第六章颗粒污染物控制技术基础一二节

第一节 颗粒的粒径及粒径分布

（一）颗粒的粒径

1.投影直径（显微镜法） dF-定向直径 dM-定向面积等分直径 dA-投影面积直径
注：同一颗粒的dF>dA>dM
（一）颗粒的粒径 2.几何当量直径——几何量相等的球形粒径
3
等体积径dV： d eV
6VP

等表面积直径dS： d eA
A

判断是否符合R－R分布
1 lg[ln( )] lg n lg d p 应为一条直线 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
二、颗粒的物理性质

粉尘的密度


单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3
粒径分布函数 对数正态分布（续） 可用 、MMD和NMD计算出各种平 均直径
g
1 2 5 2 ln d L ln NMD ln g ln MMD ln g 2 2 ln d S ln NMD ln 2 g ln MMD 2 ln 2 g 3 2 3 2 ln dV ln NMD ln g ln MMD ln g 2 2

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
d84.1 d50 d84.1 1/ 2 g ( ) d50 d15.9 d15.9
g 1 (=1时为单分散气溶胶）
平均粒径的换算关系
ln MMD ln NMD 3ln 2 ln SMD ln NMD 2 ln 2

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
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 状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性
粉尘的荷电性和导电性
粉尘的荷电性
粉尘体积不包括颗粒之间的空隙－真密度
p
用堆积体积计算——堆积密度 b
空隙率——粉尘颗粒间空隙体积与堆积总体积之比ε
b (1 ) p
粉尘的含水率

粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的
自由水分以及颗粒内部的结合水分


含水率－水分质量与粉尘总质量之比
含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性
对于球形颗粒，流体阻力的计算方程：
FD CD AP
u 2
2
（6-21）
CD:阻力系数，是雷诺数的函数；
AP：颗粒在其运动方向上的投影面积；
u：颗粒与流体之间的相对运动速度，m/s ρ：流体的密度。Kg/m3
CD f ( ReP )
※※
ReP
ud P

颗粒的雷诺数(判断颗粒 周围流体的流动状态）

0
exp[
(d p d p )2 2
2
]dd p

2 n ( d d ) i pi p
N 1
]1/ 2
粒径分布函数

正态分布（续） 正态分布是最简单的分布函数 （ 1） d d d
p 50 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 （3） d84.1 d50 d50 d15.9
第五章 颗粒污染物控制技术
第一节 颗粒污染物控制原理 第二节 机械除尘器 第三节 电除尘器 第四节 袋式除尘器 第五节 湿式除尘器 第六节 除尘设备的比较和选择
第一节 颗粒污染物控制原理
1.颗粒的粒径及粒径分布
2.颗粒的物理性质 3.颗粒捕集理论基础

掌握颗粒粒径分布特点，学会计算平均粒径；掌握颗粒物 理性质；掌握颗粒捕集的理论基础，学会计算几种主要作 用力及分级除尘效率。


V d j 导电机制：
比电阻
( cm)
高温（200oC以上），粉尘本体内部的电子和离子
低温（100oC以下），粉尘表面吸附的水分或其他化学物
质
中间温度，同时起作用
比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围104～1010
cm
粉尘的自燃性和爆炸性

粉尘的自燃性

1 (d84.1 d15.9 ) 2
正态分布函数很少用于描述气溶胶的粒径分布，因 为大多数气溶胶的频度曲线向大颗粒方向偏移
粒径分布函数 正态分布的累积频率分布曲线
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
1 F (d p ) 2 ln g
p(d p ) dF (d p ) dd p
自燃
存放过程中自然发热 燃烧 热量积累 达到燃点

自然发热的原因－氧化热、分解热、聚合
热、发酵热

影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘 的存在状态和环境
粉尘的爆炸性

粉尘发生爆炸必备的条件：


可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达 到一定的浓度 最低可燃物浓度－爆炸浓度下限 爆炸浓度上限 存在能量足够的火源
dp d F 0 2 dd p dd p

2
粒数中位径（NMD）－累计频率F=0.5时对 应的粒径
粒径分布

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
G 1 exp[0.693( d50 0.6931/ n d63.2 n 1 1/ n dd ( ) d63.2 n
dp d50
) ] 或 G 1 exp[(
n
dp d63.2
) n ] ...RRS分布函数
粒径分布函数

