对数正态分布； n>3时，更适合于正态分布
第五章 颗粒污染物控制技术基础
1.粉尘的粒径及粒径分布
2.粉尘的物理性质
3.净化装置的性能 4.颗粒捕集理论基础
第二节 粉尘的物理性质
l 粉尘的密度 l 粉尘的安息角与滑动角 l 粉尘的比表面积 l 粉尘的含水率 l 粉尘的润湿性 l 粉尘的荷电性和导电性 l 粉尘的粘附性 l 粉尘的 N1
v 正态分布（续）
正态分布是最简单的分布函数 （1）频率密度分布曲线为对称的钟形曲线
dp d50 dd
（2）累计频率曲线在正态概率坐标纸上为一条 直线，其斜率取决于σ
正态分布函数很少用于描述粉尘的粒径分布，因 为大多数粉尘的频度曲线向大颗粒方向偏移
dS[nidnipi2]1/2(fidpi2)1/2 dV[nindipi3]1/3(fidpi3)1/3
❖ 表面积－体积平均直径
dSV
nidpi3 nidpi2
fidpi3 fidpi2
平均粒径（续）
❖ 几何平均直径
dg (d1n1d2n2d3n3...)1/N 或
dg exp(
ni lndpi ) N
v 正态分布
正态分布的累积频率分布曲线
v 对数正态分布
以lndp代替dp得到的正态分布的频度曲线
F (d p )
1
ln dp
2π ln g
exp[( ln d p / dg 2 ln g
)2 ]d (ln d p )
p(d p )
dF (dp) dd p
1
exp[( ln d p / dg )2 ]