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1、大气污染控制基础知识大气污染控制基础知识第一节第一节 气体的物理性质气体的物理性质一、气体的状态方程一、气体的状态方程PV=mR0T/M（一般形式）（一般形式）R=R0/MPV=mRT（工程上应用的形式）（工程上应用的形式）式中：式中：m气体的总质量，气体的总质量，kg;M气体的摩尔质量，气体的摩尔质量，kg/mol;P压力，压力，Pa;R0=8.314J/(mol.K);干空气的气体常数干空气的气体常数R287.0J/(kg.K);第二节第二节 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算一、物料衡算一、物料衡算1、物料衡算式、物料衡算式理论依据：质量守恒定律理论依据：质量守恒定律物料衡算的一般形式
2、：物料衡算的一般形式：输入的物料量输入的物料量反应生成或消耗的物料量反应生成或消耗的物料量=输出的物料量输出的物料量+积累的物料量积累的物料量2 2、物料衡算的基本方法、物料衡算的基本方法q搜集计算数据，如输入和输出物料的流量、温度、压搜集计算数据，如输入和输出物料的流量、温度、压力、浓度、密度等，使用统一的单位制；力、浓度、密度等，使用统一的单位制；q画出物料流程简图，标示所有物料线，注明所有已知画出物料流程简图，标示所有物料线，注明所有已知和未知变量；和未知变量；q确定衡算体系；确定衡算体系；q写出化学反应方程式包括主反应和副反应，如无化学写出化学反应方程式包括主反应和副反应，如无化学反应
3、可省去；反应可省去；q选择合适的计算基准。对连续流动体系，通常用时间选择合适的计算基准。对连续流动体系，通常用时间作基准；作基准；q列出物料衡算式，进行数学求解。列出物料衡算式，进行数学求解。二、热量恒算二、热量恒算依依据据能能量量守守恒恒定定律律。连连续续稳稳定定过过程程热热量量衡衡算算的的基基本本关关系式如下：系式如下：单位时间内随物料进入系统的总热量，单位时间内随物料进入系统的总热量，kJ/s；单位时间内随物料离开系统的总热量，单位时间内随物料离开系统的总热量，kJ/s；单位时间内向环境散失的总热量，单位时间内向环境散失的总热量，kJ/s。教材例题教材例题3-2：需要说明的一个问题：需要
4、说明的一个问题在例题中在例题中Q2=（njCpj）T=Q2=（343.04+0.13T-27.17410-6T2)(T-298)转化过程：转化过程：Cp与温度间存在如下关系：与温度间存在如下关系：Cp=a+bT+cT2+dT3上述四种气体的有关参数如下：上述四种气体的有关参数如下：？气体气体ab10-3c10-6d109温度范围温度范围KCO226.7542.26-14.25/2733800H2O29.1614.49-2.022/2733800N227.326.226-0.9502/2733800O228.176.297-0.7494/2733800上述四种气体的定压摩尔热容上述四种气体的定压
5、摩尔热容随意输入随意输入T1000，如图。，如图。显然显然T1000K不是方程的解不是方程的解已知已知Q2=（343.04+0.13T-27.17410-6T2)(T-298)求求T？使用使用EXCEL进行试差法求解进行试差法求解在在EXCEL表格表格B2单元格输入公式单元格输入公式=(343.04+0.13*A2-0.000027174*A22)*(A2-298)第三节第三节 颗粒粒径及粒径分布颗粒粒径及粒径分布一、粒径一、粒径n颗粒的大小不同，其物、化特性不同，对人和环境颗粒的大小不同，其物、化特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的影响甚大，因此的危害亦不同，而且对除尘装置的影
