大气污染控制工程_颗粒污染物控制技术基础.pptx
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大气污染控制工程_颗粒污染物控制技术基础教程
频 率 密 度
dom
图b
dp/(μm)
15
二、粒径分布
粒数分布的测定及计算
16
二、粒径分布
粒数众径－频度p最大时对应的粒径，此时
dp d2 F 0 2 dd p dd p
粒数中位径（NMD）－累计频率F=0.5时对应 的粒径
17
二、粒径分布
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 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）
学时数：4学 时
3
第5章 颗粒污染物控制技术基础
空气污染物的性质和存在状态不同，其净化机理、方法及 所选用的装置也各不相同。空气污染物分为气溶胶（颗粒 物）污染物和气态污染物。以后各章将介绍颗粒物的处理 方法。 气溶胶（AEROPAL）是非均相污染物，主要污染物是分散 于气体介质中的颗粒物（固体、液体），可用除尘技术把 粒状物从气体介质中分离出来，分离方法一般采用物理法。 依据：气、固、液体粒子在物理性质上的差异将其分离。 机械法：利用重力、惯性力、离心力分离。 过滤介质分离：利用粒子的尺寸、重量较气体分子大分离。 湿式洗涤分离法：利用粒子易被水润湿，凝拼增大而被捕 获的特性。 电除尘：利用荷电性、静电力分离。等等。
第5章 颗粒污染物控制技术基础
1
第5章 颗粒污染物控制技术基础
教学内容 §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
2
第5章 颗粒污染物控制技术基础
《大气污染物控制工程》颗粒物捕集技术基础106页PPT
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16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
《大气污染物控制工程》颗粒物捕集 技术基础
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
《大气污染物控制工程》颗粒物捕集 技术基础
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
大气污染控制工程：第五章 颗粒污染物控制技术基础2
7、扩散沉降
➢ 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
➢ 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
五章颗粒污染物控制技术基础PPT课件
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
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。
筛下分布为增函数。
粒数频率密度（粒数频度） ——单位粒径间隔时的频率
粒数分布的测定及计算
0.425
粒数众径——频度p最大时对应的粒径，此时
dp dd p
d2F dd p2
0
粒数中位径（NMD）——累计频率F=0.5时对应的粒径
F
粒径
粒径分布
质量分布
➢ 类似于数量分布，也有质量频率(gi)、质量筛下累积 频率(Gi)、质量频率密度(q)等
➢ 正态分布是最简单的分布函数
（1） 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
（3）
1 d 8 4 .1 d 5 0 d 5 0 d 1 5 .92(d 8 4 .1 d 1 5 .9)
➢ 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
✓ 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
粒径分布
粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积） 所占的比例。除尘技术中多采用粒径的质量分布。
粒数分布:每一粒径间隔内的颗粒个数分布。 粒数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比
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
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。
筛下分布为增函数。
粒数频率密度（粒数频度） ——单位粒径间隔时的频率
粒数分布的测定及计算
0.425
粒数众径——频度p最大时对应的粒径，此时
dp dd p
d2F dd p2
0
粒数中位径（NMD）——累计频率F=0.5时对应的粒径
F
粒径
粒径分布
质量分布
➢ 类似于数量分布，也有质量频率(gi)、质量筛下累积 频率(Gi)、质量频率密度(q)等
➢ 正态分布是最简单的分布函数
（1） 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
（3）
1 d 8 4 .1 d 5 0 d 5 0 d 1 5 .92(d 8 4 .1 d 1 5 .9)
➢ 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
✓ 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
粒径分布
粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积） 所占的比例。除尘技术中多采用粒径的质量分布。
粒数分布:每一粒径间隔内的颗粒个数分布。 粒数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比
《大气污染物控制工程》颗粒污染物控制技术基础
ni
个数分布
(2) 个数筛下累积频率(F)：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
