颗粒物捕集理论基础

以质量表示的比表面积
S 6 Sm (cm 2 /g) pV p d SV

以堆积体积表示的比表面积
S (1 ) 6(1 ) Sb (1 ) SV (cm 2 /cm 3 ) V d SV
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四、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（与粉尘的吸湿能力 有关） • 含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性 • 吸湿现象 • 平衡含水率
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四、粒径分布函数

2.对数正态分布（续）
可用
g 、MMD和NMD计算出各种平均直径
1 2 5 2 ln d L ln NMD ln g ln MMD ln g 2 2 2 2 ln d S ln NMD ln g ln MMD 2 ln g 3 2 3 2 ln d V ln NMD ln g ln MMD ln g 2 2
Leabharlann Baidu1 2π ln g
dF ( d p ) dd p


exp[ (
ln d p / d g 2 ln g
) 2 ]d(ln d p )
p(d p )
ln d p / d g 2 1 exp[ ( ) ] 2π d p ln g 2 ln g
ln g [
ni (ln d pi / d g ) 2 N 1
35
四、粒径分布函数

对数正态分布的累积频率分布曲线
36
四、粒径分布函数

3.罗辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）
G 1 exp( d p n )
若设 d p (1/ )
一般 d p
1/ n


得到 G 1 exp[ (
dp dp
)n ]
多选用质量中位径 d50 或 d 63.2
3）比表面积当量直径dA
dv 3 ds
6V p

Sp

6 dA Ap
8
4）形状系数（球形度）：球形颗粒与实际颗粒体积相等时， 球形表面积与实际颗粒表面积之比，即：
S 当V V p时， S Sp
由于体积相同时，球体的体积最小，所以形状系数
S 1
9
• 某些颗粒的圆球度
10
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
38
第二节 粉尘的物理性质
一、粉尘的密度
6
1、球形颗粒
体
常用直径d表示其特征长度，则

6 dp
3
积 Vp
表面 积
S p d p
2
6 比表面积 Ap Vp d p
比表面积：单位体积球体具有的表面积，m2/m3。 对一定的颗粒，直径越小，比表面积越大。
7
Sp
2、非球形颗粒 性，常用的有：
常用当量直径和球形度表示其特
1）体积当量直径dv 2） 表面当量直径ds
1 (d84.1 d15.9 ) 2
– 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
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四、粒径分布函数
• 正态分布的累积频率分布曲线
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四、粒径分布函数

2.对数正态分布
以lndp代替dp得到的正态分布的频度曲线
ln d p
F (d p )
①颗粒的 Re p 0.2 ，在层流区，自由沉降 d p d s
② ③ ④
Re p 0.2 ，自由沉降 d p 比 d s 层流区大； Re p 2 Re p 2
，用斯托克斯公式求得直径约小2%； 时，计算公式要进行修正。
（2）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
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六、粉尘的荷电性和导电性
2）低温（100oC以下），表面吸附的水分或化学物质
在低温条件下形成的膜所形成导电层－表面比电阻
（1）水分 于180oC） （2）燃煤中的含硫量在低温下形成的SO3 3）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
Fi
n n
N
i
i
i
17
二、粒径分布
• 粒数频率密度
p(d p ) dF / dd p
18
二、粒径分布
• 粒数分布的测定及计算
19
二、粒径分布
• 粒数众径－频度p最大时对应的粒径，此时
dp d2F 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
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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
• 粒数分布:每一间隔内的颗粒个数 • 粒数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总 数Σni 之比 n
fi
i
n
N
i
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二、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
20
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）
21
22
23
24
25
26
27
三、平均粒径
标准差
[
ni (d pi d p ) 2 N 1
]1/ 2
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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 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σ
（3） d84.1 d50 d50 d15.9

单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3
粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙－真密度 用堆积体积计算——堆积密度
b
p
空隙率——粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总
体积之比
b (1 ) p
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全自动真密度仪
40
二、粉尘的安息角与滑动角

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（35-55˚）
44
45
五、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
• 润湿速度－
L20 v20 (mm/min) 20
• 润湿性是选择湿式除尘器的主要依据
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六、粉尘的荷电性和导电性
• 1.粉尘的荷电性
– 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
]1/ 2
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四、粒径分布函数

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
d 84.1 d 50 d 84.1 1/ 2 g ( ) d 50 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 g ln SMD ln NMD 2 ln 2 g
（1）投影面积直径dA，
2、几何当量直径 与颗粒的某一几何量相同的球形颗粒的直径。
（2）筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度 (筛孔的大小用 目表示－每英寸长度上筛孔的个数)
13
(3）等体积直径 ———光散射法
14
一、颗粒的直径
3、物理当量直径 与颗粒某一物理特性相同球形颗粒直径
（1）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，条件：

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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 2
频率密度
(d p d p ) 1 p(d p ) exp[ ] 2 2 2π
dp
筛下累积频率
1 F (d p ) 2π

0
exp[
(d p d p )2 2
2
]dd p
第三章 颗粒污染物控制技术基础
1
第三章 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
第三章 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。 要求了解除尘技术的理论基础，掌握颗粒污染物 的性质。 除尘技术的理论基础以及颗粒物捕集的动力学理 3 论基础。

]1/ 3 (f i d pi 3 )1/ 3

体积－表面积平均直径
d SV
f i d pi 3 f i d pi 2
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三、平均粒径（续）

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

对于频率密度分布曲线对称的分布，众径 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 d L 单分散气溶胶，d L d g ；否则，d L d g
颗粒物尺寸：颗粒最重要的几何特征参数之一; 表征颗粒物尺寸的主要参数：粒径和粒径分布; 粒径：以单个颗粒为对象，表征单颗粒几何尺寸的大小; 粒径分布：以颗粒群为对象，表征所有颗粒在总体上几
何尺寸的大小。
5
第一节 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； • 1)球形颗粒： • • • 2)非球形颗粒： (1)几何当量直径 (2)物理当量直径 粒子群的直径。
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六、粉尘的荷电性和导电性
• 2、粉尘的导电性
– 比电阻
V d j (Ω cm)
– 导电机制： 1）高温（220oC以上起主导作用），粉尘本体内部的电子 和离子—体积比电阻
• 体积比电阻
• （1）钠、钾、锂离子导电（温度在高于150˚C起作用）
• （2）金属氧化物和氧化硅中电子起主导作用
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§1颗粒的粒径及粒径分布
• 一、颗粒的粒径 • 1、投影直径 粉尘颗粒在显微镜下所观测到的
某一直线尺寸
• 定向直径dF， • 定向面积等分直径dM，
对于颗粒群观测可以反映其投 影面的的尺寸与分布，只有观 测足够数量的颗粒才有意义。
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a-定向直径
b-定向面积等分直径
c-投影面积直径
一、颗粒的直径
dp d 50 ) ] 或 G 1 exp[ (
n
G 1 exp[ 0.693( d 50 0.6931/ n d 63.2 dd ( n 1 1/ n ) d 63.2 n
dp d 63.2
) n ] ...RRS分布函数
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四、粒径分布函数

3.罗辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）

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（40-55˚）

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。
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42
三、粉尘的比表面积 单位体积粉尘所具有的表面积
S 6 SV (cm 2 /cm 3 ) V d SV
• 2、教学重点
•
• 3、教学难点 •
第3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 4 离。

前面定义的众径和中位径是常用的平均粒径之一 长度平均直径 ni d pi
dL ni f i d pi

表面积平均直径
dS [
ni d pi 2 ni
]1/ 2 (f i d pi 2 )1/ 2
3

体积平均直径
dV [
ni d pi 3 ni d pi
2
ni d pi ni