6、响甚大，因此颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。n实际颗粒的形状多是不规则的，所以需要按一定的实际颗粒的形状多是不规则的，所以需要按一定的方法确定一个表示颗粒大小的最佳代表性尺寸，作方法确定一个表示颗粒大小的最佳代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为为颗粒的直径，简称为粒径粒径。n一一般般将将粒粒径径反反映映单单个个颗颗粒粒的的单单一一粒粒径径和和反反映映由由不不同同颗粒组成的颗粒群的颗粒组成的颗粒群的平均粒径平均粒径投影径投影径筛分径筛分径当量径当量径单个颗粒单个颗粒的粒径的粒径球形颗粒：球形颗粒：直径直径非球形颗粒非球形颗粒（一）单一颗粒的粒径（一）单一颗粒的粒
7、径n1、投影直径、投影直径粉尘颗粒在显微镜下所观测到的某一直线尺寸粉尘颗粒在显微镜下所观测到的某一直线尺寸n定向直径定向直径dF，n定向面积等分直径定向面积等分直径dM，n投影面积直径投影面积直径dAa-定向直径定向直径b-定向面积等分直径定向面积等分直径c-投影面积直径投影面积直径2、筛分径、筛分径n筛分直径：颗粒能够通过的最小筛分直径：颗粒能够通过的最小方方筛孔的宽度筛孔筛孔的宽度筛孔的大小，用目的大小，用目(每英寸长度上筛孔的个数每英寸长度上筛孔的个数)表示表示光散射法光散射法n等体积直径等体积直径d dV V：与颗粒体积相等的球体的直径与颗粒体积相等的球体的直径沉降法沉降法n斯托克斯（
8、斯托克斯（StokesStokes）直径直径d ds s：同一流体中与颗粒密度同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径相同、沉降速度相等的球体直径n空气动力学当量直径空气动力学当量直径d da a：在空气中与颗粒沉降速度相在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（等的单位密度（1g/cm1g/cm3 3）的）的球体的直径球体的直径n分割直径（分割直径（dc50）：除尘器分级效率为）：除尘器分级效率为50%的颗的颗粒的粒的直径直径3、当量直径、当量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
9、学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径算术平均径（算术平均径（d d1010）中位径（中位径（d d5050）（重点）（重点）众径（众径（d dd d）几何平均径（几何平均径（d dg g）加权平均径（加权平均径（d d4040）（二）粒子群的平均粒径粒子群的平均粒径平均粒径平均粒径质量质量中位径（中位径（d d5050）：粒子群中把颗粒质量平分一）：粒子群中把颗粒质量平分一半时的颗粒的直径。半时的颗粒的直径。名称名称符号符号定定义义备备注注算算术术平均径平均径中位径中位径众径众径几何平均径几何平均径加加权权平均径平均径d10d50ddd40粒子群中粒子群中颗颗粒直径算粒直径算术术平均
10、平均值值粒粒子子群群中中颗颗粒粒总总质质量量为为二二分分之之一一时时的的颗颗粒直径粒直径粒径分布中粒径分布中频频度最高的粒径度最高的粒径颗颗粒粒径的几何平均粒粒径的几何平均值值粒粒子子群群中中各各颗颗粒粒的的直直径径乘乘以以相相应应的的质质量分数加量分数加权权而成的平均粒径而成的平均粒径表表3-2 3-2 颗粒群平均粒径的表示方法颗粒群平均粒径的表示方法1 1、粒径分布又称颗粒的分散度：、粒径分布又称颗粒的分散度：指某一颗粒群中各种粒指某一颗粒群中各种粒径的颗粒所占的比例。如以颗粒所占的个数来表示，径的颗粒所占的比例。如以颗粒所占的个数来表示，称为称为粒数分布粒数分布；如以颗粒的质量所占比例来
