大气污染控制工程_第五章_颗粒污染物控制技术基础准
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。
大气污染控制技术第五章习题及答案
第五章颗粒污染物控制技术基础5.1 根据以往的分析知道，由破碎过程产生的粉尘的粒径分布符合对数正态分布，为此在对该粉尘进行粒径分布测定时只取了四组数据（见下表），试确定：1）几何平均直径和几何标准差；2）绘制频率密度分布曲线。
解：在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线，d读出d84.1=61.0 m、d50=16.0 m、d15。
9=4.2 m。
g . 3.81 。
d50作图略。
5.2 根据下列四种污染源排放的烟尘的对数正态分布数据，在对数概率坐标纸上绘出它们的筛下累积频率曲线。
污染源质量中位直径集合标准差平炉0.36 2.14飞灰 6.8 4.54水泥窑16.5 2.35化铁炉60.017.65解：绘图略。
5.3 已知某粉尘粒径分布数据（见下表），1）判断该粉尘的粒径分布是否符合对数正态分布；2）如果符合，求其几何标准差、质量中位直径、个数中位直径、算数平均直径及表面积－体积平均直径。
解：在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线，读出质量中位直径d50d（MMD ）=10.3 m、d84.1=19.1 m、d15。
9=5.6 m。
g 84.1 1.85。
d50按《大气污染控制工程》P129（5－24）ln MMD ln NMD 3ln2 NMD 3.31 m；g12P129（5－26）ln d L ln NMD ln g d L4.00 m ；52P129（ 5－ 29） ln d sv ln NMD ln d sv 8.53 m 。
svsvsv 2 g sv5.4 对于题 5.3 中的粉尘，已知真密度为1900kg/m 3， 填充空隙率0.7， 试确定其比表面积 （分别以质量、净体积和堆积体积表示） 。
解：《大气污染控制工程》 P135（ 5－ 39）按质量表示 S m 6 3.7103cm 2 /gd sv P6323P135（ 5－ 38）按净体积表示S V 7.03 10 cm /cm d svP135（ 5－ 40）按堆积体积表示S b 6（1 ） 2.11 103cm 2/cm 3。
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
郝吉明第三版大气污染控制工程课后答案完整版
大气污染控制工程课后答案（第三版）主编：郝吉明马广大王书肖目录第一章概论第二章燃烧与大气污染第三章大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式第五章颗粒污染物控制技术基础第六章除尘装置第七章气态污染物控制技术基础第八章硫氧化物的污染控制第九章固定源氮氧化物污染控制第十章挥发性有机物污染控制第十一章城市机动车污染控制第一章 概 论1.1 干结空气中N 2、O 2、Ar 和CO 2气体所占的质量百分数是多少？ 解：按1mol 干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故n N2=0.781mol ，n O2=0.209mol ，n Ar =0.00934mol ，n CO2=0.00033mol 。
质量百分数为%51.75%100197.2801.28781.0%2=⨯⨯⨯=N ，%08.23%100197.2800.32209.0%2=⨯⨯⨯=O ；%29.1%100197.2894.3900934.0%=⨯⨯⨯=Ar ，%05.0%100197.2801.4400033.0%2=⨯⨯⨯=CO 。
1.2 根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出SO 2、NO 2、CO 三种污染物日平均浓度限值的体积分数。
解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2：0.15mg/m 3，NO2：0.12mg/m 3，CO ：4.00mg/m 3。
按标准状态下1m 3干空气计算，其摩尔数为mol 643.444.221013=⨯。
故三种污染物体积百分数分别为：SO 2：ppm 052.0643.44641015.03=⨯⨯-，NO 2：ppm 058.0643.44461012.03=⨯⨯- CO ：ppm 20.3643.44281000.43=⨯⨯-。
1.3 CCl 4气体与空气混合成体积分数为1.50×10－4的混合气体，在管道中流动的流量为10m 3N 、/s ，试确定：1）CCl 4在混合气体中的质量浓度ρ（g/m 3N ）和摩尔浓度c （mol/m 3N ）；2）每天流经管道的CCl 4质量是多少千克？解：1）ρ（g/m 3N ）334/031.1104.221541050.1N m g =⨯⨯⨯=-- c （mol/m 3N ）3334/1070.6104.221050.1N m mol ---⨯=⨯⨯=。
第05章 颗粒污染物控制技术基础PPT课件
5
颗粒的直径
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)
6
体积 表面积
正方体 a3 6a2
16
粒径分布函数
正态分布的累积频率分布曲线
17
粒径分布函数——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 ]
2
颗粒的粒径【显微镜法】
定向直径 定向面积等分直径 投影面积直径
3
颗粒的直径
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
dv
6V
1/3
➢ 等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径
4
颗粒的粒径【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
2πd p ln g
2 ln g
ln g [
ni (ln d pi / d g )2 ]1/ 2 N 1
18
对数正态分布（续）
对数正态分布在对数概率坐标纸上为一直线， 斜率决定于 g
g
d84.1 d50
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粉尘的密度
常见工业粉尘的真密度与堆积密度
粉尘种类 滑石粉 炭黑烟尘 硅砂粉尘 ( 0.5～72µ ) m 电炉冶炼尘 化铁炉尘 黄铜熔化炉尘 铜精炼尘 锌精炼尘 铅精炼尘 铝二次精炼尘 真密度 /(g.cm-3） 2.75 1.85 2.63 4.5 2.0 4～8 4～5 5 6 3 堆积密度 /(g.cm-3） 0.56～0.71 0.04 1.26 0.6～1.5 0.8 0.25～1.2 0.2 0.5 － 0.3 粉尘种类 造型黏土尘 铸砂尘 硅酸盐水泥尘 ( 0.7～91µ ) m 水泥原料尘 水泥干燥尘 锅炉渣尘 转炉烟尘 石墨尘 矿石烧结尘 重油铝炉烟尘 真密度 /(g.cm-3） 2.47 2.7 3.12 2.76 3.0 2.1 5 2 3.8～4.2 1.98
LOGO
对数正态分布
可用 g、MMD和NMD计算出各种平均直径
1 2 5 2 ln d L ln NMD ln g ln MMD ln g 2 2 ln dS ln NMD ln 2 g ln MMD 2 ln 2 g 3 2 3 2 ln d V ln NMD ln g ln MMD ln g 2 2
