第三章——大气污染控制基础知识 大气污染控制工程课件
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大气污染控制工程
第三章 大气污染控制基础知识
第三章 大气污染控制基础知识
本章学习内容： 气体的物理性质 物料衡算与热量衡算 颗粒粒径及粒径分布 粉尘颗粒的物理性质 颗粒捕集的理论基础 净化装置的性能
第一节 气体的物理性质
气体的状态方程 气体的湿度 气体的密度 气体的比热容 气体的黏度
CH4+2O2
CO2（g）+2H2O(g)
燃烧炉示意图
二、热量平衡
（1）物料衡算，以1 molCH4为基准： 进料中： O2：1×2（1+0.2）mol=2.4 mol
N2：2.4×0.79/0.21mol=9.03 mol 出料中： CO2：1 mol
H2O：2 mol O2：（2.4-2）mol = 0.4 mol N2：9.03 mol
1.单一颗粒的粒径 非球形颗粒一般有三种方法来定义粒径：
（1）投影径：由光学或电子显微镜观测到的颗粒 粒径
颗粒投影径表示法
一、粒径
（2）筛分径：一种最简单且应用最广泛的分离 颗粒直径的方法，以能够通过最小筛孔的宽度 定义为颗粒的直径。
（3）当量粒径：指与实际颗粒某一物理量相同 的球形颗粒的直径。
一、粒径
dA 在显微镜观察的平面上，与颗粒有同样大小投影面积的当量圆直径
Δ H r [ (3.9 5) 3 1 2 ( 2.4 8)1 3 ( 7.8 4)5 k ] J/ m -8o 0l2 m.3 o Q 1( Δ H r)n8.0 3k 2 2J/mol
二、热量平衡
带出热量： 4 Q2 (njcp)jΔT j1
(cp,
C
2c O 2
p,
H2O0.4cp,
O2
三、气体的密度
污染物和空气混合物的密度
n
aa ii (kg/3)m i1
四、气体的比热容
空气、气态污染物和颗粒混合物的平均比热 容是混合物各组分比热容的加权平均值，加权函 数是组分的质量分数。
n
cp wacpa wi cpi i1
n
cVwacVa wi cVi i1
五、气体的黏度
气态污染物与空气混合物的平均黏度：
1n
1
a a Ma2 i iMi2
m
i1
1n
1
a Ma2 i Mi2
wk.baidu.comi1
工业气体中，颗粒污染物体积分数的数量
级一般为 104 ~105 。因此，颗粒污染物对混 合物黏度的影响通常可忽略不计。
第二节 物料衡算与热量衡算
物料衡算 热量衡算
一、物料衡算
1.物料衡算式
9.0c3p, N2)T ( 29)8
由手册查出CO2，H2O(g)，O2，N2的热容，代入上式：
Q 2 ( 3.0 4 0 4 .3 1 T 3 2 .1 7 1 7 6 T 0 4 2 )T ( 2)98
由热量衡算基本关系式可得： Q1Q20
( 3.0 4 0 4 .1 3 T 3 2 .1 7 1 7 6 T 0 4 2 )T ( 2) k 9J 8 8 /m .3 0 k 2 2 o J0 / lm
单个颗粒尺寸的表达法
测定
名称
符
方法
号
投影径 面积等分径（Martin径） dM
定向径（Feret径）
dF
长径
短径
定义
将颗粒的投影面积二等分的直线长度 与颗粒投影外形相切的一对平行线之间的距离的平均值
不考虑方向的最长粒径 不考虑方向的最短粒径
几何当 量径
等投影面积径 等体积直径
等表面积直径 等面积体积直径
有已知和未知变量； ✓ 确定衡算体系； ✓ 写出化学反应方程式； ✓ 选择合适的计算标准，对于连续流体系，通常
用单位时间作基础； ✓ 列出物料衡算式，进行数学求解。
一、物料衡算
[例3-1] 某一喷雾干燥烟气脱硫系统如图所示，烟气 流量为300000 mN3/h，烟气中含SO2为5.0g/mN3。新鲜石 灰中CaO含量为92%,系统在钙硫比为1.4的情况下，使 尾气中SO2降到了1.0 g/ mN3，试计算石灰的消耗量。
二、热量平衡
依据：能量守恒定律 连续稳定过程中：
Q 1 Q 2Q L
热量衡算和物料衡算一样，要规定出衡 算基准和范围。
二、热量平衡