11、表示，称；如以颗粒的质量所占比例来表示，称为为质量分布质量分布。粒径分布的表示方法粒径分布的表示方法表格法、图形法、函数法表格法、图形法、函数法二、粒径分布的表示方法二、粒径分布的表示方法取一粉尘试样，其质量取一粉尘试样，其质量 m m0 0=4.28g=4.28g，测定得到各粒径范，测定得到各粒径范围围 dp p内的质量为内的质量为 m(g)。测定如下表所列。测定如下表所列。序号序号粒径范粒径范围围d dP P(m)(m)粒径粒径间间隔隔dP(m)平均粒径平均粒径(m)(m)粉粉尘质尘质量量m(g)频频率分布率分布D(%)频频度分布度分布(%.m(%.m-1-1)筛筛上累上累计计分布分布R(
12、%)筛筛下累下累计计分布分布D(%)1 12 23 34 45 56 67 78 89 910106 61010101414141818182222222626263030303434343838384242424 44 44 44 44 44 44 44 44 48 8121216162020242428283232363640400.0120.0120.0980.0980.3600.3600.6400.6400.8600.8600.8900.8900.8000.8000.4600.4600.1600.1600.0000.0000.30.3 2.3 2.3 8.4 8.415.015.020
13、.120.120.820.818.718.710.710.73.83.80.00.00.070.070.570.572.102.103.753.755.035.035.205.204.684.682.672.670.950.950.00.010010099.899.897.597.589.189.174.174.154.054.033.233.214.514.53.83.80.00.00 00.20.22.52.510.910.925.925.946.046.066.866.885.585.596.296.2100.0100.0表表33粒径分布测定和计算结果粒径分布测定和计算结果图图3-4 3
14、-4 粒径的频率、频度及累计频率分布粒径的频率、频度及累计频率分布（1）频率分布）频率分布D（相对频数分布）（相对频数分布）粒径由粒径由dp至至dpdp之间的粒子质量占尘样总质量之间的粒子质量占尘样总质量的百分数，即的百分数，即D=（m/m0）100%如粒径如粒径1014m的粉尘的频率分布为的粉尘的频率分布为D=（0.098/4.28）100%2.29%（2）频率密度分布频率密度分布f（频度分布，（频度分布，%.m-1）指单位粒径间隔时的频率分布，即指单位粒径间隔时的频率分布，即dp=1m时的时的尘样质量占尘样总质量的百分数，因此尘样质量占尘样总质量的百分数，因此f=D/dp如粒径如粒径101
15、4m的粉尘的频度分布为的粉尘的频度分布为f=2.29%/40.57（%.m-1）（3）筛上累计频率分布）筛上累计频率分布R（%）简称筛上累计分布，系指大于某一粒径简称筛上累计分布，系指大于某一粒径dp的全部粒的全部粒子质量占尘样总质量的百分数，即子质量占尘样总质量的百分数，即（4）筛下累计频率分布）筛下累计频率分布D（%）简称筛下累计分布，系指小于某一粒径简称筛下累计分布，系指小于某一粒径dp的全部粒的全部粒子质量占尘样总质量的百分数，即子质量占尘样总质量的百分数，即n筛下累积频率：小于第筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个间隔上限粒径的所有颗粒质量占总颗粒质质量占总颗粒质量的百分
16、比量的百分比n筛上累积频率：大于筛上累积频率：大于第第i个间隔上限粒径的所有颗粒个间隔上限粒径的所有颗粒质质量占总颗粒质量的百分比量占总颗粒质量的百分比筛上分布为减函数；筛上分布为减函数；筛下分布为增函数。筛下分布为增函数。序号序号粒径范粒径范围围d dP P(m)(m)平均粒径平均粒径(m)(m)频频率分布率分布D(%)筛筛上累上累计计分布分布R(%)筛筛下累下累计计分布分布D(%)筛筛上累上累计计分布分布R(%)筛筛下累下累计计分布分布D(%)1 12 23 34 45 56 67 78 89 910106 61010101414141818182222222626263030303434