2
f i d pi 3 f i d pi 2
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三、平均粒径（续）
几何平均直径 d g (d1n1 d 2 n2 d 3n3 ...)1/ N
dg
或
N 对于频率密度分布曲线对称的分布，众径 d d 、中
n ln d exp(
i
pi
堆积密度 /(g.cm-3） 0.72～0.8 1 1.5 0.29 0.6 0.6 0.7 0.3 1.5～2.6 0.2
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粉尘的安息角与滑动角
安息角：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
滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动
ab间隔的 个数频率？
f ab Fb Fa
a
b
LOGO 粒数中位径（NMD）：累计频率F=0.5时对应的粒径
1、个数分布
④个数频率密度
p(d p ) dF / dd p
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粒数分布的测定及计算
LOGO
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
LOGO
第二节 粉尘的物理性质 粉尘的密度 粉尘的安息角与滑动角 粉尘的比表面积 粉尘的含水率 粉尘的润湿性 粉尘的荷电性和导电性 粉尘的粘附性 粉尘的自燃性和爆炸性
f i d pi
表面积平均直径
dS [
ni d pi 2 ni
]1/ 2 (f i d pi 2 )1/ 2
体积平均直径
dV [
ni d pi 3 ni
]1/ 3 (f i d pi 3 )1/ 3
表面积－体积平均直径
dSV
ni d pi 3 ni d pi
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2、质量分布（续）
（1）质量频率
mi gi mi ni d pi
3
类似个数分布
3
n d
i
N
pi
（2）质量筛下 累积频率
Gi g i
i
ni d pi 3
i
Gi g i
i
i
ni d pi 3
N
i
ni d pi 3
LOGO
2、质量分布（续）
个数频度曲线p 质量频度曲线q
钟形
个数筛下累积频率曲线F
质量筛下累积频率曲线G
S形 质量分布q、 G比个 数分布p、F右移
LOGO
三、平均粒径
长度平均直径
dL
ni d pi ni
2
]
筛下累积频率
1 F (d p ) 2π
dp
0
exp[
(d p d p )2 2
2
]dd p
标准差
[
ni (d pi d p )2 N 1
]
1/ 2
LOGO
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
d p d 50 d d
（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
LOGO
正态分布
正态分布的累积频率分布曲线
A1 = AH d2
Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM
LOGO
1、显微镜法
显微镜法观测粒径直径的三种方法
A1
A2
dF
dM
dH
A1 = A2
a-定向直径 b-定向面积等分直径 用显微镜法观测颗粒直径的三种方法
c-投影面积直径
LOGO
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
LOGO
3、光散射法
等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径
6V dv
1/3
)
位径 d50和算术平均直径 d L 相等
频率密度非对称的分布， d d d50 d L 单分散气溶胶，d L d g ；否则，d L d g
LOGO
四、粒径分布函数
正态分布 频率密度
p(d p ) 1 exp[ 2π (d p d p )2 2
ln g [
ni (ln d pi / d g ) 2 N 1
]1/ 2
LOGO
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 d 84.1 d 50 d 84.1 1/ 2 g ( ) d 50 d15.9 d15.9
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1、个数分布
众径：频度p最大时对应的粒径，此时
dp d F 0 2 dd p dd p
个数中位径（NMD）：累计频率F=0.5时对应 的粒径
2
LOGO
2、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）
时粉尘开始发生滑动的平板倾角
安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标
安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形
n d
i
N
3
GN g i 1
pi
（3）质量频率 密度
i dG g GN g i 1 d dp
（4）质量众径和质量中位径（MMD）
LOGO
例：某种颗粒的原始个数分级数据如下表，计算该颗粒的 个数分布数据和质量分布数据。 （频率、筛下累计频率和 频率密度）P133
正方体
球体
体积
表面积
a3
6a2
πd3/6
πd2
LOGO
圆球度
某些颗粒的圆球度
LOGO
二、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 1、个数分布
①个数分布: 每一间隔内的颗粒个数 ②个数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数 Σni之比
LOGO
R---R分布
若设 d p (1/ )1/ n得到
G 1 exp( d pn )
dp dp
G 1 exp[(
)n ]
一般多选用质量中位径 d50或 d63.2
G 1 exp[0.693( d 50 0.6931/ n d 63.2 n 1 1/ n dd ( ) d 63.2 n
LOGO
圆球度
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)
LOGO
LOGO
对数正态分布
以lndp代替dp得到的正态分布的频度曲线
1 F (d p ) 2π ln g
p(d p ) dF ( d p ) dd p
ln d p
exp[ (
ln d p / d g 2 ln g
) 2 ]d(ln d p )
ln d p / d g 2 1 exp[ ( ) ] 2π d p ln g 2 ln g
dp d 50
) ] 或 G 1 exp[(
n
dp d 63.2
)n ] ...RRS分布函数
LOGO
R---R分布
判断是否符合R－R分布 应为一条直线 1 lg[ln( )] lg n lg d p 1 G 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
fi
ni
n
N
i
LOGO
1、个数分布
③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