[例3-2]甲烷气与20%过量空气混合，在25℃、0.1MPa下进 入燃烧炉中燃烧，若燃烧完全，其产物所能达到的最高温 度为多少？
解：燃烧炉示意图如下，反应方程式为：
一、物料衡算
解：在系统中，SO2与CaO发生化学反应： SO2 + CaO + 1/2O2 = CaSO4
设需要石灰为G石灰 kg/h，对SO2作物料衡算：
（1）进入系统的SO2流率：5.0×300000×10-3kg/h=1500kg/h （2）流出系统的SO2流率：1.0×300000×10-3kg/h=300kg/h
试差求解得： T192K7
第三节 颗粒粒径及粒径分布
粒径 粒径分布的表示方法 粒径分布函数
一、粒径
颗粒的大小不同，其物理、化学特性各异， 对人体和环境的危害也不相同，而且对处理设施 的去除机制和效果影响也很大。
概念： 单一粒径：反映单个颗粒大小
平均粒径：反映由不同颗粒组成的颗粒群
一、粒径
一、物料衡算
（3）系统中无SO2生成 （4）系统中SO2的消耗等于SO2与CaO的反应量。按
Ca/S=1.4计算，SO2的消耗量为： 64×0.92×G石灰/(1.4×56) kg/h
（5）稳态过程，GA=0，则可得： [1500-64×0.92×G石灰/(1.4×56)] kg/h=300kg/h G石灰=1597.8 kg/h
概念：物料衡算是大气污染控制设计中最基本
的内容，它是研究某一个体系内进出物
料量及组成的变化。
依据：质量守恒定律
G 1 G R G 2 G A
连续稳定操作中设备内不应有任何物料积累，即
GA 0
G 1G R G 2
一、物料衡算
2.物料衡算的基本方法 ✓ 收集计算数据，使用统一的单位制； ✓ 画出物料流程简图，标示所有物料线，注明所
（2）热量衡算： 为计算出口气体的最高温度，设在绝热条件下进
行燃烧反应，QL= 0。基准温度取为25℃，
二、热量平衡
带入热量： 甲烷与空气均为25 ℃，故热量为0。 燃烧反应的反应热，由手册查得各物质生成热为： CO2：-393.51 kJ/mol, H2O：-241.83 kJ/mol, CH4：-74.85 kJ/mol
第三章 大气污染控制基础知识
第三章 大气污染控制基础知识
本章学习内容： 气体的物理性质 物料衡算与热量衡算 颗粒粒径及粒径分布 粉尘颗粒的物理性质 颗粒捕集的理论基础 净化装置的性能
第一节 气体的物理性质
气体的状态方程 气体的湿度 气体的密度 气体的比热容 气体的黏度
CH4+2O2
CO2（g）+2H2O(g)
燃烧炉示意图
二、热量平衡
（1）物料衡算，以1 molCH4为基准： 进料中： O2：1×2（1+0.2）mol=2.4 mol
N2：2.4×0.79/0.21mol=9.03 mol 出料中： CO2：1 mol
H2O：2 mol O2：（2.4-2）mol = 0.4 mol N2：9.03 mol
1.单一颗粒的粒径 非球形颗粒一般有三种方法来定义粒径：
（1）投影径：由光学或电子显微镜观测到的颗粒 粒径
颗粒投影径表示法
一、粒径
（2）筛分径：一种最简单且应用最广泛的分离 颗粒直径的方法，以能够通过最小筛孔的宽度 定义为颗粒的直径。
（3）当量粒径：指与实际颗粒某一物理量相同 的球形颗粒的直径。
一、粒径
dA 在显微镜观察的平面上，与颗粒有同样大小投影面积的当量圆直径
Δ H r [ (3.9 5) 3 1 2 ( 2.4 8)1 3 ( 7.8 4)5 k ] J/ m -8o 0l2 m.3 o Q 1( Δ H r)n8.0 3k 2 2J/mol
二、热量平衡
带出热量： 4 Q2 (njcp)jΔT j1
(cp,
C
2c O 2
p,
H2O0.4cp,
O2
三、气体的密度
污染物和空气混合物的密度
n
aa ii (kg/3)m i1
四、气体的比热容
空气、气态污染物和颗粒混合物的平均比热 容是混合物各组分比热容的加权平均值，加权函 数是组分的质量分数。
n
cp wacpa wi cpi i1
n
cVwacVa wi cVi i1
五、气体的黏度
气态污染物与空气混合物的平均黏度：
