大气污染控制工程实验

实验1 粉尘真密度的测定 【实验目的】

1．了解测定粉尘真密度的原理并掌握真空法测定粉尘真密度的方法。 2．了解引起真密度测量误差的因素及消除方法。

【实验原理】

粉尘的真密度是指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。真密度是粉尘的一个基本物理性质，是进行除尘理论汁算和除尘器选型的重要参数。

在自然状态下，粉尘颗粒之间存在着空隙，有的粉尘尘粒具有微孔，由于吸附作用，使得尘粒表面被一层空气所包围。在此状态下测量出的粉尘体积，空气体积占了相当的比例，因而并不是粉尘本身的真实体积，根据这个体积数值计算出来的密度也不是粉尘的真密度，而是堆积密度。为了排除空气，测量出粉尘的真实体积，可以采用比重瓶液相置换法。

比重瓶液相置换法是将一定质量的粉尘装入比重瓶中，并向瓶中加入液体浸润来粉尘，然后抽真空以排除尘粒表面及间隙中空气，使这些部分被液体所占据，从而求出粉尘的真实体积。根据质量和体积即可算出粉尘的真密度。粉尘真密度测定原理如图2-1所示。

图1 测定粉尘真密度原理示意图

若比重瓶质量为m 0，容积为Vs ，瓶内充满已知密度为s ρ的液体，则总质量m 1为：

s s V m m ρ+=01

当瓶内加入质量为m c 、体积为V c 的粉尘试样后，瓶中减少了V c 体积的液体，故比重瓶的总质量m 2为：

c c s s m V V m m +-+=)(02ρ

根据上述两式可得到粉尘试样真实体积V c 为：

s

c

c m m m V ρ+-=

21

所以粉尘试样的真密度c ρ为：

s

c s c s c c c c m m m m m m V m ρρρ=-+==

21 式中：m c －粉尘质量，g

V c －粉尘真实体积，cm 3 m 1－比重瓶＋液体的质量，g m 2－比重瓶＋液体＋粉尘的质量，g m s －排出液体的质量，g s ρ－液体的密度，g/cm 3

【主要仪器及试剂】

1．比重瓶：25ml ，3只 2．分析天平：0.1mg ，1台 3．真空干燥器：300mm ，1个 4．真空泵：真空度 > 0.9×105Pa ，1台 5．烘箱：0～150℃，1台 6．滴管：1支 7．烧杯：250ml ，1只

8．滑石粉试样，蒸馏水，滤纸若干。 实验用抽真空装置如图2-2所示。

图2 粉尘真密度测定装置示意图

【操作（实验）步骤】

1．将粉尘试样放入烘箱，在105℃下烘干至恒重，然后放于干燥器中冷却备用。

2．将比重瓶洗净、编号，然后烘干至恒重，记下其质量(m0)。

3．向比重瓶中加入约占比重瓶容积三分之一的粉尘试样(约20g左右)．然后盖上瓶塞，放到天平上准确称重(m3)。m3减去m0即为粉尘试样的质量(m c)。

4．用滴管向比重瓶内加入蒸馏水至比重瓶容积的一半左右，使粉尘润湿。

5．比重瓶盖上瓶塞，连同蒸馏水一起放入真空干燥器中，盖好盖子。将真空泵抽气管同干燥器连接，然后启动真空泵。当真空干燥器上的真空表读数达到0.9×105Pa时，拧紧抽气管上的管卡，从真空泵抽气口上拔下抽气管，切断真空泵电源。

6．经过15～20分钟后，通过放气阀向真空干燥器缓慢进气。待真空表读数回复常压后，打开真空干燥器盖子，取出比重瓶和蒸馏水，将蒸馏水加入比重瓶至标记处，用滤纸仔细擦去瓶外表面的水珠(注意不可将塞孔内的水吸出)，然后放到天平上称重(m2)。

7．倒空比重瓶，用自来水清洗后，再用蒸馏水冲洗1～2次。向瓶中加注蒸馏水至瓶颈部，然后用滤纸擦干比重瓶表面水珠(注意不可将塞孔内的水吸出)，放到天平上称重(m1)。

【注意事项及质疑】

平行做3个样品，要求3个样品的绝对误差不超过±0.02g/cm3，否则应重新测定。取3个样品的平均值作为粉尘真密度测定的结果，要求精确到0.01g/cm3。【实验数据】

表1 粉尘真密度测定数据记录表

【思考题】

1. 粉尘的真密度在除尘器设计和选择过程中有哪些作用？

2. 粉尘真密度测定的误差主要来源于哪些方面？结合你测定的结果，分析一下产生误差的原因。

实验2 粉尘粒径分布测定 【实验目的】

1.掌握离心沉降法测定粉尘粒径分布的方法。

2.了解CG-1离心沉降式粒度分布测定仪的构造原理及操作方法。

【实验原理】

根据Stokes 定律进行粒度分布测定的。通过光透法检测出液体的浊度变化，从而测出其粒度分布情况。为了缩短时间，同时采用自然沉降和离心沉降两种方法。其原理图如下：

T=T 0 T=T 1 T=T 2 T=T 3

1. 液相沉降法原理

液体中颗粒沉降符合 Stokes 定律，此定律可用下式表示：

沉降速度：μ

ρρ18)(2

g

D v f s p -=

(1)

D p ——颗粒直(cm) ρs ——颗粒密度(g/cm 3

） ρf ——液体密度(g/cm 3） g ——重力加速度(cm/sec 2） μ——液体的粘度(poise ：g/cm·sec)

通过此公式可以求出颗粒的沉降速度和直径的关系。但在实际应用时可变换(1)式的单位后使用。

2

03267

.0X v f

f s μρρ-= (2) V ——沉 降 速 度(mm/min) μf ——液 态 粘 度(c·p=10-2

poise)

X ——粒 径(μm) ρs ——颗粒密度(g/cm 3

) ρf ——液体密度(g/cm 3)

设沉降距离为 h(mm)，沉降时间为 T(sec)

T X vT h f

f s 2

03267

.0μρρ-== (3)

)

(03267.02f s f X h

T ρρμ-=

(4)

2. 光透法原理

光射到悬浮液时，光的透过量和浓度的关系符合Lambert--Beer 定律，根据此定律

dx X n K I I x ⎰∞

-=0

0lg lg

(5)

K ——仪器常数

n x ——在光路上的直径为 x 的颗粒个数 I 0——空白时的光透量 I ——光透量

根据(4)式把时间换算成颗粒直径，根据(5)式求出在那一时间(T)的光透率的对数，即能算出粒度分布。

3. 离心法原理

通过(1)、(2)式可求出粒度分布，但在(2)式中可知沉降速度和颗粒直径的平方成正比，因此，颗粒直径越小，沉降速度就越慢，测定的时间就会大大地加长，所以光透法粒度分布测定仪，通过离心机，使颗粒强制沉降，以大幅度缩短测定时间。 离心时间为

s

r

W X T f s ln 1)(1822⨯⨯-=

ρρμ (6)

r ——离心机轴心到测试点的距离 s ——离心机轴心到沉降池液面的距离 W ——离心机角速度 X ——粒径