17、343838384242428 8121216162020242428283232363640400.30.3 2.3 2.3 8.4 8.415.015.020.120.120.820.818.718.710.710.73.83.80.00.010010099.899.897.597.589.189.174.174.154.054.033.233.214.514.53.83.80.00.00 00.20.22.52.510.910.925.925.946.046.066.866.885.585.596.296.2100.0100.099.799.797.497.48989747453.953
18、.932.132.114.414.43.73.70.00.00.00.00.30.32.62.61111262646.146.166.966.985.685.696.396.3100100100100表表33粒径分布测定和计算结果粒径分布测定和计算结果若已知分布曲线函数，可计算特定粒径若已知分布曲线函数，可计算特定粒径1）加权平均径）加权平均径指指f（dP）曲线下形心位置的的直径，）曲线下形心位置的的直径，为常用平均粒径。为常用平均粒径。2）众径众径dd位于位于f（dP）曲线最高点的直径）曲线最高点的直径3）中位径中位径d50R=D50%所对应的直径所对应的直径三、粒径分布函数三、粒径分布函数
19、n由上可见，粒径分布曲线均有一定的规律性：如频由上可见，粒径分布曲线均有一定的规律性：如频率密度曲线大致呈钟型；累积频率曲线呈率密度曲线大致呈钟型；累积频率曲线呈“S”型。因型。因此，目前，对于描述一定种类粉尘的粒径分布，已此，目前，对于描述一定种类粉尘的粒径分布，已经找到一些半经验函数形式。经找到一些半经验函数形式。1、正、正态态分布分布粉尘粒径的正态分布是最简单的呈对称的分布，粉尘粒径的正态分布是最简单的呈对称的分布，正态正态分布的频率密度函数为：分布的频率密度函数为：其特征数为：其特征数为：d10算术平均粒径；算术平均粒径；几何标准差。几何标准差。特点：图形对称，众位径特点：图形对称，众
20、位径dd=中位径中位径d50=平均粒径平均粒径图图 3-5 3-5 正态分布曲线及其特征值估计正态分布曲线及其特征值估计2、对数正态分布、对数正态分布粉尘粒径分布曲线很少像正态分布那样成对称的钟形粉尘粒径分布曲线很少像正态分布那样成对称的钟形曲线，曲线，以以lndp代替代替dp就可以将其转化为近似正态分布就可以将其转化为近似正态分布曲线的对称性钟形曲线。曲线的对称性钟形曲线。特征数：几何平均粒径特征数：几何平均粒径dg=d50，几何标准差几何标准差g个数中位径个数中位径质量中位径质量中位径3、罗辛、罗辛-拉姆勒（拉姆勒（R-R）分布）分布R-R的适用范围较广，特别对破碎、研磨、筛分过的适用范围
21、较广，特别对破碎、研磨、筛分过程产生的较细粉尘更为适用。其函数表达式为程产生的较细粉尘更为适用。其函数表达式为R（dp）=exp(-dnp)式中：式中：n分布指数；分布指数；分布系数分布系数对式（对式（326）两端取两次对数可得）两端取两次对数可得图图 罗辛罗辛-拉姆勒拉姆勒粒径分布粒径分布将中位径将中位径d50代入式（代入式（3-26）可求）可求得得，得到一个常用的，得到一个常用的R-R分布分布函数表达式函数表达式解：由式（解：由式（3-28）得：）得：第四节第四节 粉尘颗粒的物理性质粉尘颗粒的物理性质1、真密度（、真密度（p）：）：将粉尘颗粒表面和其内部的空气排将粉尘颗粒表面和其内部的空气
