第2章 环保设备设计基础

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2.1.4 颗粒群的粒径分布函数
正态分布（高斯分布）函数
d p d50
1 2
(d
p1
dp2)
式中：dp1——筛上累积率 R=15.87%时对应的颗粒直径
dp2——筛上累积率 R=84.13%时对应的颗粒直径
R fd p f (d p )d (d p )
dp
dp
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2.1.4 颗粒群的粒径分布函数
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2.2.5 颗粒的电学性质
根据电阻率的大小，可将颗粒分为三类：
1. 电阻率低于104 Ω·cm的为低电阻颗粒。这类颗粒落到电极上时，
立即放电，并被气流重新带走；
2. 电阻率104 ～ 1010 Ω·cm为的颗粒，落到电极上时，需经一定时
间才积集成粉尘层，电除尘器易清除这类粒子；
3. 电阻率大于1010 Ω·cm的高电阻粒子，这类颗粒很难在电除尘器
颗粒的爆炸性主要取决于颗粒性质，但也于粒径、湿度有 关。一般粒径愈小、湿度愈低，爆炸性愈大。颗粒在空气中只 有在一定浓度范围内才能引爆炸，此浓度范围为爆炸浓度。
能够引起爆炸的最高浓度称为爆炸上限，最低浓度为爆炸 下限，处于上、下限浓度之间的颗粒属于有爆炸危险的颗粒。
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2.2.6 颗粒的爆炸性
粉尘按爆炸性可分为两类：
清洗气体过程中除掉，此时电除尘器效率急剧下降。
对电除尘器，颗粒电阻率的最佳范围为104 ～ 5×1010 Ω·cm。否则，不适于除尘，应设法调节颗粒的的电阻率。
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2.2.6 颗粒的爆炸性
某些粉尘在空气中达到一定浓度时，在外界的高温、明火、 磨擦、振动、碰撞及及放电火花等作用下会引起爆炸；有些粉 尘与水接触后会引起自燃或爆炸。这类粉尘称为具有爆炸危险 性粉尘。
粉尘颗粒附着在固体表面上，或尘粒彼此互相附着的现 象称为黏附性。克服附着现象所需要（垂直作用在颗粒重 心上）的力，称为黏附力。
在气体介质中，产生黏附的力主要有范德华力、静电力和 毛细管力等。
影响粉尘黏附性的因素很多，一般情况下，粉尘粒径小、 形状不规则、表面粗糙、含水率高、润湿性好和荷电量大时， 易产生黏附现象。黏附现象还与周围介质性质有关、与气体 的运动状态有关。
dp
dp
RD 1
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2.1.3 颗粒群的粒径分布
中位粒径d50：累积率R＝D＝50%时对应的粒径
d50
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2.1.4 颗粒群的粒径分布函数
把颗粒群的粒径分布用某一数学函数表示，可以用较 少的粒径测定数据，求得所需的粒径分布及平均粒径。
正态分布（高斯分布）函数
σ和 d为p 正态分布的两个特征数，σ和 d确p 定后，函数f(dp)即 已确定。
1 分散相(分散物质)：处于分散状态的物质（如固 体物料或气体中的液滴）
2 连续相 (分散介质)：包围着分散物质而处于连 续状态的物质（如空气、水等流体）
由于非均相物系中连续相与分散相之间具有不同的物理
性质(如密度、粒子的大小与另一相分子尺寸等)，受到外力
作用时运动状态就不同，因而可应用机械方法将它们分开。
I f ( ) f (d p )
测量颗粒的散射光光强I→散射角 θ→粒径dp
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2.1.5 颗粒群的粒径分布的测量
激光粒度分析仪的测量结果
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2.2 颗粒的物理性质 2.2.1 密度：单位体积内物质的质量，kg/m3
真密度ρt：不包括颗粒之间以及颗粒内部空隙而计
算出来的密度大小（也称为骨架密度）。
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2.1.2 颗粒群的平均粒径
算术平均径dL：也称为长度平均直径，是所有单一颗粒粒径
的算术平均值。
dL
ni di ni
式中di：——单一颗粒的直径（投影径）。
式中ni: ——粒径为di的颗粒的个数。
均方根粒径dZ：相当于按表面积计算的平均直径。
dz
ni di 2 ni
式中di：——单一颗粒的直径（等投影面积直径）。 9
许多除尘捕集机理依赖于粉尘在捕集面上的黏附（如重 力、惯性及离心分离设备）。但在含尘气流管道和某些设备 中（如静电和袋式除尘器），又要防止粉尘在壁面上的黏附， 以免造成堵塞。
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2.2.5 颗粒的电学性质
在颗粒的生成和处理过程中，都可能使颗粒荷电。荷电的原 因可能是天然辐射、外界离子或电子的附着以及粒子间碰撞磨 擦等。颗粒的种类、温度和湿度都影响颗粒的荷电性。
Chapter2 环保设备设计基础
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2. 1 粒度及粒度分布
颗粒的粒径大小及分布，对除尘器的选择和性能 有很大影响，是分离性能指标控制的主要参数.