筛上累积频率(R)：是指大于某一粒径dp的所有颗粒个 数与颗粒总个数之比
F R 100%
(2) 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
dv 3 6V π
等表面积直径des
与颗粒表面积相等的球体的直径,若颗粒物 的表面积为S，则
des S π
dv = 2.48 μm des = 2.76 μm
二、颗粒物粒径的定义
斯托克斯（Stokes）直径ds
同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的圆球直径
空气动力学直径da
在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1 g/cm3）的圆球 的直径
个数
质量
个数
质量
累积频率F或G 频度p或q，μm-1
粒径dp，μm
粒径dp，μm
平均粒径
(1)长度平均直径(算术平均直径)：粉尘第i个直径di
与其个数ni乘积的总和除以颗粒总个数
dL
nid pi ni
fid pi
(2) 表面积平均直径：粉尘表面积总和除以粉尘颗粒数，
再取其平方根
dS
[ nid pi2 ]1/ 2 ni
单位粒径间隔的个数频率
p d N
p
N total
d p
dN N total
dd p
0 p ddp 1
众径dd
筛下累积频率F 1 频度p,μm-1
粒径dp，μm
粒径dp，μm
中位粒径d50－累计频率F=0.5时对应的粒径，也
第5章-颗粒污染物控制技术基础PPT课件
a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径
• 4）筛分直径，用筛分法测得，为颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度；
• 5）等体积直径dV，用光散射法测得，为与颗粒体积相等的圆球 的直径，一般dV=(6V/π)1/3；
• 6）Stokes直径ds，用沉降法测定，为在同一流体中与颗粒的密 度相同和沉降速度相等的圆球的直径；
• 若设 G1exp(得d到pn)
dp (1/ )1/n
G 1 exp[(dp )n ] dp
• 一般
d
多选用质量中位径
p
或d 5 0
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
dd(nn 1)1/nd63.2
i
N
i
Fi ni / ni fi
N
FN
fi 1
• 3）个数筛上累积频率：大于第i间隔上限粒径的所有颗粒个数 与颗粒总个数之比（或百分比）。
• 4）个数频率密度：单位粒径间隔（1μm）的频率分布。
dF
p dp
dd p
• 众径dd，指频度最大时所对应的粒径； • 中位粒径d50（NMD），指累积频率等于50％时对应的粒径。
• 个数分布：以颗粒的个数表示所占的比例； • 质量分布：以颗粒的质量表示所占的比例； • 表面积分布：以颗粒的表面积表示所占的比例；
• 5.1.2.1 个数分布
• 1）个数频率：第i间隔中的颗粒个数ni与颗粒总个数 • ∑ ni之比（或百分比），即
fi
ni ni
N
fi 1
• 2）个数筛下累积频率：小于第i间隔上限粒径的所有颗粒个数 与颗粒总个数之比（或百分比），即
• 4）筛分直径，用筛分法测得，为颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度；
• 5）等体积直径dV，用光散射法测得，为与颗粒体积相等的圆球 的直径，一般dV=(6V/π)1/3；
• 6）Stokes直径ds，用沉降法测定，为在同一流体中与颗粒的密 度相同和沉降速度相等的圆球的直径；
• 若设 G1exp(得d到pn)
dp (1/ )1/n
G 1 exp[(dp )n ] dp
• 一般
d
多选用质量中位径
p
或d 5 0
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
dd(nn 1)1/nd63.2
i
N
i
Fi ni / ni fi
N
FN
fi 1
• 3）个数筛上累积频率：大于第i间隔上限粒径的所有颗粒个数 与颗粒总个数之比（或百分比）。
• 4）个数频率密度：单位粒径间隔（1μm）的频率分布。
dF
p dp
dd p
• 众径dd，指频度最大时所对应的粒径； • 中位粒径d50（NMD），指累积频率等于50％时对应的粒径。
• 个数分布：以颗粒的个数表示所占的比例； • 质量分布：以颗粒的质量表示所占的比例； • 表面积分布：以颗粒的表面积表示所占的比例；
• 5.1.2.1 个数分布
• 1）个数频率：第i间隔中的颗粒个数ni与颗粒总个数 • ∑ ni之比（或百分比），即
fi
ni ni
N
fi 1
• 2）个数筛下累积频率：小于第i间隔上限粒径的所有颗粒个数 与颗粒总个数之比（或百分比），即
大气污染控制工程
ηd
y H
LVt HV
L
WVt Q
对一定结构的沉降室，可按上式求出不同粒径颗粒的分级效率 或作出分级效率曲线。
17
➢ 沉降室的主要结构形式
• 空心式
• 室内装有竖向档板 • 室内装有横向隔板
为了便于清灰， 可将隔板装成可翻动式
或倾斜式。
在气速相同的情况下， 该种沉降室的净化效
果更好。
隔板间基本上保持 了相同的流动速度，颗粒
一般取： Dc=(0.25-0.5)D， 且Dc≥ 70mm为宜。 38
斯台尔曼(Stairmand)、斯威夫特(Swlft)和拉 普尔(Lapple)等人根据调查研究的结果，提 出了一般旋风除尘器与高效旋风除尘器各部 件的尺寸比例：
39
旋风除尘器的压力损失
旋风除尘器的压力损失与其结构型式和运行条件
➢ 若已知粒子群的粒径分布，则可由下式算出旋风除尘 器的总效率：
T Ri di
25
▪ 影响捕集效率的因素
➢ 入口风速（或流量）
流量大，捕集效率高，但风速过高又会影响捕集效率的提高. 入口风速一般为12-20m/s，不宜低于10m/s，以防入口管道积灰。
➢ 除尘器的结构尺寸
筒体直径、锥体长度、排气管直径
排气管的插入深度与除尘器类型有关。 对切向入口除尘器，排气管插入深度越 短，压损越小，但效率低。
实验表明，插入深度大约为排气管直径或 稍低于入口管底部为宜。