罗辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）
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[( )] 2 d p ln g 2 ln g
ln g [
2 n (ln d / d ) i pi g
N 1
]1/ 2
粒径分布函数
• 筛上累计分布 R：大于某一粒径dp的所有粒子质量占总质 量的比例。
R ΔR f Δd p
dp dp
dmax
dmax
R(dp ) dR f(d p ) d(d p )
dp dp
dmax
dmax
质量的比例。
筛下累计分布 D ：小于某一粒径dp的所有粒子质量占总
D=1-R
dp dp dmin dmin
D( dp ) dD f(dp ) d(d p )
中位径(d50) : 当R=D=50%时所对应的直径.
在除尘技术中,使用筛上分布R比使用频度分布更方 便,所以在一些国家的粉尘标准中多用R表示粒径分 布.
粒径分布函数
筛上累计分布的粒径分布函数表达式：

de=6Vp/Sp
体积-表面积平均径de:
（一）颗粒的粒径 3.物理当量直径
斯托克斯直径（dst）：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/m3）的球体直径。
注：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。

体积－表面积平均直径
dSV
ni d pi 3 ni d pi
2

fi d pi 3 fi d pi 2
平均粒径（续）

几何平均直径
d g (d1n1 d 2 n2 d 3n3 ...)1/ N dg n ln d exp(
i pi
或
N
)

对于频率密度分布曲线对称的分布，众径 dd 、 中位径 d50和算术平均直径 d L 相等 频率密度非对称的分布，dd d50 dL
第三节 颗粒捕集的理论基础

对颗粒施加外力使颗粒与气流产生相对运动并从气 流中分离 颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻 力、颗粒间相互作用力


外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、 等
颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略

第三节 颗粒捕集的理论基础
（百度文库）流体阻力
• 当某一颗粒在气流中做稳定运行时，颗粒会受到来自流体的阻 力。 • 该阻力由两部分组成（补充）：形体阻力和摩擦阻力。 • 流体阻力的方向与颗粒物在流体中运动的方向相反，其大小与 流体和颗粒物之间的相对运动速度u、气体的密度、黏度以 及颗粒物的大小、形状有关。
粒径分布函数

对数正态分布的累积频率分布曲线
粒径分布函数

罗辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）
G 1 exp( d p n )


若设
d p (1/ )1/ n 得到
dp dp )n ]
G 1 exp[(

一般
d p 多选用质量中位径
d50 或 d63.2
（一）颗粒的粒径
说明（补充）： 同一颗粒按不同定义所得粒径的大小是不同 的，应用场合也不同，因此在给出和应用粒径分 析结果时，应该说明所用的测定方法。 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。
（二）粒径分布（自学了解）
粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的 比例，亦称粒子的分散度。


单分散气溶胶，dL dg ；否则，dL dg
粒径分布函数


用一些半经验函数描述一定种类气溶胶 的粒径分布 正态分布 (d p d p ) 2 1 exp[ ] 频率密度 p(d p ) 2 2 2

筛下累积频率 标准差
[
1 F (d p ) 2
dp
12
（二）流体阻力
摩擦阻力占主导地位 （1）层流区（※当Rep≤1时，斯托克斯区）：
CD 24 Re p
（6.1.12） （6.1.13）
斯托克斯阻力定律：
FD 3udp
（2）过渡区（当1<Rep<500时，艾仑区）
正态分布式
对数正态分布式
罗辛-拉姆勒分布式（R-R分布）
粒径分布

粒数筛下累积频率：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
Fi
n n
N
i
i
i
粒径分布

粒数频率密度
p(d p ) dF / dd p
粒径分布

粒数分布的测定及计算
粒径分布

粒数众径－频度p最大时对应的粒径，此时

与粉尘吸湿性有关
粉尘的润湿性

润湿性－粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易
程度的性质

润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、
含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的液体的表面
张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。

粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降 润湿性是选择湿式除尘器的主要依据
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 ni d pi 长度平均直径 d f d
L
ni
i
pi

表面积平均直径 d [ S 体积平均直径
dV [
ni d pi 2 ni
]1/ 2 (fi d pi 2 )1/ 2

ni d pi 3 ni
]1/ 3 (fi d pi 3 )1/ 3


天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷
荷电因素－电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子
被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电

天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1/10 荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且 与化学组成有关
粉尘的荷电性和导电性

粉尘的导电性
粉尘的附着特性

粘附和自粘现象 粘附力－克服附着现象所需要的力


粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）
断裂强度－表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的力除
以其断裂的接触面积

分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性 粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性
粉尘的流动特性
个数分布 表面积分布 质量分布
粒径分布的表示方法
• 频数分布 ΔR ：粒径dp至(dp+Δdp)之间的粒子质量占粒子 群总质量的百分数。 • 频度分布 f： Δdp=1μm时粒子质量占粒子群总质量的比例。
ΔR f Δd p
dR %/μm f( dp ) %/μm d(d p )
众径dom: 最大频度所对应的粒径.