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2.1.1 单颗粒的粒径定义
(1) 投影径：在显微镜下观察到的粒径
面积等分径dM：也称为Martin径，为将颗粒投影面积二等分 的线段的长度。 定向径dF ：也称Feret径，为颗粒投影面上两平行线之间的 距离，通常取其与底边平行。
体中 泡沫液(液气物系)：指液体中含有气泡的物系 气态非均相物系：固、液分散在气相中(气溶胶) 含尘气体(气固物系)：指气体中含有固体颗粒 含雾气体(气液物系)：指气体中含有少量液滴 2.按颗粒大小分 粗悬浮系统：d>100μm 悬浮系统：0.1μm>d>100μm 胶体系统：d<0.1μm
f g d p
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2.1.3 颗粒群的粒径分布
筛下累积率D：指小于某一粒径dp的颗粒质量（或个数） 占颗粒群总质量或总个数的百分比
dp
dp
D g fd p
0
0
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2.1.3 颗粒群的粒径分布
筛上累积率R：指大于某一粒径dp的颗粒质量（或个数） 占颗粒群总质量或总个数的百分比
R g fd p
第一类——含灰分少，堆积时不易燃，但它的悬浮物却易 燃而发生爆炸，按其爆炸性强烈次序排列为：细木屑、软木粉， 细糖粉，细合成树脂粉，萤石粉，麦芽粉，合成橡胶粉，淀粉， 植物纤维等。
第二类——含灰分多，堆积时不可能燃，其悬浮物只在高 温长期作用下才会燃，但不爆炸，如合成赛璐珞，锌粉，天然 树脂，炭黑，香料，肥皂粉，油漆雾等。
等投影面积径dH：也称为Heywood径，与颗粒投影面积相等 的标准圆的直径。
等体积径dv：与颗粒体积相等的标准球的直径。
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2.1.1 单颗粒的粒径定义
(3) 物理当量径：与颗粒的某一物理量相同的球体颗 粒的直径。
自由沉降径dt：在同一气体中，与颗粒密度相同、自由沉降 速度相同的标准球的直径。 Stokes径dv：颗粒在沉降时的雷诺数Re≤1时的自由沉降径。
Rosin-Rammler分布函数
R
100exp
0.639
dp d50
n
式中：n——被测颗粒群的分布指数
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2.1.4 颗粒群的粒径分布函数
Rosin-Rammler分布函数
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2.1.5 颗粒群的粒径分布的测量
激光粒度分析仪的测量原理
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2.1.5 颗粒群的粒径分布的测量
激光粒度分析仪的测量原理
处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。
非均相物系(non-honogeneous system): 非均相混合物。物
系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性质有显 著差异。如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系， 含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。
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2.3.2 非均相物系的组成
对于有爆炸危险的颗粒，在设计净化装置时，必须采取必 要的措施，例如电机、通风机及开关应采用防爆型，颗粒进入 风机前应预告净化，管路应装设可拆卸的清扫口等。
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2. 3 非均相分离基础知识 2.3.1 相的概念 自然界的混合物分为两大类：
均相物系(honogeneous system): 均相混合物。物系内部各
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2.1.3 颗粒群的粒径分布
颗粒群的粒径分布是指颗粒群中不同粒径大小的颗 粒所占的百分比，可用表格、图形和函数表示。
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2.1.3 颗粒群的粒径分布
频率分布g：在粒径dp至dp+Δdp之间的颗粒质量（或个数） 占颗粒群总质量（或总个数）的百分比。
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2.1.3 颗粒群的粒径分布
频率密度分布f：单位粒径间隔宽度的频率分布。
要实现这种分离，其方法是使分散相与连续相之间发生相对
运动，所以非均相物系的分离操作也遵循流体流动的基本规
律。
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2.3.3 非均相物系的分类
1.按状态分 液态非均相物系：固、液、气分散在液相中