22、排出后测得的粉尘自身的密度，常用于研究尘粒在气出后测得的粉尘自身的密度，常用于研究尘粒在气体中的运动。体中的运动。2、堆积密度（、堆积密度（b）：）：包含粉尘颗粒间气体空间在内的包含粉尘颗粒间气体空间在内的粉体密度，用于计算粉体容积。粉体密度，用于计算粉体容积。二者的关系：二者的关系：b=（1）p一、密度一、密度单位体积粉尘颗粒的质量单位体积粉尘颗粒的质量二、二、比表面积比表面积单位体积（或质量）粉尘所具有的表面积。单位体积（或质量）粉尘所具有的表面积。粉尘表面积对于粉尘的物化和生物活性有重要影响，粉尘表面积对于粉尘的物化和生物活性有重要影响，比表面积大的粉尘通过捕集体的阻力增加，氧化、溶解、
23、比表面积大的粉尘通过捕集体的阻力增加，氧化、溶解、蒸发、吸附和催化效应增强，爆炸性和毒性增大。蒸发、吸附和催化效应增强，爆炸性和毒性增大。以粉尘体积表示的比表面积以粉尘体积表示的比表面积以粉尘质量表示的比表面积以粉尘质量表示的比表面积三、颗粒的润湿性三、颗粒的润湿性粉尘颗粒与液体附着难易程度的性质。粉尘颗粒与液体附着难易程度的性质。润湿性润湿性与粉尘的粒径、形状、组分、温度、含水率、与粉尘的粒径、形状、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力、粘表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力、粘附力及固液接触方式有关。附力及固液接触方式有关。n粉尘润湿性能分类：粉尘润湿性能分
24、类：亲水性粉尘亲水性粉尘憎水性粉尘憎水性粉尘当尘粒与液体一旦接触就能扩大湿润表面而相互附着当尘粒与液体一旦接触就能扩大湿润表面而相互附着的粉尘称为湿润性（亲水性）粉尘；如水泥、飞灰、石的粉尘称为湿润性（亲水性）粉尘；如水泥、飞灰、石灰灰；适于湿式除尘。；适于湿式除尘。反之，称为非湿润性（疏水性）粉尘；如煤粉、石墨反之，称为非湿润性（疏水性）粉尘；如煤粉、石墨粉粉.；不适于湿式除尘。；不适于湿式除尘。粉尘类型粉尘类型润湿性润湿性绝对憎水绝对憎水憎水憎水中等亲水中等亲水强亲水强亲水v20v200.58.08.0粉尘举例粉尘举例石灰、沥青、石灰、沥青、聚四氟乙烯聚四氟乙烯石墨、煤、石墨、煤、硫硫玻璃
25、微珠、玻璃微珠、石英石英锅炉飞灰、锅炉飞灰、钙钙粉尘对水的润湿性粉尘对水的润湿性n1、颗粒的荷电性：、颗粒的荷电性：颗粒在其产生和运动过程颗粒在其产生和运动过程中由于粒中由于粒子间的碰撞、粒子与器壁间的摩擦使颗粒带电的现象称子间的碰撞、粒子与器壁间的摩擦使颗粒带电的现象称为颗粒荷电。为颗粒荷电。粉尘荷电后其物理特性等将被改变；如凝聚性、附着粉尘荷电后其物理特性等将被改变；如凝聚性、附着性及其在气体中的稳定性等，对人体危害也将增加。性及其在气体中的稳定性等，对人体危害也将增加。颗粒荷电对除尘过程有重要意义，电除尘器就通过粉颗粒荷电对除尘过程有重要意义，电除尘器就通过粉尘荷电而将其捕集，袋式除尘器
26、和湿式除尘器也可以利尘荷电而将其捕集，袋式除尘器和湿式除尘器也可以利用粉尘或液滴荷电而增加捕集效率。用粉尘或液滴荷电而增加捕集效率。四、颗粒的荷电性与导电性四、颗粒的荷电性与导电性n2、颗粒的导电性、颗粒的导电性指颗粒由于内部的电子或离子的运动，或者由于表面指颗粒由于内部的电子或离子的运动，或者由于表面吸附的水分和化学膜而发生导电的现象，用比电阻来表吸附的水分和化学膜而发生导电的现象，用比电阻来表示，示，。比电阻越大，则导电性越差。比电阻越大，则导电性越差。q粉尘的导电性是判断是否使用电除尘器的依据，一般粉尘的导电性是判断是否使用电除尘器的依据，一般最适合电除尘器运行的比电阻范围为：最适合电除
27、尘器运行的比电阻范围为：1041010q影响导电性的因素有温度、粉尘和气体组成。不同温影响导电性的因素有温度、粉尘和气体组成。不同温度范围内，粉尘导电的机制各异。度范围内，粉尘导电的机制各异。n粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面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，的夹角，一般为一般为3 355555。n是评价是评价粉尘流动特性粉尘流动特性的重要指标的重要指标，安息角越小，粉尘流安息角越小，粉尘流动性越好动性越好；也是；也是除尘器灰斗、管路斜度设计的重要依据。除尘器灰斗、管路斜度设计的重要依据。n影响因素：粉体粒径、含水率、粒子形状、粒子表面光影响因素：粉体粒径