36
• 筒体与锥体高度
在一定范围内增大锥体高度L2，有利于 提高补集效率，但压损有所增加。 一般取：锥体高度L2=(2-3)D，多为2D左右；
筒体高度L1=(1.4-2.0)D；L1+ L2不超 过5D。
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d L n i n d i p i f i d p i
表面积平均直径 d S [ n i d n i p i 2 ] 1 / 2 ( f i d p i 2 ) 1 / 2
体积平均直径
d V [ n i n d i p i 3 ] 1 / 3 ( f i d p i 3 ) 1 / 3
气溶胶（AEROPAL）是非均相污染物，主要污染物是分散 于气体介质中的颗粒物（固体、液体），可用除尘技术把 粒状物从气体介质中分离出来，分离方法一般采用物理法。
依据：气、固、液体粒子在物理性质上的差异将其分离。
机械法：利用重力、惯性力、离心力分离。
过滤介质分离：利用粒子的尺寸、重量较气体分子大分离。
湿式洗涤分离法：利用粒子易被水润湿，凝拼增大而被捕 获的特性。
电除尘：利用荷电性、静电力分离。等等。
4
§1 颗粒的粒径及粒径分布
一、颗粒的粒径
定义：在实际中，因颗粒大小、形状各异，故表示方法有 所不同。
一般分为两类：
单一粒径：单个粒子的直径；
平均粒径：粒子群的直径。
球形颗粒：d=直径
9
一、颗粒的直径
某些颗粒的圆球度
10
二、粒径分布
粒径分布指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:每一间隔内的颗粒个数
（1）个数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与
颗粒总数Σni之比
f i N n i
n i
∑ƒi﹦1 11
由计算结果可绘出频度分布f的直方图，
体积－表面积平均直径
d S V n n i i d d p p i i 2 3 f f i i d d p p i i 2 3
19
三、平均粒径（续）
几何平均直径 dg (d1n1d2n2d3n3...)1/N 或
dg exp(
ni lndpi ) N
对于频率密度分布曲线对称的分布，众径 d d 、 中位径d 5 0 和算术平均直径 d L 相等
第5章 颗粒污染物控制技术基础
1
第5章 颗粒污染物控制技术基础
教学内容 §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
2
第5章 颗粒污染物控制技术基础
1、教学要求
要求理解和掌握颗粒物的粒径分布及其他物理性 质、评价净化装置性能的技术指标以及颗粒物捕 集的动力学理论基础。
频率密度非对称的分布，d d d 5 0 d L
单分散气溶胶，d L d g ；否则，dLdg
20
四、粒径分布函数
用一些半经验函数描述一定种类粉尘的粒径分布 1.正态分布
频率密度 p ( d p ) 1 2 π e x p [ ( d p 2 d 2 p ) 2 ]
筛下累积频率
频率 （%）
D （%）
100%
50%
图a
dp/(μm)
d50
图c
dp/(μm)
12
二、粒径分布
（2）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
i
Fi
fi
N
FN fi 1
13
二、粒径分布
（3）个数频率密度 p ( d p ) d F / d d p
投影面积直径dA，也称黑乌德（Heywood直径）： 为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
6
一、颗粒的直径
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
7
一、颗粒的直径
（2）筛分法
筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度
单一粒径分成
投影径
非球形颗粒： 几何当量径
物理当量径
5
§1颗粒的粒径及粒径分布
一、颗粒的粒径 （1）显微镜法
定向直径dF，也称菲雷特（Feret 直径）：为各颗 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，也称马丁（Martin直径）： 为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
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
8
一、颗粒的直径
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)
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
2、教学重点
要求了解除尘技术的理论基础，掌握颗粒污染物 的性质。
3、教学难点
除尘技术的理论基础以及颗粒物捕集的动力学理 论基础。
学时数：4学
时
3
第5章 颗粒污染物控制技术基础
空气污染物的性质和存在状态不同，其净化机理、方法及 所选用的装置也各不相同。空气污染物分为气溶胶（颗粒 物）污染物和气态污染物。以后各章将介绍颗粒物的处理 方法。
F ( d p ) 1 2 π d 0 p e x p [ ( d p 2 d 2 p ) 2 ] d d p
标准差
21
四、粒径分布函数
1.正态分布（续）
正态分布是最简单的分布函数 （1） d p d 5 0 d d
17
二、粒径分布
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
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）
18
三、平均粒径
前面定义的众径和中位径是常用的平均粒径之一
长度平，见图b。 最大频度的粒径dom称为众径。
频 率 密 度
dom
图b
dp/(μm)
15
二、粒径分布
粒数分布的测定及计算
16
二、粒径分布
粒数众径－频度p最大时对应的粒径，此时 d d d p p d d d 2 F p 2 0
粒数中位径（NMD）－累计频率F=0.5时对应 的粒径