悬浮液(液固物系)：指液体中含有一部分固体颗粒 乳浊液(液液物系)：指一种液体分散在与其不互溶的另一种液
对数正态分布函数
d p d50
p
d p1 d50 d p1 d p2 d p2 d50
式中：dp1——筛上累积率 R=15.87%时对应的颗粒直径
dp2——筛上累积率 R=84.13%时对应的颗粒直径
R fd p f (d p )d (d p )
dp
dp
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2.1.4 颗粒群的粒径分布函数
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2.3.3 非均相物系的分类
气溶胶颗粒的分类： 尘粒(Grit)：粒径＞75μm 粉尘(Dust)： 1μm＜粒径＜75μm 亚微粉尘(Sub micron dust)：粒径＜1μm 炱(Fume)：固态颗粒经高温升华后冷却凝结而成
粒径＜1μm 液滴(Mist)：液态颗粒，粒径＜10μm 雾(Frog)：悬浮在大气中的液珠，浓度达到妨碍视野 烟(Smoke)：一般指燃烧过程或其他化学过程形成的飞灰与
2. 疏水性颗粒 这类颗粒难于被水润湿，例如石墨、煤及硫等。 3. 绝对疏水性颗粒 这类颗粒不被水润湿，如沥青、石蜡及聚
四氟乙烯等。
颗粒的润湿性也是选用气体净化设备的重要依据之一。例 如对于润湿性好的颗粒，则可采用湿式净化设备，否则往往要 在颗粒中加入润湿剂，以提高气体的净化效果。
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2.2.4 颗粒的黏附性
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2.1.1 单颗粒的粒径定义
(3) 物理当量径：与颗粒的某一物理量相同的球体颗 粒的直径。
空气动力径da：颗粒在静止的空气中，沉降速度与颗粒相等、 密度为1000Kg/m3的标准球形颗粒的直径。 筛分径ds：以颗粒能够通过的最小筛孔宽度定义的粒径。
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2.1.2 颗粒群的平均粒径
平均粒径：某种粒径大小和形状不同的粒子组成的实 际颗粒群，若与均匀的标准球形颗粒组成的假想颗粒 群具有相同的某一物理性质（长度、投影面积、体 积），则称此标准球形颗粒的直径为实际颗粒的平均 粒径。
2.1.2 颗粒群的平均粒径
立方根粒径d3：相当于按体积计算的平均直径。
d3 3
ni di 3 ni
式中di：———单一颗粒的直径（等体积直径）。 式中ni：———粒径为di的颗粒的个数。
几何平均粒径dZ：
ln dL
ni ln di ni
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2.1.3 颗粒群的粒径分布
颗粒群的粒径分布是指颗粒群中不同粒径大小的颗 粒所占的百分比，可用表格、图形和函数表示。
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2.1.1 单颗粒的粒径定义
(1) 投影径：在显微镜下观察到的粒径
长径dL ：指颗粒投影面相对两边平行线之间的最大距离， 为不考虑方向的最大粒径。 短径db ：指颗粒投影面相对两边平行线之间的最小距离， 为不考虑方向的最小粒径。
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2.1.1 单颗粒的粒径定义
(2) 几何当量径：取与颗粒的某一几何量（面积、体 积等）相等的球体颗粒的直径为其几何当量径。
未燃烧尽的炭粒混合物， 0.01μm＜粒径＜1μm 硫化烟雾(Sulfurous smog)：二氧化硫或其它硫化物与未
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2.2.3 颗粒的润湿性
颗粒对液体的亲和程度称为润湿性。不同颗粒对同一种
液体的亲和程度并不相同，取决于液体分子对固体表面力
的大小，表面张力愈小的液体，对颗粒的润湿性愈好。
依据对水的润湿性，颗粒可分为三类：
1. 亲水颗粒 这类颗粒可被水很好润湿，例如钙、石英、大多
数硅酸盐、氧化物矿物以及碱金属卤化物等。
颗粒的电性对气体的净化有重要的影响。电除尘器就是利用 电性来除尘的。目前有些净化设备中也有利用电性来提高捕集粒 子性能的。
颗粒的导电性强表示荷电或失电快，因此不稳定，反之则稳 定。颗粒的导电性用电阻率（比电阻）表示，它是指颗粒自然堆 积的截面积为1cm2、高为1cm的圆柱体，沿高度方向测得的电阻值， 单位为Ω·cm。
堆积密度ρs ：指颗粒在自然堆积状态下单位体积中
颗粒具有的质量，包括颗粒之间以及颗粒内部空隙而 计算出来的密度大小，常用于料仓、灰斗的设计。
t s
真密度为定值，堆积密度与空隙率、粒径大小、充填方 式等多种因素有关。
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2.2.1 密度
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2.2.2 颗粒的比表面积
颗粒的比表面积越大，其物理化学活性增强。在 分离技术中，对同一种颗粒来说，比表面积越大越难 捕集。