1n
1
a a Ma2 i iMi2
m
i1
1n
1
a Ma2 i Mi2
wk.baidu.comi1
工业气体中，颗粒污染物体积分数的数量
级一般为 104 ~105 。因此，颗粒污染物对混 合物黏度的影响通常可忽略不计。
第二节 物料衡算与热量衡算
物料衡算 热量衡算
一、物料衡算
1.物料衡算式
9.0c3p, N2)T ( 29)8
由手册查出CO2，H2O(g)，O2，N2的热容，代入上式：
Q 2 ( 3.0 4 0 4 .3 1 T 3 2 .1 7 1 7 6 T 0 4 2 )T ( 2)98
由热量衡算基本关系式可得： Q1Q20
( 3.0 4 0 4 .1 3 T 3 2 .1 7 1 7 6 T 0 4 2 )T ( 2) k 9J 8 8 /m .3 0 k 2 2 o J0 / lm
单个颗粒尺寸的表达法
测定
名称
符
方法
号
投影径 面积等分径（Martin径） dM
定向径（Feret径）
dF
长径
短径
定义
将颗粒的投影面积二等分的直线长度 与颗粒投影外形相切的一对平行线之间的距离的平均值
不考虑方向的最长粒径 不考虑方向的最短粒径
几何当 量径
等投影面积径 等体积直径
等表面积直径 等面积体积直径
有已知和未知变量； ✓ 确定衡算体系； ✓ 写出化学反应方程式； ✓ 选择合适的计算标准，对于连续流体系，通常
用单位时间作基础； ✓ 列出物料衡算式，进行数学求解。
一、物料衡算
[例3-1] 某一喷雾干燥烟气脱硫系统如图所示，烟气 流量为300000 mN3/h，烟气中含SO2为5.0g/mN3。新鲜石 灰中CaO含量为92%,系统在钙硫比为1.4的情况下，使 尾气中SO2降到了1.0 g/ mN3，试计算石灰的消耗量。
二、热量平衡
依据：能量守恒定律 连续稳定过程中：
Q 1 Q 2Q L
热量衡算和物料衡算一样，要规定出衡 算基准和范围。
二、热量平衡
[例3-2]甲烷气与20%过量空气混合，在25℃、0.1MPa下进 入燃烧炉中燃烧，若燃烧完全，其产物所能达到的最高温 度为多少？
解：燃烧炉示意图如下，反应方程式为：
一、物料衡算
解：在系统中，SO2与CaO发生化学反应： SO2 + CaO + 1/2O2 = CaSO4
设需要石灰为G石灰 kg/h，对SO2作物料衡算：
（1）进入系统的SO2流率：5.0×300000×10-3kg/h=1500kg/h （2）流出系统的SO2流率：1.0×300000×10-3kg/h=300kg/h
试差求解得： T192K7
第三节 颗粒粒径及粒径分布
粒径 粒径分布的表示方法 粒径分布函数
一、粒径
颗粒的大小不同，其物理、化学特性各异， 对人体和环境的危害也不相同，而且对处理设施 的去除机制和效果影响也很大。
概念： 单一粒径：反映单个颗粒大小
平均粒径：反映由不同颗粒组成的颗粒群
一、粒径
一、物料衡算
（3）系统中无SO2生成 （4）系统中SO2的消耗等于SO2与CaO的反应量。按
Ca/S=1.4计算，SO2的消耗量为： 64×0.92×G石灰/(1.4×56) kg/h
（5）稳态过程，GA=0，则可得： [1500-64×0.92×G石灰/(1.4×56)] kg/h=300kg/h G石灰=1597.8 kg/h
概念：物料衡算是大气污染控制设计中最基本
的内容，它是研究某一个体系内进出物
料量及组成的变化。
依据：质量守恒定律
G 1 G R G 2 G A
连续稳定操作中设备内不应有任何物料积累，即
GA 0
G 1G R G 2
一、物料衡算
2.物料衡算的基本方法 ✓ 收集计算数据，使用统一的单位制； ✓ 画出物料流程简图，标示所有物料线，注明所
（2）热量衡算： 为计算出口气体的最高温度，设在绝热条件下进
行燃烧反应，QL= 0。基准温度取为25℃，
二、热量平衡
带入热量： 甲烷与空气均为25 ℃，故热量为0。 燃烧反应的反应热，由手册查得各物质生成热为： CO2：-393.51 kJ/mol, H2O：-241.83 kJ/mol, CH4：-74.85 kJ/mol