28、、含水率、粒子形状、粒子表面光滑程度、粉尘的粘性等。滑程度、粉尘的粘性等。五、颗粒的休止角（安息角，堆积角）五、颗粒的休止角（安息角，堆积角）n粉尘颗粒附着在固体表面上，或颗粒彼此相互附着的现粉尘颗粒附着在固体表面上，或颗粒彼此相互附着的现象称为粘附。象称为粘附。n粉尘粘附性对除尘过程的影响是双方面的粉尘粘附性对除尘过程的影响是双方面的一方面粉尘相互粘附使粒径增大，有利于颗粒物的分一方面粉尘相互粘附使粒径增大，有利于颗粒物的分离，一些除尘器的捕集机制就是依靠尘粒在捕集表面上离，一些除尘器的捕集机制就是依靠尘粒在捕集表面上被粘附；但另一方面尘粒在气体管道和净化设备壁面上被粘附；但另一方面尘粒在气
29、体管道和净化设备壁面上的粘附又能引起管道堵塞。的粘附又能引起管道堵塞。六、颗粒的粘附性能六、颗粒的粘附性能堆积堆积粉尘粉尘热量热量积累积累达到达到燃点燃点自然发热自然发热自自燃燃自然发热的原因自然发热的原因氧化热、分解热、聚合热、发氧化热、分解热、聚合热、发酵热酵热影响因素：影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境状态和环境n粉尘的自燃性粉尘的自燃性n爆炸性：爆炸性：可燃物可燃物-剧烈氧化剧烈氧化-瞬间产生大量的热量和瞬间产生大量的热量和燃烧产物，在空间造成很高的温度和压力燃烧产物，在空间造成很高的温度和压力可燃物爆炸的两个基本条件：可燃物爆炸的两个
30、基本条件：可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度定的浓度存在能量足够的火源存在能量足够的火源第五节第五节颗粒捕集的理论基础颗粒捕集的理论基础n流体阻力形状阻力摩擦阻力流体阻力形状阻力摩擦阻力n阻力的方向和速度向量方向相反阻力的方向和速度向量方向相反颗粒物的流体阻力是指流体绕过粒子时，所发生的阻力。颗粒物的流体阻力是指流体绕过粒子时，所发生的阻力。FD流体阻力，流体阻力，N；fr颗粒的形状阻力，颗粒的形状阻力，N；fd颗粒的摩擦阻力颗粒的摩擦阻力,N；CD阻力系数；阻力系数；Ap颗粒在运动方向上的投影面积，颗粒在运动方向上的投影面积，m2；流体的
31、密度，流体的密度，kg/m3；vS相对运动速度，相对运动速度，m/s流体粘度，流体粘度，Pas球形颗粒球形颗粒n关于阻力系数关于阻力系数CD的确定的确定n流体阻力与雷诺数的函数关系流体阻力与雷诺数的函数关系 63流体状态流体状态雷诺数雷诺数Re阻力系数阻力系数CD绕流阻力绕流阻力FD层流区层流区（stocks）过渡区过渡区（Allen）湍流区湍流区（Newton）流体阻力与雷诺数的函数关系流体阻力与雷诺数的函数关系斯托克斯公式斯托克斯公式在在层层流区，当流区，当颗颗粒尺寸接近于气体分子自由程粒尺寸接近于气体分子自由程(标标况下况下约约6.810-2m)时时，颗颗粒粒产产生滑生滑动动，阻力减小，
32、常采用，阻力减小，常采用康宁康宁汉汉系数系数C修正：修正：64努森数：努森数：气体分子气体分子自由程：自由程：气体分子算气体分子算术平均速度：术平均速度：解解静止状态的颗粒在外力作用下作加速运动，随着静止状态的颗粒在外力作用下作加速运动，随着速度加快，流体阻力不断增大，直到外力与阻力相等速度加快，流体阻力不断增大，直到外力与阻力相等时，时，颗粒达到其终端速度，并保持这一速度作匀速运颗粒达到其终端速度，并保持这一速度作匀速运动。动。在大气污染控制工程中，我们主要关注颗粒达到在大气污染控制工程中，我们主要关注颗粒达到终端沉降速度的时间、通过的距离及颗粒的终端沉降终端沉降速度的时间、通过的距离及颗粒
33、的终端沉降速度。速度。二、受外力作用的球形颗粒在流体中的运动二、受外力作用的球形颗粒在流体中的运动设颗设颗粒的运粒的运动动方向与外力作用方向一致，方向与外力作用方向一致，则则上式上式可表示成下列方程：可表示成下列方程：当加速度当加速度dvsdt，即，即颗颗粒运粒运动动达平衡达平衡时时，则则颗颗粒达到恒速状粒达到恒速状态态，vt为为一定一定值值，这时这时的速度称的速度称为为终终端速度端速度vt。三、重力沉降三、重力沉降在重力在重力场场中，中，悬悬浮浮颗颗粒会在重力的作用下粒会在重力的作用下发发生沉降。在生沉降。在斯托克斯区，重力斯托克斯区，重力Fmgd3ppg/6，代入前式得：，代入前式得：四、
34、离心沉降四、离心沉降在离心力作用下，在离心力作用下，颗颗粒在斯托克斯沉降区内匀速运粒在斯托克斯沉降区内匀速运动时动时，颗颗粒受到的离心力与流体阻力相互平衡。粒受到的离心力与流体阻力相互平衡。颗颗粒在旋粒在旋转转半径半径为为r的的轨轨道以角速度道以角速度运运动时动时，其所，其所受的离心力受的离心力为为mr2d3ppr 2，代入前式得到：，代入前式得到：在除尘装置中，离心力的运用非常普遍。旋风分离在除尘装置中，离心力的运用非常普遍。旋风分离器就主要根据离心原理实现气固分离的。器就主要根据离心原理实现气固分离的。五、静五、静电电沉降沉降在在强强电场电场中，如在中，如在电电除除尘尘器中，如忽略重力和器
35、中，如忽略重力和惯惯性性力等的作用，荷力等的作用，荷电颗电颗粒所受作用力主要是静粒所受作用力主要是静电电力和气力和气流阻力。流阻力。当当颗颗粒的荷粒的荷电电量量为为qp，电场电场强强度度为为时时，则颗则颗粒所粒所受的受的电场电场力力为为FqpE，代入上式得到：，代入上式得到：六、六、惯惯性沉降性沉降含含尘尘气流通气流通过过捕集体（靶子）捕集体（靶子）时时，气体将沿气流流，气体将沿气流流线绕线绕过过捕集体，而粉捕集体，而粉尘颗尘颗粒粒则则因具有更大的因具有更大的惯惯性力而脱离气体性力而脱离气体流流线线，沿虚，沿虚线线向前运向前运动动，并与捕集体相撞而被捕，并与捕集体相撞而被捕获获，这这种种捕捕获
36、获称称为惯为惯性沉降。性沉降。靶靶1惯惯性碰撞性碰撞惯惯性碰撞的沉降效率又称中靶效率，主要取决于捕集性碰撞的沉降效率又称中靶效率，主要取决于捕集体周体周围围的气流速度分布及粉的气流速度分布及粉尘颗尘颗粒的运粒的运动轨动轨迹等因素。迹等因素。式中：式中：v0气流未气流未扰动时扰动时的的颗颗粒初速度，粒初速度，m/s；D捕集体的特征尺寸捕集体的特征尺寸（如球和圆柱体的半径）（如球和圆柱体的半径），m。通常用斯托克斯准数通常用斯托克斯准数Stk（又称（又称惯惯性碰撞参数）表性碰撞参数）表征征颗颗粒运粒运动动特征特征在在Stk0.1的区域内，有的区域内，有势势流流动动的情况下，球面捕的情况下，球面捕集
37、体的沉降效率，可用下式确定：集体的沉降效率，可用下式确定：流体中粉流体中粉尘尘粒子的粒子的Stk数达到一定数达到一定值值后，后，颗颗粒将偏离粒将偏离流流线线与捕集体相撞。与捕集体相撞。当含当含尘尘气流中粉气流中粉尘尘粒子的粒子的Stk大于大于临临界斯托克斯准数界斯托克斯准数Stkcr时时，粉，粉尘尘粒子会被捕集，反之粒子会被捕集，反之则则不会被捕集。不会被捕集。2拦拦截捕集截捕集拦拦截捕集能截捕集能够够捕集流捕集流线线与捕集体表面距离小于或等与捕集体表面距离小于或等于于颗颗粒半径的所有粒半径的所有颗颗粒。粒。拦拦截沉降效率取决于截沉降效率取决于拦拦截参截参数数R=dP/D；其定；其定义为颗义为
38、颗粒直径与捕集体直径之比。粒直径与捕集体直径之比。当流体当流体为为有有势势流流时时，拦拦截捕集效率截捕集效率g可由下式可由下式进进行行计计算：算：对对球形捕集体：球形捕集体：对圆对圆柱形捕集体：柱形捕集体：七、扩散沉降七、扩散沉降利用惯性沉降捕集颗粒时，由于颗粒的布朗运动，一利用惯性沉降捕集颗粒时，由于颗粒的布朗运动，一些不在靶体有效捕集范围内的颗粒也会运动到靶体附近发些不在靶体有效捕集范围内的颗粒也会运动到靶体附近发生捕集或拦截，这一过程增加了除尘效率，导致这种现象生捕集或拦截，这一过程增加了除尘效率，导致这种现象发生的机制叫做扩散沉降。发生的机制叫做扩散沉降。粒径小的颗粒在气体粒径小的颗粒
39、在气体中一般都存在布朗运中一般都存在布朗运动动n由表可见，随着粒径的减小，相同时间内布朗扩散由表可见，随着粒径的减小，相同时间内布朗扩散的平均位移比重力沉降大得多的平均位移比重力沉降大得多n下表给出了单位密度的球形颗粒在下表给出了单位密度的球形颗粒在1秒钟内布朗扩秒钟内布朗扩散的平均距离及重力沉降距离散的平均距离及重力沉降距离第六节第六节 净化装置的性能净化装置的性能q 技术指标技术指标技术指标技术指标n处理气体流量处理气体流量n净化效率净化效率n压力损失压力损失qq 经济指标经济指标经济指标经济指标n设备费设备费n运行费运行费n占地面积占地面积代表装置处理能力的指标，常用体积流量来表示。代表
40、装置处理能力的指标，常用体积流量来表示。由于实际运行中处理装置漏气等原因，导致装置进由于实际运行中处理装置漏气等原因，导致装置进出口的气体流量不同，因此用两者的平均值来代表气出口的气体流量不同，因此用两者的平均值来代表气体的处理流量：体的处理流量：QN=（Q1N+Q2N）/21、气体处理量、气体处理量指净化装置进口与出口静压之差，它是分离过程所必须指净化装置进口与出口静压之差，它是分离过程所必须耗损的能量，用耗损的能量，用P表示。净化装置的压降与它的结构表示。净化装置的压降与它的结构形式、操作条件（如气体粘度、气流速度等）有关。形式、操作条件（如气体粘度、气流速度等）有关。2、压降、压降单位时
41、间内净化装置去除污染物的量与进入装单位时间内净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之百分比，用置的污染物量之百分比，用表示。表示。除尘装置除尘装置除尘效率；除尘效率；吸收装置吸收装置吸收效率；吸收效率；吸附装置吸附装置吸附效率。吸附效率。3、净化效率、净化效率（一）、净化总效率（一）、净化总效率以下图以下图除尘装置为例。除尘装置为例。除尘器除尘器 通过率通过率指未被捕集的污染物量占进入装置的污染指未被捕集的污染物量占进入装置的污染物量的百分数，即物量的百分数，即 P=qm,2/qm,1=1=1若以若以D1i、D2i、D3i（f1i、f2i、f3i）分别代表进口、出口分别代表进口、出口和捕集
42、颗粒物的相对频数分布和捕集颗粒物的相对频数分布（粒径频率密度）（粒径频率密度）（三）分级效率与总除尘效率的关系（三）分级效率与总除尘效率的关系1 1、由总效率求分级效率、由总效率求分级效率例：某粉尘的粒径分布和分级除尘效率数据如下，例：某粉尘的粒径分布和分级除尘效率数据如下，试确定总除尘效率。试确定总除尘效率。粒径范围粒径范围 /m m粒径频度分布粒径频度分布/(/(mm-1 1)分级效率分级效率/入口入口f f1 1出口出口f f2 2捕集捕集f f3 3(3-67)(3-67)(3-68)(3-68)二式平二式平均均0 05 52.082.0816.3216.320.640.6427.9
43、27.9 27.8 27.8 27.9 27.9 5 510102.80 2.80 3.00 3.00 2.562.5683.0 83.0 90.1 90.1 86.6 86.6 101020201.96 1.96 0.24 0.24 2.00 2.00 92.7 92.7 98.9 98.9 95.8 95.8 202040401.12 1.12 0.05 0.05 1.16 1.16 94.0 94.0 99.6 99.6 96.8 96.8 404060600.70 0.70 0.00 0.00 0.74 0.74 96.0 96.0 100.0 100.0 98.0 98.0 60600 0 100100100100100100表表3-5分级效率计算实例分级效率计算实例(=90.8%)结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！92